Analyse biomécanique de l'articulation de genou durant la bipédie humaine

Les activités de la vie quotidienne comme la marche et la montée d'escaliers imposent des charges et des mouvements relativement importants sur l'articulation du genou humain. Cette charge mécanique augmente dans de nombreuses tâches professionnelles et récréatives entraînant des blessures et des dégénérescences dans les ligaments, les ménisques, le cartilage et l'os. Toute faiblesse ou modification par rapport à la structure native qui conduit à la dégénérescence dans l'un de ces composants influencent la réponse de l'ensemble du joint et augmente le risque d'autres perturbations. Les gestions efficaces, non-opératoires et post-opératoires des désordres affectant le joint du genou humain exigent une bonne connaissance des distributions des contraintes et des déformations dans les différentes composantes constituant le joint, dans les situations intacte et altérée. Ces valeurs, à leur tour, dépendent fortement non seulement des charges extérieures et des forces d'inertie, mais aussi des activités musculaires à travers le joint. De ce fait la précision dans l'estimation des forces musculaires a une incidence directe sur la fiabilité des contraintes et des déformations prédites dans le joint. Les mesures directes in vivo des contraintes tissulaires et des forces musculaires restent invasives. Par contre la modélisation numérique est reconnue comme un outil complémentaire indispensable pour estimer plusieurs variables d'intérêt. Ainsi, les difficultés techniques rencontrées dans les mesures de mouvements et la considération plus réaliste des charges physiologiques rendent les tests in vitro également limités surtout quand on regarde des variables internes comme les contraintes et les déformations dans les ligaments et le cartilage. Pour atteindre ces objectifs, un modèle éléments finis itératif, contrôlé par les données cinématique et cinétique collectées durant la marche humaine, qui tient compte des structures passives du joint du genou et l'ensemble de la musculature active de l'extrémité inférieure a été utilisé. Dans ce modèle les articulations de la hanche et de la cheville ont été considérées comme des joints rigides simplement sphériques (3D pour la hanche et 2D pour la cheville), alors que l'articulation de genou est représentée sous la forme d'un modèle déformable d'éléments finis non linéaire. Les cartilages et les ménisques constituant le joint ont été modélisés comme des structures composites formées d'une matrice hyper-élastique renforcée par des réseaux non-homogènes de fibre de collagène avec des propriétés mécanique non linéaires.