Principes

Architecture des corps et gravité

Architecture des corps et gravité
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La gravitĂ© est responsable de plusieurs manifestations naturelles ; les marĂ©es, l’orbite des planĂštes autour du Soleil, la sphĂ©ricitĂ© de la plupart des corps cĂ©lestes en sont quelques exemples. D’une maniĂšre plus gĂ©nĂ©rale, la structure Ă  grande Ă©chelle de l’Univers est dĂ©terminĂ©e par la gravitation. À l’échelle microscopique, la gravitation est la plus faible des quatre interactions fondamentales de la physique ; elle devient dominante au fur et Ă  mesure que l’échelle de grandeur augmente. .

Tout au long de l’histoire de la Terre, la vie a Ă©voluĂ© pour survivre aux conditions changeantes, telles que les changements du climat et de l’habitat. Cependant, un facteur constant de l’Ă©volution depuis le dĂ©but de la vie sur Terre est la force de gravitĂ©. En consĂ©quence, tous les processus biologiques sont habituĂ©s Ă  la force de gravitĂ© toujours prĂ©sente et mĂȘme de petites variations de cette force peuvent avoir un impact significatif sur la santĂ©, la fonction et le systĂšme des organismes.

Le centre de gravitĂ© chez Bergson rĂ©side toujours dans l’acte par lequel il se ramasse, se retire au plus profond de soi-mĂȘme, y donne, pour employer une de ses expressions favorites, le coup de sonde … 

Charles Du Bos in Journal

Cette force d’attraction, la gravitĂ©, engage concrĂštement notre attachement Ă  la planĂšte Terre. Elle nous empĂȘche de nous envoler sans pour autant nous scotcher Ă  sa surface mais plutĂŽt en rendant possible une infinitĂ© de mouvements.

Une morale constructive

La gravitĂ© permet de traduire toute analyse structurelle d’un Ă©difice en un principe que l’on peut assimiler globalement Ă  la descente de charges. L’architecture existe parce que monter un centimĂštre est plus difficile que de l’étaler horizontalement. Le problĂšme est de le mettre debout : c’est quand il s’est dressĂ© que l’animal est devenu un homme.

L’arc-boutant

Un arc-boutant est un Ă©lĂ©ment d’ossature particulier Ă  l’architecture gothique. C’est un Ă©tai formĂ© d’un arc en maçonnerie qui contre-bute la poussĂ©e latĂ©rale des voĂ»tes Ă  croisĂ©e d’ogives et les achemine vers le pilier de culĂ©e ou contrefort. Ce dernier est le plus souvent couronnĂ© d’un pinacle, ce qui permet, en constituant un poids important au-dessus de l’Ă©tai, d’asseoir vers le bas la poussĂ©e transversale reçue via l’arc-boutant, tout en allĂ©geant visuellement ce dernier.

L’arc catĂ©naire

L’idĂ©e de l’arc catĂ©naire est simple. Elle part de l’observation de la forme que prend une chaine ou une corde lorsqu’on la laisse pendre en la tenant Ă  ses deux extrĂ©mitĂ©s : c’est l’arc catĂ©naire. Or la seule façon qu’a une chaine d’exercer une force est suivant sa longueur : la chaine prend donc une forme telle qu’en tout point la rĂ©sultante des forces de poids et de tension est le long de la chaine. Cela signifie que si l’on fabrique une arche de la mĂȘme forme rĂ©alisĂ©e en matĂ©riau dur et en position inversĂ©e avec la pointe en haut, les forces seront toujours dans l’axe du matĂ©riau mais en compression et l’arche sera de ce fait trĂšs solide. L’arc catĂ©naire inversĂ© tient tout seul, il n’a pas besoin de contreforts pour compenser une quelconque poussĂ©e latĂ©rale.

Antoni GaudĂ­ apprĂ©ciait particuliĂšrement  l’esthĂ©tique de l’arc catĂ©naire et il l’a abondamment utilisĂ© dans ses rĂ©alisations.

Les modĂšles funiculaires

Dans les cas de bĂątiments plus complexes Antoni GaudĂ­ rĂ©alisait des modĂšles funiculaires formĂ©s d’un assemblage plus ou moins compliquĂ© de diffĂ©rentes chaines pendantes auxquelles sont accrochĂ©s des poids aux bons endroits reprĂ©sentant les charges qu’aura Ă  supporter la voĂ»te. Il suffit ensuite de noter et reporter les formes que prend l’ensemble des chaines pour obtenir les formes inversĂ©es de la voĂ»te correspondante.

