Biomécanique des sauts

Biomécanique des sauts

Biomécanique des sauts

Comme son nom l’indique, la biomécanique met en relation les caractéristiques biologiques du corps et ses composantes mécaniques. Elle étudie les diverses caractéristiques des composantes corporelles comme les muscles ou les articulations et leur influence sur les mouvements que nous faisons. Le saut vertical est une action somme toute simple, mais son étude n’en reste pas moins très intéressante étant donné la complexité de notre corps. En effet, celui-ci est composé de différents tissus ayant des propriétés différentes et pouvant changer de structure avec le temps. Cela implique également que ces caractéristiques inertielles peuvent évoluer avec l’âge et modifier le comportement de notre corps face à la force de gravité par exemple (Chapman, 2008). Ainsi, la composition corporelle de chaque individu influence également sa capacité à faire des sauts. D’un point de vue physique, la hauteur atteinte lors d’un saut est influencée par deux éléments: le travail musculaire fourni lorsque les pieds sont en contact avec le sol (soit pendant la prise d’élan) et la hauteur du centre de masse du corps (COM) au moment de l’envol. Mathématiquement parlant, cela se traduit par la formule suivante adaptée de Chapman (2008): ? = ( 1 ? ∙ ? ) ∙ ∫ ? ∙ ?? où s est la distance verticale parcourue par le COM depuis son point le plus bas lors de la prise d’élan jusqu’à son point le plus haut lors de la phase de vol, m est la masse corporelle et g l’accélération terrestre. L’intégrale de F*ds est la quantité de travail musculaire produite durant la phase de contact avec le sol, où F est la force musculaire et ds le déplacement du COM durant la phase de contact avec le sol. L’intégrale est utilisée car les valeurs de F et de ds évoluent avec 5 le temps. Pour maximiser la hauteur du saut h (s + hauteur la plus basse du COM lors de la prise d’élan), il faut donc maximiser l’intégrale (soit le travail) en augmentant en même temps les forces et le déplacement du COM. Une manière d’augmenter le déplacement du COM est d’accélérer les bras vers le haut pendant la prise d’élan. La force étant le produit de la masse et de l’accélération (F = ma), le mouvement des bras augmente la force agissant sur le COM, élève celui-ci et permet d’atteindre une hauteur plus importante lors du saut (Chapman, 2008). Une étude de Vaverka et al. (2016) a ainsi évalué l’impact des bras sur divers paramètres du CMJ chez des joueurs de volleyball élites. Les résultats ont montré que la hauteur moyenne du saut était 38 % plus élevée lorsque les sujets utilisaient leurs bras. Par contre, l’étude n’a montré aucune différence significative pour les angles articulaires (hanche, genou et cheville) selon que les sujets utilisaient ou non leurs bras pour la prise d’élan (p > 0.05). Des résultats similaires avaient également été auparavant observés par Feltner, Fraschetti, et Crisp (1999) ou encore Lees, Vanrenterghem, et De Clercq (2004). Ces derniers avaient d’ailleurs montré dans leur étude qu’un saut vertical maximal avec bras allait effectivement plus haut qu’un saut vertical maximal sans bras, mais ils ont surtout confirmé nos dires en lien avec la formule de Chapman (2008). En effet, en demandant à 20 sujets de faire une série de sauts verticaux maximaux, ils ont montré que l’augmentation de la performance de saut était due à l’augmentation de la hauteur et de la vitesse du COM lors de l’envol. Tandis que cette dernière provenait d’une série d’événements permettant aux bras de créer de l’énergie en début de prise d’élan pour la transférer finalement en fin de prise d’élan au reste du corps, l’augmentation de la hauteur du COM lors de l’envol provenait tout simplement du fait que les bras étaient surélevés. Cette étude a ainsi permis de confirmer la « pull » théorie, suggérée par Harman, Rosenstein, Frykman, et Rosenstein (1991) qui stipulait que la grande vitesse verticale des bras en fin de prise d’élan, lorsque ceux-ci commencent à ralentir, avait la capacité de « tirer » sur le tronc, relativement plus lent, transférant ainsi l’énergie des bras au reste du corps.

