Waouh

Introduction:


Lorsqu'un membre n'est plus en état de fonctionner normalement, à cause d'un accident ou d'un cancer par exemple, on a parfois recours à l'amputation.
Pour combler la perte de ce membre, des prothèses, appareils servant à remplacer un membre ont vus le jour.
Dans ce TPE nous nous intéresserons seulement aux prothèses fémorales et tibiales.

Ces prothèses, n'étaient au début que de simples jambes de bois : on a découvert à Capoue (Italie) une véritable jambe artificielle datant du IIIème siècle avant notre ère. Mais aujourd'hui, grâce aux performances médicales, les prothèses sont adaptées à la vie quotidienne.


Cependant, les prothèses ne sont devenues appropriées à la course et à la compétition que très tard. C'est Terry Fox qui fut l'un des pionniers de la course avec prothèse à partir de 1977. Mais sa "jambe de bois" ne lui permettait guère d'atteindre des foulées comparables aux athlètes valides. Cependant, il a montré que courir avec une jambe artificielle était possible. Aujourd'hui, des prothèses tibiales et fémorales sont conçues spécialement et uniquement pour la course, comme le Springlite Sprinter ou le Flex Foot. Pur produit de compétition, ces bijoux technologiques rivalisent avec de vraies jambes et permettent d'atteindre des foulées proches de celles des coureurs valides.

Néanmoins on peut se demander si les coureurs avec prothèses sont avantagés comparés aux coureurs valides?

Pour cela , on comparera tout d'abord un coureur valide et un coureur amputés en parlant de ses performances en athletisme ensuite on expliquera ce qu'est le springlite sprinter et le flex foot.



1)COMPARAISON D'UN COUREUR VALIDE ET D'UN COUREUR AMPUTE


a)La course chez un amputé

Le cycle de la course est divisé en une phase d'appui et d'oscillation (balancement). Pendant la phase d'appui, la période du contact initial jusqu'à la position intermédiaire est désignée sous le nom de "phase d'absorption", où les forces décélèrent pendant que le coureur entre en contact avec la terre. Depuis la position intermédiaire jusqu'à ce que les orteils quittent le sol est définie comme la "phase de propulsion," où le corps produit des forces d'accélération qui sont transmises pendant que le membre entre dans la phase d'oscillation. Depuis la phase intermédiaire jusqu'à l'oscillation terminale, le membre commence à ralentir comme il revient à la phase d'absorption.

Au début et à la fin de chaque phase d'oscillation il y a une période de double flottement, où aucun membre n'est en contact avec le sol. En conséquence, la phase d'appui compte pour moins de 50 pour cent du cycle de la course. À mesure que la vitesse augmente, le pourcentage de la phase d'appui diminue.

La phase d'absorption

Le contact initial jusqu’à la phase d'appui intermédiaire est considéré comme la période d'absorption. Dans cette période, le membre inférieur agit en tant qu'amortisseur pour le corps, réduisant considérablement la réaction au niveau du sol transmise par le membre, qui peut être deux à trois fois plus importante que le poids du corps.

Lorsque le pied heurte le sol, une force rétroactive est générée par la contraction puissante des muscles extenseurs de la hanche, alors que les abducteurs de hanche permettent la stabilité nécessaire du bassin. La stabilisation musculaire, couplée au mouvement des articulations, crée un ressort biomécanique qui réduit les effets des forces de réaction provenant du sol.

Lorsque les amputés courent, il y a une absence de force de réaction lors de l'impact sur la prothèse. Cette réduction de la force de réaction du sol suggère que les amputés absorbent et produisent moins d'énergie avec leur prothèse. La réduction de l'énergie générée par prothèse pourrait être le résultat d'une utilisation plus passive du membre, ou par la présence d'une contraction isométrique des muscles.



Lorsque l'amputé tibial (AT) touche le sol avec sa prothèse, une force de rappel en arrière est immédiatement générée par la musculature de la hanche du même côté. Ceci nécessite entre deux et trois fois plus de travail que pour le membre sain, afin d'aider à déplacer le corps au-dessus du pied stationnaire, et à compenser en partie la perte de flexion plantaire active de la cheville.
Probablement la différence entre les débutants et les coureurs amputés tibiaux entraînés est la plus notable pendant le contact initial, la flexion du genou est souvent absente chez le coureur débutant. Cependant, avec un entraînement approprié, la force, et une longueur de moignon adéquate, une flexion comparable du genou peut être obtenue avec le membre amputé.
La longueur du moignon et le volume de masse musculaire jouent un rôle significatif en déterminant le potentiel de course des amputés fémoraux (AF).