Ttoutes les formes sont développées à partir de la transformation de figures géométriques de base sans discontinuités, comme Gaudí les a trouvé dans la nature.

Les paraboloĂŻdes, hyperboloĂŻdes et hĂ©licoĂŻdes, variant constamment l’incidence de la lumiĂšre, ont une richesse de nuances qui leur est propre, qui rend l’ornementation, et mĂȘme le modelage superflus

Antoni GaudĂ­ 

Des hyperboloĂŻdes sont aussi utilisĂ©s au sommet des colonnes Ă  l’endroit oĂč elles rejoignent les voĂ»tes. C’est effectivement la meilleure solution pour capter au mieux les poussĂ©es.

L’animal lutte contre la gravitĂ©

La gravitĂ© a eu un effet sur le dĂ©veloppement de la vie animale depuis le premier organisme unicellulaire . La taille des cellules biologiques uniques est inversement proportionnelle Ă  la force du champ gravitationnel exercĂ© sur la cellule. La gravitĂ© est un facteur limitant de la croissance des cellules individuelles. Les cellules qui Ă©taient naturellement plus grandes que la taille que la gravitĂ© seule autoriserait devaient dĂ©velopper des moyens de protection contre la sĂ©dimentation interne. Plusieurs de ces mĂ©thodes sont basĂ©es sur le mouvement protoplasmique, la forme mince et allongĂ©e du corps cellulaire, l’augmentation de la viscositĂ© cytoplasmique et une gamme rĂ©duite de gravitĂ© spĂ©cifique des composants cellulaires par rapport au plasma au sol.

Les effets de la gravitĂ© sur les organismes Ă  cellules multiples sont considĂ©rablement plus drastiques. Pendant la pĂ©riode oĂč les animaux ont d’abord Ă©voluĂ© pour survivre sur terre, une mĂ©thode de locomotion dirigĂ©e et donc une forme de squelette interne ou externe aurait Ă©tĂ© nĂ©cessaire pour faire face Ă  l’augmentation de la force de gravitĂ© due Ă  l’affaiblissement de la force de flottabilitĂ© ascendante. Chez les vertĂ©brĂ©s terrestres plus grands, les forces gravitationnelles influencent les systĂšmes musculo-squelettiques , la distribution des fluides et l’hydrodynamique de la circulation .

Anatomie et ligne de force

SituĂ© entre la hanche  et la cheville, le genou est une articulation de dialogue, c’est une plaque tournante capable d’harmoniser les tensions dans le membre infĂ©rieur. Il est fait pour rĂ©sister aux efforts de compression venant du haut et venant du bas. Les travĂ©es osseuses ont des lignes de force dirigĂ©es de telle façon qu’elles permettent Ă  la structure de supporter les contraintes en statique comme en dynamique. Cette architecture rappelle celle des arcs en ogive, faits pour soutenir de lourdes charges.

Pour aligner correctement le membre infĂ©rieur en extension le genou doit faire face Ă  des forces parfois contradictoires. En posture debout, un Ă©lan vers le ciel apparaĂźt . Le tronc tend vers l’ouverture et donc vers une certaine extension de colonne vertĂ©brale qui demande une lĂ©gĂšre extension de hanche sous tendue par un dĂ©but de rotation externe de cette articulation. 

Suivant notre type, la projection du centre de gravitĂ© du corps au sol est trĂšs variable. Le chemin des forces descendantes et montantes ( poids du corps, rĂ©action du sol) et donc nos tensions ne se font pas de la mĂȘme maniĂšre. Il est essentiel de reconnaĂźtre les mĂ©canismes prioritaires sur lesquels nous fonctionnons.

L’équilibre de l’ĂȘtre humain

Combien de fois a-t-on dit de l’homme qu’il Ă©tait vertical (gravitĂ©) et frontal (esthĂ©tique). Et combien de fois faudra-t-il rĂ©pondre que l’homme n’agit que dans le dĂ©sĂ©quilibre permanent, dans la projection de son poids, dans le porte-Ă -faux. [
] L’homme toujours en mouvement rompt Ă  chaque instant la position de stabilitĂ©.

Claude Parent

Nous sommes capables d’adopter une infinitĂ© de postures correspondantes chacune Ă  un Ă©tat d’équilibre du corps. La station verticale prĂ©sente un intĂ©rĂȘt particulier car elle correspond Ă  l’attitude fondamentale de l’espĂšce humaine. La rĂ©alisation de tous les actes quotidiens nĂ©cessite en premier lieu de disposer d’une posture stable.

