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Qu'est-ce qui fait marcher Lucy ?
Les idées naissent souvent du croisement entre des disciplines différentes. Cet adage se vérifie une fois de plus avec la collaboration de chercheurs parisiens et rennais sur la simulation de la bipédie chez Lucy, la plus connue des australopithèques. Quand les mondes de la paléoanthropologie et de la réalité virtuelle se rencontrent...
Rencontre de la paléoanthropologie et du monde de la réalité virtuelle avec deux chercheurs rennais, Georges Dumont (à gauche) et Franck Multon.
Faire marcher Lucy. Cette idée n'est pas nouvelle et bien des travaux ont déjà été publiés sur le sujet. Mais l'originalité de la démarche présentée ici vient du fait que les scientifiques ne sont pas partis du mouvement humain, ni des caractéristiques d'anatomie fonctionnelle, du squelette (qui attribuent une fonction a priori). Le paléoanthropologue Gilles Berillon (UPR 2147, CNRS – Paris) et ses collègues ont utilisé une approche initialement architecturale qui consiste à reconstituer les os en 3D, après les avoir numérisés. Ils les réarticulent ensuite entre eux, en se basant sur les axes de rotation et les butées articulaires.
Un squelette à trous
Seulement voilà, le squelette de Lucy comporte quelques "petits manques"... Les parties de l'appareil locomoteur se limitent au sacrum et au coxal gauche, formant un bassin partiel (qui a été tordu au cours de sa fossilisation), au fémur gauche, au tibia droit et au talus droit, os du pied constitutif de la cheville ! À ce stade, remettre Lucy sur pied demande un peu d'imagination... et c'est dans ce contexte que le chemin de Gilles Berillon croise celui de Franck Multon, informaticien spécialiste de la simulation du mouvement humain, au laboratoire de biomécanique de l'Université Rennes 2, et de Georges Dumont, maître de conférences en mécanique à l'ENS Cachan antenne de Bretagne, spécialiste de la modélisation du mouvement dans le monde virtuel. Tous deux travaillant par ailleurs sur le projet Siames (Synthèse d'images animation modélisation et simulation) à l'Irisa.
Nouveau champ interdisciplinaire
Cette rencontre de la paléoanthropologie et du monde de la réalité virtuelle débouche alors sur un projet financé par le CNRS, de 2002 à 2004. Un contexte particulier pour les chercheurs rennais qui, comme l'explique Franck Multon, "ont plutôt l'habitude de travailler sur des êtres humains entiers que l'on peut facilement mesurer. Alors que dans le cas de Lucy, il y a des trous, comme ce vide de 2 à 3 cm sur le fémur !" Mais ce nouveau challenge se révèle être passionnant et enrichissant pour les deux "camps".
Pour le paléoanthropologue, la simulation informatique représente un outil de validation de ses hypothèses, qui permet de tester un grand nombre de paramètres différents et d'accélérer ses réflexions. Et même si, au bout de deux ans, on ne connaît toujours pas “La” démarche de Lucy, plusieurs hypothèses fiables de locomotion bipède sont avancées par les scientifiques. Ces hypothèses vont, dans un deuxième temps, pouvoir être affinées avec la prise en compte de nouveaux éléments comme le genou et le pied. Des détails qui pourront peut-être en dire plus, notamment sur la fréquence d'utilisation du mode bipède par les australopithèques. "Le travail sur Lucy est très différent de celui que l'on fait sur l'Homme, expliquent les Rennais, mais extrêmement formateur. Le fait qu'il manque des bouts de squelette ou que l'on travaille sur des zones très ciblées posent d'autres questions. Cela rend la modélisation plus compliquée mais permet d'améliorer nos méthodes de calcul".
Résultat de cette collaboration : si, d'un côté, Lucy marche presque, de l'autre, les mouvements des prochains hommes virtuels devraient être encore plus vrais que nature...
NB
Contacts :
Gilles Berillon, tel. : 01 43 13 56 31,
berillon@ivry.cnrs.fr,
Georges Dumont, tél. : 02 99 84 25 74,
georges.dumont@irisa.fr,
Franck Multon, tél. : 02 99 14 17 75,
franck.multon@uhb.fr
Le saviez-vous ?
Se déplacer à l'économie
La locomotion choisie par la plupart des espèces correspond au mode de déplacement énergétiquement le plus économe. Partant de ce constat, des chercheurs tentent d'estimer la force musculaire globale mise en jeu, uniquement à partir de l'étude du mouvement. Cette analyse assez complexe est rendue possible grâce à des modèles mathématiques capables d'estimer les forces et les moments musculaires au niveau des articulations. Elle permettrait de retenir, parmi plusieurs hypothèses de marche proposées chez des hominidés fossiles, celle qui requiert le moins d'énergie.
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Reconstruction du squelette pelvien (bassin et membre inférieur) de Lucy, en bipédie, vue de face. En vert, les parties préservées de Lucy. En bleu, le genou (fémur et tibia) issu d'un autre fossile, car celui de Lucy est conservé, mais sa partie fémorale est très endommagée. En gris, les zones extrapolées par symétrie. |
Les étapes de la simulation.
A – Acquisition de données : une personne équipée de capteurs marche sur un tapis roulant. Elle emprunte différentes démarches afin d'enrichir la base de données (image de gauche).
B – Résultat de l'acquisition : les triangles rouges correspondent aux capteurs projetés sur un modèle de squelette (image du milieu).
C – Transposition de la simulation sur Lucy, à partir des os numérisés (image de droite).
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