Staps
De Boeck Université
I.S.B.N.sans
128 pages
p. 89 à 106
doi: en cours
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De Boeck Université
I.S.B.N.sans
128 pages
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Rapports de recherche
no 62 2003/3
Description mécanique de la gestion proprioceptive du dégrouper lors d’un salto arrière
Mathieu Boucher [*]1 Arnaud Decatoire1 Ridha Jeddi2. 1. Equipe « Mécanique du geste sportif » LMS - Université de Poitiers - Faculté des Sciences - SP2MI - Téléport 2 Bd Pierre-et-Marie-Curie - BP 30179 - 86962 Futuroscope Chasseneuil Cedex – France 2. ISSEP Ksar Said - 2010 La Manouba-Tunis
Lors d’un salto arrière, le gymnaste dispose d’informations en
provenance de multiples récepteurs. La littérature relative aux rôles
respectifs de la vision et de l’oreille interne présente souvent des
contradictions. En revanche, les aspects proprioceptifs, quelquefois évoqués,
ont peu été détaillés jusqu’ici. L’objectif de cette étude est de savoir si un
paramètre mécanique pourrait informer le gymnaste sur son orientation dans
l’espace et ainsi l’aider à déclencher son dégrouper au bon moment, lors d’un
salto arrière. Nous nous sommes intéressés aux récepteurs articulaires en
procédant au calcul de la force de liaison T entre la tête et le tronc. Comme cet effort
fluctue en fonction des mouvements de la tête et du tronc, nous avons
conjointement étudié l’évolution de T et
de la force d’entraînement engendrée par le mouvement du tronc, en appliquant
le principe fondamental de la dynamique au système tête dans un référentiel
non-inertiel lié au tronc. Le fait que le dégrouper se produise lors du passage
par la verticale renversée semble être associé à une coïncidence. L’origine du
dégrouper pourrait être attribuée au passage par un extremum, 80 ms avant, de
la composante de cisaillement Tci.
Mots-clés :
salto arrière, référentiel non-inertiel, proprioception, force de liaison.
During a backward somersault, the gymnast disposes of information
from multiple receptors. The literature is somewhat controversial about the
respective role of vision and that of the internal ear during this activity.
Little is known about the proprioceptive aspects. The purpose of this study is
to know if a mechanical parameter could inform the gymnast of its orientation
in space and that help him to set off its straightening at a good time, during
a backward somersault. The contribution of the articular receptors was
estimated by calculating the joint force T between the head and the trunk. As
this force fluctuates as a function of the head’s and trunk’s motion, the time
evolution of shear (T) and the inertial
force (Fe) generated by the trunk’s motion
was calculated, by applying the 2nd Newton’s law to the head system in
non-inertial frames of reference tied to the trunk. The fact that the
straightening occurs then the gymnast is in an inverted vertical position seems
to be only coincidental. The cause of the straightening could be attributed to
the shearing component Tci which occurs,
80 ms beforehand.
Keywords :
backward somersault, non-inertial frames of reference, proprioception, joint force.
Beim Salto rückwärts bekommt der Turner Informationen von
zahlreichen Rezeptoren. In der Literatur findet man oft Widersprüchliches über
die jeweilige Rolle des Sehens und der des inneren Ohres. Über die
propriozeptiven Aspekte, die manchmal angesprochen werden, gibt es allerdings
nur wenige Details. Ziel dieser Untersuchung ist es, herauszufinden, ob ein
mechanischer Parameter den Turner über seine Lage im Raum informieren und ihm
dadurch helfen könnte, das Öffnen beim Salto rückwärts im richtigen Moment
auszulösen. Wir haben uns für die Gelenkrezeptoren interessiert indem wir die
Verbindungskraft T zwischen Kopf und Rumpf berechnet haben. Da diese
Anstrengung in Abhängigkeit der Bewegungen von Kopf und Rumpf sich verändert,
haben wir gleichzeitig die Entwicklung von T und die Übertragungskraft, die
durch die Rumpfbewegung hervorgerufen wird, untersucht und dabei das
Grundprinzip der Dynamik auf das System Kopf-Rumpf in einem trägheitsfreien
Bezugsrahmen angewandt. Die Tatsache, dass das Öffnen während der Passage durch
die rückwärtige Vertikale erfolgt, scheint mit einer Gleichzeitigkeit verbunden
zu sein. Das Auslösen des Öffnens könnte dem Durchlaufen eines Extremwertes der
Abscherkomponente Tci, 80ms vorher, zugesprochen werden.
