COORDINATIONS INTERARTICULAIRES AU

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1 UNIVERSITE CLAUDE BERNARD LYON1 UNIVERSITE JOSEPH FOURIER GRENOBLE1 CENTRE DE RECHERCHE ET D INNOVATION EN SPORT MASTER RECHERCHE SPORT, PERFORMANCE, SANTE COORDINATIONS INTERARTICULAIRES AU COURS D UN MOUVEMENT DYNAMIQUE QUADRUPEDIQUE VERTICAL : LE JETE Rédigé par M. THEVENET François-Régis Directeur : M. LEGRENEUR Pierre, Maître de Conférence, Université Claude Bernard Lyon1 Rapporteurs : M. BELS Vincent, Professeur des Université, Muséum National d Histoire Naturelle, Collège de France M. QUAINE Franck, Maître de Conférences, Université Joseph Fourier Grenoble1

2 REMERCIEMENTS Je tiens à remercier tout particulièrement ma famille proche pour le soutien qu elle m a apporté pendant la réalisation de ce travail. Je remercie également mes deux collègues de Master Recherche, Sébastien ARGAUD et Benoît PERROT de FONTENAY pour leur soutien, tant physique que moral, leurs conseils, et pour toutes les formes d entraide qu ils ont eu à mon égard. Ce travail n aurait été possible sans l aide apportée par les enseignants chercheurs du CRIS, avec en premier acteur mon maître de stage Pierre LEGRENEUR, mais également Karine MONTEIL, Stéphane CHAMPELY, et toutes les autres personnes du laboratoire qui m ont aider à la réalisation de ce mémoire. La réalisation de ce travail n aurait pu se faire sans la participation des grimpeurs de haut niveau, que je remercie tout particulièrement pour leur patience et leurs précieux services. Je tiens également à remercier Frank QUAINE et Vincent BELS d avoir accepté d être rapporteurs et juges de mon travail. Je tiens enfin à remercier M. le Professeur BELS pour ses précieux conseils et ses transmissions de connaissances sur les animaux, tout particulièrement pour les anolis et les microcébus.

3 Centre de Recherche et d Innovation en Sport EA647 Université Claude Bernard, Lyon 1 UFR STAPS, boulevard du 11 novembre, Villeurbanne Cedex France. SOMMAIRE 1 Introduction 1 2 Matériels et méthodes Population Tests Squat Jump Bras Jump Jeté Acquisition des données Acquisition des données cinématiques (Vidéo) Acquisition des données dynamiques (PFF) Acquisition des données électromyographique (EMG) Synchronisation des données Traitement des données brutes Cinématique Normalisation des données Analyse statistique 12 3 Résultats Durée de la phase d impulsion Paramètres angulaires Positions des angles articulaires à l initiation du mouvement Positions des angles articulaires au décollage Amplitudes articulaires Vitesse des Centre de Gravité (CG) et hauteur de saut Déphasages articulaires 19 4 Discussion Coordination en SJ 22

4 4.2 Coordinations en BJ Coordinations en jeté 25 5 Conclusion et perspectives 27 6 Bibliographie 29

5 1 INTRODUCTION Selon une taxinomie globale des mouvements, deux modalités d exécution émergent. La première concerne les tâches de pointages ou de saisie qui ne nécessitent pas de création de forces à l extrémité distale du segment sur un support quelconque (Medendorp et al, 2). Le second type de motricité concerne tous les déplacements segmentaires ayant pour objet la création de force sur le support (Ingen Schenau, 1989). La notion de mouvement dynamique serait ainsi définie par le déplacement des différents segments, de telle sorte qu une production de force ait lieu à l interface entre la périphérie du système et le support. Ainsi, au cours d un saut vertical, la performance du sujet est directement corrélée avec sa capacité à transmettre une énergie mécanique maximale vers le sol via ses segments les plus distaux, les pieds. Bobbert et Ingen Schenau (1988) ont montré que ce problème est résolu par une coordination interarticulaire de type proximodistale. Cette coordination est mise en évidence par le décalage des pics de vitesse angulaire des différentes articulations, telle que l extension de la hanche précède celle du genou puis de la cheville. Cette organisation séquentielle a été retrouvée par d autres auteurs pour diverses activités telles que la course ou la marche (Putmam, 1991), le patinage de vitesse (Ingen Schenau et Bakker, 198) ou le patinage artistique (Haguenauer et al, 26). La performance lors d un saut vertical, quantifiée par la hauteur atteinte par le centre de gravité du système est directement corrélée à la durée et à l intensité de la force appliquée au sol par le sujet (La durée d un squat jump est habituellement de 35ms). Dans ce sens le saut vertical peut-être considéré comme un mouvement dynamique explosif. Ces derniers sont caractérisés par la production d une force maximale en un intervalle de temps réduit, ne dépassant pas 45ms. En deçà de cette limite, le Système Nerveux Central (SNC) ne peut utiliser de quelconque feedback pendant l exécution du mouvement (Keele et al, 1968). Lors de l exécution de ce type de mouvements, le système musculo-squelettique serait soumis à trois contraintes (Ingen Schenau, 1989) : (i) anatomique, (ii) géométrique et (iii) gravitationnelle. La contrainte anatomique correspond à la nécessité de protéger l intégrité du système lui-même. Cette contrainte impose donc une diminution de la vitesse angulaire -1-

