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UNIVERSITÉ MONTPELLIER I
Unité de Formation et de Recherche
En Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives
Mémoire présenté en vue de l'obtention du Master 2 Professionnel
Sciences du Mouvement Humain
Spécialité Ingénierie et Ergonomie des Activités Physiques et Sportives
Parcours INGENIERIE DE LA PERFORMANCE
Option PREPARATION PHYSIQUE
Caractérisation de la sollicitation neuromusculaire suite à
une séance sur plate-forme vibrante à basse fréquence.
Présenté par
Laurent Brosseau
Sous la direction de :
M. Vincent MARTIN (maître de conférences, Département STAPS, Université d'Evry Val d'Essonne)
M. Stéphane PERREY (maître de conférences, STAPS Université de Montpellier I)
Année universitaire 2008-2009
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UNIVERSITÉ MONTPELLIER I
Unité de Formation et de Recherche
En Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives
Mémoire présenté en vue de l'obtention du Master 2 Professionnel
Sciences du Mouvement Humain
Spécialité Ingénierie et Ergonomie des Activités Physiques et Sportives
Parcours INGENIERIE DE LA PERFORMANCE
Option PREPARATION PHYSIQUE
Caractérisation de la sollicitation neuromusculaire suite à
une séance sur plate-forme vibrante à basse fréquence.
Présenté par
Laurent Brosseau
Sous la direction de :
M. Vincent MARTIN (maître de conférences, Département STAPS, Université d'Evry Val d'Essonne)
M. Stéphane PERREY (maître de conférences, STAPS Université de Montpellier I)
Année universitaire 2008-2009
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SOMMAIRE
1. Introduction……………………………………………………......1
1.1. Les besoins………………………………………………………………1
1.2. Courants de pensées ………………………………………………........2
1.2.1. Méthode conventionnelle……………….……………………..….2
1.2.2. Théorie innovante………………………………………………....3
1.2.3. Théorie d’ingénierie…………………………………………….....6
1.3. Problématique…………………………………………...……………….7
2. Méthodes et matériel…………………………………………..........8
2.1 Sujets……………………………………………………………………..8
2.2 Protocole expérimental……………………….…………………....…....8
2.3. Description du protocole d’évaluation……..…………………………..9
2.4. Matériel et mesures: ………………………..…………………………...10
2.5. Traitement des données: …………………..……………………………12
2.6. Analyse statistique ……………………………………………………...13
3. Résultats…………………………………………………………...14
3.1. Analyse de l’accélération…………………………………………….…14
3.2. Analyse de la Force……………………………………….…………….15
3.3. Activités électrique musculaire…………………………….………..…17
3.4. Variations du Centre des Pressions………………………………….....19
4. Discussion……………………………………………………….…21
4.1. Interprétation des accélérations…………………………………………21
4.2. Les effets des vibrations sur les forces………………………………….22
4.3. Activités électrique musculaire……………………………………….…23
4.4. Significations des variations du Centre des Pressions…………………..24
4.5. Limites méthodologiques……………………………………………….25
5. Conclusion et perspectives………………………….………………26
6. Les points clés et applications pratiques…………………………...28
7. Bibliographie………………………………………………….........29
8. Annexe………………………………………………………...……31
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Mémoire Master 2 IPP 2009 : Préparation physique Laurent Brosseau
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1. Introduction
1.1. Les besoins
Depuis sa professionnalisation en 1995, le rugby français connaît un essor
médiatique qui reprend de plus bel à chaque Coupe du Monde, notamment celle que la
France a organisé en 2007. En dehors des enjeux financiers et culturels, cette
médiatisation contribue à accroître le niveau d’exigence en plaçant le sportif en son
centre.
Le rugby de haut niveau se transforme peu à peu en sport athlétique, dans la mesure où
la condition physique devient le principal moteur de la performance, se rapprochant de
l’athlétisme (Gabbett, 2007), supplantant ainsi les aspects techniques et tactiques du jeu.
La meilleure illustration est l’efficacité croissante des premières lignes défensives,
formant un rideau de plus en plus imperméable aux vagues offensives adverses.
La puissance représente l’ensemble des paramètres (physiologiques, biomécanique, etc.)
qui permettent d’effectuer des efforts avec une intensité maximale (Pradet, 1996),
faisant appel au produit de la force par la vitesse. En termes de qualités physiques à
développer, les joueurs de rugby ont besoin de puissance pour conquérir le terrain
rapidement mais aussi efficacement, c'est-à-dire la nécessité de posséder une puissance
de démarrage pour courir vite, mais aussi pour être solides sur les appuis lors des
changements de courses et sur les phases de lutte. L’enjeu fondamental de leur
préparation physique n’est pas de leur conférer la plus grande puissance mais la capacité
à répéter le plus longtemps possible la plus grande puissance possible avec une
prédominance sur les membres inférieurs autant pour les déplacements que pour les
poussées. Contrairement aux membres supérieurs demandant une puissance pour les
plaquages et les phases de lutte, les jambes et le dos ne possèdent guère de moment de
repos, subissant au minimum la posture debout. Dans ce domaine, il apparaît difficile
d’implémenter des nouvelles stratégies de préparation physique dans les programmes
existants, les charges d’entraînement étant déjà proche du maximum que les joueurs
puissent tolérer en termes de physique.
En effet, l’enchaînement hebdomadaire des matchs induit des niveaux de fatigue
neuromusculaire importants, et ne permet donc pas de réaliser l’entraînement de la
puissance musculaire dans de bonnes conditions, même au niveau de l’entretien. Par
conséquent, la préparation physique doit s’orienter vers des approches plus qualitatives
pour développer cette qualité physique (Cazorla et al. 2004).