Schlagwörter :
Salto rückwärts, trägheitsfreier Bezugsrahmen, Propriozeption, Verbindungskraft.
Durante un salto indietro, il ginnasta dispone d’informazioni
provenienti da molteplici recettori. La letteratura relativa ai rispettivi
ruoli della visione e dell’orecchio interno presenta spesso delle
contraddizioni. Invece, gli aspetti propriocettivi, talvolta evocati, sono
stati poco dettagliati fino ad oggi. L’obiettivo di questo studio è sapere se
un parametro meccanico potrà informare il ginnasta sul suo orientamento nello
spazio ed aiutarlo così ad innescare la sua distensione al momento opportuno,
durante un salto indietro. Ci siamo interessati ai recettori articolari
procedendo al calcolo della forza di legame T tra la testa e il tronco. Siccome
questo sforzo fluttua in funzione dei movimenti della testa e del tronco, noi
abbiamo congiuntamente studiato l’evoluzione di T e della forza d’allenamento
generata dal movimento del tronco, applicando il principio fondamentale della
dinamica al sistema testa in un referenziale non-inerziale legato al tronco. Il
fatto che la distensione si produca nel momento del passaggio dalla verticale
rovesciata sembra essere associata ad una coincidenza. L’origine della
distensione potrà essere attribuita al passaggio da un extremum, 80 ms prima,
della componente di taglio Tci.
Parole chiave :
forza di legame, propriocezione, referenziale non-inerziale, salto indietro.
Durante un salto mortal atrás, el gimnasta dispone de
informaciones provenientes de múltiples receptores. La literatura relativa a
los papeles respectivos de la visión y de la oreja interna, presentan
contradicciones. Al contrario, los aspectos propioceptivos, algunas veces
considerados, han sido pocas veces detallados hasta ahora. El objetivo de este
estudio es saber si un parámetro mecánico podría informar al gimnasta sobre su
orientación en el espacio y así ayudarle a provocar abrir el ángulo en el buen
momento, durante el salto atrás. Nosotros nos interesamos
en los receptores auriculares procediendo al cálculo de la fuerza de conexión T
entre la cabeza y el tronco. Como este esfuerzo fluctúa en función de
movimientos de la cabeza y del tronco, nosotros hemos estudiado conjuntamente
la evolución de T y de la fuerza de entrenamiento engendrada por el movimiento
del tronco, aplicando el principio fundamental de la dinámica al sistema tete
en un referencial no-inercial ligado al tronco. El hecho que el abrir se
produzca durante el pasaje por la vertical invertida parece estar asociada a
una coincidencia. El origen del abrir podría ser atribuido al pasaje por un
extremum, 80ms antes de la componente de agruparse.
Palabras claves :
salto mortal atrás, referencial no-inercial, propriocepción, fuerza de conexión.
1. Introduction
Les études portant sur les acrobaties gymniques ont été
réalisées dans le but d’apporter aux athlètes et aux entraîneurs une meilleure
compréhension de celles-ci. Cette compréhension naît d’une connaissance affinée
des mécanismes indispensables à leur bonne réalisation (Pozzo, 1988 ; Yeadon,
1996 ; Lee, 1992 ; Bardy, 1998). Dans cette perspective, l’analyse mécanique
apparaît incontournable. Cette démarche a ainsi été appliquée à l’étude de la
phase aérienne de saltos arrières (Jeddi, 1999), afin de quantifier les
contributions segmentaires à la prise d’impulsion et à la gestion de la phase
aérienne ; cette approche a mis en évidence l’existence d’un phénomène
récurrent à tous les saltos : les gymnastes semblent dégrouper systématiquement
à la verticale (tête en bas). La coïncidence de ces évènements nous suggère le
questionnement suivant : le dégrouper fait-il suite à un signal perçu par les
gymnastes ou bien, les gymnastes ont-ils, à chaque instant ou épisodiquement,
connaissance de leur orientation dans l’espace ?
