Biomécanique dans le sport | Arquidia Mantina

Introduction

La biomécanique dans le sport intègre une analyse détaillée des mouvements sportifs afin de minimiser le risque de blessure et d’améliorer les performances sportives. La biomécanique du sport et de l’exercice englobe le domaine scientifique concerné par l’analyse de la mécanique du mouvement humain. Elle fait référence à la description, à l’analyse détaillée et à l’évaluation du mouvement humain pendant les activités sportives. La mécanique est une branche de la physique qui s’intéresse à la description du mouvement et à la façon dont les forces créent le mouvement. En d’autres termes, la biomécanique sportive est la science qui explique comment et pourquoi le corps humain se déplace de la manière dont il le fait. Dans le domaine du sport et de l’exercice, cette définition est souvent étendue pour prendre en compte l’interaction entre l’exécutant, son équipement et son environnement. La biomécanique est traditionnellement divisée en deux domaines : la cinématique, qui est une branche de la mécanique traitant de la géométrie du mouvement des objets, y compris le déplacement, la vitesse et l’accélération, sans tenir compte des forces qui produisent le mouvement, et la cinétique, qui est l’étude des relations entre le système de forces agissant sur un corps et les changements qu’il produit dans le mouvement du corps. En termes de cela, il y a des considérations squelettiques, musculaires et neurologiques que nous devons également prendre en compte lorsque nous décrivons la biomécanique.

Application

Selon Knudson, la performance du mouvement humain peut être améliorée de plusieurs façons car le mouvement efficace englobe des facteurs anatomiques, des compétences neuromusculaires, des capacités physiologiques et des capacités psychologiques/cognitives. La biomécanique est essentiellement la science de la technique du mouvement et, en tant que telle, elle tend à être plus utilisée dans les sports où la technique est un facteur dominant plutôt que la structure physique ou les capacités physiologiques. Voici quelques-uns des domaines où la biomécanique est appliquée, soit pour soutenir la performance des athlètes, soit pour résoudre des problèmes dans le sport ou l’exercice :

L’identification de la technique optimale pour améliorer la performance sportive
L’analyse de la charge corporelle pour déterminer la méthode la plus sûre pour effectuer une tâche sportive ou d’exercice particulière
L’évaluation du recrutement et de la charge musculaire
L’analyse des équipements de sport et d’exercice, par ex, chaussures, surfaces et raquettes.

La biomécanique est utilisée pour tenter soit d’améliorer la performance, soit de réduire le risque de blessure dans les tâches sportives et d’exercice examinées.

Principes de la biomécanique

Il est important de connaître plusieurs termes et principes biomécaniques lors de l’examen du rôle de la biomécanique dans le sport et l’exercice.

Forces et couples

Une force est simplement une poussée ou une traction et elle modifie le mouvement d’un segment du corps ou de la raquette. Le mouvement est créé et modifié par l’action des forces (principalement les forces musculaires, mais aussi par les forces externes de l’environnement). Lorsqu’une force fait tourner un segment du corps ou la raquette, cet effet est appelé couple ou moment de force. Exemple – Les muscles créent un couple pour faire tourner les segments du corps dans tous les coups de tennis. Dans l’action de service, la rotation interne de la partie supérieure du bras, si importante pour la puissance du service, est le résultat d’un couple de rotation interne au niveau de l’articulation de l’épaule causé par l’action des muscles (latissimus dorsi et certaines parties du grand pectoral et du deltoïde). Pour faire tourner un segment avec plus de puissance, un joueur applique généralement une plus grande force musculaire.

Les lois du mouvement de Newton

Les trois lois du mouvement de Newton expliquent comment les forces créent le mouvement dans le sport. Ces lois sont généralement appelées les lois de l’inertie, de l’accélération et de la réaction.