Phase d'accélération

"Phase d'accélération" du cycle de course, pendant lequel le corps se déplace de la phase d'absorption d'énergie jusqu'à la phase d'accélération. A ce moment, la majorité de la propulsion vers l'avant du corps provient du balancement du membre opposé et des bras.
Les amputés tibiaux entraînés peuvent réaliser des mouvements de flexion extension semblables à ceux coureurs non amputés pendant la séquence. La contraction du quadriceps, couplée aux muscles du mollet, permet la stabilité adéquate du genou. L'utilisation du Flex Foot en forme de "J", qui permet une dorsiflexion contrôlée, est considérée par beaucoup comme très importante dans le contrôle de la stabilité de la flexion du genou. En fait, le Flex Foot s'est avéré utile pour permettre un travail plus physiologique de la hanche et des muscles extenseurs du genou tout au long de la phase d'appui.

Lorsque la hanche atteint le maximum d'extension, tous les mouvements sont passifs pendant la phase d'appui terminale excepté les adducteurs de la hanche, qui se contractent pour maintenir la stabilisation du bassin. La flexion plantaire maximale est le résultat d'un mouvement rapide du tibia au-dessus du pied, créant un levier rigide au niveau du pied permettant de libérer l'énergie élastique. Pendant la course, plus de la moitié de l'énergie élastique est stockée dans deux ressorts, que sont le tendon d'Achille et la voûte plantaire.
Lors de la phase terminale d'appui, le travail musculaire total du coureur amputé tibial du côté de la prosthèse représente la moitié de celui mesuré pour le membre sain et chez les coureurs non amputés. Ceci ne surprend pas, vu l'absence des fléchisseurs plantaires. Pour compenser, celà représente approximativement une augmentation de 75 pour cent du transfert d'énergie à partir de la jambe saine lors de la phase de balancement pour les amputés.
La flexion de hanche est générée par une contraction puissante des fléchisseurs de la hanche. La stabilité et la ligne de progression du membre sont maintenues en stabilisant les contractions des muscles abducteurs et adducteurs de la hanche. Le travail mécanique, ou l'énergie générée par les fléchisseurs de la hanche côté sain, s'est avéré être plus de deux fois plus important que celui des coureurs non amputés, avec un travail côté prothèse étant supérieur à la normale, mais pas aussi élevé que du côté sain



Phase de décélération

Pendant que le pied se prépare à toucher le sol, les muscles se contractent pour propulser le corps en avant, tout en absorbant les forces de réaction du sol. Les extenseurs de la hanche fonctionnent de façon excentrique pour ralentir la cuisse et la jambe pendant la phase terminale de balancement, et étendre la hanche en avant immédiatement avant le contact initial. Les muscles abducteurs et adducteurs de la hanche se contractent pour stabiliser le bassin lorsque le contact initial est imminent.
Les coureurs amputés tibiaux tendent à avoir des pics de vitesses angulaires maximales en flexion et en extension plus bas, ainsi que des angles maximaux de flexion de la hanche et du genou.

L'amputé tibial doit également contracter les muscles du membre inférieur de la même façon que les non amputés pendant l'oscillation terminale. Le genou devrait être légèrement fléchi et, comme indiqué plus tôt, il y a une réduction des forces lorsque le membre se prépare à toucher le sol.
L'amputé fémoral doit s'appuyer sur un genou prothétique en extension. Initier une force vers l'arrière avant le contact n'accélérera non seulement le corps vers l'avant, mais assurera simultanément le maintien de l'extension du genou.


