Brevet FR2861846A1 — publié le 20050506

DISPOSITIF DE MESURE DE PRESSION DESTINE A ETRE INTERPOSE ENTRE DEUX CORPS Domaine technique L'invention se rattache au domaine des dispositifs de mesure, et plus particulièrement des dispositifs de mesure de pression utilisés dans le domaine de la biomécanique. Elle trouve une application particulière (mais non exclusive) pour la réalisation d'un manchon ou chaussette utilisé dans l'analyse des pressions et contraintes exercées sur différentes zones du pied lors de la pratique du ski. Dans la suite de la description, l'invention sera plus particulièrement détaillée en relation avec les sports de glisse, et notamment le ski alpin, mais elle peut être appliquée à d'autres secteurs ayant de manière générale trait aux mesures biomécaniques. Techniques antérieures Pour pratiquer un sport de glisse, il est généralement nécessaire de chausser une chaussure rigide permettant de solidariser temporairement un engin de glisse, qui peut être soit une planche de glisse, ski ou surf, ou bien encore un patin à roulettes ou à glace. Du fait du contact du pied avec cette chaussure rigide, le pied subit des pressions qui peûvent être importantes, tant en régimes statique que dynamique. En effet, la bonne tenue du pied à l'intérieur de la chaussure nécessite un serrage relativement important qui peut se traduire par des pressions élevées exercées sur le pied. Ces pressions sont variables d'un utilisateur à l'autre, en fonction de la morphologie de son pied, ainsi que d'une chaussure à l'autre en fonction de la configuration de sa surface intérieure. De même, les pressions exercées sur la peau du pied varient dynamiquement, en fonction des appuis exercés par l'utilisateur lors des différentes phases de déclenchement de conduite et de virages. Ces pressions sont éminemment variables en fonction du type de pratique, mais également des propriétés notamment de raideur du ski, ou plus généralement de la planche ou de l'engin de 2861846 2 glisse. Ces pressions sont également fonction de la géométrie de la chaussure, et notamment de la position de zones d'articulation entre le collier et la coque par exemple, mais aussi de la localisation des points de serrage. Elles dépendent également des matériaux utilisés pour la fabrication de la chaussure, et notamment de leur souplesse. Ainsi, lors de la conception d'une chaussure, il faut tenir compte de la cartographie des pressions exercées pour définir les formes et les raideurs des différentes parties constituant la coque et le chausson de la chaussure. De même, l'information relative à cette répartition de pressions peut permettre à l'utilisateur de choisir le modèle de chaussure qui est le plus approprié à la morphologie de son pied et à sa pratique. En effet, il faut savoir que des pressions importantes peuvent être la source de blessures, notamment dans les zones où la peau est directement au contact des os. On connaît également le problème de la sensibilité du pied provoquée par une pression trop importante au niveau du cou de pied, notamment à l'aplomb de la veine pédieuse. On ressent donc le besoin de pouvoir mesurer les pressions exercées sur le pied par la chaussure. La solution consistant à implanter des capteurs directement sur la peau bien que théoriquement la plus satisfaisante n'est pas réellement envisageable, puisqu'elle nécessite des manipulation de mise en place délicates, longues, et difficilement reproductibles. Des dispositifs ont déjà été proposés pour mesurer les pressions exercées sur le pied à l'intérieur d'une chaussure. Des dispositifs de ce type sont décrits dans les documents US 6 216 545 et US 6 155 120. Toutefois, ces dispositifs sont essentiellement destinés à mesurer des contraintes résultant de phénomènes de cisaillement. Pour ce faire, ces dispositifs comportent plusieurs couches superposées entre lesquelles sont intégrés des capteurs de type piézo-électrique. Cette construction confère donc à ces dispositifs une épaisseur importante, qui modifie de fait l'interface entre le pied et la chaussure, et donc les pressions mesurées. En outre, ce type de dispositifs ne permet pas de mesurer les pressions exercées perpendiculairement à la surface de la peau, alors qu'il s'agit des pressions les plus importantes à mesurer dans le cadre des chaussures de ski. Par ailleurs, de par leur constitution, ces dispositifs sont essentiellement plans, et ne peuvent donc être employés efficacement qu'au