Une revue de littérature, sur les notions de contrôle postural
et de processus d’équilibration, a permis d’appréhender les éléments de
l’organisme impliqués dans le repérage de l’individu par rapport à
l’environnement. Ces éléments associés à d’autres constituent l’appareil
sensoriel. Il peut être dissocié en trois parties : les récepteurs, les voies
nerveuses et les centres nerveux. De cet ensemble sont générées les notions de
sensation et perception (Caston, 1993). Pour préciser comment l’individu peut
percevoir son orientation dans l’espace, il est nécessaire de répertorier les
récepteurs sensoriels pouvant l’en informer, et de préciser les stimulations
auxquelles ils sont sensibles.
Caston (1993), Berthoz (1997) et plus généralement les
psychophysiologistes distinguent trois systèmes sensoriels que sont le système
vestibulaire, le système tactilo-proprioceptif et le système visuel.
Le système vestibulaire est formé par le système otolithique et
les canaux semi-circulaires. Ils sont stimulés respectivement par la résultante
de l’accélération linéaire de la tête et de la pesanteur, et par l’accélération
angulaire de la tête.
Le système proprioceptif est lui composé des fuseaux
neuro-musculaires (FNM), des organes neuro-tendineux de Golgi (OTG) et des
corpuscules articulaires. Les deux premiers peuvent être regroupés en un
capteur unique évaluant les efforts inter-segmentaires à chaque articulation de
l’athlète. Les corpuscules articulaires interviennent eux principalement dans
le repérage de la position des segments les uns par rapport aux
autres.
Mais un tel consensus observé sur les fonctions générales des
organes sensoriels se nuance dès lors que l’on analyse leurs fonctionnalités
dans les acrobaties gymniques. Les études sur les saltos arrières se
caractérisent ainsi par d’importantes divergences quant à la conception des
auteurs sur le rôle respectif de chacun des systèmes sensoriels.
Berthoz présente la vision comme étant inopérante pendant la
phase de grouper de l’athlète, la vitesse de rotation étant trop importante : «
la vision est inutile car le glissement des images sur la rétine est trop grand
» (Berthoz, 1997, 75). Or Lee (1992) et Bardy (1998) affirment au travers de la
théorie du facteur tau que le système visuel est le seul système permettant à
l’athlète de gérer sa vitesse de rotation, et ainsi de contrôler son
atterrissage. D’autres auteurs se prononcent pour une prévalence du système
vestibulaire ; Yeadon (1996) a ainsi mis en évidence dans la réalisation de
doubles saltos arrières tendus l’existence de corrections pendant le vol. Ces
corrections modifient l’axe de rotation du gymnaste, afin que celui-ci soit
confondu au mieux avec l’axe transversal du gymnaste passant par son centre de
gravité. Il émet l’hypothèse que les récepteurs l’informant sur la qualité de
la rotation sont ceux du système vestibulaire, la vue ne semblant intervenir
que dans le contrôle de l’orientation du corps à la réception. Pozzo (1988) a
insisté sur le caractère multi-modal des informations associées au mouvement de
rotation : l’athlète intègre ainsi l’ensemble des données issues du système
vestibulaire et du système proprioceptif.
Les divergences portant sur le rôle des systèmes sensoriels
ainsi que la présentation de la sensation comme l’intégration de plusieurs
stimulations mettent en évidence que le fonctionnement de l’appareil sensoriel
lors des gestes sportifs est toujours sujet à réflexion, et que les parts
respectives des systèmes visuel, vestibulaire et proprioceptif sont encore à
préciser dans certaines disciplines. Or l’analyse mécanique peut contribuer à
la compréhension du fonctionnement du système proprioceptif. En effet, le
calcul des efforts articulaires nous informe sur les stimuli enregistrés par
ses récepteurs propres.
C’est pourquoi nous proposons d’analyser la tête, considérée
comme primordiale dans la gestion de notre équilibre (Paillard, 1976) du fait
de la centralisation des organes visuels et vestibulaires, au travers la
quantification de la force de liaison entre le segment tronc et le segment
tête. Notre objectif est alors de mettre en évidence à partir des variations de
cette force de liaison l’existence d’un possible signal de dégrouper.
