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Contribution à  la caractérisation mécanique des critères de qualités du départ de la course vitesse sur 100 m

( Télécharger le fichier original )
par Khalil Ben Mansour
Université de Poitiers - Doctorat 2008
  

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Notations et acronymes

Notations mecaniques et mathematiques

Ai/ 910 Matrice 3x3 décrivant les accélérations angulaires ~

ai Vecteur accélération linéaire du point i

~~

FOi Vecteur des actions extérieures appliquées au point Oi

G Centre de gravité

~i Matrice de découplage du dynamomètre i

~~

g Vecteur accélération gravitationnelle

Hi / ~ Matrice 4x4 des accélérations angulaires et linéaires

0Ji Pseudo-matrice d'inertie du segment Si

~~~

DOi Vecteur moment en Oi

m Masse

~~~~ OG ~~

Ùi

Vecteur position du centre de gravité

Vecteur vitesse angulaire du segment Si

p Probabilité statistique d'une différence significative

pA Vecteur quantité de mouvement du point matériel A

Ö ( Pesanteur / i ) Torseur d'action de la pesanteur sur le segment Si

Torseur d'action inter segmentaire du segment Si+1 sur

Ö( i+1/ i) Si

~~

9 Vecteur poids

R/ Matrice de rotation 3x3 définissant l'orientation de Rj dans EJt

R Coefficient de corrélation linéaire

R2 Coefficient de détermination

~~

R Vecteur résultant des efforts extérieurs

EJt0 Référentiel du laboratoire

EJtM Repère de référence d'un capteur composite instrumentant l'appui main

EJtp Repère de référence d'une plateforme de force

Si Segment i

~Oi Torseur au point Oi

ti Instant i

Ti Matrice de roto-translation (4x4) définissant la situation de Rj dans Ri

j

j

Ti

Matrice dérivée première de j

Ti

T0

? ? i Matrice dérivée seconde de j

Ti

Ui Vecteur regroupant les tensions recueillies par dynamométrie

VG Vecteur vitesse du centre de gravité

Wi / ~ Matrice (4x4) des vitesses angulaires et linéaires

0

Acronymes

3D En trois dimensions

ACP Analyse en Composante Principale

ADMP Artéfacts Dus aux Mouvements de la Peau

CAO Conception Assistée par Ordinateur

CREPS Centre Régional d'Éducation Populaire et Sportive Poitou-Charentes

FFA Fédération Française d'Athlétisme ( www.athle.org)

IAAF International Association of Athletics Federation (Association Internationale

des Fédérations d'Athlétisme) ( www.iaaf.org)

INSEP Institut Nationale du Sport et de l'Éducation Physique ( www.insep.fr)

LMS Laboratoire Mécanique des Solides ( www-lms.univ-poitiers.fr)

MSJSVA Ministère de la Santé de la Jeunesse, des Sports et de la Vie associative

( www.sante-jeunesse-sports.gouv.fr)

PFF Plateforme de Force

PSG Procédure de solidification globale

PSR Procédure de solidification par récurrence

ntroduction générale

« Toute richesse diminue quand on en depense,
excepte le savoir qui croft lorsqu'on le repand »
Al - Gazz$li (1058 -- 1111)

En athlétisme, la course de vitesse sur 100 m génère des enjeux économiques en rapport avec l'engouement du public et des médias. Cette épreuve est devenue l'événement à ne pas manquer de toute compétition en athlétisme, quel que soit le niveau de celle-ci. La rude concurrence qui en résulte incite de plus en plus les athlètes et les entraîneurs à faire appel aux résultats de la Recherche Scientifique. Si la recherche pour le sport couvre tous les champs scientifiques, en mécanique les travaux portent tant sur le matériel que sur le mouvement de l'athlète afin de lui offrir des équipements à la pointe de la technologie et des outils d'entrainement pour améliorer sa performance.

Vu la complexité de la machine humaine, l'étude mécanique juste et fidèle de la performance sportive nécessite l'utilisation d'outils sophistiqués et de méthodes élaborées. Cela est nécessaire pour le suivi longitudinal d'une part, et la comparaison de la performance des athlètes entre eux, d'autre part.

Le travail présenté dans ce document a pour but de caractériser mécaniquement les critères de qualités du départ de la course vitesse sur 100 m ; ces objectifs font partie d'un travail conduit conjointement avec la Fédération Française d'Athlétisme dans le cadre d'une convention de recherche établi entre le Ministère de la Santé de la Jeunesse, des Sports et de la Vie associative et le Centre Régional d'Éducation Populaire et Sportive Poitou-Charentes.

