Brevet FR2808977A1 — publié le 20011123

La présente invention concerne une orthèse dynamique bifonctionnelle pour chaussures. Il est connu nombre de technologies visant à amortir et/ou, le cas échéant, à restituer l'énergie induite par la marche et la course. Parmi ces technologies, l'on peut notamment citer des amortisseurs placés sélectivement sous le talon, la voûte plantaire ou les orteils, des dispositifs comportant des vessies périphériques, des systèmes gonflables à pression modulable voire interconnectés, qui permettent des échanges d'énergie entre des zones définies, des ressorts récupérateurs d'énergie, associées ou non, à des systèmes de stabilisation du pied. Ces technologies, qui privilégient sélectivement l'amortissement ou la restitution d'énergie, peuvent combiner les deux fonctions qui, par essence, sont antinomiques. Les produits issus de ces technologies ont chacun leurs avantages et inconvénients, en terme de prix, de poids, d'efficacité, de solidité, d'esthétique. Aucun, à notre connaissance, n'apporte dans la combinaison amortissement-restitution d'énergie, les spécificités bifonctionnelles de l'orthèse dynamique, objet de la présente invention. L'invention concerne une orthèse dynamique qui comprend trois matériaux, un matériau P, structurant sa base, pris parmi les matériaux connus utilisés pour la réalisation de semelles dites premières, un matériau A, à dominante absorption d'énergie, situé à sa partie postérieure et un matériau B, à dominante restitution d'énergie, situé à sa partie antérieure, caractérisée en ce que - la surface et l'emplacement des matériaux A et B, rendus solidaires du matériau P à sa surface, à sa sous-face, ou dans sa structure, par des procédés de fixation définitifs ou amovibles, sont délimités et déterminés au moyen de diagrammes représentant, pour certaines allures de locomotion, notamment marche, demi-fond, sprint, marathon et pour deux attitudes pathologiques, hyperpronation, hypersupination, l'évolution de la courbe de supination pronation du pied dans son axe de déplacement, observée à l'aplomb des surfaces articulaires sous astragaliennes, dans l'enchaînement des trois périodes distinctives de la locomotion, contact, appui, propulsion, le matériau A étant positionné et associé à l'évolution de la courbe de pronation, le matériau B étant positionné et associé à l'évolution de la courbe de supination. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, portant successivement sur six applications exemplaires de réalisation. La description étant faite en relation avec les dessins joints dans lesquels d'une part est tracée, sur une empreinte de pied, pointure 36, la courbe représentative de l'évolution des angles de supination et de pronation du pied relevée pour quatre allures et deux pathologies ; d'autre part est tracé, sur une empreinte de pied, pointure 36, sur laquelle est également représentée une projection de l'ossature du pied, le positionnement des matériaux A et B par rapport au matériau structurant P déterminé par l'analyse des courbes à partir desquelles sont conçues quatre orthèses dynamiques adaptées aux quatre allures et deux orthèses adaptées aux deux pathologies - la figure 1 concerne la courbe moyenne relevée pour la marche et la course normale, - la figure 2 la course de demi-fond, - la figure 3 le sprint pur, - la figure 4 le marathon et le jogging, - la figure 5 la pathologie hyperpronateur, - la figure 6 la pathologie hypersupinateur, - la figure 7 l'orthèse correspondant à la courbe de la figure 1, - la figure 8 l'orthèse correspondant à la courbe de la figure 2, - la figure 9 l'orthèse correspondant à la courbe de la figure 3, - la figure 10 l'orthèse correspondant à la courbe de la figure 4, - la figure 11 l'orthèse correspondant à la courbe de la figure 5, - la figure 12 l'orthèse correspondant à la courbe de la figure 6, - la figure 13 un exemple d'ajouts de matériaux A et B insérés dans les trous découpés dans le matériau P, - la figure 14 un exemple de pastilles de matériaux A et B placés dans les