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

Chapitre I3

Resultats et analyses

1-Chronologie de la phase de depart

Le traitement et l'analyse des données expérimentales ont nécessité de définir, avec précision, certains instants remarquables de la phase de départ de la course de vitesse.

Dans toutes les figures de cette étude, l'instant d'émission du signal de départ correspond à l'origine des temps (figure 28). Toutes les variables sont exprimées par rapport au référentiel galiléen g0 (§-III.2.1). Un rééchantillonnage à 250 Hz des données numériques est effectué afin de faciliter la lecture des courbes.

Figure 28 Variation typique de la norme de la somme des forces externes lors d'un départ de sprint

La détermination des instants tels que t_a (mise en action) ou t_e (éjection) repose sur l'analyse des variations de la norme des forces qui s'exercent au niveau de chaque appui (figure 29).

Les différents instants de la phase de départ sont notés comme suit :

n t_s : instant du signal de départ, c'est l'origine des temps (t_s = 0 s)

n t_a : instant de début de l'action de l'athlète (début de la variation de la quantité de

mouvement de son centre de gravité)

? taM : instant de début de l'action des mains

? taMd : instant de début de l'action de la main droite

? taMg : instant de début de l'action de la main gauche

? taPr : instant de début de l'action du pied arrière

? taPv : instant de début de l'action du pied avant

n t_e : instant de décollage du pied avant et éjection de l'athlète des blocs de départ

? teM : instant de décollage des mains

? teMd : instant de décollage de la main droite

? teMg : instant de décollage de la main gauche

? tePr : instant de décollage du pied arrière

t_s

t_s

t_s

t_s

Figure 29 Variations typiques de la norme des actions mécaniques exercées au niveau de chaque appui

Ces différents instants sont délicats à déterminer expérimentalement. Les études antérieures [Mick 00, Tiro 03] qui portent sur l'analyse du pas de marche définissent, généralement, l'instant de début de la variation de l'action du pied sur le sol dès que l'écart entre la norme des actions mécaniques exercée au niveau de l'appui dépasse de 20N la valeur de repos. Le décollage du pied correspond à l'instant où l'appui devient inférieur à 5N.

Pour le départ de sprint, l'athlète débute son mouvement alors qu'il est déjà en contact avec les dynamomètres. Il faut donc connaître la fonction : Force = f(t) définie avant le signal de départ afin de pouvoir déterminer, au mieux, l'instant de début du mouvement. Dans le paragraphe qui suit, les différentes valeurs de ta obtenues par différentes méthodes sont comparées. Il est ainsi possible d'estimer l'effet relatif de ces méthodes sur l'estimation du temps de réaction de l'athlète et la qualité d'appréciation d'un éventuel faux départ (§-1.2.1).

1.1-Les instants de mise en action :

Le temps de réaction (t_a - t_s) minimal fixé par l'IAAF est de 0,1 s.

La détermination de l'instant de la mise en action est une étape cruciale qui peut provoquer la disqualification de l'athlète « fautif ! » (§-1.2.1).

La figure 30 représente la variation de la norme de la somme des forces externes exercées au niveau des pieds aux environs de t_s [t_s - 0,2 s t_s +0,1 s]. Durant cette période l'athlète est considéré être en position d'équilibre (§-3.4) ; or les mesures dynamométriques montrent une instabilité du signal due à une légère oscillation de l'athlète. Ces variations peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de 30 à 40 N.

Figure 30 Exemples de la variation de la norme de la somme des forces exercées au niveau
des pieds lors de la position quadrupédique aux environs de t_s = 0 s

La précision de la détermination des instants de mise en action nécessite la prise en compte de cette instabilité de l'athlète avant la mise en action.

Plusieurs méthodes de détermination de l'instant de mise en action (t_a) sont confrontées afin d'estimer la précision de cet instant crucial.

