La remarquable bipédie de l’Homme est due en grande partie à ses pieds. Ces derniers sont suffisamment solides pour supporter le poids du corps et agissent comme de véritables ressorts lors de la marche. Des scientifiques viennent de percer son secret, qui pourrait avoir des conséquences dans la santé, la robotique et même pour les fabricants de chaussures.
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Le pied est une structure étonnamment complexe. Il comprend pas moins de 26 os qui tiennent grâce à 33 articulations et environ 100 muscles, ligaments et tendons. C'est aussi lui qui supporte tout le poids du corps et qui nous donne notre excellente aptitude à marcher, courir ou sauter. Une équipe de chercheurs vient de découvrir le secret de ces capacités hors du commun : l'arche longitudinale du pied, autrement dit la courbure de la voûte plantaire qui relie le premier métatarsienmétatarsien au calcanéum, dans le talon.
Un véritable ressort sous le pied
Pour leur étude, publiée le 26 février dans la revue Nature, Madhusudhan Venkadesan, de l'université de Yale, et ses collègues japonais et américains, ont disséqué des cadavres humains afin d'analyser le rôle de chaque tendon. Chez un sujet vivant, le nombre de forces appliquées au pied est tellement important qu'il est en effet impossible d'isoler le rôle de chaque élément individuellement. D'après leurs tests, l'arche longitudinale serait responsable à elle seule de 40 % de la rigiditérigidité du pied. « Les ligaments qui recouvrent la voûte plantaire agissent comme une corde d'arc pour résister à l'effondrementeffondrement de la voûte lorsqu'une force est appliquée, et les propriétés mécaniques de ces ligaments ressemblent à des ressorts, contribuant de manière substantielle à stocker et restituer l'énergieénergie à la poussée », détaillent les auteurs. Lorsque le tendon est coupé, on observe d'ailleurs une chute de 50 % de la rigidité. Néanmoins, l'arche transverse (qui parcourt le dessus du pied horizontalement entre les deux métatarsiens), jouerait un rôle au moins aussi important en empêchant le pied de se tordre. « C'est comme une tranche de pizza qui se rigidifie lorsque la croûtecroûte extérieure est enroulée vers le haut », illustre Madhusudhan Venkadesan, principal auteur de l'étude.
L’incurvation du pied, facteur clé de la bipédie
« La rigidité du pied humain, qui permet une poussée efficace lors de la marche ou de la course, a été essentielle à l'évolution de la bipédie, expliquent les chercheurs. Cette morphologie arquée du milieu du pied humain le rend plus rigide, alors que d'autres primatesprimates ont des pieds plats qui fléchissent fortement au milieu ». L'apparition d'une voûte plantaire suffisamment incurvée, autour de 1,8 million d'années, a sans doute joué un rôle primordial dans l'essor de la bipédie et la capacité de l'Homme à se déplacer et à courir, estiment les chercheurs.
Le saviez-vous ?
La pathologie des pieds plats, liée à une insuffisance musculaire et ligamentaire du pied, est favorisée par un poids excessif, un martèlement répétitif du pied sur le sol ou encore le port de chaussures trop plates. Elle se traite principalement par le port d’une semelle orthopédique censée restaurer la courbure de l’arche.
La courbure des arcs transversaux chez l'humain couvre néanmoins un large éventail de valeurs, certaines personnes ayant les pieds quasiment plats alors que d'autres ont une voûte plantaire très surélevée. On sait que les personnes aux pieds plats (arche affaissée) souffrent de problèmes de hanche et de genou, de périostite du tibia, avec une instabilité de la chevillecheville, des douleurs aux pieds et des callosités. Ils fatiguent aussi plus vite à la marche. « Il est néanmoins possible que certaines personnes aux pieds plats possèdent une courbure transversale suffisante pour compenser leur voûte longitudinale basse, conservant ainsi une rigidité suffisante pour marcher et courir efficacement », note Madhusudhan Venkadesan.
Prothèses, robots bipèdes et chaussures
Pour les chercheurs, le rôle de l'arche transversale a été notoirement sous-estimé dans l'étude de l'évolution humaine, mais aussi dans les sciences du sport et la médecine. L'étude devrait permettre de développer de nouveaux traitements pour diverses pathologiespathologies du pied, mais aussi des prothèsesprothèses mieux adaptées ou des robots bipèdes plus habiles à la marche. Les fabricants de chaussures, qui s'échinent à nous vendre des tennis et des espadrilles parfaitement plates, devraient également être concernés.
Ce qu’il faut
retenir
- L’arche longitudinale du pied, qui confère sa courbure à la voûte plantaire, est déterminante dans la rigidité du pied.
- C’est notamment cette rigidité du pied qui a permis la bipédie et qui assure aujourd’hui notre efficacité à courir et à marcher.
- Cette analyse biomécanique devrait amener à de nouveaux traitements orthopédiques ainsi qu’à des prothèses et des robots bipèdes plus efficaces.
