Compte rendu TP : Exploration des propriétés mécaniques musculaires. Méthode indirecte

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1 Nicolas Rambier M1 S8 SPAPAS Compte rendu TP : Exploration des propriétés mécaniques musculaires Méthode indirecte F.Grappe Année 2011/2012 UFR STAPS Besançon

2 Introduction : Lors de ce TP, nous allons mettre en place un test de force-vitesse. Le but étant de déterminer la vitesse optimale de pédalage. Mais aussi de déterminer de façon indirecte les propriétés mécaniques des chaines musculaires des membres inférieurs des sujets. Sur un vélo, la production d une puissance mécanique externe exprimée en watt (J/s) est la résultante de deux composantes : la force (N) et la vitesse (rpm). Pour une même puissance produite il peut donc exister plusieurs combinaisons possibles. Un coureur peut être plus en force qu en fréquence et inversement tout en développant le même niveau de puissance. Mais pour chaque combinaison il existe aussi des coûts énergétiques différents (Belli & Hintzy, 2002). Donc pour chaque coureur on peut définir sa vitesse optimale de pédalage. C'est-à-dire la fréquence qui lui permettra de développer le plus de puissance tout en ayant un coût énergétique le plus bas possible. Cette fréquence optimale de pédalage pourrait s obtenir grâce à u test de force-vitesse (Arsac, Belli, & Lacour, 1996), (Hautier, Linossier, Belli, Lacour, & Arsac, 1996). De plus grâce à ce test de force vitesse, on pourrait déterminer les propriétés musculaire de chaque sujet (Jean-Benoît Morin, Hintzy, Belli, & Grappe, 2002) ; (Ravier, Grappe, & Rouillon, 2003). A savoir que lors d exercice de sprint, la force développée lors des premiers appuis ou coup de pédales est maximale à 3-4. Dans le même temps, il y a une augmentation progressive de la vitesse de pédalage qui devient maximale au bout de 5-6 d effort. La puissance maximale est atteinte entre ces deux laps de temps, c'est-à-dire entre 4 et 6 Les propriétés musculaires dépendent de la composition musculaire. C'est-à-dire la plus ou moins forte présence de certaines fibres musculaires. Cette composition est propre à chaque individu. Elle varie en fonction de la génétique, de l activité pratiquée et de l entrainement. On retrouve trois grand types de fibres avec des qualités qui leurs sont propres : Type I : fibres oxydatives, de couleurs rouge utilisant les mitochondries pour qu il y est un production d énergie. Ces sont des fibres qui produisent peut d énergie mais ont une résistance à la fatigue accrue. De plus leurs vitesses de contraction sont relativement faibles. Type IIa, sont des fibres qui possèdent les même propriétés mis à part que leurs vitesse de contraction est beaucoup plus élevé. Type IIb, sont des fibres blanche qui utilisent les réserve ATP présentent dans le muscle. La taille du motoneurones est beaucoup plus importante, et leurs seuil d excitabilité est relativement élevé ce qui permet d avoir une vitesse de contraction très importante. Mais ce sont des fibres extrêmement fatigables.

3 Protocole : Les sujets passeront sur bicyclette ergométrique de SRM, avec des pédales plates sans lanières. Ils devront effectuer une série de 3 sprints maximaux départ arrêté. Ils auront 5 de récupération entre chaque sprint. Ce sera une récupération active. Ils devront continuer à pédaler mais avec une faible résistance. Pour chacun des sprints, ils auront une force de friction différente (voir tableau ci-dessous). force friction (n/kg) sujet 1 sujet 2 sprint 1 0, ,85 sprint 2 0, ,75 sprint 3 0, ,65 Cette force de friction sera pondérée à leur poids de corps. Donc Voici pour chaque sujet la force (en W) qu ils devront développer lors de la calibration à 50 rotations par minute (rpm). Ils effectueront ensuite leur sprint à intensité maximale. On leur donnera le départ et l arrêt de leur sprint pour qu il soit concentré essentiellement sur leur tâche. Pour l enregistrement des données de puissances développés et de cadence, il sera utilisé le SRM. Il sera ensuite transféré dans une feuille de calcul les données du sprint en retirant les erreurs de mesurage. Les données seront analysées grâce à deux méthodes développées par deux auteurs: Vandewelle et Arsac La méthode de Vandewalle (Vandewalle, Pérès, Heller, & Monod, 1985), s interesse à la relation entre la force appliqué sur la pédale et la vitesse de rotation. La force étant calculée de la façon suivante : force (N) = puissance (cadence*2*pi)/60 Il existe dans cette relation de force-vitesse, une régression linéaire qui permet une extrapolation nous donnant la vitesse maximale ainsi que la force maximale, selon les travaux de Vandewalle. La vitesse maximale correspond au moment où la droite de régression coupe l axe des abscisses. Et pour la puissance maximale cela correspond au point d intersection entre la droite de régression et l axe des ordonné. La vitesse optimale et la force optimale étant la moitié de ces valeurs. En faisant le produit de la vitesse optimale et de la force optimale par ¼ on obtiendra la puissance maximale. La méthode de L.Arsac (Arsac, 1995), met en évidence qu entre la puissance (en watt ou Watt/kg) et la vitesse, nous pouvons observer une relation de type parabolique. C'est-à-dire que la vitesse optimale de pédalage et la puissance maximale est obtenue grâce à la polynomiale du second de degré. Quand celle-ci atteint son maximum on a la vitesse optimale et la puissance maximale.