6 (décélération des articulations) à l approche des amplitudes articulaires maximales afin d éviter le déplacement des articulations au-delà de leurs limites physiologiques, de leurs degrés de liberté (Jacobs et al, 1992). A l atteinte de l extension maximale la vitesse angulaire de l articulation doit donc être nulle (afin d éviter la rupture). Le mouvement du corps humain est un ensemble de segments se déplaçant en rotation les uns par rapport aux autres. La contrainte géométrique rend compte de la transformation d énergie cinétique de rotation produite aux articulations en énergie cinétique de translation du centre de gravité du sujet (Bobbert et al, 1988). Enfin, la contrainte gravitationnelle implique que le système prenne en compte l accélération de la pesanteur dans la programmation du mouvement à exécuter. A notre connaissance, de nombreuses études ont été menées sur des mouvements impliquant soit les membres inférieurs, soit les membres supérieurs. Cependant, aucune donnée n est disponible dans la littérature sur des mouvements dynamiques impliquant simultanément les membres supérieurs et inférieurs chez l homme. Néanmoins, dans de nombreuses activités physiques et sportives, ce type de motricité impliquant l ensemble des membres du corps humain est usuelle. Cela est le cas en escalade pour un mouvement dynamique tel que le jeté. Le jeté est un geste technique fréquemment utilisé en escalade, permettant d atteindre une prise trop éloignée, impossible à saisir de manière statique. Il semble donc impliquer lors de son exécution les membres supérieurs sous forme de traction et inférieurs (extension). Ainsi, en ce qui concerne ces derniers, les coordinations paraissent similaires à celles d un saut vertical tel le Squat Jump (SJ). Par contre, la question reste ouverte en ce qui concerne les coordinations articulaires du membre supérieur, ainsi que l organisation temporelle entre l ensemble des articulations impliquées dans le mouvement, à savoir le poignet, le coude, l épaule, la hanche, le genou et la cheville. Au regard des données de la littérature, la problématique de ce travail sera donc de caractériser les conditions interarticulaires chez l homme lors de l exécution d un mouvement dynamique impliquant simultanément les membres supérieurs et inférieurs. Pour ce faire, le mouvement de jeté en escalade semble être le plus pertinent et a donc été sélectionné. Par ailleurs, afin de déterminer les contributions respectives des membres supérieurs et inférieurs, les coordinations rencontrées au cours du jeté seront confrontées à celle mise en jeu lors de l exécution de mouvements n impliquant que le membre inférieur (SJ) ou que le membre supérieur tel une traction explosive ou bras jump (BJ). -2-

7 2 MATERIELS ET METHODES 2.1 Population L étude a portée sur 9 athlètes masculins (22,8 ± 4, 8 ans; 176,55 ± 3, 68 cm; 65,22 ± 6,14 kg), volontaires et majeurs, grimpeurs de haut niveau (équipe de France, pôle France, circuit coupe du monde, classement sportif de haut niveau), avec un volume d entraînement supérieur à 2h par semaine. Toutes les caractéristiques des sujets sont présentées dans le tableau 1. Tableau 1. Caractéristiques des sujets expérimentaux Age (années) Taille (cm) Poids (kg) Spécialité (Bloc ou diff.) Difficulté & Bloc Difficulté Bloc Difficulté Difficulté & Bloc Difficulté & Bloc Bloc Bloc & Difficulté Difficulté Moyenne 22,88 176,55 65,22 Ecart-type 4,8 3,68 6, Tests Les sujets, ont réalisé trois tests différents : un Squat Jump (SJ) sur Plate Forme de Force (PFF), une traction explosive (Bras Jump BJ) sur pan Güllich*, ainsi qu un Jeté sur un mur d escalade incliné à 35 avec la verticale -3-

8 2.2.1 Squat Jump Les sujets ont réalisé trois SJ, dans des conditions similaires, après 5 minutes d échauffement libre et une initiation au saut vertical (5 sauts maximum pour éviter l effet de la fatigue). Le SJ est défini comme un saut vertical maximum n impliquant que les articulations des membres inférieurs (hanche, genou, cheville). Il est donc demandé aux sujets de fixer leurs mains sur les hanches de manière à ce que les bras ne contribuent pas à la performance. Ainsi, le système Tête-Tronc-Bras (TTB) peut être assimilé à un système rigide indéformable. La position initiale est standardisée, l articulation du genou étant fixée à 9 de flexion. Cette position initiale est maintenue au moins 2 secondes avant le début du saut afin de permettre la thermo dispersion de l énergie potentielle élastique accumulée lors de la phase excentrique de flexion. Par ailleurs il est demandé aux sujets de décoller et de se réceptionner au sol le corps en extension maximale. Chaque essai a été espacé de 2 minutes afin de limiter l apparition de la fatigue centrale et/ou périphérique des sujets Bras Jump Les sujets ont réalisé trois BJ, dans des conditions similaires, après 1 minutes d échauffement libre sur pan d escalade (peu intense pour éviter l effet de fatigue). Le BJ est défini comme une traction explosive n impliquant que les articulations des membres supérieurs (épaule, coude, poignet). Figure 1. Procédure expérimentale du Bras Jump *. -4-

9 Coordinations interarticulaires au cours d un mouvement dynamique quadrupèdique vertical : le Jeté La position initiale est standardisée, les bras en extension et l articulation du genou étant fixés à 9 en flexion (figure 1). Cette position initiale est maintenue au moins 2 secondes avant le début de la traction afin de permettre la thermo dispersion de l énergie potentielle élastique accumulée lors de la phase excentrique de flexion. Par ailleurs, il est demandé aux sujets de saisir une prise la plus haute possible sur le pan Güllich. Chaque essai a été espacé de 2 minutes afin de limiter l apparition de la fatigue centrale et/ou périphériques des sujets Jeté Les sujets ont réalisé 3 jetés, dans des conditions similaires, après 5 minutes d échauffement libre sur pan d escalade (peu intense pour éviter l effet de fatigue). Le jeté est défini comme un mouvement dynamique impliquant les articulations des membres inférieurs et supérieurs (cheville, genou, hanche, épaule, coude, poignet). La position initiale est standardisée, la plus proche possible des deux mouvements isolés (SJ et BJ), l articulation du genou étant fixée à 9 de flexion (pour le membre inférieur) et l articulation du coude étant en extension quasi totale (pour membre supérieur). Cette position initiale est maintenue au moins 2 secondes avant le début du jeté afin de permettre la thermo dispersion de l énergie potentielle élastique accumulée lors de la phase excentrique. Chaque essai a été espacé de 2 minutes afin de limiter l apparition de la fatigue centrale et/ou périphériques des sujets. Figure 2. A gauche, pan de réalisation du jeté. A droite, modalités d exécution du jeté Les jetés ont été réalisés sur un pan d escalade (M Roc salle d escalade, Villeurbanne) de 4m de hauteur, incliné à 35 avec la verticale. -5-