2. Méthodes
2.1. Protocole expérimental
Le geste retenu pour cette étude est un salto arrière groupé
réalisé de pied ferme, c’est-à-dire sans course d’élan, par un gymnaste
international de 60 kg et mesurant 1,68 m.
Le geste est réalisé en laboratoire après une session
d’échauffement gérée par le gymnaste. Le mouvement des différents segments de
l’athlète est capturé à l’aide du système d ‘analyse d’images 3D SAGA 3 de la
société BIOGESTA comprenant quatre caméras synchrones filmant à 50 Hz. Ce
système est associé à une plate forme de force de type Kistler (40 x 60 cm),
échantillonnée à 2 500 Hz, enregistrant les actions exercées par l’athlète sur
le sol durant les phases d’appel et de réception.
2.2. Modèle mécanique
La modélisation du corps adoptée pour une analyse 2D,
suffisante dans notre cas, puisque le mouvement se situe dans le plan vertical
(yoz), est celle décrite par Winter (1990). Vingt marqueurs passifs sont
disposés sur des repères anatomiques déterminés à partir de tables
anthropométriques. Le corps du gymnaste est alors modélisé comme un système
articulé composé de quatorze segments rigides (Si), dont les
caractéristiques inertielles sont obtenues à l’aide des coefficients
anthropométriques donnés par les tables de Winter, et reliés les uns aux autres
par des articulations de type charnière (Oi).
2.3. Analyse mécanique
2.3.1. Calcul de la force de liaison entre la tête et le
tronc
Nous cherchons dans cette étude à savoir pourquoi le
gymnaste effectue son action de dégrouper à un instant donné et pas à un autre.
Or, nous avons vu en introduction que la plupart des récepteurs susceptibles de
renseigner le gymnaste se situent au niveau de la tête et du cou. C’est
pourquoi nous proposons de calculer la force de liaison
T entre le système tête et le système
tronc.
Afin de cerner au mieux les mécanismes relatifs à l’action
de dégrouper, il paraît indispensable d’observer l’évolution de la force de
liaison en fonction de la gesticulation de l’athlète, c’est-à-dire du mouvement
des autres segments et plus particulièrement du segment entraînant le système
étudié : le tronc. L’étude plus approfondie de la force liant le système tête
au système tronc nécessite alors d’utiliser un autre référentiel non-inertiel
R’ (Figure 1), lié au tronc, dont l’origine est le centre de gravité du tronc,
et de recourir aux lois de composition des vitesses et des
accélérations.
Figure 1
Schéma récapitulatif des différents référentiels et
repères utilisés.
La force de liaison T
entre la tête et le tronc s’exprime donc en fonction des forces d’inertie qui
s’exercent sur le système tête. La démonstration suivante s’appuie sur
l’ouvrage de Pérez (1995) :
2.3.1Après dérivation et développement, nous arrivons à
l’expression suivante du principe fondamental de la dynamique dans un
référentiel non-inertiel :
2.3.1avec :
2.3.1ou sous une autre forme faisant apparaître les forces
d’inertie :
2.3.1avec :
2.3.1L’analyse des informations détectées par les capteurs
proprioceptifs, FNM et OTG, nécessite de projeter les composantes de
T dans le repère local R’’ lié à la tête.
De ce fait, nous avons accès aux forces de cisaillement et de compression
s’exerçant au niveau du cou.
2.3.2. Détermination des instants de dégrouper et de passage à la
verticale
L’étude des mécanismes de l’action de dégrouper impose de
déterminer précisément l’instant de dégrouper. Pour cela, nous nous référons à
l’évolution du moment d ‘inertie global du corps par rapport à l’axe transverse
passant par G (IG) que nous obtenons en appliquant le théorème
de Huygens :
Ainsi, nous considérons l’instant de dégrouper comme celui
qui correspond au minimum de la courbe de IG en fonction du
temps.
Quant au passage par la verticale, auquel on fait
référence, il correspond à l’alignement vertical du centre de gravité global du
corps et du centre de gravité de la tête ; ainsi, la coïncidence entre les
positions horizontales de ces derniers nous indique cet instant particulier du
mouvement.
