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

1.2-Definition de l'espace geometrique

La première étape d'une étude biomécanique est de définir l'espace géométrique par rapport auquel sont exprimées toutes les grandeurs qui caractérisent soit l'équilibre soit le mouvement du centre de gravité du coureur.

Il est postulé que le repère de Copernic défini par le centre de gravité du système solaire et trois étoiles fixes est le repère galiléen original où s'appliquent les lois de la mécanique sans terme correctif.

Le principe d'inertie de Galilée postule que les lois de la mécanique s'appliquent aussi sans terme correctif dans tout référentiel en translation rectiligne uniforme par rapport au repère galiléen original.

De ce fait, la terre n'est pas un repère galiléen. Les deux termes correctifs (force d'entraînement, force de Coriolis) qu'il convient de prendre en compte dans l'écriture de la relation fondamentale de la dynamique sont, dans le cas du départ de sprint:

§ Force de Coriolis / Force moyenne exercée par le coureur < 0,006%

§ Force d'entraînement / Force moyenne exercée par le coureur < 0,3%

La précision de la mesure des forces exercées par le coureur est de l'ordre de 1%. Les deux termes correctifs sont donc négligeables devant la précision de la mesure. La terre peut donc être raisonnablement considérée comme un repère galiléen, d'autant que le départ de sprint s'effectue dans un laps de temps très court (< 0,5 s).

Le repère galiléen de référence de notre étude est un repère terrestre (figure 21) Ro0(O|X0,Y0,Z0) défini par trois axes (OX0), (OY0) et (OZ0) non coplanaires concourant en O0 point particulier de l'espace géométrique représentant l'origine du repère. Usuellement, les trois axes de Ro0 sont choisis orthogonaux, et leur orientation est définie par une base

d'orientation droite constituée par des vecteurs unitaires ( i , j , k)		.
	· OX0 horizontal positif dans le sens du déplacement du coureur · OY0 horizontal positif vers la gauche du coureur · OZ0 vertical positif vers le haut

Figure 21 Situation de l'athlète en position Prêt par rapport à Ro0

La définition de ce repère Ro0 permet de décrire l'orientation et l'intensité des actions mécaniques exercées sur l'athlète et ainsi de prédire son état.

1.3-Instrumentation

Les dynamomètres utilisés au cours de ces tests (figure 22) sont deux plateformes de forces (PFF) piézoélectriques de marque Kistler¹⁸ et deux dynamomètres composites de marque Médicapteur¹⁹ (Annexe 3.2) évaluant les efforts de contact suivant les trois directions de l'espace dans leurs repères respectifs.

Les blocs de départ utilisés sont des blocs standards présentant des possibilités de réglages d'inclinaison et d'écartement suivant l'axe de déplacement de l'athlète. La variation de la position antéropostérieure d'un bloc sur une PFF est assurée par une interface en tôle d'acier de 3 mm d'épaisseur qui permet la fixation du bloc à différents niveaux. Le poids additionnel que représente ce dispositif (bloc de départ et interface) sur la PFF est éliminé par une correction du zéro électrique.

Figure 22 Station expérimentale pour l'évaluation de la dynamique du départ de sprint

Les deux PFF sont solidement fixées au sol l'une à coté de l'autre de telle sorte que l'orientation de leurs repères aPd et aPg soient identiques (figure 23) et que leurs centres respectifs soient à la même distance de la ligne de départ. Ce positionnement offre la possibilité de réglage de l'écartement antéropostérieur entre les deux blocs ce qui permet l'adoption des différentes techniques de départ (§-II.2.1) réalisées par les athlètes.

Les appuis mains sont instrumentés par deux capteurs composites de la société Médicapteur mesurant les efforts suivant les trois directions de l'espace. Le fonctionnement de ces capteurs repose sur le principe d'extensométrie qui est décrit en annexe (Annexe 3.1).

¹⁸ PFF Kistler : type 9287B pour la grande (figure 3) et 5233A pour la petite (figure 3) ( www.kistler.com)

¹⁹ Capteurs six composantes de la société Médicapteur : modèle EX 114.45-200

La base de chaque appui main est dotée d'une liaison glissière qui permet l'ajustement de l'écart médiolatéral entre les deux dynamomètres composites (figure 22) tout en gardant la même orientation de leurs repères de références gMd et gMg par rapport à ceux des PFF _(gPd et ~Pg) (figure 23).

Figure 23 Vue de profil de la station expérimentale. Orientation des repères PFF droite gPd
et gauche gPg ainsi que des repères capteurs composites droit gMd et gauche gMg

Au cours des tests, le signal déclenchant le départ est émis par un BUZZER délivrant simultanément un signal sonore et une impulsion électrique de 9 V permettant d'une part de marquer cet instant par rapport à l'évolution des forces, et d'autre part, de synchroniser les enregistrements des forces mesurées par les 4 capteurs.

L'acquisition se fait à une fréquence de 1000 Hz.

L'acquisition et la conversion des tensions électriques délivrées par les 29 voies analogiques est assurée via une carte analogique-numérique²⁰ :

§ 8 × 2 voies pour les deux plateformes de forces ;

§ 6 × 2 voies pour les deux capteurs composites ;

§ une voie pour le BUZZER émettant le bip du départ ;

L'acquisition simultanée des données numériques issues de l'ensemble des voies, leurs enregistrements ainsi que leurs exportations sont assurées par une interface de commande du logiciel Ivan développé par la société Biogesta²¹.

²⁰ Carte National Instrument PCI-671E / 12 Bits, 64 entrées Analogiques Asymétriques

²¹ Biogesta, Valencienne - France ( www.biogesta.fr/)