Loi de l’inertie – La première loi de l’inertie de Newton stipule que les objets ont tendance à résister aux changements de leur état de mouvement. Un objet en mouvement aura tendance à rester en mouvement et un objet au repos aura tendance à rester au repos, sauf s’il est soumis à une force. Exemple – Le corps d’un joueur qui sprinte rapidement sur le terrain aura tendance à vouloir conserver ce mouvement à moins que des forces musculaires ne viennent à bout de cette inertie ou un patineur glissant sur la glace continuera à glisser avec la même vitesse et dans la même direction, sauf action d’une force extérieure.
Loi de l’accélération – La deuxième loi de Newton explique précisément la quantité de mouvement que crée une force. L’accélération (tendance d’un objet à changer de vitesse ou de direction) que subit un objet est proportionnelle à l’importance de la force et inversement proportionnelle à la masse de l’objet (F = ma). Exemple – Lorsqu’un ballon est lancé, botté ou frappé avec un instrument, il a tendance à se déplacer dans la direction de la ligne d’action de la force appliquée. De même, plus la force appliquée est importante, plus la vitesse du ballon est élevée. Si un joueur améliore la force de ses jambes par l’entraînement tout en conservant la même masse corporelle, il aura une plus grande capacité à accélérer le corps à l’aide de ses jambes, ce qui se traduira par une meilleure agilité et une plus grande vitesse. Ceci est également lié à la capacité de rotation des segments, comme mentionné ci-dessus.
Loi de réaction – La troisième loi stipule que pour chaque action (force), il existe une force de réaction égale et opposée. Cela signifie que les forces n’agissent pas seules, mais se produisent en paires égales et opposées entre des corps en interaction. Exemple – La force créée par les jambes qui « poussent » contre le sol entraîne des forces de réaction au sol dans lesquelles le sol « repousse » et permet au joueur de se déplacer sur le terrain (comme la Terre est beaucoup plus massive que le joueur, ce dernier accélère et se déplace rapidement, alors que la Terre n’accélère pas vraiment et ne se déplace pas du tout). Cette action-réaction se produit également lors de l’impact avec la balle, car la force appliquée à la balle correspond à une force égale et opposée appliquée à la raquette/au corps.

Momentum

La deuxième loi de Newton est également liée à la variable momentum, qui est le produit de la vitesse et de la masse d’un objet. Le momentum est essentiellement la quantité de mouvement que possède un objet. La quantité de mouvement peut être transférée d’un objet à un autre. Il existe différents types de momentum qui ont chacun un impact différent sur le sport.

Momentum linéaire

Le momentum linéaire est un momentum en ligne droite, par exemple, le momentum linéaire est créé lorsque l’athlète sprinte en ligne droite sur la ligne droite du 100 m sur la piste.

Momentum angulaire

Le momentum angulaire est un momentum rotatif et est créé par les rotations des différents segments du corps, par exemple, le coup droit en position ouverte utilise un momentum angulaire important. L’augmentation considérable de l’utilisation du moment angulaire dans les coups de fond et les services a eu un impact significatif sur le jeu de tennis. L’une des principales raisons de l’augmentation de la puissance du jeu aujourd’hui est l’incorporation du moment angulaire dans les techniques de frappe au sol et de service. Au tennis, le momentum angulaire développé par l’action coordonnée des segments du corps se transfère au momentum linéaire de la raquette à l’impact.

Centre de gravité

Le centre de gravité (COG) est un point imaginaire autour duquel le poids du corps est uniformément réparti. Le centre de gravité du corps humain peut changer considérablement car les segments du corps peuvent déplacer leurs masses avec les rotations des articulations. Ce concept est essentiel pour comprendre l’équilibre et la stabilité et comment la gravité affecte les techniques sportives.

La direction de la force de gravité à travers le corps est vers le bas, vers le centre de la terre et à travers le COG. Cette ligne de gravité est importante à comprendre et à visualiser pour déterminer la capacité d’une personne à maintenir avec succès son équilibre. Lorsque la ligne de gravité tombe en dehors de la base d’appui (BOS), alors une réaction est nécessaire pour rester en équilibre.

Le centre de gravité d’une raquette de squash est un processus beaucoup plus simple et peut généralement être trouvé en identifiant le point où la raquette s’équilibre sur votre doigt ou un autre objet étroit.

L’équilibre

L’équilibre est la capacité d’un joueur à contrôler son équilibre ou sa stabilité. Vous devez avoir une bonne compréhension de l’équilibre statique et dynamique :

Equilibre statique

La capacité de contrôler le corps lorsque celui-ci est immobile. C’est la capacité de maintenir le corps dans une certaine posture fixe. L’équilibre statique est la capacité de maintenir la stabilité posturale et l’orientation avec le centre de masse au-dessus de la base d’appui et le corps au repos.