Les sauts en sciences du mouvement

Les sauts que nous allons étudier dans notre travail font partie d’une famille de sauts standardisés au niveau de l’exécution technique, soit les sauts verticaux. Font partie des sauts verticaux, le Squat Jump (SJ), le Countermovement Jump (CMJ) et le Drop Jump (DJ). En sciences du 7 sport, ils sont souvent utilisés pour évaluer le niveau de performance de divers sportifs. Effectivement, des sauts comme le CMJ ou le SJ sont régulièrement utilisés, par exemple au centre d’entraînement à Macolin, pour évaluer le niveau de force explosive dans les jambes chez divers athlètes, à une période donnée de la saison. Il en est de même pour la force réactive testée à l’aide du DJ (Meier et al., 2016). Ces sauts verticaux ont déjà été étudiés à de très nombreuses reprises par divers chercheurs (Asmussen & Bonde‐Petersen, 1974; Mackala, Stodolka, Siemienski, & Coh, 2013; Nagano, Komura, Fukashiro, & Himeno, 2005) et les similitudes et les différences entre SJ, CMJ et DJ ont été maintes fois discutées (Król & Mynarski, 2012; Mackala et al., 2013; McBride, McCaulley, & Cormie, 2008). Il a démontré que la performance en CMJ était corrélée avec la performance dans divers sports. En effet, Gabbett et Georgieff (2007) ou encore Torres-Unda et al. (2013) ont montré qu’une bonne performance en CMJ avait une influence positive sur la performance dans divers sports comme le volleyball ou le basketball. Dans ce travail, nous avons décidé de nous intéresser au CMJ et au DJ. Comme la majorité des études portant sur les sauts, nous avons utilisé des plateformes de forces permettant d’enregistrer la force de réaction au sol, soit la partie cinétique d’un saut. Les courbes typiques de cette force par rapport au temps sont représentées ci-dessous (Figure 1) pour un CMJ (à gauche) et un DJ (à droite). En ce qui concerne la hauteur pouvant être atteinte par un sujet lors de ces trois types de sauts mentionnés ci-dessus, elle est évidemment dépendante des capacités physiques de l’individu en question. Néanmoins, les études ont montré qu’un CMJ allait plus haut qu’un SJ (Bobbert et al., 1996; Linthorne, 2001; Mackala et al., 2013). Ceci s’explique par le phénomène de SSC décrit précédemment. En ce qui concerne le DJ, les résultats des études diffèrent quelque peu (Matic et al., 2015), notamment à cause des caractéristiques des sujets testés, des différentes méthodes 8 de mesure (Baca, 1999; Bobbert, Huijing, & van Ingen Schenau, 1987), des consignes données (exécuter soit un « bounce » (BDJ), soit un « countermovement » Drop Jump (CDJ); la deuxième variante étant moins dynamique (Bobbert, 1990)). De manière générale, il est admis qu’un DJ permet de sauter plus haut qu’un CMJ, mais uniquement jusqu’à une certaine hauteur. Autrement dit, à partir d’une certaine hauteur de départ de DJ, la hauteur du saut commence à diminuer, et cela de plus en plus avec l’augmentation de la hauteur à partir de laquelle les individus s’élancent lors d’un DJ. Ceci s’explique par le fait que lorsque la hauteur de départ devient trop importante, une grande quantité d’énergie est dissipée lors de la réception pour freiner la descente et ne peut plus être restituée lors de la phase concentrique du mouvement (Asmussen & Bonde‐Petersen, 1974). Selon les études, la hauteur optimale de départ d’un DJ varie entre 0.12 m (Lees & Fahmi, 1994) et 0.80 m (Viitasalo, Salo, & Lahtinen, 1998), signe d’une grande disparité des résultats.

Table des matières

Résumé
1 Introduction
1.1 Biomécanique des sauts
1.2 Les sauts en sciences du mouvement
1.3 Capture de mouvement
1.4 Modélisation et OpenSim
1.5 Objectifs du travail
2 Méthode
2.1 Sujets
2.2 Matériel et setup
2.3 Protocole expérimental
2.4 Analyse
2.5 Statistiques
3 Résultats
4 Discussion
4.1 Discussion des résultats
4.2 Limitations
5 Conclusion
Bibliographie
Annexe
Remerciements.

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