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Effet De La Hauteur Du Contre Haut Sur La  Performance En Saut Vertical Chez Les Experts  Comparaison Entre Le
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Effet De La Hauteur Du Contre Haut Sur La Performance En Saut Vertical Chez Les Experts Comparaison Entre Le

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  • 1. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 quot;Recherchequot; 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 1
  • 2. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 2
  • 3. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 1. Introduction Les exploits de Lebron James ne laissent pas indifférents. Son gros point d’or ? Sa détente verticale, quot;high elevationquot; 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 ». 3
  • 4. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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). 4
  • 5. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 5
  • 6. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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. 6
  • 7. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 qui consiste en un ut masse-ressort ressort linéaire représentant les membres inférieurs (leg spring) et une masse (M) représentant la masse corporelle. (fig.2) (A) Modèle Masse-Ressort (simple). Ressort (B) Modèle filaire utilisé pour la simulation des sauts. Figure 2 Dans ce modèle, les actions des éléments du système musculo squelettique sont intégrées musculo-squelettique en même temps et ainsi la totalité du système semble agir comme un ressort uni unique. Le modèle masse-ressort se présente toujours sous la même forme, mais les voies d’accès à la ressort 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. Le deuxième type de modèle choisit une approche plus microscopique, qui considère la raideur mécanique de la jambe comme la somme des raideurs des trois 7
  • 8. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 θ, 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 « θ » 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. 8
  • 9. Université Paris-Sud XI UFR STAPS (Fig.4) Modèle masse ressort : la raideur de la jambe est la somme des raideurs de chaque articulation, « θ » 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. 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. (Fig.5) 9
  • 10. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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, «θ » l’angle d’incidence au sol et « Φ » 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). « α » représente l’angle de la jambe , « α0 » à l’atterrissage, « αE » 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 α » 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 10
  • 11. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 ± 4.2 44.3 ± 7.5 Performance verticale (cm) chez les novices 38.5 ± 6.8 36 ± 7.6 11
  • 12. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 Fz 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] 12
  • 13. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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), 13
  • 14. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 14
  • 15. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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=FxV P = (Wf ) / t ou ( 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 15
  • 16. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 16
  • 17. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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. 17
  • 18. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 ± 0,05 m, de masse 74,42 ± 6,83 kg et âgés de 24,6 ± 5,6 ans) et 9 filles (de taille 1,71 ± 0,05 m, de masse 64,67 ± 10,30 kg et âgées de 21,8 ± 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 ». « Saut de contre « saut de contre haut » mouvement » (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) 18
  • 19. Université Paris-Sud XI UFR STAPS Figure 9 : [Acquisition latérale bidimensionnelle d’un CMJ (flexion)] Figure 10 : [Acquisition latérale bidimensionnelle d’un CMJ (extension)] La force de réaction au sol a été mesurée en utilisant une plate forme de force (figure.11). La utilisant fréquence a été réglée à 1kHz afin d’enregistrer la force verticale et les moments de forces qui z permettent l’estimation des moments articulaires. 19
  • 20. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 standard 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 latéral du fémur, le grand trochanter et l’épine acromiale (voir annexe). 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 par la méthode de l’énergie potentielle [6, 3b] : 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 évaluer plus précisément la hauteur réelle de chute. Le déplacement vertic du centre de vertical 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 correspond 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 20
  • 21. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 ½ 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 ∆r au moment de la flexion maximale des membres inférieurs [1,5] : k leg = F max ∆r 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. 21
  • 22. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 ҳ 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 ҳ 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 ҳ 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 22
  • 23. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 ҳ 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 ҳ 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 ҳ 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 23
  • 24. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 ҳ 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 ҳ 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 24
  • 25. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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: Type de Genre saut CMJ DJ-30 DJ-60 70 % 44 % (± 40 % (± % Excentrique (± 8%) 6%) 6%) (Filles) 73 % 42 % (± 32 % (± % Excentrique (± 9%) 9%) 10%) (Garçons) 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. 25
  • 26. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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 26
  • 27. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 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. 27
  • 28. Université Paris-Sud XI UFR STAPS Bibliographie (1) Farley C.T *, Morgenroth D.C. Leg stiffness primarily depends on ankle stiffness during human hopping. Journal of Biomechanics, 32: 267-273, 1999 (2) Laffaye.G. La régulation de la raideur au cours du saut. Thèse, Université Paris-sud XI, (2003). (3) Laffaye G, Bardy B and Durey A. Leg Stiffness and Expertise in men jumping. Medicine and Science in Sport and Exercice, doi: 10.1249/01, 2005 (3b) Laffaye G., Bardy B. and A. Durey. Principal component structure and sport- specific differences in the running one-leg vertical jump. Inter J Sports Med (under press). (4) Laffaye G, Bardy B. G and Taiar R. Upper limb motion and drop jump: effect of expertise. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 46:00-00, 2005 (5) Laffaye G, Taiar R, and Bardy B.G. The effect of instruction on leg stiffness regulation in drop jump. Science et Sport, doi :1016/j, 2005 (6) Voigt M., Simonsen E.B., Dyhre-Poulsen P. and K. Klausen. Mechanical and muscular factors influencing the performance in maximal vertical jumping afler difference prestretch loads. J Appl Biomech. 28 : 293-307, 1995. (7) Walsh M1, Arampatzis A2, Shade F2, and Brüggemann G.P2. The effect of Drop Jump Starting Height and Contact Time on Power, Work Performed, and Moment of Force. Journal of Strength and Conditioning Research, 18(3), 561- 566, 2004 28
  • 29. Université Paris-Sud XI UFR STAPS 1 2 2 (8) Warren B.Young , Pryor J.F , and Wilson G.J . Effect of Instructions on Characteristics of Countermovement and Drop Jump Performance. Journal of Strength and Conditioning Research, 9(4),232-236, 1995 29