Université Paris-Sud XI (Orsay) UFR
STAPS
Centre de Recherches en Sciences du
Sport
MASTER 1ère année
Du domaine Sciences, Technologie,
Santé
Mention : Sciences de la motricité
Spécialité "Recherche" Contrôle
Moteur
Année Universitaire 2006/2007
Mémoire de Recherche
|
Effet de la hauteur du contre haut sur la
performance
en saut vertical chez les experts : comparaison entre
les
deux sexes
|
Présenté par
Mohamed-Amine CHOUKOU
Directeur du mémoire :
Guillaume LAFFAYE
PLAN
1. Introduction 1
2. Cadre théorique 4
2.1. La
modélisation biomécanique : outil d'analyse des sauts
2.1.1 Pourquoi modéliser ?
2.1.2 Quel modèle pour le corps humain ? 2.1.2.1
La description cinématique : 2.1.2.2 La
modélisation dynamique 2.1.2.3 Le modèle
masse-ressort
2.2. La performance en saut de contre haut
2.3 Les paramètres mécaniques des
sauts 10
2.3.1 Les paramètres de force
2.3.2 Les paramètres temporels 11
2.3.2.1 Le temps de contact
2.3.2.2 Le temps excentrique 12
2.3.2.3 Le temps concentrique
2.3.2..4 Le temps d'envol 13
2.3.3 La puissance mécanique
2.3.4 La raideur mécanique du membre
inférieur 14
3. Méthodologie 17
3.1.
Sujets et essais de sauts
3.2. Matériels et acquisition des
données
3.3. Outil statistique 20
4. Résultats et analyses statistiques
4.1. L'abaissement du centre de gravité
21
4.2. La performance verticale
4.4. La force moyenne 22
4.5. La force relative à la masse
corporelle
4.6. La raideur
4.7. La puissance maximale
4.8. Le temps de saut 23
4.9. Le temps jusqu'au pic de force
4.10. Le pourcentage excentrique du temps de saut
24
5. Discussion 25
1. Introduction
Les exploits de Lebron James ne laissent pas
indifférents. Son gros point d'or ? Sa détente verticale, "high
elevation" comme disent les commentateurs américains. Certes le
basketteur est grand (2,03 m), mais il a aussi une détente
impressionnante. A des niveaux avancés d'entraînement, où
la technique sportive est à la perfection et la nomination
d'athlète « expert » s'impose, il est très difficile de
faire la différence entre deux sportifs. Pour réussir un tir en
suspension en basket-ball ou au handball, ou pour franchir la barre
transversale en saut en hauteur, les athlètes auront
intérêt à réaliser la meilleure détente
verticale possible.
L'entraînement à base de saut est primordial pour
les sports qui exigent des forces considérables dans
l'établissement de l'interaction athlète-sol. La détente
verticale, telle que lors d'un smash ou d'un contre en volley-ball, est l'une
des qualités physiques nécessaires pour les volleyeurs. Elle
fait, entre autre, l'objet d'une évaluation objective de ces
athlètes, notamment en réalisant des différents types de
saut vertical dont on distingue trois types : le « squat jump » qui
consiste à sauter à partir d'une position basse avec un certain
angle de flexion du genou, le « saut de contre mouvement » qui se
compose d'une phase de flexion à partir de la position debout qui
précède la phase de poussée et le « saut de
contre-haut » qui est un saut vertical effectué après
s'être laissé tomber d'une certaine hauteur.
Dans la littérature, on trouve que le saut de contre
haut augmente la performance plus que le saut de contre mouvement (Voigt et co,
1995; Laffaye et co, 2005). En outre, la hauteur du contre- haut augmente la
performance chez les experts confirmant l'hypothèse de Brown et co.
(1986) qui stipule que le saut améliore les qualités
pliométriques des muscles. Dans une étude récente, Laffaye
et co. (2005) ont démontré que lors de sauts de contre haut, les
volleyeurs réalisent des sauts plus haut (+ 8,5 %) à partir d'un
contre haut de 60 centimètres qu'à partir d'un contre haut de 30
centimètres, et que les novices perdent de la hauteur (- 6%) dans des
conditions pareilles. Cependant, aussi bien Hunter et Marshall (2002) que Young
et co.(1995), ont montré que les décathloniens
n'améliorent pas leurs performances dans les mêmes conditions de
saut.
A travers cette recherche, on tentera de comprendre les modes
de contrôle moteur et de déceler les stratégies
qu'utilisent les experts pour s'adapter aux différentes conditions de ce
genre d'exercice et sauter beaucoup plus haut que le « commun des mortels
».
Pour ce réaliser, on s'intéresse dans la partie
qui suit, à comprendre l'intérêt de la modélisation
biomécanique dans l'analyse du mouvement du corps humain en
général, et à l'apport du modèle masse-ressort pour
l'analyse des sauts en particulier. On présentera, également, les
paramètres mécaniques qui déterminent la performance en
saut vertical : les paramètres de force (F), les différents
paramètres temporels, la puissance mécanique (P) et la raideur
mécanique du membre inférieur (Kleg).
2. Cadre théorique
2.1 La modélisation biomécanique : outil
d'analyse des sauts 2.1.1 Pourquoi modéliser ?
« Modéliser c'est remplacer du visible
compliqué par de l'invisible simple ». (J. Perrin). Il est
très difficile de comprendre et d'analyser les mouvements complexes du
corps humain sans prendre en compte les détails des mouvements «
intra-systèmes » qui peuvent avoir des effets sur le «
système global ». D'où l'intérêt d'utiliser des
modèles afin de simplifier cette complexité sans en
détériorer la quintessence. Alors quel modèle choisir ?