Equilibre dynamique

La capacité de contrôler le corps pendant le mouvement. Définir la stabilité posturale dynamique est plus difficile, L’équilibre dynamique est la capacité de transférer la projection verticale du centre de gravité autour de la base d’appui. L’équilibre dynamique est la capacité à maintenir la stabilité posturale et l’orientation avec le centre de masse au-dessus de la base d’appui pendant que les parties du corps sont en mouvement.

Biomécanique correcte

Comme mentionné ci-dessus, une biomécanique correcte permet un mouvement efficace et peut réduire le risque de blessure. Dans le sport, il est toujours bon de considérer une biomécanique anormale ou défectueuse comme une cause possible de blessure. Ces biomécaniques anormales peuvent être dues à des anomalies anatomiques ou fonctionnelles. Les anomalies anatomiques, telles que les écarts de longueur de jambe, ne peuvent pas être modifiées, mais les effets secondaires peuvent être traités, par exemple par l’ajout de chaussures ou d’orthèses. Les anomalies fonctionnelles qui peuvent se produire peuvent être des déséquilibres musculaires après une longue période d’immobilisation.

En biomécanique, on fait souvent référence aux différents plans de mouvement et axes. Jetez un coup d’œil à cette vidéo, pour vous rafraîchir la mémoire.

Une technique incorrecte peut provoquer une biomécanique anormale qui peut entraîner des blessures. Vous trouverez ci-dessous quelques exemples de la relation entre une technique défectueuse et les blessures associées.

Sport	Technique	Blessure
Cricket	Action de bowling mixte	Fractures de stress du muscle interarticulaire
Tennis	Action excessive du poignet en revers	Tendinopathie de l’extenseur du coude
Natation	Diminution de la rotation externe de l’épaule	Tendinopathie de la coiffe des rotateurs
Course à pied	Basculement antérieur du bassin	Lésions des ischio-jambiers
Course à pied	Changement du côté de l’arc au côté de la course. côté	Fractures de stress du tibia
Ballet	Mauvaise rotation	Blessures de la hanche

Biomécanique des membres inférieurs

En tant qu’humains, la déambulation est notre principale forme de mouvement, c’est-à-dire que nous marchons debout et sommes très dépendants de nos jambes pour nous déplacer. La façon dont le pied frappe le sol et l’effet d’entraînement que cela a sur les membres inférieurs au niveau du genou, des hanches, du bassin et du bas du dos en particulier est devenu un sujet de débat et de controverse ces dernières années.

La biomécanique des membres inférieurs fait référence à une interaction complexe entre les articulations, les muscles et le système nerveux qui aboutit à un certain schéma de mouvement, souvent appelé « alignement ». Une grande partie du débat porte sur ce qui est considéré comme « normal » et ce qui est considéré comme « anormal » en termes biomécaniques, ainsi que sur la mesure dans laquelle nous devons intervenir si des résultats anormaux sont trouvés lors de l’évaluation. Cette section examine la biomécanique de l’extrémité inférieure en particulier l’anatomie et la biomécanique du pied et de la cheville, l’impact de l’angle Q sur la mécanique de la hanche et du genou et enfin les implications de ceci sur la marche.

Biomécanique du pied et de la cheville

Le pied et la cheville forment un système complexe qui se compose de 26 os, 33 articulations et plus de 100 muscles, tendons et ligaments. Ils fonctionnent comme une structure rigide pour supporter le poids et ils peuvent également fonctionner comme une structure flexible pour se conformer à un terrain irrégulier. Le pied et la cheville remplissent diverses fonctions importantes, notamment : le soutien du poids du corps, l’équilibre, l’absorption des chocs, le transfert des forces de réaction au sol, la compensation d’un mauvais alignement proximal et la substitution de la fonction de la main chez les personnes ayant subi une amputation ou une paralysie des extrémités supérieures, toutes ces fonctions étant essentielles lors de tout exercice ou sport impliquant les membres inférieurs. Cette page examine en détail la biomécanique du pied et de la cheville et son rôle dans la locomotion . Aller à la page

Angle Q

Une compréhension des caractéristiques anatomiques et biomécaniques normales de l’articulation fémoro-patellaire est essentielle à toute évaluation de la fonction du genou. L’angle Q formé par le vecteur de la traction combinée du muscle quadriceps femoris et du tendon rotulien, est important en raison de la traction latérale qu’il exerce sur la rotule .