évidements pratiqués dans le matériau P, - la figure 15 un exemple d'emploi d'un matériau protecteur. La description aborde successivement, dans une première partie les principes fondateurs de la présente invention à partir d'un rappel succinct de la cinématique du pied, dans le cas des mouvements observés lors de la locomotion normale, dans une deuxième partie, les matériaux A et B mis en oeuvre pour réaliser l'orthèse et dans une troisième partie, à l'aide de six exemples, l'application pratique de réalisations concrètes du système d'amortissement/ propulsion, au moyen de l'or-thèse dynamique. Pour décrire les mouvements observés lors de la locomotion normale, nous partons du moment où le talon prend contact avec le sol, jusqu'à ce que le gros orteil quitte le sol. Trois périodes sont classiquement enchaînées: contact, appui, propulsion. Les valeurs des angulations citées dans la description ont été mesurées en combinant les résultats d'expériences conduites sur des personnes à l'aide de deux appareillages: d'une part le système FOOTSCAN (marque déposée) utilisant un grand nombre de capteurs piézo-électriques qui permettent de définir des zones d'hyper pression, d'autre part le système PODOFLEX (marque déposée) utilisant des marqueurs réfléchissants fixés sur le pied dont les mouvements sont détectés par une caméra infrarouge et analysés par un logiciel spécifique. Les valeurs angulaires citées dans la description sont celles formées par l'évolution des inclinaisons d'un axe théorique passant à travers les surfaces articulaires sous astragaliennes saisies durant les trois périodes, contact, appui, propulsion, par rapport à la verticale de cet axe théorique. La description est illustrée par la figure 1 qui concerne la marche et la course normale avec les valeurs angulaires exprimées en degré correspondant à ces allures normales. Le principe sera le même pour les autres figures correspondant à d'autres allures et aux deux attitudes pathologiques. Lorsque le talon prend contact avec le sol (1), le pied est légèrement supinaté, 4 à 5 , l'articulation sous astragalienne amortit naturellement le choc, ainsi que la voûte plantaire, de l'impact du talon avec le sol. Ladite articulation entame une endorotation faisant passer le pied de la supination à la pronation, 4 à 5 (2), pour arriver à une position neutre (3) en fin de période de contact définie comme étant le contact au sol du cinquième métatarsien. Pendant la période d'appui (4) qui suit, tout le pied est désormais en contact avec le sol, cependant que l'articulation sous-astragalienne amorce une deuxième supination (5), qui va croître de la position neutre à environ 3 , en fin de période d'appui et s'accentue pendant la troisième période dite de propulsion (6), où elle atteint 4 à 5 . Le pied, durant le cycle complet contact, appui, propulsion, se comporte comme un élément multifonctionnel agissant comme adaptateur, puis comme levier, au cours des deux phases distinctes suivantes. Une phase oscillante (7), qui correspond à la période d'appui, une phase propulsion (8), qui correspond aux deux périodes d'appui et de propulsion. Ce mécanisme naturel d'adaptateur- levier, qui fonctionne normalement, peut être amélioré et renforcé par l'orthèse dynamique selon l'invention. Les principes de l'amélioration et du renforcement sont fondés sur l'utilisation de deux matériaux A et B constitués, dans un mode particulier de réalisation, par du caoutchouc cellulaire étanche à cellules fermées, dont les caractéristiques mécaniques sont pour A à dominante amortissement et pour B à dominante restitution d'énergie. Trois caractéristiques mécaniques sont particulièrement nécessaires et mises en oeuvre. En termes d'amortissement, tout d'abord, celui-ci est directement fonction de la capacité du matériau à absorber l'énergie, caractérisée par le facteur énergie dissipée, mais il faut aussi considérer la manière dont il l'absorbe. Pour éviter les inconvénients d'une absorption d'énergie accompagnée d'un choc, il faut que le matériau possède une structure