2.4. Traitement des données expérimentales
2.4.1. Calcul des paramètres mécaniques
La détermination des termes de l’équation (5) nécessite, à
partir des coordonnées des vingt marqueurs passifs, de calculer les paramètres
de vitesse et d’accélération des segments de l’athlète. Ainsi les positions des
marqueurs sont lissées par une méthode de lissage polynomiale (Allard et al.,
1990) de type Savitsky-Golay. Ce lissage est aussi effectué sur les valeurs de
la force de liaison. La méthode de dérivation utilisée pour obtenir les
vitesses et accélérations consiste à calculer le rapport de la variation
moyenne respectivement des positions et des vitesses, sur 2 intervalles de
temps de mesure Δt (2Δt = 0,04s). Ce paramètre est ensuite affecté à l’instant
situé au milieu de l’intervalle 2Δt (Winter, 1990).
2.4.2. Validation des mesures cinématographiques
Afin de valider nos mesures
cinématographiques, nous comparons le moment cinétique calculé à partir des
mesures de la plate-forme de force avec celui calculé à partir des données
cinématiques mesurées par le système d’analyse d’images. Comme les quantités de
mouvement linéaire et angulaire initiales sont connues et nulles, l’intégration
du moment des forces extérieures calculé au centre de gravité du système (G)
donne directement l’évolution du moment cinétique global du système calculé en
G que nous pouvons comparer à celle obtenue à partir des données
cinématographiques (Lacouture et Junqua, 1991).
2.4.3. Erreur sur la force de liaison due à la méthode de
dérivation
La méthode de dérivation par différence finie permet
d’approcher les vitesses et accélérations instantanées en affectant à chaque
instant de mesure les vitesse et accélération moyennes calculées pendant un
intervalle de temps de 0.04s. Cette méthode induit des erreurs dans
l’application des lois de composition des mouvements. En effet, les relations
établies entre le mouvement d’un point matériel et les mouvements de
translation et de rotation d’un repère local ne sont plus à considérer comme de
strictes égalités vectorielles. La loi de composition des vitesses, par
exemple, exprimant la vitesse d’un point matériel M dans un repère R(O,X,Y,Z)
en fonction de sa vitesse dans un autre repère R’(O’,X’,Y’,Z’) se transforme en
l’inégalité suivante :
2.4.3La précision de l’approximation dépend du Δt impliqué dans
les dérivations et du mouvement de rotation des repères entre eux :
2.4.3avec M’ le point coïncidant avec M.
2.4.3En effet, l’augmentation de Δt et/ou du taux de rotation de
R’ par rapport à R (ΩR’/R) provoque une augmentation de l’écart
entre les deux membres de l’équation (8) et ainsi sur les deux membres de
l’équation (7).
Comme le calcul de la force de liaison repose sur les lois
de composition des mouvements, nous avons calculé cette force en appliquant le
principe fondamental de la dynamique au système tête dans le repère galiléen
:
La comparaison des deux méthodes permet ainsi de donner un
ordre de grandeur de l’erreur sur les valeurs de la force de liaison due à la
méthode de dérivation par différence finie.
2.4.4. Incertitude sur le repérage temporel des évènements
Le système d’analyse d’images est échantillonné à 50 Hz
c’est-à-dire qu’il capture le mouvement de l’athlète toutes les 0,02s. On peut
ainsi raisonnablement affirmer que les évènements cités dans notre analyse sont
repérés à 0,01s, le repérage consistant à affecter à chaque événement le temps
de l’image qui lui correspond le mieux. (Taylor, 2000)
3. Résultats
Les résultats sont présentés sous forme de graphiques
représentant l’évolution au cours du temps de chaque paramètre. Pour une
meilleure lecture de ces graphiques, nous avons choisi de les découper en
phases : la phase aérienne est délimitée par les traits mixtes (B et G), les
passages par la verticale par les traits en pointillés (A et F). Chaque phase
est également repérée par un kinogramme représentant la position du gymnaste à
cet instant.