niveau de la surface plantaire du pied, et en aucun cas ne permettent de former un dispositif permettant de générer une cartographie complète des pressions exercées sur le pied. Enfin, les matériaux employés dans ce type de dispositif sont essentiellement à base de silicone. Or, ces matériaux présentent une rémanence relativement faible, signifiant qu'ils reprennent leur forme qu'après un délai relativement important lorsque la sollicitation mécanique a cessé. Un tel inconvénient est un frein à l'emploi de ce matériau pour réaliser des dispositifs de mesure présentant une bonne répétabilité. L'objectif de l'invention est donc de permettre de réaliser des mesures de pression avec des dispositif le plus mince possible, présentant une épaisseur particulièrement réduite pour ne pas interférer dans les mesures de pression s'exerçant entre les deux corps entre lesquels il est interposé. Un autre objectif est de permettre des mesures à proximité immédiate de la peau, pour déterminer le plus réellement possible les pressions ressenties par l'utilisateur. Un autre objectif de l'invention est de fournir un dispositif présentant des caractéristiques très proches de celles de l'organe sur lequel sont exercées les pressions à mesurer, et par exemple les muscles ou la peau. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif de mesure de pression qui est destiné à être interposé entre deux corps pour élaborer des signaux représentatifs de la pression s'exerçant d'un corps sur l'autre, et qui inclut une pluralité de capteurs de pression. 2861846 4 Conformément à l'invention, ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte une couche de gel d'uréthane épousant la forme d'un des deux corps, et au sein de laquelle sont noyés les capteurs de pression. Par gel d'uréthane, on entend le produit de la réaction chimique entre des isocyanates (R-N=C=O) et des polyols (R'-OH) dans lequel une proportion des groupements alcool (-OH) des polyols n'ont pas réagi avec les fonctions correspondantes des isocyanates. Cette réaction incomplète peut être due à des proportions non stoechiométriques des composants de la réaction, ou encore à la présence de composés du type plastifiant, qui par encombrement stérique empêchent que la réaction soit totale. Un gel d'uréthane se présente donc comme un uréthane de coulée à base de polyols à longues chaînes carbonées et comportant éventuellement un plastifiant. Autrement dit, l'invention réside d'une part dans le choix d'un matériau dans lequel sont intégrés les capteurs et d'autre part dans le choix des localisation des capteurs sur le dispositif. Le matériau choisi présente de multiples avantages par rapport au matériau employé dans des buts similaires à ce jour, et notamment les silicones. En effet, ce matériau permet de maintenir les capteurs de pression au plus près possible de la peau, tout en étant légèrement extensible pour s'adapter à différentes morphologies de pied. Le gel d'uréthane présente également des propriétés mécaniques d'incompressibilité qui assure une bonne répartition des efforts exercés sans engendrer de tensions de surface susceptibles de générer des contraintes au niveau des capteurs de pression, et de provoquer donc des erreurs de mesure des pressions. Par ailleurs, le gel d'uréthane présente des propriétés mécaniques en terme de rémanence qui sont relativement proches de celles des muscles, de sorte que le manchon de mesure forme pour ainsi dire une surépaisseur de la peau avec des propriétés mécaniques similaires. Autrement dit, le manchon forme un couche qui recouvre la peau, et qui se comporte comme cette dernière, avec des réactions mécaniques analogues, en termes d'élasticité, rémanence, résilience etc... . Ainsi, les pressions mesurées sont en quelque sorte très similaires à celles qui seraient mesurées directement au contact de la peau. 2861846 5 Avantageusement, les gels d'uréthane peuvent être rendus anallergiques, ce qui leur permet de réaliser des manchons qui peuvent être directement au contact de la peau, et donc permettre d'élaborer des signaux très représentatifs des pressions exercées sur la surface cutanée. Toutefois, en pratique, il peut être prévu de revêtir l'une et/ou l'autre des faces de la couche de gel, d'une couche textile, afin notamment de protéger la couche de gel des impacts ou griffures. En pratique, on préfèrera conserver un contact direct de la peau avec la face interne du manchon. La couche textile, par