2.1.2 Quel modèle pour le corps humain
?
Il n'existe pas de réponse unique à cette
question. Alain Durey (1997) sépare deux modes d'approche
hiérarchisés : la description cinématique qui se contente
d'analyser les paramètres mis en jeu dans le repère espace-temps
et la modélisation dynamique qui décrit les forces et les couples
exercés sur le corps.
2.1.2.1 La description cinématique :
Elle constitue le « prolongement de l'observation des
techniciens du sport ». Elle consiste à repérer des points
particuliers du corps pour représenter les variables de temps et
d'espace. Le choix de ces « points-cibles » dépend bien sur de
ce qu'on veut analyser.
2.1.2.2 La modélisation dynamique : ou
« Outil de simulation ».
Pour pouvoir simuler le mouvement du corps humain de point de vue
mécanique, il faut pouvoir décrire les forces et les couples qui
s'exercent sur le corps :
· L'approche la plus simple est celle du modèle
du corps solide qui considère le corps humain comme un solide non
déformable. Ce dernier est caractérisé par sa
géométrie, sa masse, son moment d'inertie et son centre
d'inertie. Avec un tel modèle macroscopique, on étudie le
mouvement du centre d'inertie et le mouvement de rotation de ce solide autour
de son centre d'inertie.
· Une deuxième approche, dite microscopique,
considère le corps humain comme un solide déformable
composé d'un ensemble de segments corporels reliés entre eux par
des
articulations (des repères anatomiques). Grâce aux
données cinématiques, on peut alors recalculer les efforts
articulaires.
2.1.2.3 Le modèle masse-ressort :
Jusqu'aujourd'hui, on trouve dans la littérature trois
grands types de modélisation, qui doivent faire l'objet d'une analyse
rigoureuse, afin de cerner celles qui correspondent le mieux aux
particularités des mouvements étudiés (marche, course,
transition course-saut, tous types de sauts).
Le modèle masse-ressort (fig.1) consiste en un ressort
linéaire simple, représentant usuellement la jambe,
attaché à une masse, qui englobe l'ensemble de la masse
corporelle. L'intérêt mécanique de considérer la
jambe du sauteur comme un ressort permet la compréhension de deux phases
de l'impulsion : compresser le ressort dans la phase excentrique (flexion) et
le libérer dans la phase concentrique (extension). [5]
Fig. 1 : Modèle masse-ressort simple, ou Modèle
S.L.I.P. (« Spring loaded inverted pendulum »).
« m » représente la masse du corps, « l
» la longueur du ressort et « k » la raideur mécanique
de la jambe.
L'intérêt du modèle masse-ressort est de
comprendre les problèmes de transfert d'énergies au cours de la
locomotion. Cavagna (1977) a montré l'importance du transfert
d'énergie potentielle gravitationnelle et d'énergie
cinétique dans le changement de dynamique marche course. Ce chercheur a
appréhendé la course selon deux notions physiques :
> L'effet pendulaire inversé, qui explique le
transfert de l'énergie potentielle en énergie
cinétique.
> L'effet ressort, qui explique le stockage de
l'énergie élastique.
Université Paris-Sud XI
Ces deux effets cumulés expliquent le transfert de
l'énergie mécanique en énergie élastique.
[2]
Selon Farley (1999), comme pour ces prédécesseurs,
le corps d'un athlète effectuant un saut, ou une course, peut être
modélisé comme étant un simple système masse
ressort linéaire représentant les membres
inférieurs (leg spring) et une masse (M) représentant la masse
corporelle. (fig.2)
(A) Modèle Masse-Ressort
sauts.
Dans ce modèle, les actions des éléments du
système musculo
en même temps et ainsi la totalité du
système semble agir comme un ressort uni
Le modèle masse-ressort se présente toujours
sous la même forme, mais les voies d'accès à la mesure de
la raideur sont différentes selon les auteurs. Selon la
littérature, on distingue trois grands types de modélisation des
raideurs mécaniques
> Les premiers types de modèles concernent toutes
formes de locomotion avec
la particularité d'avoir un secteur balayé par
le centre de masse pendant la phase de contact au sol symétrique. En
d'autres termes, l'angle de contact au sol est le même que l'angle
d'envol.
articulations de cette dernière : cheville, genou et
hanche. Ces modèles semblent être les plus proches de la
réalité des sauts verticaux.
> Enfin, le dernier type de modèle concerne les
mouvements asymétriques, où
l'angle de contact et l'angle d'envol sont différents, ce
qui semble plus proche de la réalité de la coordination
étudiée.
Les modèles masse-ressort les plus récents sont
les suivants : [2]
· Le modèle de Mac Mahon et Cheng (1990)
(Fig.3)
Dans ce modèle, l'individu est assimilé
à un ressort constitué par sa jambe (hanche- talon) de longueur l
, de raideur K, au-dessus duquel est posée une masse m, qui arrive au
sol avec un angle è, et qui décolle avec ce même angle.
(Fig.3)
Modèle masse ressort pour locomotion symétrique,
d'après Mac Mahon et Cheng (1990). « m » représente la
masse du sujet, « ?l » l'abaissement de la jambe, « l » la
longueur initiale de la jambe et « è » l'angle d'incidence au
sol.
· Le modèle pluri articulaire de Farley et
Morgenroth (1999) : (Fig.4)
Ce modèle postule que la raideur totale est la somme des
raideurs des principales articulations impliquées dans la locomotion
humaine, la hanche, le genou et la cheville.
