Relation entre la performance et la cinétique de l'appui, au cours d'un virage en ski alpin.

par Clément Delhaye

Projet de thèse en Biologie de la Motricité

Sous la direction de Frédérique Hintzy ép. hintzy-cloutier.

Thèses en préparation à Chambéry , dans le cadre de École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry) , en partenariat avec Laboratoire Interuniversitaire de Biologie de la Motricité (laboratoire) depuis le 15-11-2017 .


  • Résumé

    Ce projet de recherche s'inscrit dans un projet de thèse universitaire de 3 ans, et s'ancre dans la continuité du travail de Thèse de Thomas Falda ayant pour but de développer et valider une plateforme de force embarquée pour l'analyse des contraintes mécaniques in situ appliquées en ski alpin. Avant le développement de ce capteur, quelques études se sont intéressées à la mesure des contraintes mécaniques entre le skieur et le ski grâce à l'utilisation de plateforme de force (Hull et Mote 1974, Kiefmann et al. 2006 et Meyer 2011). Qu'elles soient récentes ou non les solutions techniques développées pour ces expérimentations fournissent des données précises et répétables, mais l'encombrement du capteur de part sa masse, sa taille, la surélévation de la chaussure, l'alimentation du capteur ou les connexions filaires dénature de façon majeure l'activité. Une majorité d'études utilisent donc des semelles de pression placées à l'intérieur de la chaussure pour mesurer les contraintes mécaniques en ski alpin. (Lafontaine et al. 1998, Lamontagne 2001). Cette méthode est plus facile à mettre en œuvre et ne dégrade que très peu la pratique, néanmoins les semelles ne mesurent que la composante normale de la force qui leur est appliquée et négligent donc les forces appliqués sur le collier ou les cotés de la chaussure. Ceci induit une sous-estimation de la mesure de l'ordre de 21 à 51 % (Striker 2010). Le capteur développé en partie au sein du LIBM ces 3 dernières années est suffisamment fin (6.0 mm) et léger (1.25 kg), pour ne pas dénaturer la pratique. De plus sa construction en deux parties contrairement aux plaques rigides habituellement utilisées pour les plateformes de force ski, permet le travail en flexion du ski sous la chaussure. L'utilisation du capteur développé et validé (Publications en cours) durant le travail de thèse de T. Falda, nous permettra donc d'observer écologiquement les contraintes mécaniques de la chaussure et de la fixation lors d'un appui en ski alpin. L'objectif de ce projet est donc d'investiguer les caractéristiques du signal de forces et moments 3D lors d'un appui en ski alpin, de façon à définir et expliquer les paramètres discriminants de réussite d'un virage. L'absence d'outils performants pour mesurer les contraintes mécaniques en ski alpin sans dénaturer la pratique est à l'origine du manque de connaissance de ces signatures de force en ski alpin. A l'inverse, d'autres disciplines sportives plus traditionnelles, comme la course à pied, sont très largement étudiées et les contraintes mécaniques sont bien connues (Cavanagh et Lafortune 1980). En effet l'étude de la cinétique d'appui en course à pied et notamment des forces de réaction au sol est un champ de recherche ancien de la biomécanique sportive (Fenn 1930a). Les études dans ce domaine sont toujours nombreuses et permettent de mieux décrire et comprendre la pratique sportive mais également de prévenir les risques de blessures ou d'optimiser le matériel sportif. Ces études ont permis de tracer avec précision l'évolution des forces dans les 3 dimensions de l'appui en fonction du temps. Ces courbes répétables dans leurs formes mais dont les valeurs varient en fonctions des sujets et des conditions, peuvent être considérées comme des signatures de force. Les travaux de Cavanagh et Lafortune (1980), Giandolini et al. (2014), Morin et al. 2010, Shorten et Mientjes (2011) et bien d'autres ont notamment permis de corréler des caractéristiques de ces signatures de force avec des caractéristiques de la pratique. La définition précise de cette signature de force en course à pied a permis d'optimiser les méthodes d'entrainement permettant par exemple aux entraineurs d'évaluer la performance de la foulée des athlètes. Elle a également permis de développer et de tester du matériel sportif sur des critères de performance ou de sécurité du coureur. Enfin la quantification du niveau d'impact par cette méthode permet de décrire le risque pathologique de la foulée d'un coureur. Ce projet scientifique a donc pour but la définition de la signature de force et des critères de cette signature, associés à la performance pour le ski alpin. Puis, à la manière de la course à pied, ces résultats pourront être transférés vers différents enjeux sociétaux, tel que l'entrainement du sportif, la prévention des blessures, l'apprentissage de la discipline ou le développement de matériel. La littérature scientifique dans le domaine du ski alpin permet de fonder quelques bases de notre reflexion néanmoins la plupart des résultats (i) sont obtenus avec des semelles de pression, (ii) ne mesurent que la dimension verticale et (iii) sont souvent réalisés avec peu de sujets. Ainsi la répartition des pressions dans la chaussure semble dépendre du niveau de ski du skieur (Scheiber et al. 2006, Keränen et al. 2010) : plus le niveau du sujet est élevé, plus la charge appliquée au ski extérieur est importante. On relève aussi qu'une augmentation de la pente induit une diminution du rayon de virage et donc de la vitesse de passage (Supej et al. 2015), mais aussi une augmentation de Fz (force normale au ski) sur le ski extérieur (Falda-Buscaiot et al. 2017). Fz semble également être modifié par le tracé (Reid 2010), la technique de ski (Nakazato et al. 2011) ou la position du skieur (Federolf et al. 2008). Tous ces exemples nous laissent penser que les forces et moments de force au cours d'un virage varient grandement avec le niveau du skieur, et donc qu'il est possible de définir les paramètres discriminants de la performance en ski alpin.

  • Titre traduit

    Relation between skier's performance and kinetics during turn in alpine skiing.


  • Résumé

    This thesis project is a succession of Thomas Falda's thesis concerning the development and the validation of an on-board force plate to analyse the mechanicals strains in alpine skiing. Before the development of this sensor few studies assessed the mechanicals strain between the skier and the ski with force-plate (Hull et Mote 1974, Kiefmann et al. 2006 et Meyer 2011). But the prototypes used for these studies although our precision and repeatability, was too cumbersome and heavy for be skiing by elite skier in race condition. Most of studies used pressure insole for assess the mechanicals strains in alpine skiing. This methods is easier to set up and don't degrade activity. However pressure insole measure only the normal component of the Ground Reaction Force (GRF), this induce an underestimation of the force of 21 to 51% depending the level of the skier (Striker 2010). The sensor developed in part within the LIBM is enough thin (6.mm) and light (1,25kg) which doesn't affect the activity. The aims of the thesis is to investigate characteristics of force and torque during a turn in alpine skiing in order to describe the discriminant parameters of success of a turn. In other sports discipline like running mechanical strains are widely studied (Cavanagh and Lafortune 1980), these works allows to describe and understand the activity but also to prevent injuries or improves equipment. The ground reaction force curve have repeatable shape which can be consider as force signature. Some studies (Cavanagh and Lafortune (1980), Giandolini et al. (2014), Morin et al. 2010, Shorten et Mientjes (2011)) allows to correlate force signature with activity characteristics such as speed, foot strike patten, slope… The aim of this thesis is define the force signature and keys parameters of this signature witch are associated with performance criteria in alpine ski. Then just as running this result can be transfer to other issues as elite skier coaching, injuries prevention or equipment development.