3.1. Erreurs sur les valeurs de la force de liaison
La méthode de dérivation impose d’appliquer avec précautions
les lois de composition des mouvements. Pour valider le calcul de la force de
liaison dans le repère non-inertiel, on le compare ainsi avec le calcul dans le
repère galiléen. Les figures 2a et 2b présentent les composantes y et z des
deux forces de liaison. On constate que les courbes de Ty et Tz calculées dans
R’ se situent par rapport aux courbes de Ty et Tz calculées dans R
respectivement dans les intervalles [Ty–6,04 ; Ty+ 20,60] et [Tz-6,20 ;
Tz+24,72].
Figure 2
Comparaison de l’évolution de la composante horizontale
(2a, en haut) et verticale (2b, en bas) de la force de liaison Tête/Tronc
exprimée dans le repère galiléen, calculée dans les référentiels galiléen et
non-inertiel lors d’un salto arrière groupé de pied ferme.
3.2. Détermination de l’instant de dégrouper et du passage à la
verticale
L’évolution au cours du temps du moment d’inertie global du
gymnaste calculé en son centre de gravité (Figure 3) nous permet de déterminer
l’instant de dégrouper ; en effet, celui-ci correspond à l’augmentation du
moment d’inertie global lors de la phase aérienne ; nous avons donc pu situer
l’instant à 2.52 s (E). Or il est admis qu’un délai de 80 à 120 ms est
nécessaire entre la prise de décision par le gymnaste d’effectuer son dégrouper
et la réalisation effective de son action (Johansson, 1991 ; Vos et al., 1990)
; nous avons reporté sur le même graphique ces instants particuliers par des
traits verticaux continus (C et D). On notera que les instants de dégrouper et
de passage par la verticale renversée, mis en évidence par la figure 4 à
t=2,54, sont séparés par 0.02 s au plus.
Figure 3
Evolution du moment d’inertie global calculé au centre de
gravité du gymnaste lors d’un salto arrière groupé de pied ferme.
Figure 4
Evolution de la distance horizontale entre le CG du corps
et celui de la tête lors d’un salto arrière groupé de pied ferme.
De ce fait, il est possible en prenant en compte
l’incertitude sur le repérage temporel que le passage à la verticale coïncide
avec le dégrouper.
3.3. La force de liaison entre la tête et le tronc (T) et la
pseudo-force d’entraînement
Les résultats suivants, contrairement aux précédents, sont
exprimés dans le repère R’’ situé au niveau du cou du gymnaste (Figure 1). Ceci
nous permet, comme précédemment explicité, d’avoir directement accès aux forces
de cisaillement et de compression s’exerçant au cou et ainsi d’être au plus
près du fonctionnement des récepteurs articulaires (FNM, OTG).
La figure 5 représente l’évolution de la force de
cisaillement (TCI) dans
le sens antéro-postérieur par rapport au gymnaste. On constate une valeur
maximale de 122 N à t=2.44s. La figure
6 montre l’évolution de la force de compression (TCO) s’exerçant verticalement par
rapport au sujet. Celle-ci passe par un minimum de -203 N à
t=2.58s.
Figure 5
Evolution de la force de cisaillement lors d’un salto
arrière groupé de pied ferme.
Figure 6
Evolution de la force de compression lors d’un salto
arrière groupé de pied ferme.
Les termes entrant dans la constitution de la force de
liaison, qui sont les forces d’entraînement et de coriolis, le poids de la tête
et la quantité d’accélération de la tête par rapport au tronc, sont présentés
sur un même graphique. La composante y correspond à la composante de
cisaillement et la composante z à la composante de compression.
Les figures 7 et 8, établies à partir de l’équation (5)
illustrent les variations respectivement des composantes horizontale et
verticale de ces paramètres. On constate principalement un
mttaey maximum de 160 N à
t=2.44s.
Figure 7
Evolution de la force de cisaillement et de ces termes
constitutifs exprimés dans le repère local R’’ lors d’un salto arrière groupé
de pied ferme.
Figure 8
Evolution de la force de compression et de ces termes
constitutifs exprimés dans le repère local R’’ lors d’un salto arrière groupé
de pied ferme.
