Exosquelette

Un exosquelette ou squelette externe, par opposition à l'endosquelette, est une caractéristique anatomique externe qui supporte et protège un animal. Beaucoup d'arthropodes (insectes, crustacés…) et de mollusques, possèdent un exosquelette. La partie dorsale d'un exosquelette est communément appelée carapace.

Des ingénieurs en biomécanique développent actuellement des exosquelettes d'assistance physique ou motorisés répondant à des besoins militaires, médicaux ou industriels. Ils visent à apporter une assistance physique à ceux qui les emploient, qui peuvent être des personnes souffrant d'une déficience physique, des salariés soumis à des tâches fortement mobilisatrices, des militaires en opération.

Robert A. Heinlein est l'inventeur du concept de l'exosquelette en science-fiction.

Cigale émergeant de son vieil exosquelette (l'exuvie)

Os formant la carapace de la Tortue grecque

Exosquelettes naturels

Des études ont montré que la dopamine, souvent associée à l'adrénaline, jouait un rôle dans la fabrication des exosquelettes chez les insectes, notamment chez la mouche drosophile.

Types d'exosquelettes

• Os et cartilage
  • Carapace de tortue

• • Arthropodes : les plaques sont appelées sclérites.
• Composés du calcium
  • Coraux
  • Échinodermes
  • Mollusques
  • certains polychètes
• Silice
  • Diatomée
  • Radiolaria

Fonctions

L'exosquelette a un rôle de support physique (notamment pour la marche sur la terre ferme), de protection mécanique contre les prédateurs, de point d’attache pour les faisceaux de muscles striés insérés sur des apodèmes (saillies formées par invagination ou épaississement de l'exosquelette, analogues aux apophyses du squelette des Vertébrés, et qui mettent en action les appendices), de barrière contre la déshydratation, adaptation à la vie sur terre.

En revanche, la présence d’un exosquelette implique une croissance discontinue générée lors de mues, exposant l’animal aux prédateurs lors de l'exuviation, et demande une dépense d’énergie supérieure pour synthétiser la cuticule ou la carapace.

Exosquelettes en architecture

Le stade de Pékin

L'exosquelette en architecture relève de la blob architecture où la peau du bâtiment devient porteuse contrairement au système à poteaux porteurs et murs-rideaux où l'on a affaire à un endosquelette. Un exemple d'exosquelette architectural est l'association du « nid-d'oiseau » et du « cube » au Stade national de Pékin pour les JO de Pékin de 2008.

Exosquelettes d'assistance physique

Présentation d'un exosquelette de HMT aux équipes d'Enedis

Exosquelette RB3D en 2015. crédit photo Xavier Caré / Wikimedia Commons / CC-BY-SA.

Un exosquelette biomécanique

Les exosquelettes d'assistance physique sont des structures mécaniques qui doublent celle du squelette humain dans le but de l'assister dans la réalisation d'une tâche ou d'une activité. Des applications sont possibles et ont été testées dans l'armée, pour des applications médicales et dans le monde du travail. Il peut s'agir de soldats suréquipés, de handicapés pour lesquels la marche redeviendrait possible ou de travailleur tirant du bitume sur un chantier pour un effort moindre que leurs collègues non équipés. Elena García Armada, informaticienne espagnole a développé en 2015 le premier exosquelette bionique du monde pour les enfants souffrant d'une amyotrophie spinale.

On peut aussi considérer les genouillères articulées comme des exosquelettes partiels. Ces orthèses suppléent en effet les faiblesses du squelette par des barres métalliques articulées.

Applications dans l'industrie

L’intérêt pour les usages des exosquelettes dans l'industrie est vif, particulièrement en France ; l’Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS) et le groupe Afnor exosquelettes travaillent sur le sujet en collaboration avec des entreprises et les secteurs de l’automobile, de l’aéronautique et du TP/Génie Civil sont particulièrement intéressés.

