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Biomécanique : Comment les chevaux avancent-ils ?

Par Cartan Kazumi
chercheur en biomécanique à l’Université de Tokyo

N°3 Septembre 2009
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Le cheval marche, trotte, galope.... mais concrètement, comment utilise-t-il ses jambes pour avancer ? Et comment peut-on espérer améliorer cette locomotion pour en tirer le meilleur dans notre équitation ?

Ce mois-ci s’ouvre une série de trois articles sur la locomotion du cheval et les mécanismes de l’engagement des postérieurs, essentiels à l’équilibre et à la qualité de la propulsion dans toutes les formes d’équitation.
Biomécanique du cheval
Le cheval, un quadrupède dont la locomotion est plus complexe qu’il n’y paraît. © LBataille

La science mécanique nous indique que les quadrupèdes possèdent plusieurs manières d’utiliser leurs jambes.(Source: J. Gray (1944) : Studies in the mechanics of the tetrapod skeleton. Journal of Experimental Biology)
Voyons d’abord comment la jambe est utilisée comme pilier.

La jambe utilisée comme pilier incliné

Imaginons un bâton dressé sur le sol. Lorsqu’on pèse sur ce bâton, celui ci applique obligatoirement contre le sol une force parallèle à son axe. Autour de nous, les pieds des chaises et tables fonctionnent comme des piliers, car il exercent toujours envers le sol une force parallèle à leur axe. Lorsque les pieds de la table sont inclinés, ils continuent à appliquer une force parallèle à leur axe, mais dans ce cas cette force sera inclinée par rapport au sol.
Toute force peut être considérée comme la résultante d’une force horizontale et d’une force verticale. En divisant ainsi la force en biais créée par les piliers inclinés, nous constatons que même des pieds inanimés d’une table sont capables d’exercer une force horizontale contre le sol, c’est-à-dire de pousser la table vers l’avant ! La puissance de cette force horizontale est directement liée au poids supporté par les pieds mêmes, car c’est la gravité qui est la source de cette force horizontale.

«La force horizontale propulsant le cheval est ergonomique : elle n’est pas générée par les muscles, mais est un sous-produit de la gravité»

Au pas, les jambes sont surtout utilisées comme des piliers simples. Le grand atout de ce procédé réside dans le fait que la force horizontale propulsant le cheval n’est pas générée par les muscles, mais est un sous-produit de la gravité. C’est donc très économique d’avancer ainsi. Oui, les chevaux sont naturellement de grands marcheurs !....
Par ailleurs, en observant un cheval libre debout, on s’aperçoit qu’il a presque toujours un postérieur plus étendu vers l’arrière que l’autre, bien plus en arrière que l’articulation qui attache le membre à la colonne vertébrale. C’est donc un pilier incliné. Pour initier le pas, le cheval soulèvera l’antérieur du même côté pour laisser le champ libre au postérieur... et ce postérieur poussera automatiquement la masse du cheval vers l’avant ! Mais dans les arrêts « carrés », exigés en dressage, les postérieurs peu étendus en arrière utilisent sans doute peu ce procédé.

Biomécanique du cheval
Un cheval utilisant ses membres comme des piliers extensibles est semblable à un enfant bondissant sur un « pogo stick ». Les membres et le pogo stick exercent une poussée parallèle à leur axe.
Biomécanique du cheval
Ce cheval de concours complet utilise principalement les muscles intrinsèques des membres pour propulser sa masse par-dessus l'obstacle. © L.Bataille

La jambe utilisée comme pilier extensible

La jambe-pilier peut en plus être utilisée comme un pilier extensible. Vous êtes vous jamais amusé avec un « pogo stick » ? Le ressort se compresse sous votre poids, puis se détend pour vous propulser en l’air. Le pogo stick s’appuie lui aussi toujours une force parallèle à son axe. C’est donc un pilier. Les jambes des chevaux, et les nôtres aussi, peuvent fonctionner comme des piliers extensibles. En observant par exemple les postérieurs (considérez dans ce cas un « postérieur » comme un ensemble rectiligne reliant la pointe de la hanche au sabot) d’un cheval en train de sauter un obstacle : vous constaterez que ceux ci appliquent une force parallèle à leur axe et sont extensibles comme des ressorts. C’est grâce à cette fonction de pilier extensible que le cheval est capable de se propulser verticalement, de bondir, de sauter.
Lorsque la jambe fonctionne comme un pilier extensible, ce sont les muscles intrinsèques1 des jambes qui travaillent, en faisant fléchir et se détendre les articulations, et rendent la jambe extensible comme un ressort.

La jambe utilisée comme un levier horizontal

Qu’est ce qu’un levier horizontal ? Imaginez-vous ramant dans une barque. Lorsque vous tirez les avirons, ceux ci exercent une poussée contre l’eau, ce qui fait avancer la barque. Cette manière d’avancer est différente de celle des piliers. D’abord, contrairement au piliers inclinés, la gravité n’y joue aucun rôle, toute force propulsive est produite par vos muscles. Ensuite, cette force n’est pas parallèle à l’axe des avirons mais perpendiculaire à cet axe. Les leviers ne sont pas capables de fonctionner comme des ressorts et donc de propulser le cheval en l’air. Qui a jamais vu une barque faire des bonds sur l’eau ?
Lorsque la jambe fonctionne comme un levier horizontal, ce sont les muscles extrinsèques des jambes qui travaillent, c’est-à-dire les muscles reliant la jambe au tronc.

Biomécanique du cheval
Un cheval utilisant ses membres comme des leviers horizontaux est semblable à une personne ramant sur une barque. Les membres et les rames de la barque exercent une poussée perpendiculaire à leur axe.
Biomécanique du cheval
Cette jument avançant énergiquement, mais avec semble-t-il peu de rebond, utiliserait principalement les muscles extrinsèques des membres pour avancer. © L.Bataille

Il existe donc plusieurs manières d’avancer. Chaque manière apporte au cheval des conséquences qui leur sont propres. Avec le pilier incliné, le mouvement en avant est un produit de la gravité, et l’effort musculaire est économisé. Le pilier extensible est unique en ce qu’il génère un « temps de suspension » ou les pieds du cheval ne touchent plus le sol. Le levier horizontal ne crée aucun temps de suspension, mais un levier peut être tiré en avant ou en arrière à volonté, à toutes les nuances. Le mouvement peut donc bien être contrôlé.

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