Biomécanique et sport

 

Primo contributeur Thierry BLANCON 2023

 

Photographie tirée du livre “atlas des Ganges  

und Laufes des Menschen” de Nikolai Bernstein 1929  

De la mécanique à la biomécanique 

La mécanique est une science qui trouve des origines aussi lointaines que l’Homme s’est intéressé au monde qui l’entourait... Chaque coin, chaque recoin de ce monde est le siège d’un événement de nature mécanique. Qu’il s’agisse d'une faille sismique qui, dans son instabilité, déclenche un tsunami ou de l’ordinaire chute des feuilles en automne, il faut passer par un prisme mécanique pour en appréhender le mécanisme. 

Siècles après siècles, de civilisations en civilisations, les physiciens, qui étaient aussi de grands mathématiciens, ont su observer des phénomènes pour leur donner une explication rationnelle. Isaac NEWTON, inspiré par la chute d’une pomme, en est certainement un des exemples les plus célèbres. Ce fait divers a enclenché, chez lui, une réflexion qui a lui a permis d’énoncer, dès la fin du dix-septième siècle, trois lois fondamentales de la mécanique classique. Des centaines de scientifiques ont fait progresser notre compréhension de la mécanique sur plusieurs millénaires, soit par les concepts qu’ils développaient, soit par les méthodes de calcul qui permettent encore aujourd’hui de quantifier un fait mécanique. 

Dans une majorité de cas, c’est une vision plurifactorielle et systémique qu’il faut avoir autour d’une énigme de mouvement qui retient l’attention. Les battement des ailes d’une mouche sont étroitement liés à sa fréquence respiratoire. Il faut, dans ce cas, associer la mécanique à la biologie. C’est un exemple qui justifie le mot “biomécanique”. Et en matière sportive, la biomécanique est au centre de la gestuelle, voire de la locomotion. Elle va jusqu’à conditionner la mécanique des machines que nous utilisons dans les pratiques sportives. C’est la notion d’ergonomie qui doit être alors associée au terme de “biomécanique”. Pour exemple, la bicyclette est une création de l’Homme pour ses besoins mais la forme et le fonctionnement de cette machine sont adaptés à la biomécanique humaine. Dans des temps plus anciens où l’on assimilait la machine humaine à une machine simple, les cabinets de rééducation étaient principalement constitués de poulies et de masses. Cette configuration appartient au passé. Les cabinets actuels sont équipés pour traiter à la fois l’équilibre, l’adresse, la plasticité corporelle, la force, la vitesse et l’endurance à parts égales et de façon combinatoire. Le corps est traité dans son entité. C’est une prospective d’avenir pour la biomécanique. 

La maîtrise de rudiments de mécanique et, par extension, de biomécanique. Dans le processus, il s’agit d’observer un fait, d’en constater les effets puis d’en expliquer les causes. Le but étant, pour l’entraîneur, d’être en mesure de comprendre le geste sportif qu’il voit, de le rationaliser afin de déclencher ou réitérer ce geste avec un maximum d’efficacité et sans risque de blessures. C’est ce que Georges DEMENY, dès la fin du dix-neuvième siècle a initié par ses recherches. Son livre “Mécanisme et éducation des mouvements” est riche en expérience ! La démarche s’avère complète lorsqu'on se souvient qu’elle coïncide avec les débuts des images animées, le cinéma. La biomécanique se mets alors en mouvement et apporte ainsi une source de détails alors inégalée. Les propos de Georges DEMENY restent encore d’actualité. Ce sont juste les moyens technologiques actuels qui augmente l’acuité de nos l’observation et/ou de notre compréhension des mouvements. Ils répondent ainsi aux exigences du sport moderne. L’analyse des pratiques y a beaucoup gagné. 

A noter les travaux méconnus de Nikolaï Aleksandrovitch BERNSTEIN. Ce dernier très inspiré par Jules MAREY et Georges DEMENY a engagé, dans la première partie du vingtième siècle, des études qui s’inscrivent dans cette filiation. Il a observé la locomotion humaine et tout un tas de gestes sportifs ou de la vie courante. L'observation, via un cyclogramme, d’un homme martelant une pièce de métal avec un burin et un marteau reste sans doute l’expérience la plus connue que l’on associe à BERNSTEIN. L’adaptation posturale qu’un individu adopte en amont d’un geste interpellait ce chercheur... Pour exemple, le passeur au volley-ball adopte un placement particulier avant de réceptionner et repousser la balle avec ses mains. On peut parler d’une ergonomie d’attitude. Avant que la balle entre en contact avec ses doigts, il se place légèrement en dessous d'elle dans une posture favorable au meilleur renvoi. Dans cette anticipation, la totalité du corps est engagée. 

