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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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3-Cinematique du centre de gravite

Suite à la caractérisation de la résultante des forces exercées sur l'athlète dans a0 à

chaque instant du départ du sprint (figure 40), il est possible d'estimer la vitesse instantanée du centre de gravité et la variation de sa position en émettant l'hypothèse de stabilité de l'athlète lors de la position Prêt comme énoncé dans le troisième chapitre (§-III.4).

teM

tePr

Figure 40 Correspondances temporelles entre les variations de la résultante des forces,
de vitesse, et de la position du centre de gravité lors du départ de sprint

Néanmoins, suite à l'étude des instants de mise en action (§-VI.1.1), il s'est avéré que l'athlète n'est pas parfaitement stable au court de la position Prêt.

L'athlète possède donc une vitesse initiale antéropostérieure non nulle qui peut atteindre des valeurs maximale de l'ordre de 0,13 m/s ; 0,25 m/s ; 0,38 m/s et 0,49 m/s selon que l'on utilise l'approche A2, A4, A5 ou A6 (§-VI.1.1).

Suite à ce constat, il convient de définir judicieusement l'instant de début de l'intégration des données numériques. Le choix de cet instant influe directement sur la valeur de la vitesse (module et direction) et celle de la position du centre de gravité lors de l'éjection. Il importe donc de définir l'instant où la variation des forces est la plus faible afin de débuter l'intégration en considérant la validité du principe fondamental de la statique. Cela est assuré suite à l'application de l'approche A2. La comparaison des grandeurs de vitesses et angles d'éjection issus de l'intégration des données de forces à partir de l'instant zéro et l'instant ta évalue l'incertitude de mesure à 2 #177;1,5% pour la vitesse d'éjection antéropostérieure et à 2 #177;1,6% pour l'angle d'éjection.

Le gain de vitesse antéropostérieure noté dès les premiers instants de l'impulsion reflète la grande accélération du centre de gravité de l'athlète. L'analyse de la variation instantanée de cette grandeur (figure 41) montre un premier pic très important (20 m/s2). Ce pic est atteint alors que les mains sont toujours en contact avec le sol. Suite au décollage des mains et du pied arrière (tePr), l'accélération du centre de gravité diminue et devient négative suivant l'axe vertical. Par la suite, et sous l'effet de la seule impulsion du pied avant, l'accélération croit et atteint un deuxième pic. À l'instant de l'éjection (te), elle s'annule suivant l'axe antéropostérieur et atteint g suivant l'axe vertical. Cette grandeur représente

l'accélération gravitationnelle (-9,81 m/s2) qui permet de vérifier la qualité de mesure et les méthodes de traitement des données.

teM

tePr

Figure 41 Accélérations instantanées typiques du centre de gravité
suivant les trois dimensions de l'espace lors d'un départ de sprint

Étant quasi nulle lors de la position Prêt, la vitesse du coureur croît rapidement pour atteindre en moyenne à l'éjection 2,9 #177;0,2 m/s et 0,3 #177;0,2 m/s respectivement suivant les axes antéropostérieur et vertical. Suivant l'axe médiolatéral, elle est pratiquement nulle (0,07 m/s). La norme de la vitesse du coureur à l'éjection (te) est de l'ordre de 2,9 #177;0,2 m/s et l'angle est de 7 #177;3 °.

Lors du décollage des mains (teM), la vitesse antéropostérieure du centre de gravité du coureur atteint 34 #177;7% de sa valeur à l'éjection (figure 42). Au décollage du pied arrière (tePr) elle atteint 46 #177;10% de la vitesse d'éjection. À l'éjection (te), elle représente environ un quart de la vitesse limite de course (Vlim 12 m/s).

Figure 42 Évolution des composantes et de la norme de la vitesse du coureur exprimées en pourcentage
de leurs grandeurs respectives aux instants d'éjections des mains (teM),
du pied arrière (tePr) et du pied avant (tepv)

À l'éjection le déplacement du centre de gravité est en moyenne de 0,60 #177;0,01 m suivant l'axe antéropostérieur (OX0) et 0,2 #177;0,1 m suivant la verticale (OZ0) (figure 43). Suivant l'axe médiolatéral (OY0), le déplacement est très faible (environ 0,01 m).

Figure 43 Évolution des composantes et de la norme de la position du coureur exprimées en pourcentage
de leurs grandeurs respectives aux instants d'éjections des mains (teM),
du pied arrière (tePr) et du pied avant (tepv)

F

zF z

Md + Mg

GPx

×

9

La position initiale du centre de gravité peut être calculée suite à la connaissance de la position des centres de pression respectivement au niveau des mains et des pieds lors de la position Prêt. Or, vue la nature de la liaison des blocs avec la plateforme (liaison encastrement), discutée dans le VI (§-VI.2.1), il n'est pas possible de déterminer directement la position du point d'application de la résultante des forces exercées au niveau des pieds (P). La position du centre de gravité (G) est donc exprimée en pourcentage de la distance totale séparant les centres de pression des mains et des pieds comme suit :

F

z z

100 et GM x = Pd + F Pg X 100

Ainsi, la position horizontale du centre de gravité, point d'application du poids (9), est située à GMx = 34% de la distance totale pieds-mains par rapport au point d'application de la résultante des forces exercées au niveau des mains (M) (figure 27).

Suite à la définition et à la quantification de ces différents paramètres dynamiques et cinématiques du centre de gravité, il importe de mesurer leurs importances respectives dans l'évaluation de la qualité du départ du sprint.

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