Il y a un certain temps, le laboratoire de Mécanique appliquée Raymond Chaléat (LMARC) de l’université de Franche-Comté a développé des recherches sur l’étude, la conception et l’optimisation de certains matériels destinés à la compétition sportive : par exemple, étude du comportement de la structure composite du ski nordique, ou des nouveaux procédés d’assemblage de pièces en matériaux composites destinées à la réalisation d’une bicyclette de compétition. Ces études, effectuées à la demande d’industriels ou de groupements d’intérêts scientifiques créés à l’occasion de la préparation d’évènements sportifs importants, étaient strictement limitées à l’aspect mécanique des phénomènes : matériaux, dimensionnement, réponse aux sollicitations…
• Depuis trois ans environ, à la suite de l’ouverture à l’université de l’Institut supérieur d’ingénieurs de Franche-Comté et de l’option Instrumentation et technique biomédicale, cette activité de recherche, jusqu’alors ponctuelle et marginale par rapport aux grands thèmes de recherche du laboratoire, est en voie de devenir une activité à part entière du LMARC : des chercheurs des sciences pour l’ingénieur et de l’UFR STAPS travaillent aujourd’hui en synergie sur le thème de l’évaluation et l’optimisation de l’efficience motrice. Cet axe de recherche, soutenu par une « opération transversale en biomécanique » au sein du LMARC, devrait conduire, à terme, à la création d’une équipe à part entière au sein du laboratoire.
• La locomotion humaine requiert la mise en oeuvre de déterminants physiologiques, biomécaniques, énergétiques et psychologiques. Le thème de recherche « Evaluation et optimisation de l’efficience motrice » concerne tout spécialement les personnes vieillissantes, les personnes handicapées et les athlètes de haut niveau qui sont dans une situation où ils doivent optimiser leur efficience motrice. L’équipe dispose d’un plateau technique qui comporte différents instruments de mesures permettant d’évaluer la motricité humaine sous ses aspects énergétiques et physiologiques. Or, quel que soit le mode de locomotion, l’évaluation des capacités motrices en condition réelle de déplacement est affectée, on le sait, par la sensibilité des outils d’évaluation aux changements du milieu naturel. L’équipe a donc utilisé des équipements, les « ergomètres », qui permettent d’effectuer et de reproduire des exercices dans un environnement stable. L’ergomètre simule au mieux, en laboratoire, la propulsion telle qu’elle se déroule sur le terrain, maîtrisant ainsi les paramètres climatiques et environnementaux. De nombreux dispositifs ergométriques, aujourd’hui sur le marché, ont été développés à partir de ce constat. Cependant, d’une part, le nombre de paramètres contrôlés et la précision de ces appareils sont en général très limités ; d’autre part, les tests portant (pour les besoins de recherche) aussi bien sur des personnes nouvellement handicapées, donc très faibles, que sur des athlètes de haut niveau, les appareils disponibles sur le marché ne sont pas adaptés à ces cas extrêmes. Il s’agit donc pour l’équipe, ou de transformer et d’adapter ces outils existants, ou d’étudier, concevoir et réaliser des ergomètres entièrement nouveaux.
• La première thématique de ce programme de recherche consiste donc à mettre au point des dispositifs ergométriques pour 3 modes de locomotion : un ergomètre pour le cyclisme, des chaussures équipées de capteurs de pression pour l’étude de la marche ou de la course, et un ergomètre pour fauteuil roulant. – L’ergomètre pour le cyclisme : il permettra de récréer l’énergie cinétique propre du cycliste en tenant compte de sa masse, et le coureur pourra utiliser sa propre bicyclette (possibilités qui actuellement n’existent pas sur le marché). Un frein créant les résistances à l’avancement du cycliste sera asservi par un ordinateur permettant ainsi de simuler différentes conditions de course. Cet ergomètre permettra de répondre aux exigences à la fois des protocoles de recherches, de la rééducation fonctionnelle, et de celles des entraînements de cyclistes de haut niveau.