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Mémoire Master 2 IPP 2009 : Préparation physique Laurent Brosseau
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1.2. Courants de pensées
1.2.1. Méthode conventionnelle
En termes de développement de la qualité de puissance, la méthode dite conventionnelle
serait la pliométrie, notamment pour le rugby, reproduisant à l’entrainement les
conditions naturelles des appuis explosifs des matchs, améliorant les qualités de course
et de détente (Girard, 2004) avec l’optimisation de la performance via la puissance
(Mahieu et al., 2006). Le travail pliométrique est un travail musculaire, qui pourrait être
symbolisé par l’enchaînement le plus bref possible d’une phase de contraction
musculaire excentrique lorsque le muscle s’étire et d’une phase de contraction
musculaire concentrique, lorsque le
raccourcissement du muscle produit un
mouvement, ce qui confère à ce type
d’effort combiné une qualité de travail
supérieure à une modalité classique. En
effet, ce travail tient lieu de référence
pour augmenter l’efficience musculaire,
dans la mesure où ses bénéfices sont
supérieurs par rapport à un travail de
musculation avec des charges (Adams et al, 1992). La force développée sur une
sollicitation pliométrique est aux alentours de 150 % de la force maximale isométrique
(schéma ci-contre). De plus, le niveau d’activation neuromusculaire est plus élevé que
sur des modalités classiques comme la modalité isométrique (Wilkerson 2004).
C’est un type d’effort explosif impliqué dans de nombreuses actions motrices naturelles
(course, saut, lancer), illustré lors de répétitions de foulées bondissantes, où la consigne
est de rester le moins longtemps possible au sol pour restituer l’énergie élastique et
augmenter la puissance musculaire. Le cycle étirement-détente renvoie à la notion d’un
système de ressort, car l’étirement puis le raccourcissement du complexe muscle-tendon
permet d’emmagasiner puis de restituer l’énergie élastique qui, en complément des
facteurs nerveux (réflexe d’étirement), permet d’augmenter considérablement le
rendement neuromusculaire et la puissance développée (Bosco et al. 1982). On citera en
exemple, l’expérience sur l'entraînement en pliométrie par Bosco et Pitterra (1982) avec
l'équipe d'Italie de Volley-ball, où le travail effectué pendant ces 2 mois consistait à
ajouter 2 fois par semaine un exercice de saut en contrebas de type contre mouvement
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Mémoire Master 2 IPP 2009 : Préparation physique Laurent Brosseau
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jump (CMJ). Au final on constate des gains spectaculaires en détente sur un CMJ de
l'ordre de 10 cm jamais atteints en si peu de temps sur un travail de force concentrique.
Depuis cette modalité d’entrainement s’est rependue de manière considérable,
notamment dans les sports collectifs, où les joueurs apprécient les gains de performance
sur les changements d’appuis et de direction, à court et moyen termes.
La sollicitation s’exprime sur tous les facteurs nerveux (les mécanorécepteurs
articulaires, les motoneurones alpha et gamma, les fuseaux neuromusculaire, etc.)
impliquant un véritable bénéfice à le travailler lors de l’entraînement, car l’adaptation
de l’organisme tant au niveau musculaire que nerveux, produit une amélioration de la
fréquence d’activation des unités motrices au sein du muscle, ainsi que la coordination
intermusculaire (meilleur activation des muscles synergies et agonistes). Sans oublier
l’amélioration du contrôle du membre inférieur sur les réajustements posturaux, faisant
appel à la notion de proprioception car le centre des masses devient plus stable (Myer
2006). Ce qui confère à la pliométrie la notion de travail de qualité fonctionnelle sur
chaque séance, c'est-à-dire une sollicitation se propageant sur des mouvements
complets, ayant un transfert direct pour la performance sportive.
Ce mouvement très éprouvant pour les articulations et les tendons, peut engendrer des
troubles musculo-squelettiques (genou, rachis, pubalgies notamment lors de appuis
unipodaux). Il est donc fortement conseillé de planifier une période de préparation
physique préalable au travail pliométrique, pour avoir un niveau de force suffisamment
efficace. Par ailleurs, ce mode d’action pliométrique requiert des délais de récupération
assez long (minimum 48h), avant un nouveau travail contraignant pour le système
neuromusculaire (vitesse, puissance, force maximal).
1.2.2. Théorie innovante
L’entraînement musculaire sur des plateformes vibrantes est une nouvelle forme
d’entraînement assez populaire. Nous remarquons depuis quelques années l’émergence
du concept d’entraînement sur des plateformes vibrantes. Un travail de musculation
classique type squat est réalisé mais sur un support vibrant, ce qui produit des vibrations
mécaniques verticales sur l’ensemble du corps. La contrainte mécanique produite par la
plateforme vibrante induit sur l’ensemble des fuseaux neuromusculaires une activation
quasiment permanente, car elle active la sensibilité des mécanorécepteurs sensibles à
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chaque vibration. Entre le parcours de la commande motrice et la réalisation d’un
mouvement, il y a un délai de latence avant la nouvelle sollicitation. Ce dernier n’existe
pas quand le stimulus vibratoire agit directement sur le muscle. Cela fait référence au
réflexe d’étirement retraçant les circuits de contrôle et rétrocontrôle du muscle, comme
on le voit sur le schéma ci-dessous. Il montre la production mécanique de force par le
muscle, directement programmée par le fuseau neuromusculaire car les motoneurones
alpha sont sensibles aux vibrations. Ce qui
provoque des effets aigus au niveau de la
production de puissance, améliorée pour
une courte durée d’exposition aux
vibrations d’environ 10 min (Cardinale et
Bosco, 2003). Durant cette exposition aux
vibrations, la sollicitation nerveuse
atteindrait alors des niveaux dépassant la
capacité d’activation volontaire, puisque le
stimulus en continu produit des réflexes d’étirements en boucle. De plus, le
développement de la force sur des cycles d’entraînement en vibration est plus efficace
car l’augmentation de la puissance est plus rapide avec des courtes expositions aux
vibrations verticales qu’un entrainement classique (Adams et al., 2008). D’autre part,
cette pratique réalisée avant un entrainement de force excentrique a un rôle préventif
puisque les dommages musculaires (DOMS) sont diminués en quantité, ce qui procure
une stabilité et une efficacité à l’entrainement vibratoire chez les athlètes (Bakhtiary,
2006), essentiellement en tant qu’effet aigu sur quelques séances.