10 2.3 Acquisition des données Acquisition des données cinématiques (Vidéo) L acquisition vidéo a été réalisée à l aide d une caméra numérique JVC Everio d une fréquence d acquisition de 25 Hz et une résolution de 72 x 576 pixels. Elle a été placée de manière à ce que l axe optique de la caméra soit orthogonal au plan d exécution du mouvement (plan sagittal du sujet). Pour le SJ, la distance de la caméra à la plate forme de force a été de 41 cm (longueur), et la distance de la caméra au sol a été de 15 cm (hauteur). En ce qui concerne le BJ, la distance de la caméra au pan Güllich a été de 353cm (longueur), et la distance de la caméra au sol a été de 133cm (hauteur). Et en ce qui concerne le jeté, la distance entre la caméra et les prises de départ a été de 32cm (longueur), et la distance caméra-sol a été de 114cm (hauteur). Afin d éviter des modifications de réglages au cours de l expérimentation, la mise au point de la caméra a été réglée en mode manuel, selon une vitesse d obturation de 1/25 s. Un spot sous la caméra et un autre spot devant les athlètes ont été placés pour illuminer la scène. Figure 3. Acquisition des données cinématiques avec les caméscopes numériques et les marqueurs Les grimpeurs ont été équipés de marqueurs (boules réfléchissantes «Simi») sur un seul côté du sujet, les mouvements testés étant symétriques et réalisés selon un plan sagittal des sujets. Pour le SJ, ils sont localisés sur les articulations de la cheville, du genou, de la hanche, de l épaule, ainsi que sur l extrémité du pied (4 ème métatarse).pour le BJ et le jeté, ont été repérés le 4 ème métatarse, la cheville, le genou, la hanche, l épaule, le coude, le poignet et le bout des doigts (voir tableau 2). Ces repères définissent 7 segments que sont le pied, la jambe, la cuisse, le système (TTB) pour le SJ et Tête-Tronc pour le BJ et le jeté, le bras, l avant-bras et la main. -6-

11 2.3.2 Acquisition des données dynamiques (PFF) Les SJ ont été réalisés sur une plate forme de force (PFF) AMTI, agrémenté d une structure en bois l entourant, afin que les sujets ne se blessent pas. La fréquence d acquisition a été fixée à 5 Hz. Le mouvement a été réalisé selon le plan défini par les composantes R 1 et R 2 de la réaction du sol. Figure 4. Acquisition des données dynamiques sur plate forme de force Acquisition des données électromyographiques (EMG) Les enregistrements ont été réalisés par électromyographie de surface. L activité électromyographique de chaque muscle a été enregistrée à l aide d une paire d électrodes (de type EMG Triode TM Electrode) avec une configuration bipolaire. Ce type d électrode est composé de deux métal, à savoir argent et chlorure d argent (Ag-AgCl) au contact de la peau et laiton nickelé sur la surface du dôme, connecté au capteur actif musculaire. La distance entre deux électrodes est de 2 mm (de centre à centre). De manière à restituer au mieux le signal EMG, les sujets ont été rasés en regard de la zone d enregistrement. La résistance de la peau a été diminuée par abrasion et dégraissage de la peau. Le dégraissage de la peau a été réalisé à l aide d une solution pharmaceutique composée d un tiers d éther, un tiers d alcool et un tiers d acétone. Le seuil de résistance maximale toléré est fixé à 1 K. Dans de telles conditions, la déperdition du signal EMG n est que de 1% (Winter, 1979). Un câble blindé relie les électrodes à l amplificateur. Le signal myoélectrique est amplifié avec une bande passante entre 1,5Hz et 2,kHz (gain = 1 ; Common Mode Rejection Ratio = 9db ; Z entrée = 1 M). L acquisition finale se fait via un port USB à l aide du logiciel BioGraph Infiniti

12 Pour le SJ, les électrodes ont été placées sur le membre inférieur gauche du sujet (gluteus maximus, rectus femoris, vastus lateralis, vastus medialis, biceps femoris LH, biceps femoris SH, gastrocemuis lateralis, gastrocemuis medialis, soleus, tibialis anterior), au milieu du ventre musculaire dans l axe des fibres (De Luca, 1997) et à la lisière de la partie interne du soléaire, où le muscle fait saillie sous le MGAS. Figure 5. Disposition des électrodes électromyographiques de surface sur le membre inférieur. Pour le BJ, les électrodes ont été placées sur le membre supérieur droit du sujet (trapezus, pectoralis major, deltoidus, latissimus dorsi, biceps, triceps, brachio radialis, extensor carpi ulnaris, flexor carpi ulnaris). Pour le Jeté, les électrodes ont été placées sur les membres supérieurs et inférieurs droits du sujet (gluteus maximus, rectus femoris, vastus lateralis, gastrocemius medialis, soleus, deltoidus, pectoralis major, biceps, brachio radialis, flexor carpi ulnaris) Synchronisation des données Les données expérimentales issues de la cinématique, la dynamique et l EMG ont été acquises expérimentalement par des chaînes de mesure distinctes (séparément). Il est donc nécessaire de les synchroniser. Le problème se pose surtout en terme de synchronisation du signal EMG. En effet, il est toujours possible de synchroniser la plate-forme de force et l enregistrement vidéo sans couplage des systèmes. Lors d un saut vertical, l instant auquel la réaction du sol est nulle (phase de vol) est mis en correspondance avec l image à laquelle le sujet quitte le sol. En ce qui concerne l EMG, il n est pas possible de le synchroniser manuellement avec d autres signaux. En effet, un début d activation musculaire ne correspond pas forcément au début du mouvement. Inversement, l inactivation musculaire ne correspond pas forcément à la fin du mouvement. Ces décalages entre les signaux sont liés tout particulièrement au délai électromécanique (8-9 ms) et aux phénomènes de pré contraction isométrique. -8-

13 Il y a donc nécessité de synchroniser l EMG avec les autres systèmes via un couplage électronique. Pour ce faire, un système lumineux a été mis en place. Ainsi la synchronisation a été mise an place par l allumage d une lampe qui a envoyé un signal sur une voie EMG. 2.4 Traitement des données brutes Cinématique Digitalisation Figure 6. Modélisation du sujet en segments rigides (à droite) et mire de calibration (à gauche) pour la digitalisation. Les séquences vidéo ont été détramées pour obtenir une fréquence de 5 Hz, et importées vers le logiciel Simi Motion Après digitalisation des images, les marqueurs ont été connectés par des segments rigides indéformables (figure 6). Les kinogrammes des différents mouvements ont donc pu être construits (figure 7). Figure 7. Kinogrammes des Squat Jump, Bras Jump et jeté -9-

