Brevet FR3132573A1 — publié le 20230811

Dispositif de simulation du comportement sur le sol d’un membre d’un mammifère Dispositif de simulation (1) du comportement sur le sol d’un membre d’un mammifère, notamment d’un mammifère équin, comportant : - un impacteur (5) destiné à comprimer le sol, - une masse (7) mobile selon un axe rectiligne vertical, - un capteur de mesure (9) de la force verticale appliquée sur l’impacteur, - un dispositif de mesure (10) de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol, sous l’effet du déplacement de la masse (7). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de simulation du comportement sur le sol d’un membre d’un mammifère La présente invention concerne l’étude de la qualité des terrains sportifs, dans la perspective de minimiser les accidents sportifs et/ou d’accroître le confort d’utilisation de ces terrains. Par exemple dans le cadre des courses de chevaux, on sait que l’accidentologie du cheval de course et de sport est élevée. En outre, il a été démontré un lien de cause à effet entre la dureté d’une piste d’entrainement et la survenue de lésions des membres sur un effectifs de trotteurs, comme expliqué dans l’article « Effect of track surface firmness on the development of musculoskeletal injuries in French Trotters during four months of harness race training » (Crevier-Denoix et al., American Journal of Veterinary Research, novembre 2017). La qualité des pistes est un facteur de risque de lésions de l’appareil locomoteur chez les chevaux de courses et de sport. Outre l’impact économique de ces lésions pour les professionnels de la filière, la notion de risque lié au terrain est de moins en moins acceptable sur le plan du bien-être animal. Les professionnels de la filière équine sont demandeurs d’outils permettant d’évaluer objectivement ce risque. Plus généralement, il existe un besoin pour pouvoir qualifier les sols équestres, afin de planifier et mettre en œuvre les opérations de rénovation ou de maintenance, ou encore contrôler l'adéquation d'un sol aux objectifs visés. A ce jour, les mesures réalisées sur les sols équestres sont très basiques et peu représentatives des sollicitations imposées par le membre d’un cheval. C’est par exemple le cas de la dureté superficielle de pistes des courses de galop, évaluée par des appareils très simples tels que des pénétromètres, dans certains pays. Cette mesure est destinée à informer les parieurs sur l’état du terrain. On connait un appareil mis au point aux Etats-Unis, nommé Orono Biomech an ical Surface Tester (OBST. Peterson et al., 2008), mais qui présente l’inconvénient d’avoir une vitesse d’application de la charge sur le sol non physiologique, celle-ci étant très supérieure à la vitesse physiologique, étant notamment dix fois trop grande. Les résultats obtenus ne sont donc pas transposables. Par ailleurs, l’appareil impose un impact oblique et comporte un ressort à gaz, ce qui risque de perturber la composante verticale de la compression du sol. En outre, cet appareil ne fournit aucune mesure directe de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol, ce qui rend impossible la détermination de la raideur du sol. Les rares appareils disponibles jusqu’ici ne sollicitent ainsi pas le sol comme le font les membres d’un cheval lors d’une course ou d’une épreuve sportive. La préparation et l’entretien des pistes et des terrains sont basés aujourd’hui essentiellement sur le ressenti des utilisateurs et l’expérience des chefs de pistes, c’est-à-dire sur une évaluation subjective à dire d’experts. L’absence de mesures objectives peut conduire à des situations de conflits, voire de litiges en cas d’accidents, entre les organisateurs de courses et de concours, et les entraineurs et propriétaires de chevaux. Des mesures objectives permettraient de démontrer le bon état des terrains, en prenant en considération le bien-être animal. Il existe donc un besoin pour bénéficier d’un dispositif permettant de reproduire la phase d’appui de la foulée d’un mammifère et d’évaluer le risque accidentogène d’un terrain sportif. L’invention a ainsi pour objet, selon l’un de ses aspects, un dispositif de simulation du comportement sur le sol d’un membre d’un