Outre l’impression de travailler plus et de rompre avec la lassitude, ce type
d’entraînement pourrait-il constituer une forme de développement qualitative de la
puissance ainsi que la capacité à la répéter ?
L’entrainement sur vibration avait été utilisé lors de la préparation olympique de
Moscou en 1980 par le professeur Nazarov qui montrait que l’utilisation de vibrations
mécaniques pouvait potentialiser la force, l’explosivité des athlètes (Mathieu, 2006) et
la flexibilité musculaire chez les jeunes gymnastes (Kinser, 2007). La faible amplitude
(1,7 à 4 mm) et la haute fréquence (30 à 60 Hz) des vibrations des plateformes produit
une sollicitation qui se propage sur l’ensemble de la musculature. En effet, une
exposition aux vibrations lors du début de l’entraînement de puissance ou d’une
préparation physique généralisée produit chez des athlètes une augmentation aigue de
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5,2% de la puissance sur des exercices de résistance ou de force (Suhr et Brixus, 2007).
De plus, en s’adaptant aux contraintes mécaniques, le système osseux et tendineux se
renforce en se densifiant (Rittweger et Felsenberg, 2004). La méthode vibratoire permet
également de renforcer la musculature posturale car, lors des perturbations de
l’équilibre, les réflexes proprioceptifs sont sollicités (Abercromby, 2007), ainsi que la
rééquilibration des groupes musculaires en ciblant les agonistes, les antagonistes, ainsi
que la coordination (Nordlund et Thorstenson, 2007). L’efficacité a été démontrée chez
des athlètes en rééducation du ligament croisé antérieur, qui ont récupéré la stabilité
plus rapidement, et cela en seulement 12 séances de moins de 10min de vibrations.
(Moezy, 2008).
Cependant, les effets aigus peuvent être néfastes à l’efficience sportive, comme par
exemple une diminution de la force maximale isométrique, s’estompant après 24h sans
laisser de séquelles (Erskine, 2007). Nous retrouvons à nouveau la production de
traumatismes, liée à la fréquence élevée supérieure à la fréquence de résonance normale
du corps, puisqu’en considérant que le temps de réaction d’un Homme est d’environ
100ms, soit 10hz et moins de 3Hz pour les muscles, ce qui est loin des 30Hz minimum
lors des vibrations. Ce qui procure des ondes de chocs traumatisantes pour les parties
faibles du corps, comme les fixations d’organes. En effet, une revue de littérature
dévoile le besoin de standardiser les paramètres de ces plateformes pour éviter les
blessures (Lorenzen, 2008). D’autre part, cette méthode plutôt statique, dénuée de
mouvement, possède une sollicitation quasiment exclusive au système nerveux, en ne
possédant pas les avantages du travail mécanique pliométrique, d’où une certaine
carence. L’essentiel des effets de l’entrainement vibratoire est plutôt limité pour le
sport, car les effets sur le long terme ne s’expriment que chez les populations
sédentaires (Rehn, 2007). Comme les augmentations de force et de flexibilité
musculaire qui ne perdurent pas plus de 60 minutes, voire pas d’effet de l’entrainement
vibratoire sur la vitesse de sprint (Delecluse et al., 2003). L’entraînement avec
vibrations verticales sur l’ensemble du corps, mais à haute fréquence (30 à 50Hz) et
faible amplitude (2 à 5mm) peut être controversée. De ce fait, la problématique porte sur
les transferts et les optimisations pour la pratique sportive. En dépit du manque d’effets
chroniques démontrés à ce jour, car mis à part un échauffement optimisé pour la
pratique sportive, les bénéfices de cette sollicitation ne persistent pas longtemps en
dehors des vibrations. L’enthousiasme d’une telle pratique reste réel au niveau du
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potentiel des vibrations pour solliciter les systèmes neuromusculaires et optimiser les
performances de la puissance (Cardinale et Bosco, 2003).
1.2.3. Théorie d’ingénierie
En termes d’ingénierie de la préparation physique, cette nouvelle approche du
développement de la puissance, via une exposition aux vibrations durant un
entrainement en force, est très intéressante au niveau du rugby. Nous identifions des
problèmes comme le surpoids corporel s’opposant au travail de vitesse et pliométrique,
du moins en termes de qualité. En effet malgré que ces populations soient musclées, ce
surpoids se répercute sur les articulations. Cela permet d’offrir une place légitime au
développement de la puissance sur des plateformes vibrantes en évitant la surcharge sur
les systèmes articulaires lors d’appuis unipodaux en pliométrie. Au croisement de ces
grands principes, une prise de recul pourrait amener à remanier l’entraînement sur
plateforme vibrante pour l’optimiser en l’orientant vers les contraintes mécaniques
créées lors de la pliométrie.
Il est possible d’opposer un entraînement en force sur des faibles fréquences avec un
entraînement sur des plateformes haute fréquence, c'est-à-dire une nouvelle plateforme
se situant sur le travail non traumatisant de par une faible fréquence (de 1,5 à 3,5 Hz), et
une grande amplitude (30 mm), en se plaçant sur des paramètres plus naturels, c’est-à-
dire à des fréquences accessibles aux mouvements musculaires. A partir du moment où
les modalités vibratoires permettent la reproduction d’un mouvement musculaire, à
savoir une amplitude et le temps nécessaire pour effectuer un régime de contraction
entre deux oscillations, les mouvements sont mieux assimilables à ceux des pratiques
sportives. De plus l’accélération du poids étant minimale, les vibrations mécaniques ne
provoqueraient aucun traumatisme (accélération verticale inférieure à 1 G) pour les
systèmes articulaires et le rachis (Wilder et Pope, 1996).