14 Calcul des angles Angles segmentaires Un angle segmentaire est défini comme l angle que fait un segment avec l horizontale. Il est par définition positif dans le sens trigonométrique. Figure 8. Angles segmentaires du membre inférieur (exemple du SJ) et du membre supérieur (exemple du BJ) Angles articulaires Un angle articulaire est défini comme l angle que font deux segments entre eux. Il est part définition positif, dans le sens trigonométrique. Il est calculé sur la base de la connaissance des angles segmentaires. Figure 9. Angles articulaires du membre inférieur et du membre supérieur (exemple du jeté) -1-

15 Calcul des Centres de Gravité (CG) Les CG des segments et les CG du corps des sujets ont été déterminés au regard des données anthropométriques fournies par Winter (199). kinogramme de BDLJ CG SEGMENTAIRES CG DU CORPS Figure 1. Kinogramme de jeté avec la mise en évidence du centre de gravité du sujet (en rouge) et des centres de gravité des segments (en vert) Calcul des vitesses Les vitesses angulaires et linéaires des différents paramètres (coordonnées, centres de gravité, des angles articulaires, ) ont été calculées par dérivation numérique des données de position Evaluation des coordinations interarticulaires Une locomotion dynamique est classiquement caractérisée par un décalage temporel des déplacements angulaires des articulations engagées dans le mouvement. Ce décalage a été originellement mis en évidence par Bobbert & Van Ingen Schenau (1988) en SJ en quantifiant les contributions relatives des articulations du membre inférieur à l énergie cinétique verticale de translation du centre de gravité du tronc du sujet. Cette méthode est valide dès lors que le sujet est expert en saut vertical, à savoir que la direction de la vitesse de son centre de gravité est strictement verticale au cours de l impulsion. Or, dans le cadre de cette étude, les sujets grimpeurs ne sont d une part a priori non experts sur le test de SJ. Par ailleurs, les tests de BJ et de jeté sont réalisés selon un plan incliné de 65 par rapport à l horizontale. La méthode proposée précédemment a donc été écartée. -11-

16 Haguenauer et al. (26) ont caractérisé les coordinations interarticulaires au regard de l instant d initialisation des déplacements angulaires des articulations. Ainsi, une articulation est considérée se déplacer dès lors que sa position au cours du mouvement est supérieure ou égale à 5% de sa position initiale. Cette méthode permet donc de s astreindre des contraintes de verticalité de déplacement du centre de gravité du sujet. Il est à noter que les auteurs précédents ont montré que les coordinations ainsi caractérisées étaient similaires à celles obtenues selon la méthode de Bobbert & Van Ingen Schenau (1988) dans le cas du saut vertical. 2.5 Normalisation des données La durée de la phase d impulsion a été normalisée, c'est-à-dire exprimée en pourcentage de sa durée totale. L instant du début de l impulsion (phase concentrique) est défini dès lors que la vitesse du CG calculée à partir des données de la composante verticale de la réaction au sol est égale à zéro. Les saut présentant une accélération initiale supérieure à,5 m.s-² ont été éliminés afin de minimiser les effets d une prise d élan potentielle transformant le mouvement en contre mouvement jump. Dans les autres cas (BJ et J), n utilisant pas de PFF, l instant du début de l impulsion (phase concentrique) est défini à l aide du logiciel de digitalisation Simi motion, en captant la première image du début du mouvement. Les valeurs sont ensuite exprimées sous forme brute, ou normalisée, dans quel cas les résultats sont exprimés en fonction du pourcentage de temps. 2.6 Analyse statistique L analyse statistique des données à été réalisée avec des méthodes univariées (moyenne, écart-type, dispersion) et multivariées (anova, anova1, test de student, t.test). Ces dernières ont consisté en une analyse de la variance entre les conditions (SJ, BJ, Jeté), de manière à mettre en évidence d éventuelles différences significatives. Puis en une analyse de la variance deux à deux (t.test), dans le but d affiner la recherche de différences entre les conditions. Seules les valeurs inférieures au seuil de,5 ont été considérées comme significativement différentes. Le logiciel de statistiques R 2.5. a été utilisé pour effectuer les calculs ainsi que certains graphiques. Le seuil de significativité est fixé à p <,5 (*). Si p <,1 et p <,1, les différences significatives sont représentées respectivement par ** et ***. -12-

17 3 RESULTATS cinématique. Dans le cadre de ce mémoire, seuls seront présentés les résultats issus de la 3.1 Durée de la phase d impulsion Le tableau 3 et la figure 11 présentent les différences de temps d impulsion au cours de SJ, BJ et jeté (analyse statistique) avec les moyennes, écart-type, dispersion. Ce graphique montre des boîtes à moustaches relativement symétriques et de tailles comparables. La population peut ainsi être considérée comme assez homogène (à l exception d un point extrême). Les durées moyennes des phases d impulsion pour les trois tests sont significativement différentes. La moyenne du SJ est de 375 ± 55 ms ; celle du BJ est de 691 ± 15 ms ; en ce qui concerne le jeté, sa durée est de 464 ± 95 ms. La durée du BJ est significativement supérieure à celles du SJ (p=6,4 e -7) et du Jeté (p=,2). La durée du jeté est significativement supérieure à celle su SJ (p=,284). Tableau 2. Temps des phases d impulsions SJ BJ Jeté Temps impulsion (ms) 375 ± ± ± 95 Temps (ms) SJ 375 ** *** *** BJ 691 Jeté 464 Figure 11. Durée des phases d impulsion pour le SJ, le BJ et le jeté. L utilisation du membre supérieur (BJ) dans la réalisation d un mouvement explosif s accompagne d une augmentation du temps d impulsion par rapport au SJ. Il en est de même pour le jeté mais moins fortement. -13-