mammifère, notamment d’un mammifère équin, comportant : - un impacteur destiné à comprimer le sol, - une masse mobile selon un axe rectiligne vertical, - un capteur de mesure de la force verticale appliquée sur l’impacteur, - un dispositif de mesure de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol, sous l’effet du déplacement de la masse. Le dispositif selon l’invention permet de simuler le comportement en appui du membre sur le sol. L’impacteur est configuré pour simuler le bas du membre, par exemple le sabot d’un cheval. Lors du déplacement de la masse, l’impacteur peut comprimer le sol et s’enfoncer dans celui-ci. Il peut effectuer une première compression puis un ou plusieurs rebonds dans le sol, notamment sous l’effet du déplacement de la masse qui peut elle-même effectuer une première descente puis un ou plusieurs rebonds. La masse peut remonter spontanément. Le dispositif de simulation selon l’invention permet notamment de reproduire la sollicitation verticale imposée au sol par le membre antérieur d’un cheval en conditions sportives. Ceci permet d’analyser la raideur du sol pour différents niveaux de charge, la raideur au voisinage de la force maximale étant la plus critique pour le mammifère. Le dispositif de simulation peut être configuré pour permettre d’effectuer des mesures sur la première compression et/ou sur les rebonds. L’impacteur peut comporter une surface inférieure destinée à être en contact avec le sol. La surface inférieure de l’impacteur peut ne pas être entièrement plane. Elle peut par exemple avoir une courbure reproduisant la forme de la surface d’appui au sol du membre du mammifère. L’impacteur peut comporter une surface arrière comportant une entaille. La présence de l’entaille peut par exemple reproduire la forme du membre du mammifère, par exemple du sabot d’un cheval. L’impacteur peut comporter une surface supérieure sur laquelle est ménagé un logement pour recevoir le capteur de force. L’impacteur peut être en contact avec le sol tout au long de l’utilisation du dispositif de simulation, y compris avant le déplacement de la masse. Le capteur de mesure de force peut être uniaxial. Le dispositif de simulation peut par exemple être utilisé sur des terrains tels que des pistes équestres afin de simuler de façon réaliste la mise en charge du sol par le membre antérieur d’un cheval, en conditions sportives et physiologiques. Le dispositif de simulation peut permettre d’obtenir une mise en charge progressive du sol, par exemple en quelques dizaines de millisecondes, tout en atteignant des valeurs de force maximale élevées, par exemple 1 à 1,5 tonnes, conformément à ce qui a été mesuré sur des chevaux à l’entraînement. Le dispositif de simulation peut ainsi permettre d’obtenir des mesures de force reproductibles et discriminantes, pour une sollicitation physiologique du sol. Le dispositif de simulation peut être configuré pour que la force verticale maximale obtenue par la chute de la masse soit supérieure à 4 000 N. La force verticale maximale peut être élevée, étant notamment supérieure à 6 000 N, voire supérieure à 8 000 N, mieux supérieure à 9 000 N, étant par exemple de l’ordre de 10 000 N, notamment dans le cas où le mammifère est un mammifère équin. Dans le cas où il s’agit d’un mammifère canin par exemple, la force verticale maximale peut être notamment supérieure à 100 N, voire supérieure à 300 N, mieux supérieure à 600 N, étant par exemple de l’ordre de 900 N. Dans le cas où il s’agit d’un homme par exemple, la force verticale maximale peut être notamment supérieure à 700 N, voire supérieure à 1000 N, mieux supérieure à 1500 N, étant par exemple de l’ordre de 2000 N. La masse est configurée pour que la force verticale obtenue soit comparable aux variables biométriques du mammifère. Le dispositif de simulation peut comporter un axe vertical le long duquel se déplace la masse. L’axe vertical peut être relié à l’impacteur à son extrémité inférieure. L’axe vertical peut être mobile en translation verticale, entraînant le déplacement de l’impacteur. Le dispositif peut être configuré pour que l’impacteur ait la possibilité d’un déplacement vertical. Le dispositif peut comporter un dispositif de mesure