Ce type de musculation avec vibrations est symbolisé par le relâchement musculaire
pour absorber les vibrations. Au vue de la faible fréquence mais grande amplitude
d’oscillation de la plateforme, cette modalité produit un enchaînement de phases
d’étirement-raccourcissement, que l’on retrouve dans la pliométrie. Un point important
est la sollicitation optimisée du système neuromusculaire, puisque la vibration stimule
ce dernier directement, ce qui implique une activation réflexe supérieure en quantité par
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rapport aux mouvements sportifs volontaires. C’est ce qui a été démontré auparavant
avec le reflexe d’étirement, car les motoneurones sont sensibles aux vibrations, et ce
réflexe possède des activations musculaires que l’on retrouve lors du réflexe tonique
vibratoire (RTV), pour des fréquences commençant à 20 Hz et des amplitudes de moins
de 3mm (Desmedt, 1983). D’autre part, le mouvement de déséquilibre créé par ce
mouvement d’oscillation lente induit une qualité d’activation du muscle additionnel et
cela grâce aux récepteurs sensitifs, comme l’organe tendineux de Golgi, impliquant un
développement de la proprioception. Ce qui vise un réajustement plus conséquent de la
posture car la biomécanique est libre d’évoluer, n’étant pas figée dans une fréquence
d’oscillation élevée.
Cette forme de travail pourrait constituer une sorte de développement de l’endurance de
puissance musculaire car les muscles, notamment posturaux, vont devoir s’adapter
durant les entraînements afin de pouvoir répéter un niveau important de puissance.
Le paradoxe relève du fait que si cette théorie fonctionne, on va faire de la quantité
en travaillant de manière plus qualitative.
1.3. Problématique
L’ensemble des efforts entre la recherche et le travail des entraîneurs ou préparateurs
physiques s’oriente depuis longtemps vers une augmentation drastique de la puissance
développée. Une sollicitation avec une plateforme vibrante reproduit un nombre
important de cycles étirement-raccourcissement dans un laps de temps d’utilisation
assez court, voire inaccessible par un mouvement sportif classique. C'est-à-dire, la
possibilité de faire évoluer l’organisme et les groupes musculaires en s’adaptant à
produire des hauts niveaux de sollicitation que l’on retrouve lors de la production de
puissance, mais cette fois ci sur des périodes plus longues.
Donc la préparation physique moderne additionnant un travail de force sur un
support amovible vibrant ne pourrait elle pas créer une sorte d’endurance de
sollicitation neuromusculaire assimilable à une pliométrie continue ?
L’hypothèse de travail est qu’une exposition à des vibrations de faible fréquence et de
grande amplitude sur un travail de force produit des contraintes mécaniques sur les
muscles ainsi que des réactions neuromusculaires efficientes pour le développement de
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la puissance, car cela se rapproche des modalités de l’entrainement en pliométrie
augmentant l’explosivité.
2. Méthodes et matériel
2.1 Sujets
Les sujets de l’étude étaient 8 sportifs, dont 3 qui pratiquaient un sport individuel de
loisir à niveau national (karaté, aviron, et course à pied) et 5 faisaient du rugby au
niveau international, dans le pôle France du Centre National de Rugby à Marcoussis.
Les caractéristiques anthropométriques du groupe sont indiquées dans la tableau 1 ci-
dessous.
Les critères d’inclusion étaient d’être du sexe masculin pour exclure les spécificités
biologiques s’appliquant dans le sport, comme les systèmes hormonaux différents chez
la femme, de pratiquer très régulièrement une activité sportive (environ 5 entrainements
par semaine) et être en bonne santé pour potentialiser les effets de l’étude afin d’ éviter
des traumatismes. Les critères d’exclusion de l’étude ont été la présence de douleur au
cours de la réalisation d’un squat, sur la région lombaire essentiellement, mais
également sur les articulations du genou, ainsi qu’une pratique sportive inférieure à 5h
par semaine.
2.2 Protocole expérimental
Le protocole consistait à vérifier l’innocuité de l’utilisation d’une plateforme vibrante
dans le cadre de la préparation physique. Ce type de plateforme vibrante possédait une
particularité dans ses modalités d’oscillation, à savoir une grande amplitude avec une
très faible fréquence. Les sollicitations au cours d’un squat en isométrie étaient
analysées avec 3 charges différentes, sur une plateforme oscillant verticalement à 3
fréquences pour être comparées avec la condition de référence sans vibration (12 essais
par sujet), puis dans un deuxième temps avec des modalités de sauts sans charge
additionnelles pour analyser le travail pliométrique (6 sauts par sujets).
Tableau 1. caractéristiques anthropométriques du groupe
Age (ans) Taille (cm) Masse corporelle (Kg)
27, 5 + 7, 3
84, 12 + 11, 45
181 + 6, 5
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Justification des paramètres
Les modalités du protocole ont été établies sur des résultats scientifiques afin
d’optimiser les effets et comparer les différences avec les plateformes vibrantes selon
d’autres modalités (haute fréquence – faible amplitude). Le mouvement a été un squat à
120° pour être optimal, notamment sur les activités élèctromyographiques du vaste
latéral et du tibialis antérieur (Andrew, 2007). D’autre part, le squat sur des plateformes
vibrantes était intéressant pour la musculature posturale, en plus du développement
complet de la puissance du membre inférieur. Cependant, cette modalité nécessitait une
charge pour une augmentation optimale de puissance (Rönnestad, 2004), au risque
d’avoir des effets improbables sur ce type de plateforme vibrante (Verschueren et al.,
2004). Au niveau du type de contraction musculaire, il n’y a pas de différence entre une
contraction musculaire concentrique avec vibration et une contraction musculaire
concentrique sans vibration (Cochrane, 2006), d’où l’intérêt d’exécuter un régime
isométrique sur notre plateforme pour deux raisons : D’une part, la modalité
isométrique permet des mesures plus fidèles et reproductibles, pour les essais de
référence sans vibration et, d’autre part, la position statique permet de réaliser un travail
musculaire en majorité sur le membre inférieur car lors des grandes amplitudes de
vibration, l’absorption des ondes sera facilitée sur cette région. Ainsi lors de cet
amortissement, le relâchement musculaire reproduit des successions de contractions
excentriques et concentriques de qualité, car elles n’ont que des vibrations homogènes
comme source..
