Soutenance mémoire
ASPECTS FONCTIONNELS DE LA COURSE À PIED
Pour comprendre le mouvement de la course à pied, il est important de pouvoir décomposer le geste en différentes phases, ainsi que d’identifier les structures mobilisées. Cette discipline athlétique ne sollicite pas que les membres inférieurs de l’appareil moteur. Le balancement des bras joue un rôle important dans l’équilibre du mouvement des jambes. L’ergonomie de course dépend également d’une posture stable. Néanmoins, ce travail se centrera sur l’activité musculaire des membres inférieurs. Afin de mieux comprendre la course à pied, nous décomposerons ce mouvement pour présenter les différentes phases qui le composent avant d’aborder l’aspect fonctionnel. La figure 1 ci-dessus présente l’activité des membres inférieurs lors d’un cycle complet de foulée. L’activité musculaire est maximale lors de l’impact au sol. Ceci est dû à la préactivation des muscles lors du moment qui précède l’impact. Immédiatement après, l’activité augmente pour permettre à la jambe de propulser le corps vers l’avant (cf. voir fig. 2). Cependant, la contraction reste plus importante au moment de l’amortissement que lors de la poussée (cf. voir fig. 3).
L’activité musculaire augmente parallèlement avec l’accroissement de la vitesse de course. Il est également important de noter que l’activité musculaire contribue de manière importante à la phase de suspension. La phase de poussée produit un déplacement vertical plus important en situation de course à pied que lors de la marche. La vitesse verticale est donc plus importante, du fait que le corps tombe de plus haut. Ceci peut s’exprimer à l’aide de la courbe force-temps ci-dessous (cf. voir fig. 2): Le pic de force intervient à 0,05s après l’impact (0,15s pour la marche). Les structures du pied sont mobilisées plus rapidement lorsque la contrainte est supérieure. Cette force verticale est directement liée au poids de l’athlète. En règle générale, elle peut atteindre 2 à 2,5 fois le poids du corps. De plus, la force d’impact verticale croît en même temps que la vitesse de course augmente. Quant à la force de propulsion verticale, elle est moins affectée par la vitesse et reste donc constante. La variation de force intervient plus rapidement en situation de course car la phase d’appui dure moins longtemps.
L’activité musculaire présentée, il est maintenant important de clarifier les différentes phases composant la foulée. Nous pourrons ainsi analyser de façon plus pertinente les paramètres de course à pied, qui sont l’objet de recherche de notre étude. Le cycle de course se divise en deux phases distinctes. La première est constituée par la prise d’appui (cf. voir fig. 3, phase 1). Il s’agit du moment où le pied entre en contact avec le sol. Intervient ensuite une phase de vol (cf. voir fig. 3, phase 2), où les deux pieds se trouvent simultanément en l’air. La course se caractérise par des appuis simples, c’est-à-dire qu’un seul pied peut-être en contact à la fois au sol. Chaque phase d’appui est séparée par une phase de vol. Les périodes où le pied est en appui au sol constituent en moyenne 40% du temps du cycle de la course et les phases de vol les 60% restant. Mais ce temps varie selon la vitesse de course (que 20% de temps d’appui lorsque la course est maximale). Dans le jargon de la course à pied, ce mouvement d’enjambée est appelé la foulée. Un entraînement spécifique peut augmenter la vitesse de course en allongeant la foulée et en améliorant la fréquence des pas. Cette amélioration touche en premier lieu l’allongement de la foulée, car il existe une fréquence optimale demandant un coût énergétique minime (Cavanagh et al. 1982; Conley et al. 1984; Cavanagh, et al. 1985). Le coût énergétique augmente rapidement lorsque la cadence s’accélère. La flexibilité et la force du sujet sont des facteurs plus déterminants que la taille pour la longueur de la foulée.
PLIOMÉTRIE
Pour analyser le régime de contraction propre à la course à pied, nous allons commencer par présenter les régimes de contraction existants. Lorsqu’un muscle est en activité, le raccourcissement des myofibrilles entraîne un étirement des éléments élastiques tels que les tendons ou les tissus conjonctifs. Mais il existe différents régimes de contraction selon le mouvement effectué. Dans un premier temps, on dit qu’une contraction est isométrique lorsqu’il n’y a pas de changement de longueur du muscle ou d’angle dans l’articulation. Les segments du corps où est produite la force restent statiques. En terme physique, le travail7 mécanique est nul puisqu’il n’y a aucun déplacement du point d’application. Si la longueur du muscle varie lors de son activation et qu’on observe un raccourcissement ou un allongement du bras de levier, ce type de contraction s’appelle isotonique. Contrairement à la première, celle-ci est dynamique. Les mouvements sportifs sont en grande partie produits par des contractions isotoniques. En effet, il est rare que les segments du corps sous tension restent en position statique. Dans ce cas, on peut mesurer le travail mécanique en multipliant la tension par le déplacement du point d’application (en Newton mètre = Nm). Puisqu’il y a une variation d’un bras de levier, on observe deux régimes de contraction à l’intérieur de la classe isotonique. Lorsque le muscle se raccourcit et que le travail produit est positif, il s’agit d’une contraction concentrique. Dans le cas inverse, l’allongement du muscle engendre un travail négatif que l’on appelle contraction excentrique.
