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

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par Khalil Ben Mansour
Université de Poitiers - Doctorat 2008
  

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Chapitre

Caracterisation mecanique de la qualite du depart de

course de vitesse

L'accomplissement d'une bonne performance lors d'une course de vitesse sur 100 m est souvent rattaché à la qualité « explosive » de l'athlète. Le terme « explosive » est couramment employé dans le langage technique pour décrire une des qualités physiques d'un athlète. Il est adopté ici pour désigner le fait de déplacer une masse donnée en un minimum de temps.

Dans le cadre de l'appréciation de « l'explosivité » d'un athlète, plusieurs tests qui reposent sur des fondements théoriques de la physiologie de l'exercice ont été conçus. Leurs protocoles consistent à apprécier la performance accomplie lors d'une tâche standardisée à partir de :

m méthodes invasives (biopsie musculaire, prélèvements sanguins) qui déterminent les propriétés contractiles des muscles, mesurer la lactatémie, le pH sanguin ;

m méthodes non invasives telles que des examens électromyographiques qui renseignent directement sur l'activité électrique d'un groupe musculaire ou des tests indirects comme ceux de Margaria-Kalamen et Sargent. Ils offrent une estimation indirecte de la puissance des membres inférieurs lors d'une course en montant les marches d'un escalier (Margaria-Kalamen) ou lors d'un saut vertical (Sargent-test). Ces deux tests

sont les plus répandus. Ils ont déjà fait l'objet de critiques sévères dans les travaux de El Mouahid (2001) qui précise que les résultats évoqués pour calculer la puissance générée par l'athlète ne correspondent nullement aux travaux des forces internes [Moua 01].

La finalité de ces tests est d'évaluer le plus précisément possible les réponses de l'organisme à un exercice donné. Toutefois, ils ne renseignent pas sur la coordination, le niveau d'efficacité et l'efficience motrice de l'athlète [Broo 94 ; Houe 04]. Il est par conséquent nécessaire, pour affiner l'évaluation de la performance, d'analyser le mouvement effectué par l'athlète.

Dans l'espace Euclidien qui permet de décrire notre environnement, il existe deux observables : la position et le temps. L'évaluation de la gestuelle en biomécanique repose sur la mesure de ces deux grandeurs. La mécanique classique, conduit à définir des variables secondaires issues de ces deux observables. Ces variables sont par exemple : la vitesse et l'accélération.

Il existe des méthodes non invasives directes pour caractériser les 3 grandeurs physiques du mouvement de l'athlète : la cinématographie ou analyse du geste par l'image (position), l'effet Doppler (vitesse), l'accélérométrie (accélération), la dynamométrie (force). Il est à noter que la force est estimée à partir de la mesure de déformations (variation de position).

À ce jour, l'effet Doppler [Sand 91] donne une mesure de la vitesse qui ne caractérise pas un point particulier mais une zone de l'athlète. Il ne sera pas exploité dans cette étude. Seules la cinématographie et la dynamométrie le seront.

1-Interets et limites des methodes non invasives

La performance d'un athlète sur 100 m dépend de plusieurs paramètres mécaniques qui peuvent être classés en deux catégories. La première, correspond aux variables dépendantes de l'athlète. Elles concernent son aptitude et sa capacité physique (technique gestuelle) à se mouvoir afin d'accomplir les différentes phases de la course (§-I.2.1). La seconde catégorie regroupe les variables indépendantes de l'athlète. Elles concernent son environnement (caractéristique de la piste, des chaussures ...). La variabilité de cette dernière catégorie de variables ne sera pas prise en compte dans cette étude.

La cinématographie et la dynamométrie font une analyse discrète du geste. Le choix de la fréquence d'échantillonnage doit respecter au moins le théorème de Nyquist-Shanon : La fréquence d'échantillonnage doit être égale ou supérieure au double de la fréquence maximale contenue dans le signal à mesurer. Selon Winter (1990) la fréquence maximale d'un mouvement humain est de l'ordre de 6 Hz [Wint 90]. Pour les entraîneurs, une grandeur importante est la vitesse. Celle-ci est obtenue soit par intégration de l'accélération soit par dérivation de la position en fonction du temps. Afin de pouvoir garantir une bonne précision sur l'estimation de la vitesse, il importe de disposer d'un maximum de points qui caractérisent les courbes expérimentales des variables recueillies au cours d'un cycle élémentaire du geste. L'expérience a montré qu'il faut des fréquences d'échantillonnage supérieures ou égales à 200 Hz pour obtenir des résultats satisfaisants.

1.1-Les outils dynamometriques

La dynamométrie est la « mesure » des forces. Dans leurs travaux portant sur l'impulsion, Marey et Demenÿ (1885) ont mis au point un outil spécifique indispensable à la prise d'information sur des forces exercées instantanément sur le sol. Le fonctionnement de cet instrument repose sur le déplacement en fonction du temps d'un jeu de neuf spirales reliées à un levier inscripteur : c'est la première plateforme de force [Mare 85].

Figure 17 La plateforme de force de Marey et Demenÿ [Mare 85]

Avant leurs travaux, les forces (statiques) étaient mesurées par comparaison à des poids étalonnés à l'aide de leviers, de fils et de poulies. Les mesures étaient relevées lorsque le système était en équilibre stable.

Actuellement, la mesure de l'intensité instantanée de forces peut se faire avec une précision qui atteint les 1/100ème de Newton pour certaines plateformes de forces. Le fonctionnement de ces outils repose sur deux grands principes, la piézoélectricité et l'extensométrie (§-Annexe3.1). Les appareils les plus élaborés permettent une détermination quasi instantanée des six composantes du torseur des efforts de contact ainsi que les

coordonnées du centre de pression exprimées dans le repère associé à la plateforme de force. Cependant, la masse (environ 40 kg), la dimension (600 x 400 x 100 mm) et surtout l'exigence de stabilité d'une plateforme de force rendent délicate son intégration sur certains sites sportifs. D'autres dynamomètres moins encombrants et plus maniables offrent des solutions précieuses rendant possible l'instrumentation d'ergomètres [Bego 07, Bouc 05, Coll 03], de chaussures [Faiv 04] ...

Le contrôle de la sensibilité et de la reproductibilité d'un dynamomètre est une étape essentielle (§-III.3.2). Cette procédure concerne tous les axes de mesure du dynamomètre dont il convient de ne pas dépasser ses étendues de mesure. La vérification de la qualité de réponse d'un dynamomètre limite les incertitudes :

m dans le processus itératif de calcul des efforts intersegmentaires lors de l'application de la démarche de la dynamique inverse ;

m lors de l'évaluation de la cinématique de l'athlète le calcul de la variation de la quantité de mouvement et du moment cinétique (quantité d'accélération). Cette dernière grandeur est généralement exprimée par rapport au centre de gravité de l'athlète. Ces calculs doivent prendre en compte les constantes d'intégration telles que la vitesse et la position du centre de gravité au début de la phase étudiée afin d'évaluer les grandeurs à un instant déterminé et non leurs variations.

La méthode dynamométrique est une méthode réductrice ; elle réduit le mouvement de l'athlète à celui de son centre de gravité. Toutefois, elle reste un des moyens les plus performants et offre un retour d'information rapide sous réserve que son implantation soit possible sur le site choisi.

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.