2.3. Description de la procédure d’évaluation
La démarche globale de l’expérimentation était expliquée au sujet, qui partait ensuite se
préparer avec notamment les capteurs élèctromyographiques. La zone était traitée pour
la conduction du signal (raser-poncer-nettoyer peau), puis un boitier d’accéléromètre
était fixé dans une ceinture spécifique au niveau de la région lombaire. Il était demandé
au sujet de réaliser des « quarts de squat » en isométrie selon plusieurs fréquences de
vibration. Pour respecter l’angulation des genoux de 120°, le sujet se plaçait en quart de
squat pour lui montrer la position à l’aide d’un appareil et la vérification était effectuée
avant chaque essai. La consigne était d’absorber les vibrations en relâchant les membres
inférieurs, laissant aller les genoux vers l’avant avec, comme repère, la barre sur les
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épaules qui devait bouger le moins possible. Pour l’exécution des sauts, il fallait garder
les mains sur les hanches pour ne mesurer que la puissance des membres inférieurs. La
première modalité est le saut en contre mouvement (CMJ) en partant les jambes droites,
puis on réalisait une pré-charge musculaire en se baissant avant de sauter, ce qui permet
d’implémenter l’énergie élastique sur la force de propulsion. La seconde modalité de
saut était le « drop jump », représentant une modalité de pliométrie en contre bas, où
l’on devait se laisser tomber et rebondir au sol de manière explosive pour sauter
également le plus haut possible. L’ensemble de la manipulation était effectuée sur une
plateforme de force et filmée pour un complément de traitement en image. Par
exemple, les différentes phases de contractions excentriques ou concentriques pouvaient
être identifiées avec les cinétiques de force, mais la vidéo permettait aussi au
manipulateur de vérifier la bonne exécution du mouvement selon un angle standardisé.
La plateforme vibrante oscillait selon une grande amplitude constante de 30 mm et 3
basses fréquences différentes (1.5, 2.4, et 3.5 Hz). Le temps d’exposition aux vibrations
était fixé à 10 secondes pour avoir un minimum de stabilité dans l’échantillon. Au
niveau du poids appliqué au sujet, il y avait 3 modalités allant de 20kg (barre vide)
jusqu'à 50 et 100% du poids corporel pour individualiser les effets. Cela faisait 12 essais
(3 charges x 4 fréquences) pour chaque sujet. La chronologie des essais était randomisée
pour effacer les effets propres aux modalités (fatigue, charge, etc.). La modalité de
référence était un mouvement de force statique permettant d’évaluer les effets des
vibrations ou de la pliométrie. A cela se rajoutaient 6 sauts répartis sur 2 modalités, à
savoir le saut en contre mouvement et le saut explosif en contre bas pour l’évaluation
de la pliométrie. Excepté sur les sauts, les sujets réalisaient une immobilisation de 30
secondes après chaque essai, pour analyser les variations du centre des masses avec 3
essais de 30 secondes en début de protocole pour servir de référence.
2.4. Matériel et mesures:
La scène de manipulation est représentée sur
la photo ci-contre.
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Il s’agit, pour l’essentiel, d’une plateforme vibrante selon une fréquence de 1.5 à 3.5Hz
et une amplitude de 30 mm. La charge maximale est de 220 kg, le poids net de 100 kg et
les dimensions sont de 84 x 81 x 40 cm, le tout avec une alimentation électrique.
Dans un premier temps, les accélérations produites au niveau du rachis seront
mesurées avec un accéléromètre triaxial de la marque Locometrix. Il se compose d’un
boîtier enregistreur (fréquence d’acquisition : 100Hz ; autonomie : 30 minutes
d’enregistrement) et d’un capteur qui mesure les accélérations suivant l’axe verticale.
Ces mesures permettent de quantifier l’aspect traumatisant de la plateforme vibrante
pour se référer aux consignes d’exposition d’ondes de chocs dans la pratique sportive. Il
est donc placé sur la région lombaire médiane au regard de L3, puisque les majeures
parties des contraintes mécaniques du poids du corps s’y répercutent.
Le deuxième domaine d’analyse est l’enregistrement des forces en relation avec
l’individu afin d’étudier les effets des vibrations sur les contraintes de montées en force.
La plateforme de force portable de la marque Kislter, mesurant 60 cm de longueur par
40 cm de largeur et 3,5 cm de hauteur. Composée de capteurs piézoélectriques de très
grande sensibilité, idéaux pour l’étude de la biomécanique humaine. De plus, cette
plateforme de force est employée pour une analyse supplémentaire, celle de la variation
du centre des pressions. L’analyse de la qualité du contrôle posturale est importante car
elle détermine les effets d’une exposition aux vibrations sur ce système proprioceptif.
Le troisième domaine d’analyse porte sur l’activité électrique musculaire de surface
qui témoigne d’une activation du muscle et donc de la sollicitation du système
neuromusculaire. Les électrodes élèctromyographiques sont disposées pour l’extension
du membre inférieur sur le vaste latéral externe (VL) et le soléaire (SOL) avec l’analyse
de la flexion sur le tibialis antérieur (TA) et du biceps fémoral (BF) avec l’électrode de
référence sur la malléole droite.