18 3.2 Paramètres angulaires Positions des angles articulaires à l initiation du mouvement Les positions articulaires à l initialisation du mouvement ont été analysées afin de vérifier le respect des consignes. Il est à noter que pour le SJ la consigne était de démarrer le mouvement le genou à 9. En ce qui concerne le BJ, le membre supérieur devait être en extension maximale. Pour le jeté, les deux conditions précédentes devaient être respectées. Tableau 3. Angles articulaires à l initialisation pour le SJ, le BJ et le jeté SJ BJ Jeté SJ (Haguenauer, 26) Patineurs internationaux Angle articulaire ( ) hanche 52 ± ± 1 89 ± 11 genou 81 ± 11 87± ± 5 cheville 79 ± 1 89 ± 1 96 ± 6 épaule 156 ± 1 13 ± 9 coude 156 ± ± 5 poignet 16 ± ± 6 (a) (b) (c) Angle initial ( ) HANCHE GENOU CHEVILLE Angle initial ( ) EPAULE COUDE POIGNET Angle initial ( ) CHEVILLE GENOU EPAULE COUDE POIGNET HANCHE Figure 12. Moyennes et écart-types des positions angulaires à l initialisation en SJ (a), en BJ (b) et pour le jeté (c). Pour le SJ, les positions angulaires initiales moyennes de la hanche, du genou et de la cheville sont respectivement de 52 ± 11, 81 ± 11 et 79 ± 1. L angle du genou est donc légèrement inférieur à celui de la consigne. En ce qui concerne les angles de la cheville et de la hanche, aucune consigne n avait été posée. En effet, ces angles dépendent d une part de la souplesse articulaire de dorsiflexion de la cheville ainsi que du maintien de la posture initiale pour l articulation de la hanche. Les moyennes et écart-types des positions initiales de la cheville et de la hanche montrent que les positions de départ des sujets sont similaires et homogènes. -14-

19 Au départ du BJ, les positions angulaires initiales moyennes de l épaule, du coude et du poignet sont respectivement de 156 ± 1, 156 ± 8 et 16 ± 2. Ces données montrent que les sujets sont proches de l extension maximale. Le différentiel avec la consigne (angle de l épaule à 18 ) peut être interprété au regard de la souplesse articulaire de l épaule des sujets, ainsi qu une nécessité de mettre en tension les muscles fléchisseurs de l épaule, et en particulier les muscles Latissimus Dorsi, au début de la traction. En effet, selon Kulig et al. (1984), la relation force-angle de flexion de l épaule montre un gain de force moyen de 66% entre des positions de 18 et de 15 de l épaule. En ce qui concerne la position initiale de la main, elle est conditionnée par la tenue de la prise au départ du mouvement. Pour le jeté, les positions angulaires initiales moyennes de la hanche, du genou et de la cheville sont respectivement de 43 ± 1, 87 ± 15 et 89 ± 1. Ces positions sont pour l épaule, le coude et le poignet respectivement de 13 ± 9, 161 ± 5 et 146 ± 6. Au niveau du membre inférieur, la consigne d angulation du genou a été parfaitement respectée. Cependant, la posture du membre inférieur a conditionné la posture initiale de l ensemble de la chaîne articulaire des sujets. Ainsi, la différence entre l angle initial de l épaule et l extension maximale est importante (5 ) Positions des angles articulaires au décollage Les angles articulaires au décollage ont été calculés afin de caractériser la géométrie de la chaîne articulaire des sujets à cet instant par rapport à une organisation théorique d atteinte des angulations maximales d extension ou de flexion selon les articulations et le mouvement exécuté. Tableau 4. Angles articulaires au décollage pour le SJ, le BJ et le jeté SJ BJ Jeté SJ (Haguenauer, 26) Patineurs internationaux Angle articulaire ( ) hanche 148 ± ± ± 8 genou 155 ± ± ± 9 cheville 125 ± ± ± 13 épaule 52 ± 17 3 ± 6 coude 91 ± ± 17 poignet 136 ± ±

20 (a) (b) (c) Angle au décollage ( ) HANCHE GENOU CHEVILLE Angle au décollage ( ) EPAULE COUDE POIGNET Angle au décollage ( ) CHEVILLE GENOU HANCHE EPAULE COUDE POIGNET Figure 13. Moyennes et écart-types des positions angulaires au décollage en SJ (a), en BJ (b) et pour le jeté (c). Pour le SJ, au décollage, les positions angulaires moyennes de la hanche, du genou et de la cheville, sont respectivement de 145 ± 15, 155 ± 15 et 125 ± 15. Les angles du membre inférieur ne sont donc pas en extension maximale à l instant du décollage. Au décollage du BJ les positions angulaires moyennes de l épaule, du coude et du poignet, sont respectivement de 52 ± 17, 91 ± 9, 136 ± 14. Les angles de l épaule et surtout du coude ne sont pas en flexion maximale. En ce qui concerne le jeté, les positions angulaires moyennes au décollage pour le membre inférieur ne présentent pas de différences significatives pour les articulations de la cheville (p=,287) et du genou (p=,441), avec celles observées en SJ pour les mêmes articulations. A contrario, une différence significative (p=,24) est obtenue entre l angulation de la hanche en SJ et en jeté. L extension moyenne de la hanche au décollage du jeté est plus importante qu en SJ. Pour le membre supérieur, les positions angulaires moyennes de l épaule, du coude et du poignet, sont respectivement de 3 ± 6, 153 ± 17 et 14 ± 25. Des différences significatives entre les positions angulaires au décollage du BJ et du jeté ont été remarquées, pour l articulation de l épaule (p=,17) et du coude (p=4,6 e -8). En revanche, aucune différence significative n a été relevée pour le poignet (p=,647). Ces valeurs rendent donc une flexion importante de l épaule. Par contre, le coude et le poignet n atteignent pas l extension maximale Amplitudes articulaires Pour le SJ, les amplitudes angulaires moyennes de la hanche, du genou et de la cheville sont respectivement de 96 ± 12, 75 ± 1 et 46±13. Pour le BJ, les amplitudes angulaires moyennes de l épaule, du coude et du poignet sont respectivement de 15 ± 22, 65 ± 13 et 24 ±

21 Pour le jeté, les amplitudes angulaires moyennes, de la hanche, du genou et de la cheville, sont respectivement de 119 ± 17, 62 ± 2 et 28 ± 6, et les amplitudes angulaires moyennes, de l épaule, du coude et du poignet, sont respectivement de 1 ± 1, 8 ± 16 et 5 ± 22. Tableau 5. Valeurs des amplitudes articulaires pour le SJ, le BJ et le jeté SJ BJ Jeté SJ (Haguenauer, 26) Patineurs internationaux Amplitude ( ) hanche 96 ± ±17 79 ± 13 genou 75 ± 1 62 ± 2 66 ± 12 cheville 46 ± ± 6 41 ± 15 épaule 15 ± 22 1 ± 1 coude 65 ± 13 8 ± 16 poignet 24 ± 15 5 ± angles articulaires ( ) HANCHE GENOU CHEVILLE EPAULE COUDE POIGNET HANCHE GENOU CHEVILLE EPAULE COUDE POIGNET SJ BJ JETE Figure 14. Amplitude articulaires dans le cas du SJ, BJ et jeté. Angle articulaire ( ) NS (p=.57) *** * Angle articulaire ( ) ** NS (p=.11) ** 2 2 E(BJ) E(Jeté) C(BJ) C(Jeté) P(BJ) P(Jeté) H(SJ) H(Jeté) G(SJ) G(Jeté) C(SJ) C(Jeté) Figure 15. Comparaison des amplitudes articulaires entre jeté et BJ (a), et entre jeté et SJ (b). -17-