au sein de laquelle l'énergie se dissipe par déplacement des molécules du matériau. Cette qualité est mesurée par le facteur d'amplitude dynamique au déplacement: il s'agit, sfTicto- sensu, de ce que l'on nomme amortissement. S'agissant de la restitution d'énergie, caractérisée par le facteur énergie élastique, elle est la qualité attendue pour améliorer la fonction propulsion. A l'image d'une balle de caoutchouc qui touche le sol et se déforme puis rebondit, la combinaison des matériaux constitutifs de l'orthèse permet la perte d'énergie cinétique et l'accumulation -restitution de l'énergie de tension élastique. Le tableau ci-dessous décrit les valeurs des trois caractéristiques mécaniques des matériaux A et B pour les facteurs mis en oeuvre avec, pour chaque facteur, deux valeurs correspondant respectivement à la fréquence de la marche, 0,5 hertz et la fréquence de la course normale, 1,5 hertz. Caractéristiques mécaniques mesurées à Type de matériau la fréquence de la marche, 0,5 hertz et à (valeurs exprimées en 9'0) la fréquence de la course, 1,5 hertz. A B 0,5hertz 1,5hz 0,5 hz 1,5hz Amplitude mécanique au déplacement 18 79 32 92 Energie dissipée (WD) 72 63 47 73 Energie élastique (WS) - 27T 37 52 27 La surface et l'emplacement des matériaux A et B sont déterminants en regard de l'efficacité de l'orthèse. Les valeurs angulaires décrites ci-dessous permettent d'établir un diagramme de l'évolution de la courbe supination- pronation qui va déterminer la surface et l'emplacement des matériaux A et B. Le matériau A (9) est positionné et associé à l'évolution de la courbe pronation. Ses limites sont les suivantes : à la partie antérieure, il s'étend du tubercule du scaphoide en dedans, au milieu du bord externe du pied, en dehors, c'est-à-dire à l'apohyse styloide du cinquième métatarsien, suivant une ligne courbe oblique en arrière et en dehors ; les autres limites, interne, externe et postérieure, sont celles de la semelle. Le matériau B (10) est positionné et associé à l'évolution de la courbe de supination. Il complète le reste de la surface de l'orthèse non occupée par le matériau A. Dans un mode particulier de réalisation, l'épaisseur uniforme du matériau A est 2 mm, du matériau B 2 mm. La ligne (11), (12) marque la limite entre les deux matériaux. L'orthèse dynamique, selon l'invention, permet, par l'interposition de ses matériaux constitutifs A et B, d'accompagner les mouvements normaux du pied dans sa fonction de mécanisme adaptateur-levier, pilotée par l'articulations sous astragalienne, du fait de l'emplacement et des caractéristiques mécaniques des matériaux A et B. En décrivant les valeurs angulaires relevées à d'autres allures, demi-fond, sprint, marathon-jogging, l'on peut tracer les diagrammes d'évolution de la courbe supination-pronation de chaque allure, donc les positions respectives des matériaux A et B associés respectivement à l'évolution de la courbe de pronation et à la courbe de supination. Les valeurs angulaires relevées pour chaque allure, ainsi que l'emplacement des matériaux A et B sont les suivants - demi-fond, de 10 à 7 de pronation (13), pendant la période de contact (1) qui est réduite de moitié, de 7 de pronation à 10 (14) de supination pendant la période d'appui (4), de 10 de pronation à 0 (15), pendant la phase de propulsion (8). Le positionnement des matériaux est le suivant: le matériau A (9) est positionné à l'avant et en dedans au niveau de la base de la première phalange du gros orteil en regard du tubercule latéral interne et à l'arrière et en dedans, au niveau du corps du premier métatarsien à l'union des 2 / 3 antérieurs et du 1 / 3 postérieur du corps, en avant et en dehors, au niveau de la base de la première phalange du cinquième orteil, en regard du tubercule latéral externe, en arrière et en dehors, au niveau du corps du cinquième métatarsien à l'union du 1/3 antérieur et des 2/3 postérieurs, la limite antérieure du matériau A est une ligne courbe (16), (17), à légère concavité antérieure qui s'étend en regard de chaque base de la