L’équilibre de l’homme ne diffĂšre pas des rĂšgles fondamentales de la physique. L’équilibre statique est maintenu lorsque la somme des forces et des moments de forces agissant sur le corps est nulle. D’une part, la force gravitationnelle attire la masse vers le centre de la terre. D’autre part, les forces de rĂ©actions soutiennent le corps. Elles sont rĂ©parties entre les zones de contacts de l’homme et de l’environnement et peuvent ĂȘtre reprĂ©sentĂ©es par une force rĂ©sultante dont le point d’application est le centre de pression.

Pour que l’Ă©quilibre soit maintenu dans la station debout il faut qu’Ă  chaque instant la verticale abaissĂ©e du centre de gravitĂ© du corps (point situĂ© prĂšs de l’articulation sacro-vertĂ©brale) tombe dans le quadrilatĂšre formĂ© par les pieds et les deux lignes qui rĂ©unissent respectivement les talons et les deux pointes.

Marcelle Bourgat in Technique de la danse

Maintenir son Ă©quilibre est essentiel pour notre autonomie. Bien que cela puisse paraĂźtre simple, le maintien de l’équilibre s’avĂšre ĂȘtre une activitĂ© particuliĂšrement complexe. Cette difficultĂ© est notamment liĂ©e au fait que l’homme Ă©volue dans un champ gravitationnel qui le dĂ©sĂ©quilibre en permanence en l’attirant vers le centre de la Terre. À cette difficultĂ© vient s’ajouter des perturbations inhĂ©rentes Ă  l’activitĂ© biologique du corps telles que la respiration, les battements cardiaques ou encore l’activitĂ© pĂ©ristaltique. Des perturbations induites par le mouvement lui mĂȘme constituent Ă©galement des perturbations qui peuvent affecter le contrĂŽle de l’équilibre.

Lorsque nous sommes debout et en contact avec l’environnement que par le biais de nos soles plantaires, seules deux forces s’appliquent Ă  notre corps : notre poids et la rĂ©sultante des forces de rĂ©action au sol. Ces forces sont respectivement appliquĂ©es au centre des masses et au centre des pressions.

  • Le centre des masses, aussi appelĂ© centre d’inertie, est le barycentre des masses du corps (des segments corporels). Dans le rĂ©fĂ©rentiel galilĂ©en, le champ de gravitation est considĂ©rĂ© comme constant : le centre des masses est alors assimilĂ© au centre de gravitĂ© qui est le point d’application de la rĂ©sultante des forces de gravitĂ©.
  • Le centre des pressions est, quant Ă  lui, le barycentre des forces de rĂ©action au sol. Dans cette configuration, les conditions de l’équilibre statique impliquent :
    1. que les rĂ©sultantes des forces de rĂ©action au sol et du poids du participant soient de mĂȘme intensitĂ© et de sens opposĂ© ;
    2. que le centre des masses soit situé sur la verticale passant par le centre des pressions.

Le corps humain peut ĂȘtre assimilĂ© Ă  un ensemble de segments mobiles les uns par rapport aux autres. Ainsi, une mĂȘme position du centre des pressions, et de la projection du centre des masses au sol, peut rĂ©sulter d’une infinitĂ© de configurations segmentaires. La position relative des segments corporels et le maintien de l’équilibre ne procĂšdent donc pas nĂ©cessairement des mĂȘmes mĂ©canismes. De ce fait, si la posture et l’équilibre constituent deux aspects intimement liĂ©s, leurs relations ne sont toutefois pas biunivoques.

Illustration de la position orthostatique en fonction de la verticale gravitaire relative aux principales articulations

Afin de garantir le maintien de l’équilibre statique de ce systĂšme dĂ©formable, des conditions additionnelles aux deux conditions prĂ©cĂ©dentes sont nĂ©cessaires. Il faut ainsi que les centres de rotations articulaires et les centres de gravitĂ© de chaque segment corporel soient alignĂ©s sur la ligne de gravitĂ©. Cependant, notamment du fait de la forme des os, cette condition n’est en pratique pas rĂ©alisable. Il est par exemple connu que la ligne de gravitĂ© passe en avant de l’axe de rotation de la cheville en posture Ă©rigĂ©e. Dans ce cas, afin de contrer le dĂ©sĂ©quilibre vers l’avant, l’intervention de forces internes d’origines musculaires et ligamentaires s’avĂšre nĂ©cessaire. En somme, le maintien de l’équilibre en position orthostatique constitue un phĂ©nomĂšne physiologique actif. À ces effets perturbateurs de la gravitĂ©, s’ajoutent des perturbations endogĂšnes liĂ©es au mouvement lui mĂȘme et aux phĂ©nomĂšnes vĂ©gĂ©tatifs (respiration, fonctionnement de la pompe cardiaque, pĂ©ristaltisme).