Ce document est organisé en quatre parties composées chacune de deux chapitres. La première partie cerne les problèmes liés à la mesure et au choix des critères de qualification de la performance d'un départ de course de vitesse sur 100 m. La seconde partie propose des solutions rigoureuses à ces problèmes en approfondissant la connaissance des paramètres mécaniques de la phase du départ. La troisième partie présente des outils fiables et objectifs pour le diagnostic de la performance de départ en situation réelle de pratique. La quatrième partie traite de l'amélioration de la modélisation de systèmes poly-articulés dans le cadre de cette application fortement dynamique.

La première partie de ce document s'articule autour d'une analyse de la bibliographie tant sportive que scientifique de l'épreuve de course vitesse. Tout d'abord, notre attention se portera sur les études techniques et la règlementation de l'Association Internationale des Fédérations d'Athlétisme7 à propos de cette épreuve (chapitre I). Elle se concentrera plus particulièrement sur la phase de départ. Avant toute approche scientifique, l'analyse du geste du départ de course vitesse doit tenir compte du contexte général de pratique afin d'apporter des éléments pertinents de la performance s'inscrivant dans ce contexte. Ensuite, les études scientifiques traitant du départ de course de vitesse sont analysées (chapitre II). Cette analyse critique de la littérature scientifique permet de situer les avancées en termes d'analyse mécanique et surtout de prendre connaissance des critères de performance utilisés pour qualifier mécaniquement la qualité d'un départ de course vitesse. Une mise en perspective avec les concepts de la Mécanique Classique de cette littérature est réalisée dans ce chapitre.

Au cours de la deuxième partie, les approches expérimentale et théorique que nous adoptons pour l'analyse du geste du départ sont présentées (chapitre III). Le choix de dissocier les mesures dynamométriques au niveau des quatre appuis, lors de la position en quadrupédie du départ, se justifie par une volonté d'étudier la contribution de chaque appui, d'une part, et de mettre en évidence la nécessité de cette dissociation, d'autre part. Enfin, nous discutons les résultats issus de nos expérimentations (chapitre IV). Plus particulièrement, la méthode utilisée par l'IAAF pour la détection des faux départs est méticuleusement examinée afin de tester son efficacité. Des analyses quantitatives des paramètres dynamiques et cinématiques accessibles par dynamométrie sont également réalisées. L'ensemble des paramètres mécaniques définis est par la suite injecté dans une analyse en composantes principales afin de tester l'éventuelle possibilité de créer un ou plusieurs critères, en nombre réduit, permettant une interprétation objective et fiable de la performance de départ de course vitesse.

La troisième partie de ce document, vise à présenter une aide à l'entraînement en s'appuyant sur l'analyse quantifiée de la performance réalisée dans la partie précédente. Tout d'abord, un outil conceptuel permettant l'évaluation de la performance de course vitesse sur 100 m est proposé (chapitre V). Il s'agit d'une tentative de « convertir » en secondes un nombre limité de critères de performance, mesurés par dynamométrie, afin d'estimer le gain ou la perte en temps provoqué par une variation d'un ou des critère(s) en question. Ensuite, en complément à cet outil théorique, nous proposons un outil d'évaluation de la performance de

7 IAAF : International Association of Athletic Federation ( www.iaaf.org)

départ reposant sur le principe d'extensométrie, (chapitre VI). Cet instrument a pour objectif d'offrir à l'entraîneur des informations précises dans un laps de temps très court afin de l'orienter dans le choix de ces décisions et consignes lors des situations réelles d'entraînement.

La quatrième partie se basant sur une analyse couplée des données cinématographiques et dynamométriques, débute dans un premier temps par les différentes étapes nécessaires à la modélisation de l'athlète par une chaîne cinématique de solides polyarticulés rigides (chapitre VII). Ainsi, les étapes définissant (i) la situation d'un segment dans l'espace tridimensionnelle, (ii) l'approximation des repères anatomiques et (iii) l'estimation des centres articulaires sont décrites. Le problème de rigidité des segments, étant toujours d'actualité, deux procédures de solidification sont testées. Le choix de ces deux procédures parmi d'autres est guidé par la fréquence de leur utilisation. Elles sont le plus souvent adoptées dans le cadre de l'étude de la marche humaine. Par conséquent, il importe de tester leur efficacité pour un mouvement « explosif » tel que le départ de course vitesse. Dans un second temps, cette partie se concentre sur une nouvelle procédure que nous avons développée afin d'apporter notre contribution à ce problème de rigidité des segments (chapitre VIII). Étant plus simple à mettre en oeuvre, car adoptant une écriture synthétique, son effet sur l'estimation de la cinématique segmentaire et la dynamique articulaire est alors étudié.

Ce document se termine par une conclusion générale qui comprend un rappel des principaux résultats au regard des objectifs initiaux annoncés. Enfin, les perspectives que laisse présager ce travail sont présentées.

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.