Le système d’acquisition de donnée est un biopack, permettant d’extraire les données
électriques de la plateforme vibrante et de force pour les transformer en données
numériques. Le principal traitement est réalisé sur un ordinateur avec le logiciel biopack
systems AcqKnowledge 4.0, permettant après traitement d’exporter les données sous
plusieurs formats.
Enfin, une liste d’accessoires pour les détails de l’installation : des câbles d’au moins
2m pour relier les électrodes EMG au biopack avec la possibilité de réaliser un saut, des
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collants pour maintenir les câbles et réaliser un contraste du sujet avec le décor, un
goniomètre pour mesurer l’angulation du genou lors du squat statique, un chronomètre
pour les différentes phases du protocole, des charges avec des chandelles comme
support de la barre en hauteur, des marqueurs passifs pour analyser la biomécanique et
un éclairage pour la netteté des marqueurs, un escalier pour réaliser les sauts en contre
bas et enfin une caméra numérique de marque Sony reliée directement à l’ordinateur.
2.5. Traitement des données:
Pour l’accélération, nous avons calculé des paramètres, comme les agitations selon l’axe
vertical pour définir les ondes de chocs, grâce au logiciel Locometrix spécifique à
l’accéléromètre. La vérification de la justesse de la plateforme a été réalisée par ces
enregistrements. Les portions ont été analysées sur une durée de 10 secondes pour une
stabilité du signal suffisante et cela sur chaque modalité de fréquence et de charge. Le
premier traitement correspond à l’accélération avec le « g », pouvant donner
l’expression du poids. La seconde étape était l’analyse des harmoniques enregistrés,
pour définir notre niveau de sollicitation par rapport au seuil traumatisant. La troisième
étape a été le calcul du découpage du signal par ondelette, offrant ainsi une traduction
chiffrée des harmoniques dangereuses, c'est-à-dire du pourcentage d’ondes pathogènes
pour les articulations. Enfin, les données ont été exportées dans le tableur Excel pour
réaliser des calculs sur l’ensemble de nos modalités (moyenne, maximum, etc.)
Le traitement des enregistrements de force a été effectué selon une approche globale,
avec la force totale de réaction du sol (rassemblant les 4 capteurs de la plateforme) et
une approche plus détaillée par ondulation. Nous avons utilisé le logiciel
AcqKnowledge 4.0. Pour l’approche globale, il nous a permis de sélectionner notre
tranche de signal (4 sec les plus stables) et choisir nos canaux avec les valeurs choisies,
comme la force moyenne totale (la résultante des forces de réactions du sol) paramétrée
au préalable sur le du canal 40. D’autre part, nous avons réalisé un filtrage des données
pour effacer les signaux parasites. En ce qui concerne l’approche détaillée par
ondulations, elle a été plus complète en précisant les montées en force selon les
vibrations. Dans un premier temps, il a fallu mettre en évidence les différents cycles, en
définissant les pics maximums et minimums des ondulations. En second lieu, nous
avons calculé la pente moyenne sur le canal de la force totale, par la méthode du RFD, à
la fois pour les montées en force et les descentes. La dernière étape consistait à dériver
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Mémoire Master 2 IPP 2009 : Préparation physique Laurent Brosseau
13
le signal pour mettre en évidence la portion de la pente où la vitesse était maximale, sur
les montées et descentes en force.
Pour l’activité élèctromyographiques, le logiciel d’acquisition AcqKnowledge 4.0 a été
également utilisé pour l’ensemble du traitement. Comme précédemment expliqué, les
signaux étaient filtrés. Au cours de chaque modalité et des 2 traitements de force, les
signaux EMG ont été transformés en RMS (root mean square), c'est-à-dire en valeurs
efficaces, qui représentent un équivalent en continue du signal ondulatoire. Au final, les
résultats ont été exportés directement sur le tableur Excel pour les comparaisons des
forces maximales ou minimales et les représentations graphiques des forces et des sujets
pour les sollicitations EMG.
Enfin, les enregistrements du contrôle postural ont commencé sous le logiciel biopack,
avec les sélections de la période vibratoire de 10 secondes et celle post vibratoire de 30
secondes (sans charge ni vibration). Une fois exportées sous format texte (.Txt) du
système PC, ces données ont été traitées avec le logiciel de programmation Matlab.
L’objectif a été de faire apparaitre les coordonnées du centre des pressions grâce au
principe du barycentre à partir des 4 capteurs de force. Puis la représentation graphique
de son évolution a été employée pour analyser son évolution, selon 2 paramètres qui
étaient sa surface et sa vitesse moyenne de déplacement. Ces formules ont été
développées avec Matlab, permettant ainsi de décrire la qualité du contrôle postural, et
ses variations dans les phases de réajustement.
2.6. Analyse statistique
Le logiciel employé est dans un premier temps le tableur Excel pour regrouper les
moyennes des sujets sur chaque modalité afin de réaliser une analyse statistique
pertinente à l’échelle d’une population. Cette seconde partie est réalisée par le logiciel
Statistica. Les données sont décrites avec leurs valeurs moyennes (± écart-type). Les
différentes modalités de vibration étaient comparées entre elles grâce à une analyse de
variance à 2 facteurs (fréquence x charge) à mesures répétées. La combinaison
fréquences par charges induisant le plus haut niveau de sollicitation était ensuite
comparée aux sauts verticaux (CMJ et DJ) grâce à une analyse de variance à un facteur
(modalité). Lorsqu’une interaction ou un effet significatif était détecté, un test post-hoc
de Newman-Keuls était utilisé pour détecter les différences significatives entre les
différentes valeurs. Le seuil de significativité était fixé à P ≤ 0.05.