La direction et l’ampleur de la force produite par le muscle quadriceps ont une grande influence sur la biomécanique de l’articulation fémoro-patellaire. La ligne de force exercée par le quadriceps est latérale à la ligne articulaire principalement en raison de la grande surface de section transversale et du potentiel de force du vaste latéral. Puisqu’il existe une association entre la pathologie fémoro-patellaire et un alignement latéral excessif de la rotule, l’évaluation de la ligne latérale globale de traction du quadriceps par rapport à la rotule est une mesure clinique significative. Cette mesure est appelée » angle du quadriceps » ou » angle Q « . Elle a été initialement décrite par Brattstrom . Aller à la page

Biomécanique de la marche

Sandra J. Shultz décrit la marche comme : « …la manière de se déplacer ou de locomotion d’une personne, implique l’ensemble du corps. La vitesse de la marche détermine la contribution de chaque segment du corps. La vitesse de marche normale implique principalement les extrémités inférieures, les bras et le tronc assurant la stabilité et l’équilibre. Plus la vitesse est rapide, plus le corps dépend des extrémités supérieures et du tronc pour la propulsion ainsi que pour l’équilibre et la stabilité. Les jambes continuent à faire le plus gros du travail car les articulations produisent une plus grande amplitude de mouvement grâce à des réponses musculaires plus importantes. Dans le système bipède, les trois principales articulations du bas du corps et du bassin travaillent les unes avec les autres tandis que les muscles et l’élan font avancer le corps. Le degré de déplacement du centre de gravité du corps pendant la translation vers l’avant définit l’efficacité. Le centre du corps se déplace à la fois d’un côté à l’autre et de haut en bas pendant la marche. » La marche bipède est une caractéristique importante de l’homme. Cette page présentera des informations sur les différentes phases du cycle de la marche et les fonctions importantes du pied pendant la marche . Aller à la page

Biomécanique du membre supérieur

Une biomécanique correcte est aussi importante dans les activités du membre supérieur que dans celles du membre inférieur. Les capacités du membre supérieur sont variées et impressionnantes. Avec la même structure anatomique de base du bras, de l’avant-bras, de la main et des doigts, les lanceurs de la ligue majeure de baseball lancent des balles rapides à 40 m/s, les nageurs traversent la Manche, les gymnastes réalisent la croix de fer, et les boxeurs olympiques dans les catégories de poids allant du poids mouche au poids super lourd ont montré une gamme de 447 à 1 066 livres de force de frappe maximale.

La structure du membre supérieur est composée de la ceinture scapulaire et du membre supérieur. La ceinture scapulaire est constituée de l’omoplate et de la clavicule, et le membre supérieur est composé du bras, de l’avant-bras, du poignet, de la main et des doigts. Cependant, une chaîne cinématique s’étend de la colonne cervicale et thoracique supérieure jusqu’au bout des doigts. Ce n’est que lorsque certains segments multiples sont complètement fixés que ces parties peuvent éventuellement fonctionner indépendamment dans des rôles mécaniques.

Cette section passe en revue les structures anatomiques permettant ces différents types de mouvement et examine la biomécanique ou les façons dont les muscles coopèrent pour réaliser la diversité de mouvement dont l’extrémité supérieure est capable.

Rythme scapulo-huméral

Le rythme scapulo-huméral (également appelé rythme gléno-huméral) est l’interaction cinématique entre l’omoplate et l’humérus, publiée pour la première fois par Codman dans les années 1930. Cette interaction est importante pour le fonctionnement optimal de l’épaule. Un changement de la position normale de la scapula par rapport à l’humérus peut entraîner un dysfonctionnement du rythme scapulo-huméral. Le changement de la position normale est également appelé dyskinésie scapulaire. Diverses études du mécanisme de l’articulation de l’épaule qui ont tenté de décrire la capacité de mouvement global de l’épaule se réfèrent à cette description, Pouvez-vous évaluer l’épaule pour voir si la fonction est correcte et expliquer les interactions complexes entre les composants impliqués dans le placement de la main dans l’espace ? Aller à la page