de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol comportant un capteur de déplacement, notamment un potentiomètre linéaire. Le dispositif de mesure de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol peut être configuré pour mesurer un déplacement vertical. Le dispositif de mesure de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol peut être fixé à un châssis du dispositif de simulation, lequel peut rester immobile pendant la simulation. Il peut être fixé dans le haut du dispositif de simulation, sur une équerre du châssis. Le dispositif de mesure de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol peut comporter en outre un fil accroché par un point fixe sur l’axe vertical. La variation de longueur de ce fil provoque une variation de la tension en Volt relevée aux bornes du potentiomètre. Cette variation permet d’obtenir une distance de déplacement de l’axe vertical. Le déplacement de la masse peut comporter une première portion en chute libre, par exemple sur une distance L, notamment comprise entre 20 et 50 cm, mieux entre 25 et 40 cm, étant par exemple de l’ordre de 30 cm. La hauteur de chute de la masse est configurée pour que la force verticale obtenue soit comparable aux variables biométriques du mammifère. La valeur de la masse peut être comprise entre 10 et 1000 kg, notamment entre 20 et 500 kg, voire entre 30 et 300 kg, mieux entre 50 et 200 kg, étant par exemple de 110 kg. La masse peut par exemple comporter dans un mode de réalisation un empilement de 5 anneaux de 20 kg et un anneau de 10 kg. La valeur de la masse et la hauteur de chute de la masse sont configurées pour que, lorsque combinées ensemble, la force verticale obtenue soit comparable aux variables biométriques du mammifère. La première portion en chute libre peut être limitée par une ou des butées. A cet effet, le dispositif de simulation peut comporter une ou plusieurs butées, notamment placées sur une ou des tiges verticales le long desquelles se déplace la masse. Le dispositif peut comporter dans un mode de réalisation deux tiges verticales, parallèles l’une à l’autre, comportant chacune une butée. La butée peut être placée à la distance L de la position initiale de la masse, avant son déplacement vertical en chute libre. Une butée peut comporter un écrou fixé sur la tige verticale correspondante. Le déplacement de la masse peut comporter une deuxième portion en chute verticale ralentie. Le ralentissement peut être obtenu par l’action d’un ou d’organes élastiques auxquels sont suspendues les tiges verticales munies de la ou des butées sur lesquelles vient buter la masse à la fin de sa chute libre. A la fin de sa chute libre, la masse tire sur le ou les organes élastiques, et sa chute est alors ralentie. Le ou les organes élastiques peuvent être configurés pour que la force verticale devienne maximale en un temps comparable aux variables biométriques du mammifère. La ou les tiges verticales peuvent être reliées à l’axe vertical par un ou des organes élastiques. Le ou les organes élastiques peuvent comporter un matériau élastique, par exemple un ruban en matériau élastique. Le matériau élastique peut être non métallique, notamment en matière plastique, par exemple en latex. Le matériau élastique une fois préparé peut constituer le ou les organes élastiques permettant le ralentissement de la descente de la masse, donc de la compression du sol. Le ou les organes élastiques peuvent avoir une raideur globale comprise entre 50 000 et 500 000 N/m, mieux entre 100 000 et 200 000 N/m, par exemple de l’ordre de 150 000 N/m. L’organe élastique s’allonge sous l’effet de la descente de la masse. Il permet de reproduire l’élasticité du membre du mammifère. Les organes élastiques peuvent être rendus solidaires de l’axe vertical par une platine, laquelle peut être liée à l’axe vertical par une goupille. Un déplacement du ou des organes élastiques vers le bas peut entrainer le déplacement de l’axe vertical, par l’intermédiaire de la platine. L’allongement du ou des organes élastiques peut être égal à la distance ΔL parcourue par la masse pendant sa deuxième portion en chute verticale ralentie, de laquelle on soustrait la descente de l’axe vertical et donc l’enfoncement de