première phalange de l'orteil correspondant, la limite postérieure du matériau A est une lige courbe (18), (19), dont la concavité transversale est orientée en arrière et en dehors, le matériau B (10) complète le reste de la surface de l'orthèse non occupée par le matériau A (9). - Sprint, de 10 de pronation (20) à 10 de supination (21) pendant la période d'appui (4) ; en effet, la période de contact telle que définie dans le cycle complet est éludée dans le cas du sprint, de 10 de pronation à 0 (22), position neutre pendant la période de propulsion (6). Pour répondre aux besoins du sprinter, dont l'appui se fait essentiellement sur l'avant du pied, et favoriser au maximum la propulsion l'orthèse est principalement constituée de matériau B (10), avec une insertion de matériau A (9) dans les limites suivantes: limites antérieures, en avant et en dedans, entre les bases des deuxième et troisième orteils, en avant et en dehors au niveau de la base de la première phalange du cinquième orteil, en regard du tubercule latéral externe, limites postérieures, en arrière et en dedans, entre les deuxième et troisième têtes métatarsiennes, en arrière et en dehors, au niveau du corps du cinquième métatarsien, à l'union du 1/3 antérieur et des 2I3 postérieurs, limite interne, entre le deuxième et le troisième métatarsiens. Le matériau A occupe la surface comprise entre les points (23), (24), (25), (26. - Marathon -jogging, de 2 de supination à 7 de pronation (27), pendant la période de contact (1), de7 à 2 de pronation (28), pendant la période d'appui (4), de 2 de pronation à 2 de supination (29), pendant la période de propulsion (6). Les limites des matériaux sont les suivantes : matériau A (9) limite antérieure courbe à convexité antérieure qui court, en avant et en dedans, de l'arrière de la tête et du corps du premier métatarsien en arrière du tubercule latérale interne de la première tête métatarsienne à, en avant et en dehors, au niveau du corps du cinquième métatarsien à l'union du 1/3 eantérieur et des 2/3 postérieurs. Le matériau B (10) occupe la partie avant de l'orthèse. La ligne (30), (31), marque la limite entre les deux matériaux. L'épaisseur des matériaux A et B est comprise entre 1,5 et 3 mm. Nous avons décrit l'orthése dynamique selon l'invention, dans son rôle d'accompagnement et de renforcement des mécanismes naturels du pied. Nous abordons le rôle correctif de l'orthèse dynamique selon l'invention, dans le cas de deux pathologies connues et fréquentes, l'hypersupination et l'hyperpronation. Dans les allures précédemment décrites, nous avons observé des valeurs angulaires de pronation et de supination ne dépassant pas 7 , sauf pour le sprint où, pour des périodes d'efforts de très courte durée, l'on atteint 10 , le pied roulant d'un bord à l'autre pendant les périodes de bref appui et de propulsion ; il s'agit d'un phénomène de nature adaptative limité dans le temps et supporté par l'articulations sous astragalienne d'un sportif entrainé. Mais, lorsqu'un individu présente à la marche, ou à la course normale, une pronation ou une supination durablement comprise au-delà du seuil de 7 , il est atteint d'une pathologie dite d'hyperpronation ou d'hyper supination. Les valeurs angulaires relevées pour ces pathologies, ainsi que l'emplacement des matériaux A et B qui en découlent sont les suivants - Hyperpronation, de 2 de supination à 7 de pronation (32), pendant la période de contact (1), de 7 de pronation vers 0 (33), position neutre, pendant les périodes d'appui (4) et de propulsion (6). Les emplacements des matériaux sont les mêmes que ceux décrits pour la marche et la nourse normale, limite des matériaux définie par la ligne (34), (35), mais l'épaisseur du matériau A (9) augmente sur le bord interne du pied, pour atteindre progressivement 4 mm (36), pour contenir et corriger la tendance à l'hyperpronation ; en dehors de cette zone, l'épaisseur des matériaux A et B est de 2 mm. - Hypersupination, de 7 de supination initiale ) 0 (37) en fin de période de contact (1), de 0 , position