La biomécanique moderne va bien au-delà de la seule mécanique appliquée au corps humain. Ces cinquante dernières années, les biomécaniciens ont mesuré avec succès des temps de contact, des vitesses de rotations, des tensions ou encore des accélérations. Rien de tout cela est obsolète mais des concepts tels que la préférence motrice, le confort dans le mouvement complètent avantageusement ces données. 

C’est en 1896 que le baron Pierre de COUBERTIN rénove les Jeux Olympiques de l’Antiquité. Au travers de cet événement mondial, les nations veulent s’affirmer. Il s’agit alors de réfléchir à des pistes d’optimisation de la performance sportive. Au-delà de la conception de plans d’entraînement de plus en plus élaborés, l’observation de la performance sportive et son traitement par la biomécanique se révèle comme un avantage. C’est encore le cas aujourd’hui. Cette science intéresse un grand nombre de protagonistes de la performance sportive. Les entraîneurs, les médecins, les masseurs kinésithérapeutes, les ergothérapeutes, les ingénieurs en charge de la conception de machines de musculation ou de rééducation font de la biomécanique un outil incontournable. 

Les études biomécaniques de toutes sortes foisonnent. Et pourtant, en interrogeant les entraîneurs, voire les masseurs kinésithérapeutes, les réponses montrent que ces études ne sont pas très consultées. Manque de temps, négligence, mauvaise diffusion de l’information, difficultés à décoder pour en tirer des applications de terrain ? La question est posée car il n’est pas nécessaire d’être un expert en mathématique ou en physique, ou encore en biologie, pour analyser, justifier et/ou quantifier un geste sportif. C’est une démarche accessible au plus grand nombre.  

 

Voir aussi 

Références 

1. Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, Coggan AR. Validation of a mathematical model for road cycling power. J Appl Biomech. 1998 Nov;14(4):276-91. 

2 : Linthorne NP. Energy system contribution during track cycling. J Sports Sci. 2000 Nov;18(11):901-8.  

3. Korff T, Romer LM, Mayhew I, Martin JC. Effect of pedaling technique on mechanical effectiveness and efficiency in cyclists. Med Sci Sports Exerc. 2007 Nov;39(11):991-5. 

4. Schiffer T, Knicker A, Hoffman U, Harwig B, Hollmann W, Struder HK. Physiological responses to cycling with different pedaling techniques. Eur J Appl Physiol. 2010 Jul;109(4):659-66. 

5. Debraux P, Lignier S, L'Hermette M, Bertucci W. Aerodynamic drag of different cyclist positions in a simulated sprint. Scand J Med Sci Sports. 2016 Jun;26(6):657-65. 

6. Raberg M, Ekblom MM, Martin C, Örtenblad N. Effect of cycling equipment on cycling performance in overweight adults. J Strength Cond Res. 2018 Dec;32(12):3460-3467. 

 

Bibliographie 

Générale 

Les lexiques, placés à la fin des trois ouvrages suivants, donnent de nombreuses définitions de termes fréquemment utilisés en biomécanique. Cette liste n’est pas exhaustive. 

Cyclisme 

Voici quelques autres références scientifiques qui peuvent fournir une base solide sur la biomécanique du cyclisme pour ceux qui souhaitent approfondir leur compréhension du cyclisme : 

 

 

 

Liens 

La Biomécanique - Tu mourras moins bête - ARTE 

Doc ARTE La Biomécanique - Tu mourras moins bête 

https://images.cnrs.fr/video/303 

Georges Demeny et les origines sportives du cinéma 

Nicolas Bernstein 

The Scientific Bases of Physical Culture 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-007-A/ 

Doc ARTE L'escalade et le jerk 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-004-A/culture-physique/ 
Doc ARTE Le skateboard et l’équilibre 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-003-A/culture-physique/ 

Doc ARTE Le sprint et la loi de la dynamique 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-001-A/culture-physique/ 

Doc ARTE La perche et l’énergie 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-005-A/culture-physique/ 

Doc ARTE Le vélo et la puissance 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-002-A/culture-physique/ 

Doc ARTE La natation et la trainée 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-009-A/culture-physique/ 

Doc ARTE Le tennis de table et l’effet Magnus 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-008-A/culture-physique/ 

Doc ARTE L’aviron et les leviers 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-006-A/culture-physique/ 

Doc ARTE Le trampoline et le moment cinétique 

https://www.arte.tv/fr/videos/100100-010-A/culture-physique/ 

Doc ARTE La planche à voile et la portance 

Pics de Force enregistrés à l’aide d’une plateforme dans différentes situations d’entraînement, Doc PDF 

https://en.wikipedia.org/wiki/Nikolai_Bernstein 

Doc Wikipédia 

https://iconotheque.insep.fr/insep/app/photopro.sk/insep/ 

Site de l’iconothèque de l’INSEP, dirigé par Julien FARAUT, Chargé de collections patrimoniales au Pôle Formation/Unité production et diffusion des connaissances est riche en illustration de l’histoire des sports. 

Galerie photographique