l’impacteur dans le sol. Lors du déplacement de la masse, l’impacteur peut comprimer le sol et s’enfoncer dans celui-ci. Il peut effectuer une première compression puis un ou plusieurs rebonds dans le sol, notamment sous l’effet du déplacement de la masse qui peut elle-même effectuer une première descente puis un ou plusieurs rebonds. La masse peut remonter spontanément. Le dispositif de simulation peut être configuré pour permettre d’effectuer des mesures sur la première compression et/ou sur les rebonds. Le dispositif de simulation peut être configuré pour que la vitesse de compression du sol soit comprise entre 50 kN/s et 500 kN/s. La vitesse de compression du sol peut notamment être inférieure à 400 kN/s, voire inférieure à 300 kN/s mieux inférieure à 200 kN/s. La masse est configurée pour que la vitesse de compression du sol obtenue soit comparable aux variables biométriques du mammifère. Le dispositif de simulation peut permettre notamment de mesurer la raideur du sol, qui correspond à la pente du tracé de la force verticale en fonction de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol. Le dispositif de simulation peut être configuré pour fournir la raideur moyenne du sol, qui est le rapport de la force verticale maximale sur l’enfoncement correspondant de l’impacteur dans le sol. La raideur du sol (en anglais « stiffness ») peut être un paramètre caractéristique d’un sol donné, qui est très discriminant pour apprécier le risque accidentogène d’un sol. La raideur du sol peut être spécifique d’un sol donné dans un état donné. La raideur moyenne du sol peut être inférieure à 3000 kN/m, mieux inférieure à 2500 kN/m, voire inférieure à 2000 kN/m. Le dispositif de simulation peut être configuré pour fournir le coefficient d’amortissement du sol, à partir de la pente de la droite passant par les sommets des pics consécutifs de la force verticale, lors des impacts et rebonds consécutifs. Le coefficient d’amortissement du sol traduit la restitution d’énergie que fournit le sol au mammifère, notamment au cheval. Il se calcule grâce aux rebonds de l’impacteur dans le sol. Le coefficient d’amortissement peut permettre de prédire la capacité d’un sol à se compacter sous l’effet des rebonds de l’impacteur. La connaissance de ce coefficient d’amortissement peut permettre d’émettre des recommandations d’entretien adaptées pour le sol d’un terrain sportif, notamment d’un terrain équestre, notamment des recommandations d’entretien à court terme du sol. Par ‘à court terme’, on entend que ces recommandations sont à effectuer dans les 10 heures, voire dans les 8 heures, mieux dans les 6 heures, mieux encore dans les 4 heures. L’application de ces recommandations a pour objectif de permettre d’une part d’améliorer les performances du sol, notamment en termes sportifs, et d’autre part de minimiser les risques d’accident. Le dispositif selon l’invention permet de mesurer au moins plusieurs des paramètres reproductibles et discriminants, choisis dans la liste suivante : force verticale, force verticale maximale, enfoncement de l’impacteur dans le sol, enfoncement maximal de l’impacteur dans le sol, raideur moyenne et raideurs segmentaires, remontée du sol après l’impact, coefficient d’amortissement du sol. On peut déduire avantageusement la raideur moyenne du sol, à partir des mesures de la force verticale maximale et de l’enfoncement correspondant de l’impacteur dans le sol. Le dispositif de simulation peut permettre de simuler le comportement sur le sol d’un membre d’un mammifère, notamment d’un mammifère animal, notamment d’un mammifère équin, en particulier d’un cheval. Le mammifère animal peut être un équidé et de façon préférentielle un cheval. Le membre peut être le membre antérieur d’un mammifère, notamment d’un mammifère animal, notamment d’un mammifère équin, en particulier d’un cheval. Le mammifère peut être ainsi un animal. En variante, le mammifère peut être un homme, par exemple un sportif tel que coureur, footballeur ou rugbyman. Le dispositif peut être configuré pour être mobile en déplacement, comportant notamment des roues, par exemple deux roues sur lesquelles est monté un châssis du dispositif. Le dispositif peut être motorisé, ou en