(Fig.4)
Modèle masse ressort : la raideur de la jambe est la somme
des raideurs de chaque articulation, « è » représente
l'articulation des trois angles de la jambe. D'après Farley et
Morgenroth
(1999)
· Le modèle (asymétrique)
d'Alexander (1990) : (Fig.5)
Ce modèle est basé sur la modélisation du
corps humain en trois segments rigides : le tronc et la jambe constituée
de deux segments de longueur égale a. La masse m est
concentrée sur le tronc et le centre de masse approximé à
l'articulation de la hanche.
(Fig.5)
Une telle approximation part des constats de Dyson (1973) sur
le fait que le centre de masse d'un homme ou d'une femme en position debout
avec les bras le long du corps est environ 5 cm au- dessus de cette
articulation. Le modèle corporel se situe dans un repère
cartésien dont l'origine est le pied.
Figure 5 : Modélisation du corps humain d'après
Alexander (1990). « a » représente la
longueur des deux segments inférieurs, « F »
la force de réaction verticale au sol, «è »
l'angle
d'incidence au sol et « Ö » l'angle du
genou.
· Le modèle asymétrique de
Seyfrath et al. (1999) : (Fig.6)
S'il est moins simple d'accès que celui d'Alexander, ce
modèle présente l'avantage de ne pas inférer de
manière approximative les valeurs des paramètres. Il permet de
décrire la dynamique du centre de masse pendant la phase d'impulsion en
saut en longueur par exemple. Il peut tout à fait être
utilisé pour le saut en hauteur, car il part du postulat que le secteur
balayé par le centre de masse est asymétrique, comme c'est le cas
en saut en hauteur.
(Fig.6)
Modèle dynamique de la longueur de la jambe r en fonction
de l'abaissement ?r et de l'angle
de la jambe (d'après Blickhan et al., 1995).
« á » représente l'angle de la jambe ,
« á0 » à l'atterrissage, « áE » au
décollage, la longueur
initiale de la jambe est « r0 », la longueur finale
« rE » , ?r représente l'abaissement du centre de
masse
pendant le contact et «l á » la longueur actuelle de la
jambe.
2.2 La performance en saut de contre haut
La performance en saut de contre-haut est définie comme
l'élévation verticale du centre de masse pendant l'envol qui est,
par définition, la détente verticale, l'une des
caractéristiques
fondamentales de la performance physique qui fait notamment
l'objet d'un entraînement chez les joueurs de volley-ball. Elle varie en
fonction des contraintes de l'exercice (hauteur, consignes,) et elle est
régulable par la variation des paramètres temporels et de force.
Il est intéressant de noter que la consigne « flexion naturelle
» ne permet pas d'augmenter pour autant la performance en saut et que la
hauteur du contre haut ne l'influence pas non plus (Selon G.Laffaye, 2005).
Dans ce sens, de nombreuses études se sont interrogées sur la
question de la hauteur optimale du contre-haut pour optimiser le rendement
mécanique lors de la réalisation de ce type d'exercice. [5]
Quant à la raideur mécanique (Kleg),
elle n'est pas un facteur corrélé avec la performance.
D'ailleurs, il a été montré qu'une même performance
verticale peut être réalisée avec différentes
valeurs de raideur. [5]
Selon une autre étude qui compare les performances en
saut vertical chez les experts et chez les novices, les joueurs de volley-ball
(experts) ont montré de meilleures performances par rapports aux non
experts et de meilleurs résultats à partir d'un contre-haut de 60
centimètres que celui de 30 centimètres, ce qui a
été expliqué par une meilleure utilisation de
l'énergie élastique chez les experts. Par ailleurs, Voigt et al
(1995), ont démontré que les sauts de contre mouvement et de
contre haut de 30 centimètres produisent des hauteurs de saut
supérieures à celles enregistrées lors de squat jump ou de
saut de contre haut de 60 et 90 centimètres. Ces résultats
s'opposent à ceux de Mark Walsh et al (2004), chez une population de
décathloniens, et qui ont montré qu'il n'y a pas de variation de
la hauteur de saut entre les sauts de contre haut de 20, 40 et 60
centimètres. [4, 6, 7]
En outre, l'importance du rôle des membres
supérieurs durant les sauts n'est pas négligeable, elle a
été confirmée à travers cette même
étude: le mouvement des bras pendant le saut augmente de 15 % la hauteur
du saut chez les volleyeurs contre 12 % chez le groupe des novices (voir
tableau n°1). Cette étude a mis en évidence
l'effet de l'expertise sur la performance en saut vertical mais a
démontré qu'il n'y a pas d'effet de la hauteur de contre-haut sur
la hauteur du saut. [4]
Tableau n° 1 :
Performances moyennes en saut de contre haut, constatées
par G.Laffaye (2006):
|
|
DJ-30
|
|
DJ-60
|
|
Performance verticale (cm) chez les experts
|
41.8
|
#177; 4.2
|
44.3
|
#177; 7.5
|
|
Performance verticale (cm) chez les novices
|
38.5
|
#177; 6.8
|
36
|
#177; 7.6
|
2.3 Les paramètres mécaniques des sauts
2.3.1 Les paramètres de force
La forme générale de la courbe de force
correspondant à un contre-saut se caractérise par deux pics
(figure 7):
courbe de contre-saut (drop-jump)
Pic
Pic
temps
(Figure.7)
Le premier pic de force est bref dans le temps et de valeur
élevée, il correspond au choc de l'impact au sol. Il est
appelé pic excentrique car il intervient dans la phase excentrique du
mouvement.