Le balancement du tronc et des bras

Pour une personne amputée, le balancement des bras est extrêmement important, bien qu souvent difficile à maîtriser. Un effort de concentration est nécessaire pour maintenir une oscillation symétrique des bras, particulièrement lorsque la vitesse augmente et que les jambes ont tendance à perdre la symétrie du mouvement.
Les amputés fémoraux ont tendance à une plus grande abduction du bras du côté de la prothèse, particulièrement lorsque le membre inférieur prosthétique est enlevé. Cette position défavorable de la jambe et du bras crée les forces d'opposition qui tendent à gêner la propulsion et augmentent la consommation métabolique.


b)La course chez le coureur valide

Le corps humain est un ensemble de segments indéformables, qui, parce qu’ils sont articulés et soumis à la gravité génèrent du mouvement. Réciproquement, la mesure de ces mouvements segmentaires associée à la prise en compte de la morphologie de l’individu permet de quantifier le rôle moteur de l’activité musculaire associée à chaque articulation. Ainsi, nous avons filmé plusieurs coureurs en pleine vitesse alors qu’ils prenaient appui sur une plate-forme de force. Après avoir validé les modèles utilisés, des différences ont pu être observées. Par exemple, l’athlète de niveau national présentait en tout état de cause des actions particulières de la hanche et de la cheville de la jambe support. La comparaison avec un appui prothétique chez un amputé a également pu montrer que la jambe support d’un coureur sain se comporte bien comme un système de trois solides articulés et non comme un élément déformable restituant de l’énergie. Les notions de pied dynamique ou de griffé peuvent ainsi être revisitées par les entraîneurs.

Lors d’un départ en sprint, il est courant d’entendre un entraîneur demander à son athlète d’agir volontairement par une poussée des jambes au sol. Or, cette force de poussée sous les pieds au sol est consécutive au dépliement de tout le corps de l’athlète ; elle est ressentie par l’athlète et ne doit pas être confondue avec la sensation de mise en tension préalable des muscles des jambes. La force d’interaction du pied du coureur à chaque instant avec le sol est la conséquence de la gesticulation de tout le corps poly-articulé de l’athlète ; en fait, c’est la somme des produits mi.ai où mi est la masse de chaque segment et ai le vecteur accélération de ces mêmes segments.
Si la mesure de cette force permet d’objectiver rapidement les conséquences sur le mouvement global du coureur , celui de son centre de masses, de certaines règles d’action, seule une analyse des images du coureur rend possible la quantification des causes réelles du geste, les mouvements segmentaires du coureur autrement nommé geste technique.
En additionnant un à un, et à chaque instant, les mouvements de leurs segments, nous leur avons montré que nous obtenions bien les mouvements globaux des athlètes et les forces qu’ils ont exercées au sol. Nous entendons ici par mouvements, les déplacements, vitesses et accélérations des corps analysés. A un instant donné et selon le coureur, le mouvement de la jambe « arrière » contribue par exemple pour 10% à 40% à l’extraction des starting-blocks et le bras avant pour 5 à 15%...

En course, le poids qui doit être supporté par le coureur dépend bien sûr de sa masse corporelle mais aussi de son style de course. Il est des coureurs qui s'alourdissent, il en est d'autres qui s'allègent. Pour un même poids de corps, il en est qui supportent 5 kg d'autres 10.

Le cycle arrière

Dans le cycle arrière, l'essentiel du mouvement aérien du membre inférieur se fait derrière le coureur.

L'amortissement

La jambe étant "en retard" par rapport au déséquilibre du corps, le pied qui va passer à l'appui arrive précipitamment de l'arrière et du haut. Il vient frapper le sol dans le sens inverse au mouvement de course (le pied avance dans la chaussure). Tout se passe comme si un marcheur venait buter le pied dans une bordure de trottoir qu'il n'aurait pas vu. Que se passe - t - il ? Il est ébranlé et freiné.
La secousse est d'autant plus importante et l'efficacité d'autant moindre qu'il arrive assez souvent que les "coureurs arrières" tapent le sol avec le talon et pas avec la plante de pied. Les élastiques ne peuvent jouer leur rôle de ressort, toute l'énergie est dispersée dans le corps. Non seulement le coureur est ébranlé à chaque appui mais, en plus, il est inefficace.

L'appui

Au début de l'appui, l'autre membre est encore loin derrière. Il revient progressivement vers l'avant et le bas. Ce faisant, il participe à alourdir plus encore le coureur. Le ressort se comprime trop, il se fatigue et n'arrive plus à se détendre.

