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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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Premiere partie

Analyse biomecanique du depart

de course vitesse sur 100m

Situation du probleme

Premiere partie

Cette première partie est une revue de littérature technique et scientifique pour l'introduction à la caractérisation mécanique des critères de qualités du départ de la course de vitesse.

Le premier chapitre de ce manuscrit (§-I) défini et traite la performance en course de vitesse sur 100 m à partir de deux points de vue, celui de l'« homme de terrain », et celui en référence aux codifications fédérales instaurées par l'IAAF8. L'évolution de la performance ainsi que du matériel et matériaux sont décrits. Les différentes phases de la course sont exposées pour revoir et discuter des moyens techniques et instrumentaux utilisés par l'IAAF afin de quantifier la performance sur 100 m course de vitesse.

Le deuxième chapitre (§-II) expose les différents outils et méthodes adoptés dans la littérature scientifique pour la caractérisation mécanique du départ de course vitesse. Suite à une présentation des intérêts et limites des différentes méthodes employées, les critères adoptés par différents auteurs sont exposés afin de discuter de leur pertinence.

8 IAAF : International Association of athletics Federation ( www.iaaf.org)

Chapitre

La performance en course de vitesse sur 100 m

Selon le Petit Robert le mot « performance » signifie un résultat chiffré obtenu dans une compétition (par un athlète, un groupe d'athlètes). Cette performance constitue l'objectif de tout athlète ou entraîneur. En athlétisme, lors des épreuves de course ou de marche, la performance est quantifiée par la mesure du temps qui s'écoule entre le signal de départ et l'arrivée de l'athlète. La meilleure performance est donc celle où l'athlète réalise l'épreuve dans le délai le plus court.

L'évolution de la performance des premiers Jeux Olympiques Modernes (Athènes 1896) à nos jours montre une nette amélioration. Le record du monde au 100 m course de vitesse a évolué de 12 s à 9,69 s (record réalisé par le Jamaïcain Usain Bolt lors des JO9 de Pékin 2008). L'évolution des records (figure1) est en partie la conséquence de l'amélioration de la précision et de la justesse des moyens de mesures. Jusqu'en 1964 (JO de Tokyo), le chronométrage était « manuel ». Pour qu'une performance soit officiellement homologuée, trois chronométreurs étaient requis. À partir de cette date, l'IAAF adopte le chronométrage automatique (figure1) qui remplace le chronométrage manuel lors des rencontres internationales.

9 JO : Jeux Olympiques

Figure 1 Meilleures performances en course de vitesse homme et femme sur 100 m
lors des différents JO de 1896 à 2004

Ce haut niveau de performance requiert de la part des athlètes des efforts musculaires brefs et intenses. Outre les qualités physiques propres des athlètes, cette performance bénéficie régulièrement de l'avancement de l'ingénierie et des connaissances scientifiques. Ainsi, plusieurs études reposant sur des méthodes accéléromètriques et/ou dynamométriques [Laco 84 ; Tril 87 ; Cox 03 ; Gera 03] montrent tout l'intérêt de caractériser les différents types de sols sportifs en qualité de friction, d'amortissement, de déformation maximale et de réponse aux appuis dynamiques (temps de contact et coefficient de restitution en énergie du matériau).

La qualité des appuis est sans doute un des paramètres externes qui influence directement la performance de l'athlète, mais aussi qui peut être sources de blessures. Dès les JO de Mexico (1968), la piste en cendrée est remplacée par une piste synthétique en gomme caoutchoutée « Tartan » (figure1). Ce revêtement uniforme, perméable à l'eau, antidérapant, élastique et résistant à l'usure a permis à l'athlète Jim Hines de réaliser le premier temps sur 100 m, inférieur à 10 s (9,95 s).

Ainsi, pour effectuer la meilleure performance, il ne suffit plus d'avoir un maillot collant aérodynamique et des chaussures ultralégères (100 g la paire) équipées d'une semelle en carbone et des crampons en magnésium en forme de Z qui optimisent l'adhérence. Sans s'aventurer dans la science fiction, que penser de la performance de l'athlète Sud-Africain Oscar Pistorius dont les prothèses en carbone lui donnent une vélocité égale à celles des meilleurs athlètes actuels?