neutre, à 7 de supination finale (38) durant les périodes d'appui (4) et de propulsion (6). Les emplacements des matériaux A (9) et B (10) sont les mêmes que ceux décrits pour la marche et la course normale, limite des matériaux définie par la ligne (39), (40), mais l'épaisseur du matériau A (9) augmente sur le bord externe du pied, pour atteindre progressivement 4 mm (41), pour contenir et corriger la tendance à l'hypersupination ; en dehors de cette bande l'épaisseur des matériaux A et B est de 2 mm. Ces deux orthèses décrites remplissent un rôle de nature corrective et sont destinées à des individus qui, d'une manière habituelle, atteignent la limite considérée comme adaptative de 7 de pronation ou de supination. L'orthèse dynamique, selon l'invention, peut être simplement constituée de l'assemblage des deux matériaux A et B rendus solidaires par des procédés connus de collage ou de soudure bord à bord. Mais, pour améliorer la solidité et rendre les matériaux A et B amovibles, donc adaptables chez un même individu, à l'exercice de diverses activités sportives ou à l'évolution de pathologie, il est décrit une orthèse dynamique dans laquelle les matériaux A et B sont associés à un matériau P (42), constituant la structure de base de l'orthèse, à l'image d'une semelle dite première. Le matériau P (42) est pris parmi les matériaux connus, déjà utilisés pour la réalisation de semelles dites premières. Il peut s'agir de cuir, de résines revêtues ou non de tissu, de mousses éthyl, vinyl, acétate, de matériaux thexmodéformables, de mousses de polyéthylène réticulées ou de complexes formés de divers matériaux cités. Le matériau P est un support dynamiquement neutre dont les caractéristiques mécaniques, soit n'interférent pas, soit interférent uniformément avec les matériaux A et B. Son but est d'accueillir les matériaux actifs A et B en surface, en sous-face, insérés dans des trous découpés dans l'épaisseur (43), ou placés dans des évidements pratiqués dans sa structure (44). Les matériaux A (9) et B (10) sont rendus solidaires du matériau P (42) par des procédés de fixation connus, soit d'une manière définitive, soit d'une manière à les rendre amovibles. Dans ce dernier cas, il est décrit une orthèse dynamique évolutive constituée d'un matériau P (42), en matières synthétiques thermodéformables à 90 , support d'ajouts (43) ou de pastilles (44), plans ou bombés, de matériaux A (9) et B (10) amovibles, dont la forme et le positionnement correspondent, pour un même individu, à une adaptation de l'orthèse, soit à la pratique successive de diverses activités sportives, marche, course, sprint, marathon-jogging, soit à l'évolution d'une pathologie, notamment hyperpronation ou hypersupination. En plus des matériaux actifs A (9), et B (10), il est également décrit une orthèse dynamique à laquelle est ajouté un quatrième matériau protecteur (45). Le matériau protecteur est également rendu solidaire des trois matériaux précédents, par des procédés de fixation définitifs ou amovibles. Il est positionné à l'aplomb et au contact des régions à protéger, par exemple appuis articulaires (46) ou zones plantaires (47). A partir du relevé des angulations de l'articulation sous astragalienne observées à diverses allures ou certaines pathologies, combiné à l'utilisation d'un matériau A à dominante amortissement, d'un matériau B, à dominante restitution d'énergie, convenablement positionnés en fonction de l'évolution des courbes de supination-pronation, il vient d'être décrit l'orthèse dynamique bifonctionnelle objet de la présente invention. Cette orthèse est particulièrement destinée aux sportifs et aux randonneurs, elle s'adapte à la discipline pratiquée, à la nature du revêtement de sol, et plus généralement à toutes demandes particulières d'un utilisateur en termes, par exemple, de performances, de confort, de corrections de défauts légers. L'orthèse est également destinée, dans le cadre de l'exercice de la podologie, à corriger des pathologies ou à améliorer, d'une manière générale, les propriétés naturelles