4 Résultats : sujet 2 sujet 1 Linéaire (sujet 2) Linéaire (sujet 1) Relation entre la force (N) appliquée et la vitesse de pédalage (rpm). vit opt (rpm) vit opt (rad/s) force optimale puissance max W/kg max sujet , ,33 17,39 sujet , ,68 18,53 Méthode L.Arsac présenté dans sa thèse (Arsac, 1995) : 16,00 14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 sujet 1 sujet 2 Poly. (sujet 1) Poly. (sujet 2) 2,00 0, Relation entre la puissance (W/kg) et la vitesse (rpm). Puissance maximal (W/kg) Fréquence optimale Sujet 1 15, Sujet 2 13,8 120

5 Discussion : Relation force vitesse : Le sujet 1 présente d excellentes qualités de vélocité. Il est capable d avoir un nombre de rotation par minute très élevé tout en mettant de la force. On peut dire que le sujet 1 a des fibres musculaire de type IIa et des IIB qui ont une capacité supérieurs pour se contracter rapidement. Le sujet 2 lui a une moindre capacité à être véloce. Mais est capable d atteindre des niveaux de force égaux au sujet 1 en étant moins véloce. Relation puissance vitesse Grâce à ces mesures, et notamment la relation puissance vitesse, nous pouvons déterminer la vitesse optimal de pédalage. Pour le sujet 1, on retrouve une vitesse optimale relativement élevée, de l ordre de 145rpm. Tandis que pour le second sujet, cette vitesse optimale est beaucoup plus basse 120rpm. Chacun des sujets à un seuil d efficacité différent. Le sujet 1 est très véloce, il dispose donc de très bonne qualité de sprinter. En développant sa force il serait capable à une même fréquence de développer une puissance nettement supérieur. Le sujet 2 est beaucoup plus en force qu en vélocité et est donc plus limité au sprint. Différence de résultats entre les deux méthodes : La méthode de Vandewelle et Arsac, sont deux méthodes qui comme nous l avons vu nous permet de calculer la vitesse optimale et la puissance maximale. La méthode de Vandewelle donne des valeurs de vitesse maximale et force maximale très élevée. Tandis qu avec la méthode d Arsac, il y aurai une sous-estimation de la puissance maximale. Car la base du calcul se fait sur l ensemble des trois sprints et non sur le meilleur (Morin, 99-00). Mais les résultats des deux méthodes sont relativement similaires notamment au niveau de la détermination de la vitesse optimale de pédalage. Il y a bien une sous-estimation de la puissance maximale par rapport à l autre méthode. Toutefois, on peut noter comme biais que l expérience du pédalage entre les sujets peut amener une plus ou moins grande marge d erreur. En effet, on peut estimer qu un sujet moins explosif, peut égaler un sujet plus doué au sprint juste sur son habileté au coup de pédale. Conclusion : Pour déterminer la fréquence optimale de pédalage, l utilisation de la relation force vitesse et puissance vitesse est intéressent. Il n y a pas de méthode plus intéressante que l autre pour la détermination de cette fréquence optimale. L exploration des propriétés musculaire via cette méthode indirecte permet de bien jauger les sujets et de voir leur réelle qualité pour une discipline qui demande de l explosivité. Il serait toute toutefois intéressent de continuer la comparaison sur un sprint en course à pied pour voir si les qualités d explosivité détecté sur bicyclette ergométrique sont transposable sur le terrain.

6 Bibliographie : Arsac. (1995). Mécanique musculaire et contrôle neuromusculaire de la production de puissance au cours de l exercice explosif chez l homme. Université Jean Monnet, Saint- Etienne. Arsac, L. M., Belli, A., & Lacour, J. R. (1996). Muscle function during brief maximal exercise: accurate measurements on a friction-loaded cycle ergometer. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 74(1-2), Belli, A., & Hintzy, F. (2002). Influence of pedalling rate on the energy cost of cycling in humans. European Journal of Applied Physiology, 88(1-2), doi: /s Hautier, C. A., Linossier, M. T., Belli, A., Lacour, J. R., & Arsac, L. M. (1996). Optimal velocity for maximal power production in non-isokinetic cycling is related to muscle fibre type composition. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 74(1-2), doi: /bf Jean-Benoît Morin, Hintzy, Belli, & Grappe. (2002). Relations force vitesse et performances en sprint chez des athlètes entraînés. Science & Sports, (17), Morin. (99-00). Relation force-vitesse et performance au sprint. université de Franche comté, Besançon. Ravier, G., Grappe, F., & Rouillon, J. D. (2003). Comparaison de deux méthodes d analyse des variables maximales de vitesse, force et puissance dans l évaluation fonctionnelle en karaté. Science & Sports, 18(3), doi: /s (03)00114-x Vandewalle, H., Pérès, G., Heller, J., & Monod, H. (1985). All out anaerobic capacity tests on cycle ergometers. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 54(2), doi: /bf

Article original. G. Ravier *, F. Grappe, J.D. Rouillon

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