variante être configuré pour être entrainé en déplacement par un engin motorisé, par exemple un quad, tracteur, ou autre. Le châssis peut comporter à cet effet des moyens d’attelage. Le dispositif peut être configuré pour permettre des prises de mesure consécutives séparées d’un intervalle de temps inférieur à 15 minutes, mieux inférieur à 12 minutes, voir inférieur à 10 minutes, mieux encore inférieur à 5 minutes, par exemple toute les 2 à 4 minutes, notamment toutes les 3 minutes. Un intervalle de temps court permet une rapidité de mesures suffisantes pour effectuer des mesures en nombre suffisant sur un terrain de taille importante, en un temps raisonnable, par exemple inférieur à 5 heures, notamment de 1 heure, ou bien de 2 à 3 heures pour un terrain qui peut par exemple avoir une surface de l’ordre de 6000 à 8000 m2. On peut par exemple effectuer une dizaine de mesures en moins d’une heure. L’invention a encore pour objet, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, un procédé de détermination du risque accidentogène d’un terrain sportif, notamment d’un terrain équestre, dans lequel on mesure, notamment au moyen d’un dispositif de simulation tel que décrit ci-dessus, au moins l’un des paramètres de la liste suivante : force verticale, force verticale maximale, enfoncement de l’impacteur dans le sol, enfoncement maximal de l’impacteur dans le sol, remontée du sol après l’impact, raideur moyenne et raideurs segmentaires, remontée du sol après l’impact, et coefficient d’amortissement du sol. Le terrain sportif peut être par exemple choisi dans liste suivante, qui n’est pas limitative : terrain équestre, piste de course sur un hippodrome, piste d’entraînement, carrière, manège, paddock. Le terrain sportif peut en variante être une piste de course ou un terrain de sport collectif, par exemple un terrain de football ou de rugby. Dans ce procédé on peut déterminer un risque accidentogène du terrain sportif pratiqué par des mammifères, notamment du terrain équestre, à partir du ou des paramètres mesurés. Par ‘risque accidentogène’, on entend que l’utilisation du terrain en conditions sportives peut favoriser la survenue d’un accident pour le mammifère utilisateur. Le risque accidentogène est acceptable lorsque par exemple la raideur moyenne du sol est inférieure à 3000 kN/m, mieux inférieure à 2500 kN/m, voire inférieure à 2000 kN/m. La mise en œuvre du procédé peut permettre de suggérer ou de prescrire des recommandations d’entretien adaptées pour le sol du terrain sportif, notamment du terrain équestre, notamment des recommandations d’entretien à court ou moyen terme du sol. Les recommandations d’entretien peuvent comporter : arrosage, hersage, décompactage, drainage, maintien à l’ombre, ou au contraire exposition au soleil, cette liste n’étant pas limitative. La mise en œuvre du procédé peut permettre d’établir une cartographie du terrain sportif en fonction des mesures effectuées et de leur localisation. Les applications possibles sont la préparation et la maintenance de pistes de courses, par exemple de trot ou de galop, ainsi que celles des terrains de concours complet d’équitation, des carrières de saut d’obstacles ou de dressage, afin de garantir la non-dangerosité de ces terrains et d’accroître leur confort d’utilisation. Les utilisateurs du dispositif de simulation et du procédé selon l’invention peuvent être des professionnels spécialisés dans la maintenance des pistes équestres, des personnes en charge des hippodromes et centres d’entraînement de galop ou de trot, des responsables des pistes de concours complet d’équitation, des fabricants de sols, des contrôleurs de sols sportifs, cette liste n’étant pas limitative. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel : La est une vue en perspective, schématique et partielle, d’un dispositif de simulation conforme à l’invention. La est une vue en perspective, schématique et partielle, du dispositif de simulation de la . La est une vue de côté, schématique et partielle, du dispositif de simulation de la . La est une vue de face, schématique et partielle, du dispositif de simulation de la . La est une vue de face, schématique et partielle, du dispositif de simulation de la , avant un test. La est une vue de face, schématique et partielle, du dispositif de simulation de la en fonctionnement. La illustre l’évolution dans le temps de la force verticale lors du fonctionnement du dispositif de simulation de la . La illustre l’évolution dans le temps de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol lors du fonctionnement du dispositif de simulation de la . La illustre l’évolution de la force verticale, jusqu’à la force verticale maximale Fz max, en fonction de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol lors du fonctionnement du dispositif de simulation de la . La pente du tracé correspond à la raideur du sol. La illustre la raideur du sol pour différents terrains. La illustre l’évolution dans le temps de la force verticale lors du fonctionnement du dispositif de simulation de la , avec plusieurs rebonds. Dispositif de simulation (1) du comportement sur le sol d’un membre d’un mammifère, comportant : - un impacteur (5) destiné à comprimer le sol, - une masse (7) mobile selon un axe rectiligne vertical, - un capteur de mesure (9) de la force verticale (Fz) appliquée sur l’impacteur - un dispositif de mesure (10) de l’enfoncement (Enf) de l’impacteur dans le sol, sous l’effet du déplacement de la masse (7). Dispositif de simulation selon la revendication précédente, dans lequel le dispositif de mesure (10) de l’enfoncement de l’impacteur dans le sol comporte un capteur de déplacement, notamment un potentiomètre linéaire (12). Dispositif de simulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un axe vertical (15) le long duquel se déplace la masse (7). Dispositif de simulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une ou plusieurs butées (17), notamment placées sur une ou des tiges verticales (19) le long desquelles se déplace la masse (7). Dispositif de simulation selon la revendication précédente, la ou les tiges verticales (17) étant reliées à l’axe vertical par un ou des organes élastiques (20). Dispositif de simulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, configuré pour que la vitesse de compression du sol soit comprise entre 50 kN/s et 500 kN/s. Dispositif de simulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, configuré pour fournir la raideur moyenne (Rm) du sol, qui est le rapport de la force verticale maximale (Fz max) sur l’enfoncement (Enf) correspondant de l’impacteur dans le sol. Dispositif de simulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, configuré pour fournir le coefficient d’amortissement (CA) du sol, à partir de la pente de la droite passant par les sommets des pics consécutifs de la force verticale (Fz), lors des impacts et rebonds consécutifs. Dispositif de simulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, étant configuré pour être mobile en déplacement, comportant notamment des roues (35), par exemple deux roues sur lesquelles est monté un châssis (30) du dispositif. Dispositif de simulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, étant configuré pour permettre des prises de mesure consécutives séparées d’un intervalle de temps inférieur à 15 minutes, mieux inférieur à 12 minutes, voir inférieur à 10 minutes, mieux encore inférieur à 5 minutes. Dispositif de simulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mammifère est un homme ou un animal. Dispositif de simulation selon la revendication précédente, dans lequel le mammifère animal est un équidé et de façon préférentielle un cheval. Procédé de détermination du risque accidentogène d’un terrain sportif, notamment d’un terrain équestre, dans lequel on mesure, au moyen d’un dispositif de simulation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins l’un des paramètres de la liste suivante : force verticale, force verticale maximale, enfoncement de l’impacteur dans le sol, enfoncement maximal de l’impacteur dans le sol, remontée du sol après l’impact, raideur moyenne et raideurs segmentaires, remontée du sol après l’impact, et coefficient d’amortissement du sol. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on détermine un risque accidentogène du terrain sportif pratiqué par des mammifères, notamment du terrain équestre, à partir du ou des paramètres mesurés.