La valeur du pic excentrique reste inchangée, et ce,
quelle que soit l'instruction donnée aux sujets ce qui signifie que les
experts régulent les chocs importants lors de l'impact au sol afin de
minimiser les risques de blessures. Seule la hauteur du contre haut change de
manière radicale la valeur moyenne du pic excentrique de la force
verticale. La valeur moyenne du pic excentrique de la force verticale est de
3.93 fois le poids du corps. [4, 5]
Le deuxième pic est appelé pic concentrique car
il correspond à la valeur maximale de la force imprimée au sol
par le sujet pendant la phase concentrique du mouvement. Ce pic correspond avec
le moment où l'abaissement du centre de masse est maximal, donc au
début de la phase concentrique. [5]
La valeur moyenne de ce pic de force a été
estimée à 4,03 fois le poids du corps. On remarque que la valeur
du pic concentrique ne varie pas avec la hauteur du contre haut. Mais elle
passe du simple au double avec la diminution de la flexion du genou. [4]
Il a été démontré par G.Laffaye en
2005, que le pic concentrique de force verticale augmente de 200% entre la
flexion maximale et la flexion minimale du membre inférieur (2,9 fois le
poids du corps contre 5,6 fois le poids du corps). Cela tend à montrer
que sauter en raidissant le système musculo-tendineux augmente les
valeurs des facteurs myodynamiques de la performance.
2.3.2 Les paramètres temporels 2.3.2.1 Le temps de
contact
C'est le temps qui s'étale entre l'impact au sol
(« touchdown ») et le moment où l'athlète quitte le sol
(« take-off »), lors d'un saut de contre haut. Le temps de contact
est plus long avec la flexion maximale du membre inférieur. Il ne varie
pas significativement en fonction de la hauteur de contre haut, ce qui tend
à affirmer que chez les experts, il est contrôlé et
régulé afin de minimiser les risques de blessures (en allongeant
le temps jusqu'au pic de force). De plus, il a été
démontré qu'il n'y a pas d'effet de l'expertise sur la
durée de cette phase et que la présence du mouvement des bras ne
change pas cette durée.
Selon B. Warren (1995), le temps de contact au sol est plus
court lors de saut de contre-haut que lors de saut en contre mouvement. De
plus, selon G.Laffaye (2005), ni le temps de contact ni le temps jusqu'au pic
de force ne semblent différer entre la hauteur de 30 centimètres
et 60 centimètres. En effet, le temps de contact global augmente avec
l'augmentation de l'angle de la flexion du genou, ce qui suppose que les
experts varient leurs abaissements, notamment en fonction de la hauteur de
contre haut, pour optimiser leurs performances. [3, 4, 5, 8]
Le temps de contact a été de l'ordre de 255 ms
dans la condition de transition course-saut vertical d'une étude
menée par G.Laffaye et al. en 2005, dont les résultats montrent
que l'expertise n'a pas d'effet sur la valeur du temps de contact et que ce
dernier est d'autant plus bref que le saut est plus haut.
Par ailleurs, en cherchant l'effet de l'instruction sur la
régulation de la raideur des membres inférieurs, G. Laffaye et
al. (2005) , ont conclu qu'un saut de contre haut avec une grande amplitude
(flexion importante du membre inférieur) est caractérisé
par un temps de contact long (500ms),
alors qu'avec une faible amplitude (faible flexion du membre
inférieur), il sera caractérisé par un temps de contact
court (220 ms). Selon cette recherche, le temps de contact augmente lorsque
l'angle de flexion du genou augmente, et il diminue de moitié quand le
genou passe d'une flexion maximale à une flexion minimale.
2.3.2.2 Le temps excentrique
Il s'étale entre la position debout et le moment
où la flexion du genou est maximale, moment clef pendant lequel le
muscle passe de l'allongement à la contraction. Pendant cette phase
excentrique du saut, le muscle se trouve dans un état de tension et il
est soumis à un allongement. En mode flexion naturelle, elle est la
phase la plus courte du saut global. Elle présente 40 % du temps total
en saut de contre haut de 30 centimètres et 49 % du temps total en saut
De contre haut de 60 centimètres. [5]
B. Warren (1995) conclue qu'avec l'instruction « sauter
le plus haut possible », les sujets cherchaient à s'accroupir
davantage, donc tendent à amplifier l'abaissement du centre de masse et
augmenter le temps excentrique. [8]
G. Laffaye (2006) fait la différence entre deux
comportements lors de saut avec l'utilisation des bras: les experts sautent
avec un temps excentrique plus long pour stabiliser le système en
premier temps et en deuxième temps s'envoler vers le haut en
balançant puis en fixant les bras vers le haut, alors que les novices ne
changent pas leur temps excentrique que ce soit en sautant avec ou sans les
bras. Leur stratégie (mouvement continu des bras lors de l'envol)
s'avère inefficace. [4]
2.3.2.3 Le temps concentrique
Pendant la phase concentrique du saut, le muscle se contracte
en se raccourcissant. Cette phase commence au moment ou la flexion du genou est
maximale et se termine quand le sujet quitte le sol. Elle se caractérise
par un pic concentrique de force.
Pendant la course, le saut vertical et tous les bondissements,
le mouvement du membre inférieur comporte deux phases : une phase
d'amortissement (excentrique) et une phase de renvoi (concentrique). La
pliométrie est, en effet, la succession des deux phases et où il
y a mise en jeu de ce que les physiologistes appellent le cycle «
étirement-raccourcissement » (« stretch- shortening
cycle »). Entre autres, le physiologiste Komi (2000), a
montré que, comparés à une action concentrique pure, les
exercices avec un cycle « étirement-raccourcissement »
augmentent considérablement la force musculaire à une vitesse de
raccourcissement donnée.