Si la détection de ta présente des enjeux majeurs, l'IAAF ne donne aucune indication concernant la méthode ou l'appareil de détection de faux départs approuvé (règle 162.10) (§- I.2.1). Cela laisse à des sociétés telles que Lynx, Seiko et Omega toute la liberté pour développer des moyens de détection de « faux départs ».

Omega Sport Timing fournisseur officiel de l'IAAF depuis 1932, précise dans ses fiches techniques que son système de contrôle de faux départ pour l'athlétisme ...prend en considération le temps de réaction physiologique, qui représente le temps écoulé entre le signal de départ et la poussée du pied de l'athlète contre le cale pied ... L'ordinateur OFD 2- AT mémorise et imprime toutes les poussées... Le seuil de détection de la poussée est réglable de 200 à 400 N.

La figure 30 montre que l'approche préconisée par Omega surestime l'instant t_a. Il importe donc de confronter cette approche à d'autres afin d'étudier leurs effets sur la détermination de cet instant crucial. Le tableau 2 illustre les différentes approches testées sur les données issues des 92 essais de départs de course vitesse (§-III.1.1)

Tableau 5 Les différentes approches adoptées pour l'estimation de l'instant de la mise en action
(sd : écart type de la force mesurée avant le signal de départ, Inter : intersection de deux droites)

?

Approches A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10

[Newton] 20 30 40 200 270 300 3 x sd 4 x sd 5 x sd Inter

les trois premières approches A1, A2, et A3 utilisent un seuil de détection dont l'ordre de grandeur varie entre 20 et 40 N en référence aux études qui portent sur l'analyse du

pas de marche [Mick 00, Tiro 03].

§ les approches A4, A5 et A6 sont des seuils approuvés par l'IAAF et adoptés lors de

rencontres officielles.

§ Les approches A7, A8, A9 utilisent des seuils qui correspondent à une variation de

n = { 3 , 4 , 5} écart type (sd) de la norme de la somme des forces par rapport à sa moyenne calculée sur une durée de 0,1 s qui précède le signal de départ.

~ l'approche A10 estime l'instant de mise en action par l'intersection (Inter) de deux droites D1 et D2. La figure 31 illustre cette approche en prenant comme exemple la détermination de l'instant de début de l'action du pied arrière suite à l'étude de la

~~~~~

norme de la force qui s'y exerce

Fpr

M +

Figure 31 Représentation de l'approche A10 pour la détermination de l'instant de mise en action
du pied arrière en prenant en compte la norme des forces qui s'y exercent.

D1 est une droite de la forme Y₁ = Cte où Y₁ représente la valeur moyenne de Part1

(figure 31). Part1 est un segment de la courbe de	~~~~~ Fpr		qui s'étend de ts-0,1 s jusqu'à

G. L'équation de la droite D1 s'écrit comme suit :

1 ts

Y = ×

1

t _s -n

n × Freq

Fpr

tt_s

s

(Fpr )-¹× Fpr )× 0,25+ 1 × y n n

t -n t -n

s s

M = max

~~~~~ Fpr		Éq.IV.1

telle que Freq correspond à la fréquence d'échantillonnage soit 1000 Hz et n = 0,1 s.

D2 est une droite qui a pour équation Y₂ = a ₂ x+b₂ dont les paramètres a et b sont
définis par régression linéaire menée sur les données de Part2 (figure 31). Part2 est un

segment de	~~~~~ Fpr		comprenant 40 données numériques et dont le milieu coïncide avec

le point M (figure 31) définie à partir de	~~~~~ Fpr		comme suit :

Ainsi, la définition de D1 et D2 permet d'identifier l'instant _taPr correspondant à l'intersection des deux droites comme suit :

1

taPr = Y b) × Éq.IV.2

a₂

Suite à l'application de chacune de ces approches sur les 92 essais de départ de sprint, il importe de déterminer si l'instant moyen de mise en action est le même d'une approche à une autre. La représentation des diagrammes en boîte (box plot) ci-dessous (figure 32) illustre la médiane, le quartile inférieur et supérieur ainsi que les valeurs extrêmes pour chaque approche.