Discussion
Les différences entre les deux méthodes de calcul de la force
de liaison du système tête sur le système tronc sont parfois supérieures à 10%,
mais la cinétique des courbes reste identique. Comme l’interprétation de la
force de liaison repose sur l’étude des variations en termes d’extremum, on
peut raisonnablement négliger l’erreur sur la force de liaison calculée dans le
repère non-inertiel et exprimer celle-ci dans le repère lié à la tête au
travers des composantes de cisaillement et de compression.
L’analyse de ces composantes au passage à la verticale ne peut
pas argumenter en faveur d’une corrélation entre cet événement et l’évolution
des courbes ; car le maximum Tci
max et le minimum Tco
min sont repérés respectivement 80ms avant et 60ms après. Le passage
à la verticale ne pourrait donc pas constituer un signal ou être à l’origine de
modifications sensorielles déclenchant le dégrouper.
Devant ce constat, nous avons repris la notion du temps de
réaction développée en neurosciences qui précise que le délai entre la prise
d’information et l’ajustement moteur est compris entre 80 et 120ms (Johansson,
1991 ; Vos et al., 1990). Appliquée au système visuel, cette considération
semble rejeter toute possibilité pour l’athlète de déclencher son mouvement à
partir de la vision et ainsi la théorie du facteur tau appliquée au salto
arrière (Lee, 1992 ; Bardy, 1998) ; en effet l’orientation de la tête vers le
haut à ces instants ne favorisant pas une prise d’information sur
l’environnement, et en particulier sur le plan formé par le sol. En revanche,
80ms avant le dégrouper, on constate que Tci est maximal. Il s’opère alors
une coïncidence entre le repérage théorique de la stimulation des récepteurs
articulaires et l’évolution de la force de liaison en terme de cisaillement
seulement ; en effet la composante de compression présente un minimum
Tci min 60ms après, donc
plus tardivement. Malgré tout, le maximum de Tci, 80ms avant le dégrouper, tend
à conforter la conjecture selon laquelle les efforts inter-segmentaires sont à
l’origine de ce dégrouper. Toutefois celle-ci ne peut être validée, et par
conséquent n’être conforme à la réalité du geste, que dans la mesure où l’on a
identifié les causes du maximum de Tci et vérifié que ces causes
confortent la corrélation entre dégrouper et force de liaison.
L’application du principe fondamental de la dynamique dans le
repère non-inertiel lié au tronc a ainsi pour objet de préciser les
déterminants de la force de liaison en relation avec, à la fois le mouvement du
tronc par rapport au repère du laboratoire, et le mouvement de la tête par
rapport au tronc. Le maximum de Tci s’avère être dû à la force
d’entraînement –mttacy. Les autres termes
constituant la force de liaison (–mttacy
et mttaGtt/R’) ont une action négligeable
sur Tci. L’intensité de
la stimulation des récepteurs articulaires est ainsi conséquente au mouvement
du système entraînant la tête, c’est-à-dire au mouvement du tronc. Le mouvement
de la tête par rapport au tronc caractérisé par mttaGtt/R’ et créant le mttacy n’intervient, quant à lui, que peu sur la force
de liaison à cet instant.
Ce constat met en avant une possible contribution de
l’approche mécanique à la compréhension des sensations du gymnaste lors du
salto ; mais cette contribution ne peut se finaliser qu’en déterminant
l’ensemble des éléments pris en compte par l’athlète pour commander son
mouvement. La perspective à ce travail est donc l’étude des autres récepteurs
sensoriels ou, en d’autres termes, l’étude des interactions multi-modales
(Berthoz, 1997). D’autres paramètres, d’autres méthodes de calcul et par
conséquent d’autres repères sont à utiliser. Berthoz émet d’ailleurs
l’hypothèse que le cerveau change trois fois de référentiels. Cette notion de
référentiel est à différencier des repères locaux présents dans notre analyse
mécanique. Le référentiel renvoie ici à la nature de l’information. Ainsi il
distingue les référentiels égocentrique, allocentrique et celui lié à l’espace
extérieur : la gravité ; et affirme alors que « l’enjeu est de comprendre quels
référentiels utilise le cerveau et s’il le fait dans le sens que donnent à ce
concept les mathématiques » (Berthoz, 1997, 109). Il serait donc pertinent que
l’analyse mécanique des récepteurs sensoriels soit mise en correspondance avec
cette notion de référentiel afin que l’on puisse déterminer le ou les
référentiels dont dispose l’athlète pour exécuter son salto arrière.