22 Aucune différence significative n a été observée entre les amplitudes articulaires du SJ et du jeté pour l articulation du genou (p=,118). Inversement, des différences significatives caractérisent les articulations de la hanche (p=,43) et de la cheville (p=,25). Au niveau du BJ, des différences significatives au niveau du coude (p=4,91 e -7) d une part, et du poignet (p=,5) d autre part, ont été mis en évidence entre les amplitudes articulaires lors du BJ et du jeté. En effet une flexion de coude caractérise entre autre la réalisation du BJ, alors que lors du jeté cette même articulation reste autour d un angle de 15. Il semble donc que le coude ait une fonction propulsive de flexion en BJ et posturale en jeté. 3.3 Vitesse des Centre de Gravité (CG) et hauteur de saut. Tableau 6. Données sur les CG (angles, vitesses, hauteur, pertes ) SJ BJ Jeté H max (cm) 27 ± ± ± 5.4 v CG pic vitesse (m/s) et temps normalisé 2.3 (.875) 1.5 (.825) 3.1 (.925) v CG décollage (m/s) 1.8 ± ±.4 3 ± 1 Angle v CG décollage ( ) 91± ± ± 5.3 perte entre la vcg pic et la vcg décollage (%) Hauteur (cm ) *** *** ** SJ BJ JETE vcg décollage (m /s) ** ** * SJ BJ JETE Figure 16. Hauteurs maximales atteintes par les CG (à gauche) et vitesse des CG au décollage (à droite) Les vitesses moyennes du CG du corps au décollage, sont de 1,8 ±,7m/s pour le SJ, de 1,1 ±,4m/s pour le BJ et de 3 ± 1m/s pour le jeté. Bien que n ayant pas un temps d impulsion plus court que celui du SJ, le jeté est ici le mouvement qui engendre une vitesse au décollage du CG la plus importante. Il en résulte une meilleure performance, en terme de hauteur de CG, dans le cas du jeté (48,1 ± 5,4cm), qui se distingue des valeurs du SJ à 27 ± 2,4cm et du BJ à 11 ± 1cm. -18-

23 (a) (b) v moyenne CG (m/s) SJ BJ Jeté Temps normalisé (%) NS * * SJ BJ JETE Temps (normalisé) Figure 17. Courbes moyennes des vitesses des CG dans les trois conditions et pics de vitesse des CG (a) ; Différences significatives des instants, en temps normalisé, des pics de vitesse des CG (b). Les pics de vitesses moyens du CG du corps sont respectivement de 2,3, 1,5 et 3,1 m/s pour les SJ, BJ et jeté. Les pics de vitesses du SJ et du BJ arrivent en moyenne au même instant, à 85 ± 2,5% du temps de la phase d impulsion des deux mouvements. En revanche, le pic de vitesse du jeté arrive plus tardivement, à 92,5% du temps de la phase d impulsion. Le pic de vitesse étant ainsi plus proche de l instant du décollage implique une perte d énergie moins importante. 3.4 Déphasages articulaires (a) (b) Angle ( ) Temps (%) Temps normalisé (%) SJ Cheville.76 *** SJ Genou.32 NS SJ Hanche.41 Cheville Genou Hanche SJ Cheville SJ Genou SJ Hanche Figure 18. Evolution des angles du membre inférieur (a) et Déphasage articulaire (b) en SJ. En ce qui concerne le SJ, aucune différence significative entre l instant d initialisation de la hanche et du genou n a été mise en évidence (p=,664). En revanche une différence très significative apparaît entre le genou et la cheville (p=7,68 e -8). Un déphasage entre ces deux articulations peut ainsi être mis en évidence au cours du SJ chez les grimpeurs. -19-

24 (a) (b) Angle ( ) Temps (%) Temps normalisé (%) BJ Epaule.28 NS BJ Coude.31 *** BJ Poignet.93 Epaule Coude Poignet BJ Epaule BJ Coude BJ Poignet Figure 19. Evolution des angles du membre supérieur (a) et Déphasage articulaire (b) en BJ. En BJ, la situation est comparable à la situation rencontrée lors du SJ. En effet, les articulations de l épaule et du coude ne présentent pas de déphasage articulaire (p=,61). En revanche, une différence significative est observée entre l instant d initialisation du coude et celui du poignet (p=4,67 e -1). (a) 1.4 Temps normalisé (%) Jeté Cheville.92 *** Jeté Genou.44 NS Jeté Hanche.48 Jeté Epaule.38 NS Jeté Coude.51 *** Jeté Poignet.96 Jeté Cheville Jeté Genou Jeté Hanche Jeté Epaule Jeté Coude Jeté Poignet (b) (c) Angle ( ) Temps (%) Cheville Genou Hanche Angle ( ) Temps (%) Epaule Coude Poignet Figure 2. Evolution des angles du membre supérieur et inférieur (b et c) et déphasages articulaires (a) en jeté. -2-

25 Si le jeté est considéré comme la somme d un SJ et d un BJ, les membres supérieurs et inférieurs peuvent être analysés de manière distincte et/ou de manière globale. Au niveau des coordinations, le membre inférieur au cours du jeté s organise tout comme lors du SJ. En effet, aucune différence significative n a été relevée entre la hanche et le genou (p=,5). En revanche un déphasage conséquent est présent entre le genou et la cheville (p=1,26 e -5). Il en est de même au niveau du membre supérieur où aucune différence significative ne caractérise le décalage épaule coude (p=,679). Cependant un déphasage important est présent entre le coude et le poignet (p=2,57 e -7, p<.1). En s intéressant au mouvement et surtout aux coordinations dans leur globalité, aucune différence significative n apparaît entre le genou, la hanche, l épaule et le coude. En revanche, de part et d autre des extrémités du corps, des différences très significatives sont relevées, avec un fort déphasage genou cheville, au même titre que coude poignet. -21-