exemple à base de Lycra sera alors située sur la face externe du manchon, éventuellement en étant noyée en surface. En pratique, la couche de gel d'uréthane peut présenter une épaisseur comprise entre 2 et 10 millimètres. Cette valeur est à comparer avec celle de l'épaisseur d'une chaussette, de sorte que pour les opérations de mesure, un tel dispositif peut remplacer une chaussette sans former de surépaisseur à l'intérieur de la chaussure. En pratique, on préférera que la couche de gel d'uréthane présente une faible dureté, typiquement comprise entre 20 et 60 Shore A, et préférentiellement comprise entre 35 et 40 Shore A. En pratique, le dispositif peut adopter différentes formes très variées, et notamment il peut être conformé sous forme d'un manchon, de manière à recouvrir un des deux corps. Il peut également être relativement plat, toujours en étant de forme adaptée au corps sur lequel il est destiné à être installé. Dans le cas des mesures de pression sur le pied, ce manchon peut présenter une fonne de chaussette, recouvrant le pied et éventuellement la partie basse de la jambe. L'invention peut également servir à mesurer des pressions exercées sur la tête par un casque, et le dispositif épouse alors une forme de calotte. Parmi les autres applications de l'invention, on peut notamment citer les protège-tibia ou plus généralement les articles de protection des membres inférieurs ou supérieurs. Dans ce cas, le manchon épouse un forme de gouttière, adapté au membre à protéger. 2861846 6 De multiples capteurs peuvent être employés, et notamment des capteurs de pression de type résistif, c'est-à-dire formant une résistance électrique dont la valeur ohmique varie en fonction de la pression subie. Toutefois, d'autres types de capteurs notamment des capteurs capacitifs ou piézo-électrique peuvent être employés. Toutefois, les capteurs seront de préférence sensiblement plats, pour ne pas former de surépaisseur au sein du dispositif. Leur direction de détection de la pression est sensiblement perpendiculaire à la surface extérieure de la couche de gel d'uréthane dans la zone où ils sont implantés. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre d'exemple non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: La figure 1 est une vue en perspective sommaire d'un manchon formant une chaussette réalisé conformément à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe en épaisseur d'une zone du manchon de la figure 1 comportant des capteurs. Les figures 3 à 7 sont respectivement des vues de dessus, de derrière, de dessous, de la face latérale extérieure et de la face latérale intérieure du manchon de la figure 1. Manière de réaliser l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif de mesure utilisé dans le domaine de la biomécanique, et qui trouve une application dans le domaine des sports de glisse sans être toutefois limitée à ce seul secteur. 2861846 7 Le dispositif illustré à la figure 1 est un manchon se présentant sous forme d'une chaussette, destiné à recouvrir le pied d'un utilisateur, avant d'être inséré dans une chaussure de ski. De préférence, ce manchon (1) présente sa face intérieure (2) qui est destinée à venir au contact direct de la peau de l'utilisateur, éventuellement avec interposition d'une chaussette, de préférence la plus fine possible. La face extérieure (3) du manchon (1) reçoit quant à elle le contact du chausson souple de la chaussure de ski. Ce manchon (1) est équipé d'une pluralité de capteurs de pression (4) répartis dans différentes zones (5) localisées à différents endroits du manchon. Chacun de ces capteurs (4) est susceptible de générer un signal de nature électrique. L'ensemble de ces capteurs comporte donc des moyens de liaison électrique 15 avec un dispositif d'analyse non représenté, par l'intermédiaire d'un connecteur illustré schématiquement à l'arrière du manchon. Comme illustré à la figure 2, chacun de ces capteurs (4) présente une épaisseur relativement réduite, ce qui lui permet de s'intégrer dans l'épaisseur (e) 20 du manchon (1). Conformément aux caractéristique de l'invention, le matériau utilisé pour former le manchon est un gel d'uréthane. Ce gel d'uréthane est obtenu de manière classique par une réaction chimique mettant en oeuvre des isocyanates (R -N=C=O) et des polyols (R'-OH). Le choix des chaînes carbonées (R') des polyols permet d'optimiser les propriétés mécaniques voulues et notamment la résistance et la dureté du