Conclusion
La quantification de la force de liaison avec la prise en
compte du délai nécessaire à la réponse motrice a mis en évidence que la force
de cisaillement dépendant principalement du mouvement du tronc pouvait
constituer le signal de dégrouper. Une analyse mécanique de la rotation de
l’athlète n’aurait abouti qu’à la détermination des paramètres cinématique,
cinétique, dynamique de rotation du système polyarticulé et de ses
sous-systèmes. Or comprendre le phénomène de dégrouper ne peut se satisfaire du
constat du mouvement ; ce n’est pas en évaluant les conséquences de l’activité
motrice que l’on peut appréhender les mécanismes à l’origine de cette
activité.
C’est pourquoi ce travail, analysant une des stimulations du
système proprioceptif, s’inscrit dans une approche mécanique plus globale des
sensations du gymnaste, avec pour finalité l’analyse de tous les systèmes
sensoriels utilisés dans le contrôle de la posture.
Glossaire
R(O,X,Y,Z) : référentiel galiléen
d’origine O tel que
(OY) représente l’axe horizontal,
(OZ) représente l’axe vertical,
et (OX) représente l’axe transversal orthogonal au plan du
mouvement.
R*(G,X,Y,Z) : repère de
Koënig
R’(GTronc,X’,Y’,Z’) : repère non inertiel d’origine
GTronc tel que
GTronc Z’
est porté par l’axe longitudinal du tronc passant par
GTronc
GTronc X’
est porté par l’axe transversal du tronc passant par
GTronc,
et Y’=Z’∧ X’.
R’’(Gtt,X’’,Y’’,Z’’) :
repère non inertiel d’origine Gtt tel que
Gtt Z’’
est porté par l’axe longitudinal de la tête passant par
Gtt.
Gtt X’’
est porté par l’axe transversal du tronc passant par
Gtt,
et Y’’=Z’’∧ X’’.
g : vecteur
pesanteur.
Si : segment i indéformable articulé par une
liaison de type pivot à un degré de liberté.
Oi : centre de rotation du segment
Si.
OG et
OGi : vecteurs position
respectivement du centre de gravité du système et du segment
Si.
m et mi : masses respectivement du système et
du segment Si.
IG et Ii : moments d’inertie
respectivement du système en G et du segment Si en
Gi par rapport à (OX).
ρi : rayon de giration du segment
Si.
VG/R et
VGi/R : vecteurs vitesse
linéaire respectivement de G et Gi.
aG/R et
aGi/R : vecteurs
accélération linéaire respectivement de G et Gi.
θi :
position angulaire du segment Si par rapport à (OX).
ωi/R :
taux de rotation du segment Si par rapport à R.
γi/R :
accélération angulaire du segment Si par rapport à R.
Ptt et
mtt : vecteur poids et masse de la tête
respectivement.
Gtt : centre de gravité de la tête.
VGtt/R et
VGtt/R’ : vecteurs
vitesse linéaire du centre de gravité de la tête dans R et R’
respectivement.
aGtt/R et
aGtt/R’ : vecteurs
accélération linéaire du centre de gravité de la tête dans R et R’
respectivement.
GTronc : centre de gravité du tronc.
VGTronc/R
: vecteur vitesse linéaire du centre de gravité du tronc dans R.
aGTronc/R
: vecteur accélération linéaire du centre de gravité du tronc dans R.
ae/R :
vecteur accélération d’entraînement.
ac/R :
vecteur accélération de coriolis.
T : vecteur force de
liaison tête / tronc.
Tci : composante de
cisaillement du vecteur force de liaison T
Tco : composante de
compression du vecteur force de liaison T
Fe : vecteur force
d’inertie d’entraînement.
Fc : vecteur force
d’inertie de coriolis.
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NOTES
[*]
mathieu. boucher@ etu. univ-poitiers. fr
- decatoir@ etu. univ-poitiers. fr -
Rhida. Jeddi@
issep-ks. rnu. tn
mathieu. boucher@ etu. univ-poitiers. fr
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