1- Les phases d'une course de vitesse

Si la course de vitesse est, du départ à l'arrivée, un continuum ; il est pratique d'identifier différentes phases, ne serait-ce que pour évaluer les phases pour lesquelles la variabilité de la performance peut encore permettre la réalisation d'un nouvel exploit. Les différentes phases de la course ont déjà été identifiées. On les retrouvent pour une part dans le règlement de course, et pour l'autre part, dans les études cinématiques menées lors de compétitions internationales.

Le règlement de la course de vitesse sur 100 m figure dans la Section III du Chapitre 5 du règlement des compétitions instaurée par l'IAAF. Ce règlement présente la codification technique des compétitions en dix sections. Elles concernent les courses, les concours, les épreuves combinées, les épreuves en salles... L'épreuve de la course de vitesse sur 100 m fait partie de la section des courses qui comprend onze règles (de la règle 160 à la règle 170).

La course de vitesse sur 100 m se dispute en couloir droit, corde à gauche sur une piste standard de 400 m. Chaque athlète doit garder, du départ à l'arrivée, le couloir qui lui est attribué faute d'être disqualifié. Chaque couloir mesure 1,22 #177;0,01 m de largeur et il est marqué par des lignes d'une largeur de 0,05 m. La piste doit pouvoir compter huit couloirs.

Il est possible de distinguer parmi les onze règles du règlement, trois groupes qui identifient trois phases de l'épreuve de vitesse sur 100 m, à savoir : le départ, la course et l'arrivée.

Au cours des Championnats du Monde de Rome (1987) [Mora 88] et de Tokyo en (1991) [Ae 92], la vitesse de course sur 100 m a été mesurée par intervalle de 10 m. Lors des Championnats du Monde d'Athènes (1997) [Müll 97], c'est la vitesse instantanée du coureur qui a été mesurée en exploitant l'effet Doppler d'un faisceau laser. Ces investigations mesurent le déplacement des athlètes suivant le seul axe antéropostérieur (figure2). Elles montrent trois phases caractéristiques de la course de vitesse : une première phase d'accélération initiale jusqu'à 30-50 m, une deuxième phase de course de vitesse maximale (maintenue approximativement constante dans la mesure du possible) et une dernière phase de décélération (plus ou moins importante) dans les 20 derniers mètres.

Figure 2 Vitesse de course moyenne enregistrée tous les 10 m du vainqueur des Championnats du Monde
du 100m homme (Carl Lewis 9,86 s) Tokyo 1991, d'après [Ae 92]

Ainsi, en tenant compte des phases de départ et de l'arrivée, il devient possible de séquencer la course de vitesse sur 100 m en 5 phases (figure3).

Épreuve du 100 m

Départ Accélération Vitesse stabilisée Décélération Arrivée

Figure 3 Décomposition en 5 phases de la course de vitesse sur 100 m

1.1-La phase du depart

Au cours des premiers JO Modernes (Athènes 1896), chaque athlète adopte empiriquement une posture de départ afin de pouvoir démarrer sa course le plus rapidement possible. À la recherche de la position optimale, certains optent pour une position de face ou de profil, debout avec le buste légèrement incliné ou les bras écartés avec les genoux fléchis, d'autres se mettent en position accroupie avec les deux mains sur le sol comme le fait Thomas Burke, le vainqueur de l'épreuve du 100 m (figure4).

Figure 4 Départ du 100 m homme aux JO de la Ière Olympiade Athènes 1896

Cette position rappelle celle adoptée par l'australien Black Samuel en 1870. Il met un genou à terre en s'appuyant sur une main afin d'imiter le Kangourou d'où son nom Kangaroo Start. Dix huit ans plus tard, le départ accroupi position penchée Crouching Start est imaginé par l'entraîneur Murphy et son athlète Charles H. Sherryl (USA 1888). Dans un premier temps, ce type de départ a été jugé irrégulier par le comité d'athlétisme. Au début du 20ème siècle, l'entraineur Walter Christie met au point le départ moderne (position quadrupédique en appui sur les mains). Son athlète Forest Smilthon fut, à cette époque (1908), le coureur le plus rapide des Etats Unis d'Amérique sur 60 m.