26 4 DISCUSSION L objectif de cette étude a été de caractériser un mouvement dynamique engageant l ensemble des membres du corps humain, à savoir le jeté en escalade. L idée est de confronter les coordinations interarticulaires observées lors de l exécution d un tel mouvement avec celles du SJ pour le membre inférieur et du BJ pour le membre supérieur. Pour ce faire, les résultats expérimentaux cinématiques ont été présentés en terme de données brutes et/ou normalisées. La première partie de la discussion sera dévolue à la validation des tests réalisés au regard des résultats de la littérature. Il est à noter que seul le SJ procédera de cette logique, aucune donnée n étant disponible à notre connaissance concernant les tests de BJ et de jeté. Dans une seconde partie, l étude comparée du jeté avec les tests de BJ et de SJ aura pour objet d interpréter les coordinations observées lors d une locomotion quadrupèdique au regard de celles n impliquant que les membres inférieurs ou supérieurs de manière isolée. D une manière générale, les trajectoires des CG des sujets grimpeurs, sont quasi linéaires, quel que soit le test considéré. Cependant les directions des vitesses à l instant du décollage indiquent des organisations particulières selon des logiques différentes. En effet l objectif, quel que soit le test considéré, est de transformer l énergie cinétique de rotation des articulations en énergie cinétique de translation du CG. Or, selon Jacobs et Ingen Schenau (1992) les modalités d activations musculaires, et donc les coordinations interarticulaires dépendent de l orientation de la force développée à la périphérie du système. Dès lors, il est possible de poser l hypothèse selon laquelle les sujets s organisent différemment selon le test réalisé. 4.1 Coordination en SJ Les valeurs classiquement présentées dans la littérature concernant la durée de la phase d impulsion en SJ sont comprises entre 32 et 42ms (Bobbert & Van Ingen Schenau, 1988 ; Gregoire et al ; Jacobs et al ; Haguenauer et al. 26). Concernant la population de grimpeurs de cette étude, les valeurs moyennes sont de 375 ± 5 ms et s inscrivent donc à l intervalle précédent. Cette similarité peut être interprétée au regard des caractéristiques physiques de la population considérée. En effet, les sujets expérimentaux sont -22-

27 tous des sportifs de haut niveau en escalade. De plus, ces résultats semblent montrer que les qualités de propulsion en escalade de haut niveau sont similaires à celles observées pour des volleyeurs (Bobbert & Van Ingen Schenau, 1988), des sprinteurs (Jacobs et al. 1992) ou encore des patineurs artistiques (Haguenauer et al. 26). La hauteur maximale de vol en SJ des sujets grimpeurs est de 27 ± 2,4 cm. Cette performance est inférieure à celle présentée par les auteurs précédents. Ces résultats montrent que la performance en SJ n est pas seulement corrélée à la durée d impulsion. Il s agit donc d interpréter cette différence de performance au regard des coordinations mises en œuvre dans le cadre de cette étude. En ce qui concerne les amplitudes articulaires de la hanche, du genou et de la cheville, elles sont respectivement de 96 ± 12, 75 ± 1 et 46 ± 13. Comparativement aux données d Haguenauer et al. (26), les amplitudes articulaires des grimpeurs sont supérieures respectivement de 21%, 14% et 12% pour un temps d impulsion similaire. Les vitesses articulaires de nos sujets sont donc plus faibles. Ce résultat résulte d une part de flexions initiales importantes de la hanche et du genou (52 et 81 vs 89 et 15 ). Par ailleurs, il est légitime de poser l hypothèse selon laquelle la force maximale pouvant potentiellement être développée par les muscles du membre inférieure est inférieure à celle des populations rencontrées dans la littérature. En effet, selon Bosco et al. (1983), la performance maximale en SJ est directement corrélée avec la force maximale des muscles extenseurs du membre inférieur du sujet. Par ailleurs, les articulations à l instant du décollage présentent des flexions importantes, en particulier pour la hanche (148 ± 15 ) et le genou (155 ± 15 ). Ainsi, une grande plage angulaire n est pas utilisée pour accélérer le centre de gravité des sujets. Au regard des contraintes anatomiques, le décollage en extension maximale est impossible dans un souci de maintien de l intégrité physique du système. Ainsi, il s agit de décélérer le plus tardivement possible pour utiliser une plage angulaire maximale des articulations. Cette capacité de décélération étant proportionnelle à la force développée par les muscles antagonistes, il est possible de poser l hypothèse selon laquelle les grimpeurs présentent des capacités de force des muscles antagonistes inférieures à celles de populations de volleyeurs, de sprinteurs, ou encore de patineurs. Selon Bobbert & Ingen Schenau (1988), la performance en SJ résulte d un déphasage articulaire, qualifié de proximo-distal. Ainsi, l extension de la hanche précède celle du genou, -23-

28 qui elle-même précède celle de la cheville. Cette coordination correspond à un transfert de force du tronc vers le sol lors de l exécution de sauts maximaux. Dans le cadre de cette étude, en SJ, les instants d initialisation des articulations du membre inférieur chez les grimpeurs montrent une différence non significative entre la hanche (,41 ±,8 ms) et le genou (,32 ±,12 ms) et une différence significative entre le genou et la cheville (,76 ±,6 ms). Il n existe donc pas de déphasage entre la hanche et le genou. Par contre, ce déphasage est présent entre le genou et la cheville. Il semble donc que l articulation de la hanche ne participe pas de manière optimale à la performance. En effet, selon Haguenauer et al. (25), une telle coordination correspondrait à une gestion de l équilibre au cours de l impulsion par le tronc au dépit d une création de force. Cette gestion de la posture passe par une projection du CG au centre de la surface de sustentation tout au long de l impulsion. Ainsi, une quantité moindre de puissance serait transmise à l articulation du genou, réduisant de fait la performance en SJ. 4.2 Coordinations en BJ Le temps d impulsion moyen pour le BJ est de 691 ± 1,5ms. En deçà de 45ms le Système Nerveux Central (SNC) ne peut utiliser de quelconque feedback pendant l exécution du mouvement (Keele et al. 1968). Inversement, au-delà de cette durée, l intervention de rétroactions, tel le réflexe myotatique, peut être envisagée. Il semble donc que le BJ, au regard de sa durée ne puisse être considéré comme un mouvement dynamique au même titre que le SJ. Les grimpeurs n ont donc pas été capables de réaliser un geste explosif malgré la consigne qui leur avait été donnée. Il s agit donc d interpréter ce temps d exécution important au regard des données cinématiques des sujets. Au regard de la vitesse d exécution du mouvement, le BJ est le test qui a été réalisé avec la vitesse la plus faible. Cela se traduit par une hauteur théorique d impulsion très faible (,11m). Le BJ est un test inhabituel bien que proche des exigences de l activité escalade. En effet, la difficulté réside dans le déplacement d une masse importante par les membres inférieurs seuls. Ainsi, au regard des données anthropométriques (Winter, 199), en BJ, les membres supérieurs doivent déplacer 9% de la masse corporelle totale au cours du mouvement. En SJ, cette masse relative est de 68%. Par ailleurs, les surfaces de section physiologiques (PCSA) des muscles impliqués en BJ sont très faibles par rapport à celles du membre inférieur. Or, selon Close (1969), la force maximale développée par un muscle est -24-