Figure 32 Diagrammes en boîtes des instants de mise en action en fonction de l'approche adoptée.
(*) Désigne l'existence d'observations numériquement distantes par rapport aux
autres données de l'approche en question

Pour déterminer la présence d'éventuelles différences significatives entre ces approches, une analyse de variance à un facteur (ANOVA1) est effectuée.

Les résultats de l'ANOVA1 démontrent que l'instant moyen des mises en action de tous les sujets n'est pas le même pour toutes les approches. La probabilité d'obtenir un F de Fisher encore plus grand est quasi nulle. Afin de définir lesquelles parmi ces approches sont significativement différentes, un test de comparaison multiple est effectué.

L'hypothèse d'une différence significative entre les approches est considérée nulle si le risque est inférieur à 0,01. Le tableau 3 illustre les résultats de cette analyse.

Tableau 6 Comparaison multiple des moyennes issues des 92 essais et des 10 approches
(s) désigne une différence significative à p < 0,01

	A2	A3	A4	A5	A6	A7	A8	A9		A10	A1
-	-	s	s	s	s	s	-	-
A2	-	s	s	s	s	s	s	-
	A3	s	s	s	s	s	s	-
		A4	-	-	s	s	s	s
			A5	-	s	s	s	s
				A6	s	s	s	s
					A7	-	s	s
						A8	-	s
							A9	s

Outre la différence entre A1 et A9, les différences restent significatives pour une valeur de p < 0,1 (c'est-à-dire pour un intervalle de confiance de 90%).

Ces résultats démontrent que les approches A4, A5 et A6 adoptées par l'IAAF présentent des différences significatives par rapport à toutes les autres approches.

Les approches A1, A7, A8 et A9 sont très sensibles à l'équilibre instable des athlètes dans les blocs de départ. Elles indiquent soit un faux départ (A1 et A7) soit des observations numériquement distantes par rapport aux autres données (A8 et A9) (figure 32).

Les approches A2 et A10 semblent donner des résultats identiques et permettent d'estimer les plus petits délais de mise en action sans toutefois déclencher de faux départs.

Compte tenue de la simplicité de sa mise en oeuvre et de son efficacité, l'approche A2 est retenue afin de déterminer les instants de mise en action. Les différences moyennes des instants entre l'approche A2 adoptée au cours de cette étude et les approches A4, A5 et A6 adoptées par l'IAAF sont respectivement de l'ordre de 0,08 s ; 0,09 s et 0,11 s. Quand aux différences maximales, elles sont respectivement de 0,21 s ; 0,26 s et 0,27 s.

En adoptant l'approche A2, une différence significative²² est notée entre les instants de mise en action du pied arrière et du pied avant. La différence maximale absolue est de l'ordre de 0,07 s.

22
·

Différence significative à p < 0,1

Aussi, une différence significative22 est notée entre les instants de mise en action des mains et des pieds. En effet, l'action des mains peut devancer celle des pieds de 0,05 s (figure 29). Cela remet en question l'approche adoptée par l'IAAF qui ne prend pas en compte ces appuis pour l'estimation du temps de réaction des athlètes.

De plus, la mise en tension²³ puis le relâchement de l'athlète lors de la position Prêt, peut entraîner le déclenchement d'un faux départ alors que ce dernier n'a pas quitté les blocs.

Pour remédier à ces difficultés de moyens techniques, l'IAAF a instauré une règle²⁴ qui exige l'immobilité de l'athlète dès l'ordre Prêt énoncé par le Starter (§-I.2). Cette règle est bien sur mécaniquement irréaliste comme le montre la figure 30. Le corps humain ne peut dans ce cas être réduit à un solide indéformable mais à un système polyarticulé.