En ce qui concerne la course à pied, le régime de contraction prédominant est le régime pliométrique. Celui-ci décrit un muscle sous tension subissant dans un premier temps un étirement (phase excentrique), puis dans un deuxième temps un raccourcissement (phase concentrique) intervenant directement après. Les physiologistes appellent cette action « cycle étirement-détente ». La phase excentrique correspond au moment de l’impact au sol, plus précisément à l’amortissement. La flexion des articulations est causée par la force gravitationnelle qui s’exerce sur le corps. Celle-ci provoque une contraction excentrique des muscles extenseurs. La force de résistance produite par le muscle s’oppose à la flexion des articulations. Cette contraction excentrique correspond à la phase d’étirement. L’énergie produite lors de cet étirement est alors emmagasinée dans les structures élastiques du muscle pour être restituée lors de la contraction.
La phase concentrique se traduit par la poussée permettant à la jambe de propulser le corps vers l’avant. Lorsque l’intervalle entre la phase d’étirement et de propulsion est court (temps d’inversion doit être inférieur à 200 ms), la force produite est plus importante. L’entraînement pliométrique est une méthode très utilisée chez les coureurs. Il vise une augmentation des performances en effectuant des exercices basés sur l’utilisation du poids du corps. L’objectif principal de cet entraînement est la conversion de la puissance musculaire en vitesse, en produisant des montées de force rapides (cf. voir la pente force-vitesse de la courbe fig. 5). Pour cela, cette méthode reprend des exercices très brefs qui consiste à étirer le muscle par une phase excentrique, puis à produire un raccourcissement intervenant immédiatement après grâce à une phase concentrique. Ce processus utilise également l’énergie élastique du muscle et le réflexe myotatique pour augmenter l’intensité de la contraction. Le mouvement produit est ainsi plus puissant sur un laps de temps très court (temps d’inversion<200ms). Ces exercices ont des répercussions sur le système neurologique et musculaire, en augmentant la vitesse à laquelle ils peuvent produire une force (cf. voir fig. 5). Le développement de la puissance musculaire va de pair avec une meilleure économie de course. La durée de contraction des muscles est plus courte. Comme la puissance augmente et que le système neurologique est plus efficient, le rendement musculaire est par conséquent meilleur. On observe ainsi une amélioration de l’économie de course, donc un retardement de l’apparition de la fatigue musculaire.
PARTICIPANTS
Pour cette expérience, 18 sujets ont été recrutés (8 femmes et 10 hommes). Leurs données personnelles sont les suivantes: âge 19+3 (moyenne+écart-type) ans (17 à 25 ans), taille 172+9 cm et poids 60+12 kg. Les sujets proviennent du club d’athlétisme de Sion. En effet, ils ont été choisis selon leur discipline athlétique, c’est-à-dire le demi-fond. Les sujets sont en bonne condition physique et ne présentent pas de maladie cardio-respiratoire ou vasculaire. Cette étude est menée en accord entre le club athlétique de Sion et l’Université de Fribourg. Les sujets ont été évalués sur la base de la course à pied et des sauts avant le début de l’expérience. Le test de course « Runcheck » fournit des valeurs sur la réactivité et le test « Pliométrie » des valeurs sur la raideur des jambes. A l’issu des pré-tests, les sujets ont obtenu une moyenne de réactivité de 3.63+0.66 et de stiffness de 46.5+27.7 kN/m. Après avoir analysé les résultats, l’échantillon se divise en deux populations distinctes. Cette division se fait en utilisant la médiane du groupe (médiane de réactivité Re=3.5, médiane de stiffness k=39.0 kN/m). Les 10 sujets ayant obtenu des valeurs inférieures au niveau de la réactivité et de la stiffness (groupe expérimental = GE) sont astreints à suivre un programme d’entraînement pliométrique de quatre semaines. Les huit autres sujets (groupe contrôle = GC) continuent leurs activités athlétiques normales, sans suivre de programme d’entraînement pliométrique. A la fin des quatre semaines d’entraînement, les deux groupes (GE et GC) passent les post-tests afin d’évaluer à nouveau la réactivité et la stiffness.
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Table des matières
Résumé
1. Introduction
1.1. Aspects fonctionnels de la course à pied
1.2. Pliométrie
1.3. Seconde loi de Newton et loi de Hooke
1.4. Elasticités
1.5. Relation force-longueur
1.6. Réactivité
1.7. Raideur
2. Méthodes et matériels
2.1. Participants
2.2. Déroulement
2.3. Accélérométrie
2.3.1. Runcheck
2.3.2. Pliométrie
2.4. Entraînement Pliométrique
2.5. Analyse statistique
3. Résultats
3.1. Réactivité
3.2. Raideur
4. Discussion et conclusion
5. Remerciements
6. Bibliographie
7. Déclaration personnelle
8. Droits dauteur
9. Annexes
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