Le cycle avant

Après la poussée, le membre inférieur quitte le sol et revient rapidement sous la fesse puis vers l'avant. Au moment de l'appui, le genou est déjà à l'avant du corps. Comme son mouvement est dirigé vers le haut, il peut participer à l'allégement du corps. De plus, sa fixation va permettre à la jambe de s'ouvrir vers l'avant puis de revenir d'avant en arrière. Résultat, le pied vient toucher le sol dans un mouvement d'avant en arrière (il recule dans la chaussure) ; le freinage est considérablement réduit.
L'appui par la plante du pied permet de mettre en réserve puis de restituer l'énergie grâce à la mise en tension-renvoi des "élastiques" du corps.

La simple consigne qui demande de "faire reculer le pied dans la chaussure" permet de passer progressivement d'une course arrière à un cycle avant. Sinon, de nombreux exercices techniques peuvent contribuer à cette transformation du style de course.

Un coureur valide utilise les trois lois de Newton:

Première loi de Newton. Loi d’équilibre
« Tout corps reste en état de repos ou en état de mouvement uniforme dans une ligne droite à moins qu’une force extérieure n’agisse sur lui ».
L’équilibre est donc assuré aussi longtemps que le centre de masse demeure à l’intérieur de sa base de support. Un sprinter en contact dans les starting-blocks ne pourra s’élancer que lorsque ses jambes exerceront une force sur eux. Le sauteur en longueur pourra modifier sa trajectoire de course d’élan qu’en agissant sur les forces exercées au sol.
Deuxième loi de Newton. Force et accélération
« L’accélération d’un corps est proportionnelle à la force qui la produit et suit la même direction que cette force ».
En conséquence plus la force exercée par l’athlète sur les starting-blocks est forte et plus l’accélération mesurée en sortie de blocks sera grande. Une fois que l’athlète quitte le point d’application de la force (starting – blocks ou sol) rien ne peut plus venir agir pour accélérer le sujet.

Troisième loi de Newton. Action réaction.
« Pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée ».
Le coureur qui applique une force sur le sol se voit renvoyer une force de réaction égale et opposée qui propulse le corps vers l’avant.



La vitesse du coureur valide
Comme on a pu le constater au travers les trois lois de Newton, la création de mouvement, d’accélération va se traduire sur la piste par la création d’une vitesse de déplacement qui s’exprime par la formule suivante :
Vitesse =Distance / Temps
Pour nous sur le terrain cela se traduit par :
V = Fréquence x Amplitude
La fréquence est pour sa part égale à :
F = 1/T = 1/ T contact + T envol
L’amplitude est liée pour sa part à la longueur de la foulée :
A = longueur de foulée (distance entre deux appuis)
La définition de la vitesse devient par conséquente :
V = Amplitude / Tc +Te
On constate par conséquent que si l’on veut améliorer sa vitesse il suffit de jouer sur l’un ou l’autre des paramètres ou sur les deux en même temps.
Des études sur la foulée on déjà montré que le temps de contact représente 40% du temps de la foulée pour 60% au temps d’envol.
Pour donner un exemple concret cela signifie qu’un coureur qui réalise 10’’ au cent mètres qui possède une foulée de 2,47 aura dans sa phase de maintien de la vitesse un temps de contact au sol de l’ordre de 0,8/100 pour un temps d’envol de 0,12/100.
On voit par conséquent que si l’on veut augmenter la vitesse il suffit d’optimiser le produit (fréquence * amplitude). Le problème est bien entendu plus complexe car une augmentation de la fréquence entraîne une diminution de l’amplitude et inversement. L’optimisation de ce rapport est fonction des capacités de l’athlète et de ses prédispositions naturelles pour l’un ou l’autre des paramètres.
Nous verrons un peu plus tard comment se manifeste la fréquence et l’amplitude dans une course de 100m et quels exercices nous pouvons proposer pour améliorer ces deux facteurs.
Conception de la foulée chez le coureur

La foulée se décompose en deux temps et quatre phases.
L’appui pour le premier temps avec :
· Une phase de mise en tension (non - freinatrice)
Cette phase a pour objet d’étirer les masses musculaires postérieures de la cuisse (fessiers, ischios, mollets). Dans cette phase l’athlète a pour intention de ramener sa jambe libre vite vers l’avant et de descendre rapidement le talon vers le sol (d’avant en arrière). Le pied de la jambe de mise en tension est en flexion dorsale afin d’augmenter la tension de la chaîne musculaire postérieure et de placer le pied en situation favorable pour libérer l’énergie élastique qui s’emmagasine ou s’accentue au contact au sol.
. L’intention est de vouloir faire glisser son talon vers le fond de la chaussure.
La tête et le tronc sont droits, le bassin est en rétroversion et légèrement en arrière de l’appui au sol.