29 proportionnelle à sa PCSA. Dès lors, la vitesse faible de déplacement du CG du sujet en BJ est cohérente avec ces données physiologiques. L analyse des amplitudes articulaires montre une amplitude importante de l articulation de l épaule qui présente une angulation proche de la flexion maximale à l instant du décollage. Tel n est pas le cas pour le coude et le poignet. Il semble donc que l épaule soit l articulation qui contribue le plus à la performance en BJ. En ce qui concerne le coude, son angle au décollage est de 91. Cet angle correspond à l atteinte des longueurs optimales des muscles fléchisseurs du coude (Kulig et al., 1984), à savoir les longueurs auxquelles ces muscles développent une force maximale à l articulation du coude au regard de leurs relations force-longueur. Par ailleurs, la faible vitesse de déplacement de l articulation du coude induit une potentialité de développement de hauts niveaux de force de ces muscles (relation forcevitesse). Ainsi, si le mouvement se terminait à un angle de flexion du coude moins important, les muscles fléchisseurs du coude développeraient alors moins de force. Une plus grande perte de vitesse du CG du sujet que celle observée (27%) pourrait advenir. 4.3 Coordinations en jeté Le jeté, mouvement dynamique quadrupèdique vertical, se distingue dans un premier temps par son temps de phase d impulsion (464 ± 95ms), qui le situe entre le SJ (375 ± 5) et le BJ (691 ± 15). Cependant, bien que la durée d impulsion soit plus longue qu en SJ, la hauteur atteinte par le CG reste plus élevée (48,1±5,4 vs 27±2,4), voire multipliée par deux par rapport au SJ et par quatre en comparaison avec le BJ. Cette différence de performance peut être expliquée de part la contribution des membres supérieurs et inférieurs. Les résultats concernant le déphasage interarticulaire montrent que le membre inférieur présente des coordinations similaires à celles du SJ, à savoir un déphasage genoucheville, la hanche et le genou commençant leurs extensions au début du mouvement. Ainsi, selon Ingen Schenau (1988), le transfert de puissance se ferait préférentiellement du genou vers la cheville, sans que l on puisse présumer de la contribution de la hanche au mouvement. En ce qui concerne cette dernière, son amplitude articulaire est significativement supérieure à celle en SJ. Cette différence résulte d une position initiale très fléchie et d un angle articulaire au décollage proche de l extension maximale. Ces différences peuvent être interprétées au regard de la géométrie de la chaîne articulaire en jeté. En effet, la préhension d une prise par les mains du sujet contraint le déplacement de la hanche. La hanche parait donc contribuer au -25-

30 développement d une puissance importante, bien qu aucun déphasage ne soit observé avec le genou. Inversement, la faible amplitude de l articulation de la cheville au regard du SJ laisse à penser une faible contribution de cette articulation en terme de puissance développée. Le jeté présente donc une situation paradoxale au niveau du membre inférieur, à savoir d une part une puissance importante pouvant potentiellement être développée par la hanche accompagnée d un faible transfert vers le genou, et d autre part un transfert important entre le genou et la cheville qui présente elle-même une faible capacité de création de puissance. Les résultats au niveau du déphasage interarticulaire montrent que le membre supérieur présente des coordinations a priori similaires à celles du BJ, à savoir un déphasage coude-poignet, l épaule et le coude commençant leurs flexions simultanément. Au regard des amplitudes angulaires, le coude et le poignet ont des déplacements en flexion négligeables (8 et 5 respectivement), contrairement à l épaule dont l amplitude de flexion (1 ) est similaire à celle en BJ. La seule articulation du membre supérieur qui participe au déplacement du centre de gravité du grimpeur est donc l épaule. Il s en suit que cette articulation parait contribuer seule au développement d une puissance importante, bien qu aucun déphasage ne soit observé avec le coude. Inversement, les faibles amplitudes des articulations du coude et du poignet au regard du BJ laisse à penser une faible contribution de ces articulations en terme de puissance développée. Les muscles agonistes à ces articulations travaillent donc en isométrie, ce qui leur permet potentiellement de développer de plus hauts niveaux de force. Or, la position angulaire du coude par exemple (15 ) maintenue tout au long du jeté n est pas favorable, au regard de la relation couple-angle de flexion du coude (Kulig et al, 1984), à la production d un moment articulaire important. Ces articulations ne semblent donc pas contribuer à la performance en jeté. Elles auraient donc une fonction posturale, à savoir lutter contre l extension du bras induite par le poids du sujet et la typologie du support, i.e. inclinaison de 35 du pan par rapport à la verticale. Il est à noter que d un point de vue strictement géométrique, cette grande amplitude de l épaule, et en particulier son très faible angle de flexion à l instant du décollage par rapport au BJ (3 vs 52 ) permet d expliquer l extension importante de la hanche à cet instant. Le freinage de la hanche, de part la contrainte anatomique, serait donc compensé par une vitesse importante de l épaule en fin de mouvement. Ainsi, la perte de vitesse du centre de gravité à cet instant par rapport à son pic de vitesse est moindre en jeté en comparaison des autres tests. -26-