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Mémoire Master 2 IPP 2009 : Préparation physique Laurent Brosseau
14
3. Résultats
3.1. Analyse de l’accélération
Le premier secteur d’analyse était à propos des ondes de chocs occasionnées par les
vibrations, c'est-à-dire l’aspect traumatisant de ce type de modalité lorsque le corps
ressentait des accélérations. L’effet aigu de ces vibrations a été décrit selon 2 paramètres
au cours des 3 modalités de fréquence des vibrations et des 3 modalités de charges. Tout
d’abord les accélérations sont affichées dans le tableau 1. L’aspect intéressant de ces
résultats est que l’ensemble des accélérations sont situées en dessous d’1 G. Au niveau
des influences de paramètres de la plateforme, on notait une nette diminution (< 5%) sur
les fréquences de vibration de 1.5 et 2.4 Hz lorsque la charge externe augmentait et cette
diminution s’accentuait (>10%) avec la charge la plus haute. Lors de l’exposition aux
vibrations à 3.5 Hz, les accélérations les plus hautes (> 25%) ont été enregistrées et les
accélérations diminuaient encore de 10% entre chaque pallier moins chargé. Donc
l’augmentation de la fréquence et la diminution du poids potentialisaient les
accélérations.
Au niveau du second paramètre, la dangerosité des ondes vibratoires a été mesurée par
l’étude des harmoniques. Le tableau 2 présente les variations d’harmoniques selon les
modalités de la plateforme. Il apparaissait à nouveau que la plus haute fréquence (3.5
Hz) produisait le plus d’harmoniques néfastes. C'est-à-dire au-delà de la limite tolérable
par le corps de 4Hz. C’était avec la plus basse fréquence et le moins de charge
additionnelle que les harmoniques étaient les moins forts. En ce qui concerne les faibles
charges (20kg et 50% du poids), l’augmentation de fréquences des harmoniques était
identique (+50%) en appliquant les fréquences supérieures (2.4 et 3.5 Hz). Cependant, il
y avait une moindre augmentation d’harmoniques pour la charge de 100% du poids de
corps, bien que les niveaux de fréquence d’harmoniques fussent déjà élevé pour la faible
fréquence (> 6Hz).
Tableau 1. Accélération (g)
Charge Fréquence de vibration (Hz)
1.5 2.4 3.5
20 KG 0.29 0.39 ± 0.08 0.51 ± 0.07
50% poids corps 0.29 ± 0.08 0.36 ± 0.06 0.44 ± 0.05
100% poids corps 0.26 ± 0.06 0.28 ± 0.05 0.37 ± 0.06
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15
Le tableau 3 représente la traduction chiffrée de ces harmoniques dangereuses. Ainsi les
modalités de hautes fréquences (3.5 Hz) et des charges externes modérées (50% du
poids) représentaient un optimum si on se plaçait dans la dangerosité des vibrations
pour le corps. Pourtant la charge supérieure (100%) montrait une fraction plus grande
d’ondes néfastes, alors que la grande variabilité dans l’écart type n’était pas
suffisamment significative. Au final, la pratique conseillée pour le minimum de risques
sur ce type de modalité était la faible fréquence (1.5 Hz) avec une faible charge
additionnelle (20Kg), mais les modalités intermédiaires restaient suffisamment
acceptable (2.4 Hz avec 50% du poids du corps).
3.2. Analyse de la Force
Nous avions abordé la force de réaction au sol, afin d’analyser les contraintes
mécaniques que subissaient le système neuromusculaire, voire musculaire sur ces
situations de vibrations, c'est-à-dire les effets aigus provoqués sur l’organisme au cours
d’une séance d’entrainement de force, mais sur un support vibrant à de faibles
fréquences et grandes amplitudes, en le comparant aux sollicitations de référence sans
vibration, et également sur des modalités de pliométrie. Dans un premier temps, nous
avons réalisé une approche globale sur cette étude de force, puis une analyse détaillée
par ondulations avec les vitesses de montée en force.
Ces tests ANOVA ont mis en évidence des différences significatives sur les
comparaisons des modalités vibratoires (fréquence et charge) avec la référence,
illustrées sur le graphique 1. Il y avait un effet de la charge sur la force moyenne de
réaction au sol qui augmentait pour des charges additionnelles plus lourdes : de 1019
tableau 2. Harmoniques (Hz)
Charge Fréquence de vibration (Hz)
1.5 2.4 3.5
20 KG 3.32 ± 0 4.79 ± 0
7.51 ±
0.91
50% poids
corps 3.28 ± 0.05
4.77 ±
0.04
7.22 ±
0.72
100% poids
corps 6.38 ± 0.17
7.19 ±
1.41 7.96 ±
0.83
tableau 3. Ondes (% d'harmoniques néfastes)
Charge Fréquence de vibration (Hz)
1.5 2.4 3.5
20 KG 5.21 ± 2 8.79 ± 1 27.19 ± 3
50% poids
corps 6.61 ± 5 10.43 ± 3 31.29 ± 5
100% poids
corps 17.62 ± 17 17.46 ± 6 52.91 ± 15
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16
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 1 2 3 4
vitesse de montée en
force (N/s)
Fréquence de vibration (Hz)
Graphique 3. Effets charge et fréquence sur vitesse montée en force
1002050
1002050
1005020
Charge
Newton pour une charge de 20KG, augmentant à 1240 N (+20%) pour une charge de
50% du poids corporel et atteignait une sollicitation optimale de 1660 N (+ 40 %) pour
une charge de 100% de poids corporel. Bien que ce résultat ne fût pas inattendu,
l’importante augmentation non linéaire de la force témoigne de l’intérêt à franchir un
certain seuil de charge, en l’occurrence ici 50% du poids corporel. De plus, des
différences significatives ont été montrées sur les différentes fréquences de vibrations
utilisées. Bien qu’il n’y avait pas de différence significative entre la basse fréquence 1.5
Hz et l’absence de vibration (0Hz), un effet des vibrations a été justifié sur les hautes
fréquences, en comparaison à la fréquence de référence (0 Hz). Donc il y avait une
augmentation de la force de réaction au sol avec la plateforme vibrante optimale avec la
fréquence de 2.4 Hz (3.5 Hz) comme le montre le graphique 2. Cette fréquence optimale
peut s’expliquer par le fait que la fréquence de résonnance des muscles soit 3 Hz, ce qui
provoque une vibration en phase des membres inférieurs qui sont les premiers à être en
contact avec ces ondes. En dépit d’une sollicitation amplifiée sur la plateforme vibrante,
cet entrainement en force doit s’assurer de la mise en résonnance des muscles pour
identifier de quelconques traumatismes occasionnés par ce phénomène.