– Le second outil spécifique à l’analyse de la marche, autorisera la mesure des caractéristiques mécaniques dynamiques et spatio-temporelles d’un grand nombre de pas. Ce dispositif, adapté à des chaussures instrumentées, permettra de tester des sujets valides et pathologiques en distinguant chacun des deux pieds. L’équipe a retenu des capteurs de forces miniaturisés placés, selon les besoins, dans différents logements répartis dans la semelle de sandales. Ce dispositif répondra à un besoin d’évaluation clinique par une analyse objective et à moindre coût de la marche du sujet valide ou pathologique. – L’ergomètre pour fauteuil roulant sera un outil précieux pour le choix du fauteuil de personnes nouvellement handicapées qui devront se reconditionner à l’effort. Il permettra d’ajuster les différents réglages du fauteuil à la morphologie de la personne pour maximiser l’efficacité de la propulsion. Les améliorations apportées concerneront l’inertie simulée, la dissociation des mesures à chacune des roues, une prise en compte des roulettes avant, une mesure de la répartition de la masse et un logiciel de pilotage et d’analyse adapté à l’utilisation de l’appareil. Ces outils seront susceptibles d’intéresser la médecine du sport, le suivi du sportif, les laboratoires d’analyse du mouvement, les centres de rééducation fonctionnelle, la kinésithérapie, les clubs, les fédérations sportives, les services de rééducation et de médecine physique.
• La seconde thématique porte sur l’interaction homme-machine dans des disciplines sportives nécessitant un accessoire particulier sollicité dans l’épreuve : par exemple, l’utilisation de la carabine dans l’épreuve du biathlon. La performance de ces activités résulte de plusieurs paramètres conjoints : cognitifs, physiologiques et mécaniques. L’athlète doit non seulement être préparé psychologiquement et physiologiquement, mais doit aussi faire corps avec son matériel. Ceci implique qu’il lui soit adapté et qu’il en connaisse le fonctionnement. Une étude, aujourd’hui bien avancée, analyse le comportement d’une carabine lors du tir dans l’épreuve de biathlon. Il s’agit d’analyser expérimentalement les réponses mécaniques et balistiques externes de la carabine et du projectile tant à la température ambiante qu’au froid. La réalisation d’un matériel d’expérience a permis ainsi d’effectuer des mesures spécifiques sur la carabine dans des conditions reproduisant au mieux l’interaction homme-machine afin de mieux comprendre cette interface lors du tir et de mettre en évidence son influence sur le résultat du tir.
• La troisième thématique du programme porte sur les propriétés mécaniques des matériaux en intégrant les dimensions physiologique et ergométrique. Depuis quelques mois, une étude* conduite en partenariat avec la société LOOK CYCLE INTERNATIONAL porte ainsi sur la résolution des problèmes mécaniques inhérents à la conception et à la fabrication de nouveaux produits en matériaux dits « de haute technologie », pour la compétition cycliste ou la pratique de loisirs, et en tenant compte des aspects physiologiques ou biomécaniques induits par ces produits lors de l’activité sportive.
• L’opération transversale biomécanique du LMARC, intégrée dans les orientations stratégiques du contrat quadriennal 2000-2003, a reçu le soutien et l’encouragement du CNRS lors de l’évaluation du LMARC.
Jean-Noël Pernin–sautbr–
Laboratoire de Mécanique–sautbr– appliquée R. Chaléat–sautbr–
Université de Franche-Comté–sautbr–Tél. 03 81 66 60 02–sautbr–jean-noel.pernin@univ-fcomte.fr–sautbr—-sautbr–Jean-Denis Rouillon–sautbr–
UFR STAPS ― Sciences et techniques
des activités physiques et sportives ―–sautbr–Université de Franche-Comté–sautbr–Tél. 03 81 66 56 33–sautbr–jean-denis.rouillon@univ-fcomte.fr