2.3.2.4 Le temps d'envol
Appelé aussi la phase aérienne, le temps d'envol
est un indicateur de la hauteur de saut. En effet, Komi et Bosco (1978)
présument que les positions du centre de gravité du corps sont
les mêmes, aussi bien au moment de l'appel, qu'au moment de la
réception. [6]
Il est ainsi possible de calculer la valeur de la hauteur du saut
à partir du temps d'envol en appliquant la formule suivante :
h = 1/8. g. t2 (en cm)
Cette méthode surestime la valeur de la hauteur de saut de
3 % car la posture change entre la fin de la phase concentrique et la fin de la
phase d'envol.
2.3.3 La puissance mécanique
Le calcul de la puissance mécanique (en Watt) met en
relation la quantité d'énergie produite (« Wf »:
travail de la force musculaire) avec la durée « t »
(durée de l'exécution du mouvement). La formule de la puissance
(P) est la suivante :
|
P = (Wf ) / t
|
ou
|
P = F x V
|
( wf = travail de la force, F =
force, V= vitesse , t = temps)
La valeur moyenne de la puissance maximale Pmax est de
100 W/Kg, selon une étude récente menée par Laffaye
(2005).
La valeur de la puissance maximale double entre la condition
de flexion maximale et flexion minimale lors de saut de contre-haut. En effet,
la hauteur de contre-haut influence la puissance mécanique, qui
s'avère plus élevée dans la condition de saut de
contre-haut de 60 mètres que dans
la condition de saut de contre-haut de 30 mètres. Ces
résultats s'opposent à ceux de Mark Walsh et al. (2004), qui
trouvent que les paramètres de la puissance mesurés au centre de
masse ne sont pas affectés par la hauteur du départ du saut. [5,
7]
Selon G. Laffaye et al. (2006), le pic de la puissance ainsi
que la puissance moyenne sont supérieurs dans la condition de saut de
contre haut la plus élevée. Ceci s'explique par une meilleure
utilisation de l'énergie élastique chez les experts grâce
à l'énergie gravitationnelle emmagasinée pendant la phase
d'atterrissage.
Selon une étude récente, on remarque que
l'utilisation des bras n'a pas d'effet sur le pic de puissance relative au
poids du corps. Entre autre, ce pic est plus élevé chez les
experts que chez les novices et augmente avec la hauteur du contre-haut. Il a
été démontré que le changement de cette hauteur de
30 à 60 centimètres augmente la valeur du pic de puissance
relative de 33%. [4]
2.3.4 La raideur mécanique du membre
inférieur
Pendant la locomotion humaine (quotidienne), la raideur reste
la même à toutes les vitesses de déplacement, tandis que
pendant la course ou les sauts, les athlètes l'adaptent afin
d'éviter les contraintes du milieu naturel, ou, pour augmenter la
fréquence ou la hauteur des sauts. Durant ces mouvements les actions du
système musculo-squelettique (muscles, tendons et ligaments) sont
intégrés ensemble et sont alors similaires à un
système de ressorts. Le corps humain pourrait être
modélisé comme un ressort linéaire représentant les
membres inférieurs attaché à un point représentant
la masse corporelle. Lors d'un exercice de saut, ce système restitue
l'énergie sous forme d'énergie potentielle. [1, 5]
Selon Farley et Morgenroth (1999), la raideur peut être
définie comme le rapport de la force maximale en pic actif
(Fmax ) sur l'abaissement maximal du centre de masse (?r
) pendant la phase de contact au sol. Ainsi elle dépend de l'alignement
du vecteur de la force de réaction du sol. [1]
kleg = Fmax / ?r (en
N/m)
Elle est modulée afin de s'accommoder aux changements
de la surface du support et elle est directement proportionnelle à la
raideur de la cheville : dans un système où il y a plusieurs
ressorts, c'est le ressort le moins raide qui subit la plus grande
élongation en réponse à une force qui lui est
appliquée. La cheville, étant l'articulation la moins raide parmi
les articulations des membres
inférieurs, subit plus de déformation au cours des
phases, concentrique et excentrique du saut. Sa raideur influence ainsi celle
de tout le membre.
On remarque que la régulation de la raideur de la
cheville est le premier mécanisme responsable de l'ajustement de la
raideur des membres inférieurs, selon des expériences de
sautillements sur place.
On note que « kleg » n'est pas
influencée par la hauteur de contre-haut lors des exercices de «
Drop-Jump », contrairement à la diminution de la longueur du membre
inférieur, qui l'est. L'abaissement est plus élevé avec le
contre haut de 60 centimètres que celui de 30 centimètres. «
kleg » augmente avec la hauteur du saut , mais sa
variation n'implique pas forcément le changement de la performance en
saut vertical ; il a été démontré qu'une même
performance peut être réalisée avec différentes
valeurs de raideur. [1, 4, 5]
Le changement de la raideur du genou n'avait pas d'influence
sur la raideur des membres inférieurs chez les sujets de
l'expérience de sautillements sur place. La flexion maximale du genou ne
modifie non plus la performance, le rôle de cette flexion est, avant
tout, de réduire le choc de l'impact au sol. On remarque que la raideur
a été aussi étudié par rapport au temps de contact
qui est, selon Arampatzis et al., inversement proportionnel à la raideur
: les sauts effectués avec les temps de contact les plus court ont les
valeurs de la raideur les plus élevées.[1, 5, 7]
Dans notre recherche, nous allons étudier les
paramètres régulables lors de saut vertical, qu'on a
présenté le long de cette partie théorique, et tenter
d'expliquer la différence de performance qui peut exister entre les deux
genres. Pour aboutir à cela, nous allons émettre et
vérifier les deux hypothèses suivantes :
(1) Le saut de contre haut permet l'optimisation des
paramètres biomécaniques de la performance en saut vertical chez
les experts.
