Se mouvoir : interagir avec l'environnement | ||
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Le corps des animaux est formé de cellules agencées en tissus, organes, appareils et systèmes. Il contient une importante quantité d'eau répartie dans des compartiments liquidiens intracellulaire et extracellulaire, ce dernier incluant le compartiment intratissulaire et le compartiment extratissulaire. Bien que maintenu aux différentes échelles par des structures élastiques comme les membranes et les matrices extracellulaires, en absence de structure de soutien, il se déforme lorsqu'il est soumis à des contraintes exercées par l'environnement.
L'environnement exerce sur les animaux deux forces principales et opposées : la gravité, qui tend à provoquer l'affaissement du corps sous son poids, et la poussée d'Archimède, qui tend à le soutenir. En milieu aérien, la poussée d'Archimède est faible et l'impact de la gravité est plus significatif qu'en milieu aquatique.
En dépit de ces contraintes, le corps possède une forme définie. Elle est liée à la présence du squelette, structure de soutien jouant le rôle de charpente, en relation avec une relative rigidité.
Le déplacement du Criquet sur une paroi implique une alternance coordonnée de posés et de levés des différents appendices sur le support. Ils permettent des appuis successifs en des points de plus en plus antérieurs, et ainsi un déplacement vers l'avant correspondant à la marche. Deux structures constitutives des appendices apparaissent fondamentales dans le déplacement :
leur extrémité distale interagissant avec le support ;
les articulations permettant les mouvements des pièces formant les appendices les unes par rapport aux autres.
La marche d'un animal, à l'image de celle du Criquet, est une alternance de posés et de levés des appendices ou des membres locomoteurs, c'est-à-dire de contacts et de non contacts avec le sol, dus à des mouvements des segments des appendices ou des membres autour d'articulations. Il s'agit d'interactions avec un support, en l'occurrence le sol.
En quoi consistent ces interactions et quelles sont les forces en présence ?
Dans le cas de la marche, interviennent :
le poids, dû à la gravité, force verticale dirigée vers le sol et appliquée sur le centre de gravité ;
la force musculaire prenant la forme d'une poussée dont l'orientation varie avec la conformation de l'appendice ou du membre ;
la force de réaction du sol, égale et opposée à la poussée, assurant la propulsion du corps.
Le squelette des appendices ou des membres soulève le corps au-dessus du sol et en assure le soutien. Lorsque le centre de gravité se projette verticalement sur la surface d'appui, le corps est en équilibre, les masses corporelles étant réparties également autour du centre de gravité. Il est aussi responsable de la transmission de la force musculaire au sol et détermine son orientation en fonction du type d'articulation impliqué notamment.
Le squelette des animaux, qu'il soit interne ou externe, est rigide et permet à l'organisme de conserver sa forme. Il est formé de pièces articulées, notamment au niveau des appendices ou des membres, constitués de segments mobiles les uns par rapport aux autres. Sa rigidité et la mobilité de ses pièces constitutives sont essentielles dans les interactions avec le milieu et notamment l'exercice d'une action engendrant une réaction, processus à la base du déplacement.
Comment les pièces squelettiques ont-elles mises en mouvement ?
Chez les Vertébrés, les os du bassin sont généralement soudés ventralement et forment une symphyse pubienne. L'une des extrémités des muscles adducteurs des membres postérieurs y est fixée, l'autre étant fixée sur la face interne du fémur. La contraction des muscles adducteurs correspondant à leur raccourcissement a pour conséquence de rapprocher les membres postérieurs du corps après qu'ils en aient été écartés, en provoquant leur pivotement au niveau de l'articulation de la hanche.
De manière générale, les extrémités des muscles sont fixées sur des pièces squelettiques différentes, de part et d'autre d'une articulation. Chez les animaux à squelette interne, la fixation est réalisée sur la surface externe des pièces squelettiques alors que chez les animaux à squelette externe, l'insertion est située sur la face interne des pièces squelettiques. Ainsi le raccourcissement ou l'allongement des muscles conduit à un déplacement des pièces squelettiques les unes par rapport aux autres, autour des articulations.
Les articulations des Vertébrés sont formées par la juxtaposition des extrémités os, maintenue par des ligaments.
Chez les Arthropodes, les articulations sont des régions fines et souples de la cuticule situées entre deux pièces squelettiques reliées par un même muscle. La cuticule des Arthropodes est constituée de trois couches. De l'extérieur vers l'intérieur, ce sont :
l'épicuticule composée de cires et de lipoprotéines ;
l'exocuticule formée de chitine et de sclérotines, arthropodines tannées ;
l'endocuticule constituée de chitine et d'arthropodines non tannées.
La chitine est un polymère de N-acétylglucosamine, fibreux et agencé en feuillets. Elle confère à la cuticule flexibilité et résistance mécanique. Les arthropodines sont des protéines ne modifiant pas les propriétés mécaniques de la cuticule. Leur tannage, qui les transforme en sclérotines, conduit à la formation d'un réseau rigidifiant et imperméabilisant la couche dans laquelle elles sont présentes. Au niveau des membranes articulaires, la flexibilité de la cuticule est liée à l'absence d''exocuticule le plus souvent. La présence d'une protéine élastique, la résiline, y contribue également.
Finalement, les systèmes squelettique et musculaire sont associés dans la mobilité, que le squelette soit externe ou interne. Les pièces du squelette, dont la masse est parfois importante relativement à la masse corporelle totale, sont mises en mouvement grâce aux muscles qui y sont fixés, dont la longueur varie avec l'état de contraction ou de relâchement. Les pièces squelettiques se déplacent les unes par rapport aux autres autour des articulations et interagissent avec l'environnement en exerçant une action engendrant une réaction.
Comment les forces constituant l'action sont-elles produites et transmises ?