Biomécanique spécifique au sport

Biomécanique de la course

La course est similaire à la marche en termes d’activité locomotrice. Cependant, il existe des différences essentielles. Avoir la capacité de marcher ne signifie pas que l’individu a la capacité de courir. Il existe certaines différences entre le cycle de marche et le cycle de course – le cycle de marche est plus long d’un tiers, la force de réaction au sol est plus faible dans le cycle de marche (la charge est donc plus faible) et la vitesse est beaucoup plus élevée. En outre, la course ne comporte qu’une seule phase d’appui, alors que le pas en comporte deux. L’absorption des chocs est également beaucoup plus importante par rapport à la marche. Cela explique pourquoi les coureurs ont plus de blessures de surcharge.

La course à pied nécessite :

Un meilleur équilibre
Une plus grande force musculaire
Une plus grande amplitude de mouvement des articulations Aller à la page

Biomécanique du cyclisme

Le cyclisme a été initialement inventé par le baron Carl von Drais en 1817, mais pas tel que nous le connaissons. Il s’agissait d’une machine qui avait initialement deux roues reliées par une planche de bois avec un dispositif de gouvernail pour la direction. Il s’agissait de personnes qui couraient sur le sol en étant assises, d’où le nom de « machine à courir » (dans tous les sens du terme) ou de vélocipède. À l’époque de l’invention, il n’était utilisé que par la population masculine. Dans les années 1860, le vélocipède a connu un développement considérable au niveau de sa conception dans l’usine Michaux à Paris. Ils ont ajouté des bras de levier à la roue avant qui était propulsée par des pédales aux pieds. C’était la première bicyclette conventionnelle, et depuis lors et jusqu’à aujourd’hui, la bicyclette a fait de grands progrès de conception et de technologie.
Une enquête de 2014 a estimé que plus de 43% de la population du Royaume-Uni ont ou ont accès à un vélo et 8% de la population âgée de 5 ans et plus a fait du vélo 3 fois ou plus par semaine. Avec un tel nombre de personnes qui font du vélo, que ce soit à titre professionnel, récréatif ou pour se rendre au travail, cela augmente les chances de développer une blessure, il est donc temps de comprendre la biomécanique du vélo. Aller à la page

Biomécanique du lancer du baseball

Le lancer du baseball est l’une des motions athlétiques les plus intensément étudiées. Bien que l’accent ait été mis davantage sur le mouvement de l’épaule, le mouvement du corps entier est nécessaire pour effectuer un lancer de baseball. Le lancer est également considéré comme l’un des mouvements humains les plus rapides effectués, et la vitesse maximale de rotation interne humérale atteint environ 7000 à 7500o/seconde. Aller à la page

Biomécanique du tennis

La biomécanique du tennis est une tâche très complexe. Prenons l’exemple de la frappe d’une balle de tennis. Tout d’abord, l’athlète doit voir la balle sortir de la raquette de son adversaire. Puis, dans l’ordre, il doit juger la vitesse, l’effet, la trajectoire et, surtout, la direction de la balle de tennis. Le joueur doit ensuite ajuster rapidement la position de son corps pour se déplacer autour de la balle. Lorsque le joueur se prépare à frapper la balle, son corps est en mouvement, la balle se déplace à la fois dans une direction linéaire et dans une direction de rotation s’il y a un effet sur la balle, et la raquette est également en mouvement. Le joueur doit coordonner tous ces mouvements en une demi-seconde environ pour frapper la balle le plus près possible du centre de la raquette afin de produire l’effet, la vitesse et la direction souhaités pour le renvoi de la balle. Une erreur dans l’un de ces mouvements peut créer une faute.

La Fédération internationale de tennis (ITF) fournit des ressources détaillées sur la biomécanique du tennis, y compris un certain nombre de présentations ci-dessous.

Biomécanique du tennis : une introduction

Principes biomécaniques du service au tennis

Biomécanique de la frappe du coup droit

Ces articles fournissent quelques informations plus détaillées sur la biomécanique du service et de la frappe au sol et examinent également les implications pour la musculation et la rééducation.

Biomécanique du service de tennis en relation avec la vitesse de la balle et les blessures articulaires des membres supérieurs

Biomécanique des coups au sol au tennis : Implications pour l’entraînement en force

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