gel obtenu. De manière simplifiée, on peut considérer que l'emploi de chaînes carbonées (R') relativement longues permet d'obtenir des composants relativement flexibles, du fait des distances entre les liaisons générées lors de la réaction entre les polyols et les isocyanates. L'écart des proportions des deux réactifs par rapport aux 2861846 8 proportion stoechiométriques permet également de limiter le nombre de liaison créées, et de donner un caractère de souplesse au gel obtenu. De même, l'emploi d'additifs assouplissants lors de la réaction, et typiquement des plastifiants, permet de donner une bonne élasticité au gel obtenu. Les conditions opératoires permettent également de conserver au sein des matériaux des bulles de gaz issues de la réaction caractéristique, allégeant ainsi le manchon, notamment par rapport à des matériaux à base de silicone. Cette structure permet également de conserver une certaine flexibilité, à des températures relativement basses, en comparaison avec celles envisageables pour du silicone, ce qui est prépondérant pour réaliser des essais de chaussure sur le ski. On a obtenu des bons résultats en utilisant un gel d'uréthane commercialisé sous la marque ISOPROT par la société Research Electronic Control implantée à Bédarieux (France). Un tel gel présente une dureté de 38 Shore A environ. En pratique, les capteurs (4) utilisés peuvent être du type résistifs. On pourra notamment utiliser les capteurs de la gamme LuSense commercialisés par la société IEE International Electronics and Engineering (Luxembourg). En pratique, on a déterminé que les capteurs doivent présenter une dimension en diamètre ne dépassant pas 10 à 15 millimètres, pour éviter qu'ils ne subissent une courbure trop importante lorsqu'ils sont mis en place dans des zones à forte courbure, et par exemple au niveau des malléoles. Comme illustré aux figures 3 à 7, les différents capteurs peuvent être implantés dans des zones variées, en fonction des paramètres à étudier, de manière à obtenir une cartographie des pressions exercées sur l'ensemble du pied. La liste ci-dessous donne pour chacune de ces zone, la ou les zones osseuses concernées, ainsi que les éventuels muscles situés au plan profond et/ou tendons situés au plan moyen présents à l'aplomb de cette zone, sous la couche supérieure de l'épiderme. 2861846 9 Zone de la malléole médiale (101) (cf fig.7): Zone osseuse concernée: Protubérance osseuse de la tête de la malléole médiale Muscle concerné: Insertion du flexor Rétinaculum Zone du logement du Sustentaculum Tali (102) (cf fig.7): Zone osseuse concernée: Bordure médiale du Calcanéus Muscle concerné: Passage du Flexor Rétinaculum Tendon concerné. Abducteur Hallucis Zone de la crête dorsale du pied (103) (cf fig.3): Zone osseuse concernée: Os Naviculaire Muscles concernés: Passage du Tibial Antérieur et de l'extenseur de Hallux Longus Tendon concerné: Rétinaculum inférieur des extenseurs Zone de la voûte plantaire (104) (cf fig.7): Muscle concerné: Muscle de l'abducteur Hallux Tendon concerné: Tendon du muscle tibial Postérieur. Zone dorsale des 2eme,3eme,4eme 5eme phalanges métatarsiennes (105) (cf fig.3): Tendons concernés: Tendons du muscle court extenseurs des orteils Zone de la tubérosité osseuse du bord latéral extérieur du 1 er métatarsien (106) (cf fig. 7): Zone osseuse concernée: bordure médiolatérale du ter métatarsien Muscle concerné: Abducteur de l'hallux Tendon concerné: Ligament métatarsophalangien Zone de la face antérieure de la jambe (107) (cf fig.3): Zone osseuse concernée: Arête os tibial Muscles concernés: Extenseur long des orteils, extenseur long de l'hallux, muscle tibial antérieur 2861846 IO Zone de la surface latérale externe de la cheville (108) (cf fig.6): Muscles concernés: Muscles Péroniers long, muscle péronier court, Tendon concerné: rétinaculum inférieur des extenseurs Zone de la malléole latérale (109) (cf fig.6): Zone osseuse concernée: protubérance osseuse de la tête de la malléole latérale Tendon concerné: rétinaculum des muscles fibulaires Zone de la goulette rétro malléolaire latérale extérieure (110) (cf fig.6): Zone osseuse concernée: bordure latérale du calcanéus Tendon concerné: Rétinaculum des muscles fibulaires Zone postérieure de la cheville (111) (cf fig.4): Tendon concerné: tendon calcanéen Zone du bas de la jambe (112) (cf fig.4): Muscle concerné: Muscle gastrocnémien Zone du capiton plantaire (113) (cf fig.5): Zone osseuse concernée: Os