Analyse cinématographique du mouvement humain

Il lui semblait avoir trouvĂ© son vrai centre de gravitĂ©, occuper maintenant le cƓur de lui-mĂȘme, ĂȘtre enfin au siĂšge de son identitĂ©. Il en rĂ©sultait un bien-ĂȘtre tel qu’il n’en avait jamais connu. 

 Roger Martin Du Gard in Les Thibault : La Mort du pĂšre

À l’Ă©coute de la gravitĂ©

Notre physiologie humaine possĂšde un Ă©quipement sensoriel incroyablement sensible Ă  cette donnĂ©e gravitationnelle, l’utilisant pour permettre de multiples perceptions, reprĂ©sentations et mouvements dans l’espace. Les rĂ©cepteurs vestibulaires situĂ©s dans l’oreille interne, les otolithes, fonctionnent comme mesure de la gravitĂ©. Ils constituent une centrale inertielle embarquĂ©e qui utilise la gravitĂ© et donc la verticale comme rĂ©fĂ©rence, offrant d’excellentes conditions de repĂ©rage et de reprĂ©sentation pour la gamme Ă©largie de mouvements Ă  la fois fluides et complexes de notre vie de tous les jours. Nous sommes merveilleusement Ă©quipĂ©s pour jouer avec la gravitĂ© et dĂ©velopper des capacitĂ©s de repĂ©rage, de perception et de mouvement Ă  partir de cette donnĂ©e. Ces otolithes dĂ©tectent le moindre mouvement d’inclinaison de la tĂȘte, permettent le repĂ©rage de la verticale subjective dans l’immobilitĂ© ou encore nous aident Ă  courir en gardant notre rayon visuel parfaitement horizontal, sans bouger la tĂȘte.
Cette gravitĂ©, invariant de l’espace terrestre, influence nos plus profondes perceptions. Au contact de cette prĂ©sence gravitationnelle nous nous sommes progressivement Ă©quipĂ©s, dans le temps long de la morphogenĂšse, d’un rĂ©fĂ©rentiel externe gĂ©ocentrique, celui de la terre, comme un fil Ă  plomb externe de grande prĂ©cision embarquĂ© et toujours disponible.

D’autres rĂ©cepteurs vestibulaires, trois canaux semi-circulaires, sont triangulĂ©s dans les trois directions de l’espace : ils nous offrent un rĂ©fĂ©rentiel euclidien fondamental, inscrit dans notre corps, enrichissant notre physiologie perceptive par de grandes possibilitĂ©s de repĂ©rage dans l’espace gĂ©omĂ©trique. Ils nous servent de rĂ©fĂ©rence pour les mouvements propres du corps dans le cadre d’un systĂšme Ă©gocentrĂ© qui nous permet les manipulations spatiales et l’apprĂ©ciation des trois directions de l’espace. Notons que la plupart des animaux sont capables de rĂ©aliser un codage Ă©gocentrique, mais seuls les primates et l’homme possĂšdent ce codage allocentrique, qui permet des manipulations mentales et les relations entre les objets.

Nous possĂ©dons ainsi un Ă©quipement sensoriel incroyablement adaptĂ© Ă  la planĂšte, d’une grande sensibilitĂ©, outillage d’une grande disponibilitĂ© pour l’action, et support de capacitĂ©s de perception trĂšs performantes, comme par exemple la capacitĂ© de stabiliser les images sur la rĂ©tine pendant que l’on tourne la tĂȘte en faisant tourner ensemble les deux yeux, ou encore la possibilitĂ© de continuer Ă  voir vertical l’obĂ©lisque de la place de la Concorde, si nous penchons la tĂȘte tout en le regardant.

Nos perceptions sensorielles, enchevĂȘtrĂ©es de significations, dessinent les limites fluctuantes de l’environnement oĂč nos vivons, elles en disent l’étendue et la saveur.
David Le Breton, La saveur du monde, pag

De l’observation de toute cette richesse de notre physiologie sensitive et perceptive, Ă©merge un savoureux sentiment d’adaptation Ă  la planĂšte oĂč s’entremĂȘlement les donnĂ©es concrĂšte de masse, le temps long de notre morphogenĂšse, la richesse de notre Ă©quipement physiologique. Notre planĂšte est active par sa donne gravitationnelle et l’immense richesse de l’appareillage perceptif qui y est directement liĂ©40.


Dominique Clergue
Professeur de qi gong et de tai chi chuan, créateur de l'école Nuage~Pluie
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