Les athlètes qui se mettent en quadrupédie sont contraints de creuser des trous dans le sol pour positionner leurs pieds (figure5.a). C'est le cas de Jesse Owens (figure5.b) qui égala le record du monde et le record olympique en remportant la finale de l'épreuve du 100 m, lors des JO de Berlin (1936).

Figure 5 (a) Athlète creusant les trous de départs (b) Au premier plan, départ de J. Owens, le futur
vainqueur de l'épreuve 100 m homme, JO de Berlin 1936

Ce n'est qu'en 1930 que des engins appelé blocs de départ (figure6) également désignés par le terme anglo-saxon starting blocs font leur entrée dans l'athlétisme.

Figure 6 Différents blocs de départ utilisés actuellement sur les pistes d'athlétisme

Dès leur apparition, ces engins ont fait l'objet de plusieurs études. Il s'est avéré que leur emploi, contrairement aux habituels trous creusés dans la piste, contribue à une meilleure stabilité de l'athlète et lui permet de positionner ses pieds à la même hauteur que la piste, ce

qui favorise la projection de son centre de gravité vers l'avant plutôt que vers le haut [Bend 34 ; Dick 34]. Les blocs de départ sont officiellement employés pour la première fois en 1948 lors des JO de Londres (figure7).

Figure 7 Départ du 100 m homme. JO de Londres 1948

Dès cet évènement, l'IAAF exige l'adoption de la position quadrupédique et l'utilisation des blocs de départ lors de toutes les courses d'une distance allant jusqu'à 400 m inclusivement, ainsi que pour le premier parcours des courses de relais 4×200 m et 4×400 m.

L'IAAF n'autorise que l'emploi des blocs de départ permettant à l'athlète de régler l'inclinaison et l'écartement antéropostérieur des blocs par rapport à la ligne de départ (figure8).

Figure 8 Position quadrupédique dans les blocs avec possibilité de réglage de l'inclinaison (A1 et A2) et de
la distance entre le bloc arrière et avant (D1) et le bloc avant et la ligne de départ (D2)

Le geste de départ se déroule durant un temps très court (0,3 à 0,4 s) [Baum 76 ; Fort 05 ; Harl 97 ; Henr 52]. Il est possible de distinguer quatre étapes successives caractérisant cette phase (figure9).

Figure 9 Décomposition du départ. ts : signal du départ, ta : début de l'action,
tem : décollage des mains, tepr : décollage du pied arrière, te : éjection de l'athlète

m La position « Prêt » est la position initiale de départ, au cours de laquelle l'athlète est « au repos » en quadrupédie dans les blocs de départ jusqu'à l'instant du signal de départ (ts) ;

m Le temps de réaction inclut le temps mis par le signal de départ (ts fig9) pour parvenir à l'organe sensoriel de l'athlète, et le temps de latence que met l'athlète pour répondre à ce signal. Ce temps de réaction diffère d'une étude à une autre : il est d'environ 120 ms pour Mero (1992) et plus récemment Davila (2006) l'estime à 140 ms. Les données actuelles ne permettent pas de fixer avec précision le temps minimum qui définit un faux départ [Mero 92 ; Davi 06] ;

m L'impulsion10 s'étend de l'instant de début de son action (ta figure9) dans les blocs jusqu'à l'instant de son éjection (te figure9). Au cours de cette étape qui dure 0,31 - 0,37 s pour les élites [Harl 97], la vitesse du centre de gravité du coureur croît jusqu'à 3.9 m/s à l'éjection [Baum 76 ; Copp 89 ; Mero 83 ; Mero 88 ; Mero 90 ; Mero 92 ] ;

m L'éjection correspond à l'instant où le pied avant de l'athlète quitte le bloc de départ (te figure9). À partir de cet instant, l'athlète est en phase aérienne jusqu'à la pose suivante de son pied arrière au sol pour débuter la course. Pour les élites, la durée moyenne de cette première phase aérienne varie de 60 à 70 ms [Harl 97] ; la variation de la position du centre de gravité est de l'ordre de 0,3 m [Natt 06].

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.