· Une phase de soutien.
C’est la phase ou le pied est en contact au sol et elle se termine quand le bassin dépasse la verticale de l’appui.
La tête et le tronc sont verticaux, la rétroversion est plus importante La flexion du genou est un peu plus forte et le talon reste haut et décollé du sol. La jambe libre est fléchie, talon aux fesses et pointe de pied en flexion dorsale. Les intentions sont de se grandir et de dominer la piste.

· Une phase de renvoi.
Elle se termine quand le pied quitte le sol. La totalité des parties hautes du corps reste comme dans la phase précédente. Les bras ont un balancement antéro - postérieur fléchis à 90° environ. La main avant monte jusqu’à la pointe du menton et est relâchée. Le genou libre monte près de l’horizontale et le pied est en flexion dorsale caché par le genou.


Le temps de contact au sol du pied doit permettre au bassin de parcourir une distance équivalente à la longueur de jambe (de la mise en tension au renvoi L=L’) tout en cherchant à avoir une trajectoire la plus horizontale possible.


· Le deuxième temps la phase de suspension.
Le haut du corps reste placé dans une attitude droite. Les épaules et les bras sont relâchés redescendant le long du corps, la jambe arrière revient vers l’avant en flexion relâchée. es postérieurs de la cuisse (ischios jambiers)


La fréquence chez le coureur valide
Elle va en augmentant alors que le temps de contact au sol diminue. Certains coureurs obtiennent des fréquences de 5 pas par seconde. Le temps de contact au sol diminue avec la prise de vitesse. La fréquence passe de 2 à presque 5 pas à la seconde à vitesse maximale.


La fréquence atteint rapidement son maximum vers 15 - 30m de course à la suite de quoi elle régresse progressivement jusque vers 80 - 90m pour chuter brutalement dans les derniers 10 - 20 m...


L’amplitude du coureur valide
Pour les coureurs de 100 m l’amplitude des foulées croît très rapidement du départ au 30 m atteignant son maximum à la fin de la course bien qu'aux 50 mètres l'athlète doit déjà être à sa longueur de foulée optimale. La foulée se stabilise ensuite jusqu’au 80 - 90m après quoi elle augmente de nouveau. Cela dépend de la force élastique, de la technique de course et de l'élasticité musculaire


L’accélération du coureur valide
Elle augmente brusquement dans les 10 premiers mètres passant de 0 à 5m par seconde et atteint des vitesses supérieures à 11m / s pour descendre plus ou moins brusquement jusqu'à la ligne d'arrivée en fonction de la résistance vitesse de l'athlète.
Le coureur de 100m doit essayer que sa course soit une constante accélération depuis la sortie jusqu'à l'arrivée, sans chercher prématurément une "pointe de vitesse" qui avec toute sécurité sera négativement compensée dans les derniers mètres. L'athlète doit avoir la sensation qu'il est entrain d'accélérer facilement et progressivement depuis le coup de feu jusqu'au dernier mètre. C'est à dire, ce qui est intéressant c'est d’obtenir une vitesse moyenne élevée et non une vitesse maximum impossible à maintenir. La vitesse doit donc être au maximum parallèle à l'axe horizontal pour minimiser la perte de vitesse dans la dernière partie de la course. Les différences de temps, entre le premier et le deuxième 50m d'un 100 m plat, doivent être comprises entre 1"25 et 1"15 pour les hommes comme pour les femmes.
L’exemple suivant concerne la comparaison de la course de Lewis et celle de Johnson à Rome en 1987. On constate un juste équilibre entre le premier 50 m et le second 50m de Ben Johnson qui obtient un écart de 1’’27 contre 1’’41 à Lewis. Un écart supérieur à 1’’35 indique qu’il existe des difficultés dans la mise en action et / ou l’accélération. Un écart inférieur à 1’’20 indique qu’il existe un manque à la résistance vitesse.