S'agissant des applications pour l'industrie, de nombreuses sociétés conduisent des essais ou des recherches axés sur différentes tâches. En ce qui concerne l'assistance physique aux travailleurs affectés à la manutention de charges, on compte actuellement plusieurs sociétés françaises : Exhauss^{[réf. à confirmer]} qui produit depuis 2013 une gamme d'exosquelettes de portage destinée à la manutention ; HMT^{[réf. à confirmer]} (Human Mechanical Technologies), créée en 2017 et spécialisée dans la conception, la fabrication et l'intégration de solutions exosquelettes et Japet Medical qui développe et accompagne les entreprises dans l'intégration de son exosquelette pour le dos.

L'Institut National de Recherche et de Sécurité a publié en 2018 deux guides sur le sujet afin de sensibiliser les entreprises aux précautions à prendre avant de déployer ce type d'application. Le premier dresse un bilan des connaissances afin de mettre en évidence les intérêts et les limites de leur usage en matière de prévention des troubles musculosquelettiques (TMS). Le second détaille une démarche destinée aux entreprises souhaitant faire l'acquisition et déployer ce type d'outils. Les chercheurs de l'INRS, sur la base de leur étude des travaux publiés, concluent que pour les activités spécifiques auxquelles ils se sont intéressés, les dispositifs s’avèrent relativement efficaces pour limiter les contraintes musculaires locales avec des réductions de l'activité physiques des muscles concernés s'étalant de 10 à 60% par comparaison la même tâche réalisée sans équipement. Par contre, cela peut se faire parfois au prix d'un report de la charge sur d'autres parties du corps et Theurel et Claudon, les deux auteurs de la publication, notent que si la technologie parait prometteuse, "l’état actuel des connaissances ne permet pas de conclure formellement à l’efficacité de ce type de technologies pour prévenir la survenue de TMS". Le but dans l'industrie ne peut cependant pas être de transformer les ouvriers en hommes augmentés, mais "de faire la même chose qu’avant en préservant la santé", précise l'expert en prévention des TMS Laurent Kerangueven, ce qui n'est donc pas assimilable aux objectifs poursuivis dans le domaine militaire.

En avril 2020, l'INRS publie un wébinaire qui synthétise les travaux récents sur le sujet, accessible sur la chaîne YouTube de l'institut.

Utilisation dans le contexte médical

En France, le centre Clinatec installé sur le polygone scientifique de Grenoble teste depuis 2017 des exosquelettes se mouvant par la seule pensée d'un patient tétraplégique. Ce dernier doit au préalable se faire implanter deux implants cérébraux dotés chacun de 64 électrodes. Une réussite totale a été observée sur le second patient implanté. Cependant, la prochaine grande étape du projet sera la recherche de l'équilibre de l'exosquelette.

Exosquelettes dans l'armée

L'armée de terre américaine a dévoilé le projet Armure TALOS, un exosquelette de combat ultra-perfectionné.

En 2016, l'armée de terre américaine et le corps des fusiliers-marins ont développé avec l'entreprise Bionic Power le premier exosquelette qui récupère l'énergie grâce aux mouvements des jambes. Ainsi le PowerWalk s'autoalimente et le soldat devient sa propre batterie. Le but est de réduire le poids d'emport du soldat et d'accroître sa résistance face aux éléments. Selon l'armée de terre, le projet serait en phase de test dès le début de l'année 2017.

Voir aussi

Articles connexes

• Carapace
• Exuvie
• Cuticule
• Exosquelette motorisé
• Mue des arthropodes

Liens externes

• (en) Première société à industrialiser les exosquelette pour le personnel soignant
• (en) Vidéos, images et articles sur un prototype d'exosquelette humain
• «IA et handicap, la déclaration d’indépendance» La Méthode scientifique, France Culture, 30 octobre 2019
• (fr) Exosquelette Shiva Exo fabriqué en France par Ergosanté Technologie