(2) La régulation des paramètres
biomécaniques de saut et la performance en saut vertical varient selon
le genre.
3. méthodologie :
Sujets et essais de sauts :
Notre population se compose de dix sept joueurs de
volley-ball, jouant en moyenne au niveau national du championnat de France,
dont 8 garçons (de taille 1,84 #177; 0,05 m, de masse 74,42 #177; 6,83
kg et âgés de 24,6 #177; 5,6 ans) et 9 filles (de taille 1,71
#177; 0,05 m, de masse 64,67 #177; 10,30 kg et âgées de 21,8 #177;
3,0 ans). Tous les sujets ont donné leur libre consentement pour
participer à cette expérience. Avant le début de la
session expérimentale, les sujets ont comme consigne de
s'échauffer pendant 5 minutes (trottinement et mobilisation articulaire)
et de réaliser quelques sauts à des petites hauteurs. Chaque
sujet réalise successivement 5 « sauts de contre mouvement »,
puis 5 « sauts de contre haut » de 30 centimètres et finit par
5 « sauts de contre haut » de 60 centimètres (figure.8). La
seule instruction donnée aux sujets est de : « sauter le plus haut
possible ».
mouvement »
« Saut de contre
« saut de contre haut »
(figure.8)
Saut de contre-mouvement et saut de contre-haut
Matériels et acquisition des données
:
Dans cette étude, le corps humain a été
représenté par 4 segments : pied, cheville, cuisse et «
tete-bras-tronc », suivant un modèle bidimensionnel du corps humain
(Farley et Morgenroth 1999). (voir fig.9 et fig.10)
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Université Paris-Sud XI UFR STAPS
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Figure 9 : [Acquisition latérale
bidimensionnelle d'un CMJ (flexion)]
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19
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Figure 10 : [Acquisition latérale bidimensionnelle
d'un CMJ (extension)]
La force de réaction au sol a été
mesurée en util
isant une plate forme de force (figure.11).
La
fréquence a été réglée
à 1kH
z afin d'enregistrer la force verticale et les moments de
forces qui permettent l'estimation des moments
articulaires.
Figure 11
: plate forme de force « AMTI »
(rectangulaire)
Simultanément, on a enregistré les
données cinématiques en utilisant 6 caméras infrarouges
« VICON » (figure.12)
à une fréquence de 500Hz, le volume de
l'espace de calibration étant de 2m de largeur x 1m de
profondeur x 2.80m d'hauteur (calibration standard selon la procédure
recommandé par le constructeur des caméras).
L'erreur moyenne associée aux points de reconstruction a
été inférieur à 1mm (SD
: 0.1 mm) suivant les axes X, Y et Z. Des marqueurs
réfléchissants ont été placés sur
les emplacements suivants
: l'articulation du premier métatarse, la
malléole externe, l'épicondyle
(voir annexe).
latéral du fémur, le grand trochanter et
l'épine acromiale Les données cinématique et
de la plate forme de force, en utilisant un minuteur
électronique externe.
Figure.12: caméra Vicon
La vitesse verticale du centre de masse (VVCM) est
obtenue par l'intégration de la force de
réaction au sol (VGRF). La VVCM initiale au moment du toucher du sol a
été estimé [6, 3b] :
par la méthode de l'énergie
potentielle
v = (-2g x h drop)
1/2
(Avec g
: accélération gravitationnelle, h
drop
: hauteur initiale = hauteur du contre
haut.)
En partant du fait que la position initiale du CM des
sujets sautant à partir d'un contre haut peut
être différente de la hauteur réelle, on a utilisé
les données cinématiques pour
al du centre de
évaluer plus précisément la hauteur
réelle de chute. Le déplacement vertic
masse est calculé à partir de la double
intégration de l'accélération [9, 11, 12]. Pour
calculer les données absolues relatives à la position, on
observe la hauteur du centre de masse du sujet à un
point donné dans le temps. Le point zéro correspond à la
hauteur du CM au moment du contact initial [10].
Le taux de développement de la force (RFD) est
obtenu par le calcul de la dérivée de la force
de réaction au sol. La puissance mécanique est obtenue par
la
multiplication de la force verticale de réaction au sol
par la vitesse verticale durant le temps de contact du sol. La performance en
saut a été calculée à partir du temps d'envol
(d'après Komi et al.), en utilisant : h = (g x
t2)/2 , où t est l'équivalent
de 1/2 temps de vol et g est l'accélération
gravitationnelle. L'impulsion a été obtenue par
l'intégration de la VGRF sur la période du contact avec le
sol.
La raideur des membres inférieurs est
considérée comme un concept mécanique
général du comportement global du corps durant le saut. Durant la
phase de contact, la longueur des membres inférieurs est définie
comme la distance qui sépare la centre de masse corporelle et le pied,
considéré comme le centre de rotation durant le contact du sol.