calcaneus Muscle concerné: Bourse séreuse Zone du styloïde du 5e11e métatarsien (114) (cf fig.5): Zone osseuse concernée: Tête osseuse du Sème métatarsien Tendon concerné: Tendon du muscle court fibulaire Zone d'appui inférieure de la palette métatarsienne (115) (cf fig.5): Zone osseuse concernée: Phalanges métatarsiennes Tendons concernés: Tendons des muscles long et court fléchisseurs des orteils Zone d'appui des phalanges distales M2,M3,M4,M5 (116) (cf fig.5): Zone osseuse concernée: phalanges distales des 2ème, 3ème 4ème et Sème métatarsiens Tendons concernés: Tendons des muscles long et court fléchisseurs des orteils Zone la tête du 5 en1e métatarsien (117) (cf fig.6): Zone osseuse concernée: bordure latérale du 5e1ne métatarsien Tendon concerné: Tendon du muscle abducteur du petit orteil Zone de la bordure latérale extérieure de la jambe (118) (cf fig.6): Muscles concernés: Muscle Soléaire, muscle long péronier, muscle court péronier Zone de la bordure latérale interne de la jambe (119) (cf fig.7) : 15 Zone osseuse concernée: corps de l'os tibial Muscles concernés: Muscle Soléaire, muscle fléchisseur commun des orteils Il ressort de ce qui précède que le dispositif conforme à l'invention permet d'assurer une mesure de pression qui présente une grande fiabilité. En effet, un même dispositif peut être employé avec des pieds de taille légèrement différente du fait de son élasticité. La faible épaisseur d'un tel manchon permet d'obtenir des mesures de pression représentatives de celles effectivement subies par le pied. 25 12 REVENDICATIONS 1/ Dispositif de mesure de pression (1) destiné à être interposé entre deux corps pour élaborer des signaux représentatifs de la pression s'exerçant d'un corps sur l'autre, incluant une pluralité de capteurs de pression (4), caractérisé en ce qu'il comporte une couche (7) de gel d'uréthane épousant la forme d'un des corps, et au sein de laquelle sont noyés lesdits capteurs de pression. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de gel. d'uréthane (7) présente une épaisseur (e) comprise entre 2 et 10 millimètres. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de gel d'uréthane présente une dureté comprise entre 20 et 60 Shore A, et préférentiellement comprise entre 35 et 40 Shore A. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il épouse une forme de manchon apte à recouvrir un des deux corps. 5/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon présente une forme de chaussette, apte à recouvrir un pied et/ou la partie basse de la jambe. 6/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon présente une forme de calotte, apte à recouvrir une portion de la tête. 7/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le manchon présente 25 une forme de gouttière, apte à recouvrir une partie d'un membre supérieur ou inférieur. 8/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs de pression (4) sont de type résistif. 9/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (4) sont sensiblement plats, et présentent une direction de détection de la pression sensiblement perpendiculaire à la surface extérieure de la. couche de gel d'uréthane dans la zone où ils sont implantés. 10/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une couche textile présente sur au moins une des ses faces en regard avec l'un ou l'autre corps. 11/ Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des 10 capteurs de pression disposés au moins dans une zone venant au regard des régions du membre inférieur suivantes: - zone de la malléole médiale (101), - zone du logement du Sustentaculum Tali (102), - zone de la crête dorsale du pied (103) - zone de la voûte plantaire (104) - zone dorsale des 2eme'3eme,4eme, 5eme phalanges métatarsiennes (105) - zone de la tubérosité osseuse bord latéral extérieur du lelmétatarsien (106) zone de la face antérieure de la jambe (107) - zone de la surface latérale externe de la cheville (108) - zone de la malléole latérale (109) - zone de la goulette rétro malléolaire latérale extérieure (110) - zone postérieure de la cheville (111) zone du bas de la jambe (112) - zone du capiton plantaire (113) - zone du styloïde du 5e1e métatarsien (114) zone d'appui inférieure de la palette métatarsienne (115) - zone d'appui des phalanges distales M2,M3,M4,M5 (116) - zone la tête du 5e'ne métatarsien (117) - zone de la bordure latérale extérieure de la jambe (118) - zone de la bordure latérale interne de la jambe (119)