du pied humain. REVENDICATIONS 1) Orthèse dynamique pour chaussures qui comprend trois matériaux, un matériau P (42), structurant sa base, pris parmi les matériaux connus utilisés pour la réalisation de semelles dites premières, un matériau A (9), à dominante absorption d'énergie, situé à sa partie postérieure et un matériau B (10),à domi nante restitution d'énergie, situé à sa partie antérieure, caractérisée en ce que - la surface et l'emplacement des matériaux A et B, rendus solidaires du matériau P à sa surface, à sa sous-face, ou dans sa structure, par des procédés de fixation définitifs ou amovibles, sont délimités et déterminés au moyen de diagrammes représentant, pour certaines allures de locomotion, notamment mar che (2), (5) demi-fond (13), (14), (15), sprint (20), (21), (22), marathon (28) et pour deux attitudes pathologiques, hyperpronation (32), (33), hypersupination (37), (38), l'évolution de la courbe de supination-pronation du pied dans son axe de déplacement, observée à l'aplomb des surfaces articulaires sous astraga-liennes, dans l'enchaînement des trois périodes distinctives de la locomotion, contact (1), appui (4), propulsion (6), le matériau A étant positionné et associé à l'évolution de la courbe de pronation, le matériau B étant positionné et associé à l'évolution de la courbe de supination. - les caractéristiques mécaniques des matériaux A et B sont les suivantes Caractéristiques mécaniques Type de matériau mesurées à la fréquence de la (valeurs exprimées en %) marche, 0,5 hertz et à la fréquence A B de la course, 1,5 hertz. 0, 5hertz 1, 5hz 0,5 hz 1, 5hz Amplitude mécanique au 18 79 32 92 déplacement Energie dissipée (WD) 72 63 47 73 Energie élastique (\V5) 27 37 52 27 2) Orthèse dynamique pour chaussures, selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'interposition des matériaux actifs A (9) et B (10) fixés au matériau structurant P (42), accompagne les mouvements normaux du pied dans sa fonction de mécanisme adaptateur-levier piloté par l'articulation sous astragalienne du fait des caractéristiques mécaniques des matériaux A et B. 3) Orthèse dynamique pour chaussures, selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle remplit un rôle de nature corrective, lorsque la fonction de mécanisme adaptateur-levier du pied piloté par l'articulation sous astragalienne est défaillante - soit à l'égard de l'hyperpronation, en la laissant se produire si elle est de nature adaptative, puis en la bloquant à partir d'une angulation de 7 , où elle devient pathologique, - soit à l'égard de lhypersupination qu'elle laisse se dérouler dans la limite d'une angulation normale, puis la contient au-delà d'une valeur limite fixée à 7 , au moyen d'une épaisseur progressivement variable du matériau A sur le bord interne (36) ou externe (41) du pied. 4) Orthèse dynamique pour chaussures, selon l'une quelconque des revendications, caractérisée par la nature et les moyens de liaison entre le matériau structurant P (42), en matières synthétiques thermodéformables à 90 , d'une part et les matériaux A (9) et B (10) d'autre part, réalisés au moyen - soit d'ajouts (43), plans ou bombés, fixes ou amovibles, de matériaux A (9) et B (10) insérés dans des trous découpés dans l'épaisseur du matériau P (42), dont les formes épousent exactement celles des trous pratiqués dans le matériau P, dont l'épaisseur est au moins égale à celle du matériau P, - soit de pastilles (44) planes ou bombées, fixes ou amovibles, de matériaux A et B, placés dans des évidements pratiqués dans la structure du matériau P, dont les formes épousent exactement celles des évidements et dont l'épaisseur est au moins égale à la profondeur des évidements. 5) Orthèse dynamique pour chaussures, selon l'une quelconque des revendications, caractérisée en ce qu'elle comprend un quatrième matériau protecteur (45), rendu également solidaire des trois matériaux précédents, par des procédés de fixation définitifs ou amovibles, positionnés à l'aplomb et au contact des appuis articulaires (46) ou des zones à protéger.