La raideur des membres inférieurs est définie comme le rapport de
force maximale de réaction au sol Fmax durant le pic actif
sur l'abaissement Är au moment de la flexion maximale des membres
inférieurs [1,5] :
kleg =F max
Ar max
Outil statistique : Analyse de la variance
:
On a utilisé une analyse de la variance « ANOVA
» avec mesures répétées à un facteur pour
tester l'effet et la hauteur du contre-haut sur les paramètres
biomécaniques de saut (facteurs intragroupes, dépendants), et
l'effet du genre (comparer les facteurs intergroupes, dépendants), avec
un seuil de signification : p<0,05.
4. Résultats et Analyses statistiques :
4.1. L'abaissement du centre de gravité (?r)
La valeur moyenne de l'abaissement du centre de gravité
«?r » est 29 cm, et les valeurs sont rangées entre 15 cm et 51
cm. La valeur moyenne de ?r pour les filles est de 29, 2 cm (SD=8.4 cm) et de
28,8 pour les garçons (SD= 7cm).
Le test ANOVA (genre ? condition de saut) n'a pas
montré un effet du genre sur l'abaissement du centre de gravité
[F (1,15) <1] ou sur le type de saut [F (2,23) <1], avec une valeur
moyenne de 29.7 cm (SD=6,2) au CMJ, 27.4 cm (SD=8.3) au DJ30 et 30 cm (SD=8.4)
au DJ60. L'interaction n'est pas significative [F (2,23) <1].
4.2. La performance verticale (la détente)
La valeur moyenne de la détente est 41,80 cm et les
valeurs sont rangées entre 24 cm et 59,10 cm. Les garçons ont
réalisé en moyenne une détente de 49,19 cm (SD = 5,12 cm)
et la valeur moyenne de la détente des filles est 35,87 cm (SD = 6,30
cm).
Le test ANOVA (genre ? condition de saut) a montré une
différence significative entre les performances verticales des
garçons et des filles [F (1,15) >1] à (P<0,05) et n'a pas
montré un effet de la condition de saut sur la détente [F (2,23)
<1]). L'interaction n'est pas significative [F (2,23) <1].
4.3. La force maximale
La valeur de la Fmax se situe entre 714,20 N et 3978,65 N et
sa valeur moyenne est de 2212,15 N/m. Chez les garçons, la valeur
moyenne de la Fmax est de 2480,33 N (SD=661,18 N) alors que pour les filles,
elle n'a pas dépassé 1996,69 N (SD= 721,09 N).
Le test ANOVA (genre ? condition de saut) a montré un
effet très significatif du genre [F (1,15) >1] et de la condition de
saut sur la Fmax [F (2,23) > 1] à (P<0,05). L'interaction n'est
pas significative [F (2,24) <1].
4.4. La force moyenne
La valeur moyenne de Fmean est 1355,22 N avec des valeurs qui
sont rangées entre 197,61N et 2644,51 N. La valeur moyenne de Fmean chez
les garçons est 1590,14 N (SD=553,86 N) et dépassent nettement
celle des filles 1166,48 N (SD=390,36 N).
Le test ANOVA (genre ? condition de saut) a montré une
différence significative entre les garçons et les filles [F
(1,15) >1] et entre les différentes conditions de saut [F (2,23) >
1] sur la Fmean à (P<0,05). L'interaction n'est pas significative [F
(2,23) < 1].
4.5. La force relative à la masse
corporelle
La valeur moyenne de la force relative à la masse
corporelle est 3,21N/kg et les valeurs sont rangées entre 1,26 N/kg et
6,53 N/kg. La valeur moyenne de la Force relative à la masse corporelle
chez les garçons est égale à 3,31 N/kg (SD = 0,84 N/kg) et
celle des filles est égale à 3,12 N/kg (SD=1,15 N/kg).
Le test ANOVA (genre ? type de saut) a montré un effet
significatif du saut sur la force relative à la masse corporelle [F
(2,24) >1] à (P<0,05), mais n'a pas montré un effet du
genre sur cette dernière [F (1,15) < 1]. Le test de scheffé ne
montre pas une différence entre les deux genres. L'interaction n'est pas
significative [F (2,23) <1].
4.6. La raideur
La valeur moyenne de la raideur est 8,29 kN/m et les valeurs
sont rangées entre 1,79 kN/m et 26,52 kN/m. La valeur moyenne de la
raideur enregistrée chez les garçons (9,27 kN/m ; SD= 4,82 kN/m)
est supérieure à celle des filles (7,50 kN/m ; SD=4,30 kN/m).
Le test ANOVA (genre ? type de saut) a montré un effet
très significatif du genre sur la raideur mécanique des membres
inférieurs [F (1,15) > 1] à (P<0,05). Le test post-hoc LSD
a montré qu'il y a une différence significative entre le saut de
contre mouvement et les 2 conditions de saut de contre-haut. L'interaction
n'est pas significative [F (2,23) <1].
4.7. La puissance maximale
La valeur moyenne de la puissance maximale est 123,24 W/kg et
les valeurs se situent entre 63,7 W/kg et 168, 64 W/kg. La valeur moyenne de la
puissance maximale des garçons est égale à 128,12 W/kg
(SD= 23,18 W/kg) et celle des filles est égale à 120,71 W/kg (SD=
21,92 W/kg).
Le test de scheffé ne montre pas une différence
significative entre les trois conditions de saut ou un effet du genre sur la
puissance maximale. L'interaction n'est pas significative [F (2,23) <1].
4.8. Le temps de saut
La valeur moyenne du temps de saut est 560,63 ms et les
valeurs sont rangées de 204 ms à 1060 ms. La valeur moyenne du
temps de saut des filles est de 589,60 ms (SD= 202,60 ms). Celle des
garçons est égale à 524,56 ms (SD = 206,59 ms).
Le test ANOVA (genre ? type de saut) a montré une
différence significative entre les conditions de saut [F (2,23) >1]
et un effet du genre sur la durée totale de saut [F (1,15) > 1]
à (p<0,05). L'interaction n'est pas significative [F (2,23)
<1].
4.9. Le temps jusqu'au pic de force
La valeur moyenne du temps jusqu'au pic de force est 311,60 ms
et les valeurs sont rangées entre 48,00 ms et 880 ms. La valeur moyenne
de ce dernier est égale à 296,67 ms (SD= 217,73 ms) chez les
garçons contre 323,60 ms (SD= 197,17 ms) chez les filles.
Le test ANOVA (genre ? type de saut) a montré un effet
significatif du saut sur la durée du temps jusqu'au pic de force [F
(2,23) >1] à (P<0,05).
Le test post-hoc ne montre pas de différence significative
entre les deux sexes. L'interaction n'est pas significative [F (2,23)
<1].
4.10. Le pourcentage excentrique du
temps de saut
La valeur moyenne du pourcentage excentrique est 51% (SD =20%) du
temps du saut global. Le temps excentrique est en moyenne 50 % (SD =22 %) chez
les garçons et 52 % (SD=18 %) chez les
filles. Le tableau ci-dessous illustre bien la variation de la
valeur moyenne du pourcentage du temps excentrique chez les filles et chez les
garçons selon la condition de saut:
|
Genre
saut
|
Type de
|
|
CMJ
|
DJ-30
|
DJ-60
|
|
% (Filles)
|
Excentrique
|
(#177;
|
70
8%)
|
%
|
44
6%)
|
%
|
(#177;
|
40
6%)
|
%
|
(#177;
|
|
%
(Garçons)
|
Excentrique
|
(#177;
|
73
9%)
|
%
|
42
9%)
|
%
|
(#177;
|
32
10%)
|
%
|
(#177;
|
Tableau 2 : variation de la moyenne du % Excentrique en
fonction du genre et du type de saut
Ce tableau montre que le pourcentage excentrique est plus
élevé entre le saut de contre mouvement et les deux conditions de
saut de contre-haut.
5. Discussion
L'objectif de cette étude était d'étudier
la variation des paramètres biomécaniques de la performance en
saut vertical selon la condition de saut et le genre. Les résultats
majeurs constatés dans cette étude indiquent que :
> Le saut de contre haut améliore la performance en
saut vertical chez les experts.
> Les garçons réalisent une performance en saut
vertical plus importante que celle des filles.
La détente verticale enregistrée dans cette
étude est proche des valeurs rapportées dans des études
similaires [4, 5]. Elle est plus élevée chez les garçons
(49,19 cm) que chez les filles (35,87 cm). On peut en déduire qu'en
terme de performance, les garçons sautent plus haut que les filles.
La valeur moyenne du temps de saut (560,63 ms) est proche de
celle rapportées dans une étude similaire [5]. On note que les
filles (589,60 ms) mettent plus de temps que les garçons (524,56 ms)
pour réaliser un saut. Ces résultats, couplés avec ceux de
la détente verticale, nous montre que les filles effectuent des sauts
moins hauts et plus lents par rapport aux garçons qui sautent plus haut
et plus court en terme de temps.
La valeur moyenne du temps jusqu'au pic de force (311,60 ms)
est supérieur à celles présentées dans des
études similaires [4, 5]. Elle diminue avec l'augmentation de la hauteur
du contre-haut. L'estimation du pourcentage excentrique montre que le temps
excentrique est plus important en saut de contre mouvement qu'en saut de contre
haut de 30 cm ou de 60 cm. Comparé au saut de contre mouvement, le saut
de contre-haut se caractérise par un temps total et un temps jusqu'au
pic de force plus courts.
Par ailleurs, la force maximale et la force relative à
masse corporelle ont des valeurs plus élevées dans les deux
conditions de saut de contre haut que dans la condition de saut de contre
mouvement ce qui pourra s'expliquer par une variation de l'utilisation de
l'énergie élastique musculaire (notamment du réflexe
myotatique), selon la hauteur initiale de saut.
Ceci est confirmé par les valeurs obtenues de la
raideur des membres inférieurs qui sont plus élevées en
saut de contre-haut qu'en saut de contre mouvement. Cela tend à montrer
que sauter en
raidissant le système musculo-tendineux augmente les
valeurs des facteurs myodynamiques de la performance.
Les résultats obtenus pour la force relative à
la masse corporelle sont de l'ordre de 3,31 N/kg chez les garçons et
3,12 N/kg chez les filles. De même pour la puissance, la valeur moyenne
pour les garçons est 128,12 W/kg et celle des filles est égale
à 120,71 W/kg. Ceci pourra être interprété par une
masse musculaire plus importante chez les garçons que chez les
filles.
Le saut de contre-haut permet l'amélioration de la
performance en saut vertical chez les experts par une optimisation de
l'utilisation de l'énergie élastique musculaire du membres
inférieurs conduisant à réduire le temps de saut et
à augmenter la raideur mécanique. La variation selon le genre de
la régulation des paramètres temporels et de force, ainsi que la
performance en saut vertical, est du à des différences
morphologiques tel que la masse corporelle.
Il s'avère intéressant de s'investir dans
l'étude des paramètres anthropométriques pour mieux
comprendre la variation selon le genre des paramètres
biomécaniques de saut et de la performance en saut vertical.
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