En ce qui concerne l’approche plus détaillée de notre analyse sur la force, nous
n’avons retenu que les vitesses de montée en force en valeur moyenne et maximale, afin
de caractériser les contraintes mécaniques sur ces séances. La synthèse des résultats
statistiques est donnée sur le graphique 3 (complément en annexe).
900
1100
1300
1500
1700
0 2 4
FORCE (N)
Frequence (Hz)
Graphique 1. effets charge et fréquence sur Force moyenne
100%
50 %20 kg
12401241124212431244124512461247
0 2 4
FORCE (N)
Frequence de vibration (Hz)
Graphique 2. effet fréquence charges 50 %
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17
0
10000
20000
30000
40000
vitesse de montée en force
(N/s)
Graphique 4. vibration optimale comparée aux sauts
CMJ3.5 Hz100% DJ
Nous remarquons deux effets significatifs sur les vitesses moyennes de montée en force.
Il y avait un effet potentialisateur significatif de la charge maximale (100%) et de la
plus haute fréquence (3.5Hz) sur les vitesses de montées qui devenaient les plus rapides.
Il est à noter l’absence d’effet de l’interaction entre ces 2 paramètres (charge x
fréquences) donc pas d’association optimale et l’importante différence qu’il y avait
entre la haute fréquence et la basse fréquence (1.5Hz).
Dans un second temps, cette condition maximale de sollicitation (3.5 Hz/100% poids
de corps) a été comparée avec les sauts sur le graphique 4, ce qui montrait une
différence significative des modalités de saut. En effet, il y avait une importante
différence avec le saut en contre bas (« Drop Jump »), 5 fois plus élevée du fait de
l’impact après la chute de 40 cm. Mais le point remarquable est l’absence de différence
entre cette modalité de vibration et le saut en contre mouvement (CMJ). De ce fait la
modalité vibratoire peut reproduire une sollicitation neuromusculaire équivalente à celle
d’un mouvement de force explosive.
3.3. Activités électriques musculaires.
Après l’étude des contraintes mécaniques, nous voulions mesurer ses impacts sur
l’organisme, ce qui a commencé par l’analyse des signaux électriques des muscles en
activité. Ces signaux sont exprimés en valeur continue en les transposant en RMS. Tout
d’abord, les résultats statistiques dévoilent des augmentations significatives lors des
vibrations avec une sollicitation maximale pour une vibration de plateforme à 3.5 Hz,
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18
0,09
0,11
0,13
0,15
0,17
0 2 4
RMS EMG(u.a.)
fréquence de vibration (Hz)
Graphique 5. Effet de la fréquence sur RMS EMG VL (20kg de charge)
voire identique dans certains cas pour 2.4 Hz. D’où l’exemple sur le graphique 5 qui
dévoile l’effet potentialisateur des vibrations sur les actions musculaires.
Il n’y avait pas les mêmes effets en fonction de la charge, puisque le soléaire et le vaste
latérale (VL) étaient d’avantage sollicités pour des hautes charges (100% poids du
corps), alors que c’était l’inverse pour le tibialis antérieur (TA) avec 20 kg et toutefois
pas d’effet pour le biceps fémoral. De plus, les plus fortes activités étaient au niveau du
VL et du TA, qui sont les muscles identifiés lors des réajustements posturaux au cours
de vibrations (Andrew et al., 2007). L’analyse statistique a montré des effets de
l’interaction entre les deux paramètres (charge x fréquence), ce qui témoignait d’une
influence entre eux, aboutissant sur une modalité optimale pour la sollicitation. Bien
que le maximum fût en fonction d’une haute fréquence (3.5 Hz), le paradoxe était sur
l’influence des poids opposés avec 20 kg pour le TA, mais des hautes charges pour le
VL.
Ensuite, l’analyse plus détaillée des RMS d’EMG était à propos des sollicitations lors
des montées en force, ce qui montre également des élévations en parallèle de celle des
paramètres (charge et fréquences) pour une sollicitation optimale sur la plus haute
fréquence (3.5Hz) et la plus haute charge (100%), sauf pour le biceps qui n’a aucune
influence, puis le TA qui avait la même sollicitation qu’avec une charge de 20kg. Dans
cette partie, il n’y avait à nouveau que 2 conditions optimales (interaction des
paramètres) qui ont été comparées avec les activités lors des sauts. Il en ressort que
l’activité électrique du VL vibrant aux modalités 2.4Hz et 100% sur le graphique 7, était
extrêmement proche des 2 modalités de saut car le CMJ vaut la sollicitation du DJ, donc
sur cette condition la réponse électrique a été équivalente à celle d’un travail
pliométrique. Pour la deuxième modalité optimale sur le BF sur le graphique 8, la
modalité à 3.5 Hz et 100% du poids provoque la même sollicitation qu’un mouvement
0,15
0,17
0,19
0,21
0,23
20 40 60 80 100
RMS EMG(u.a.)
charge
Graphique 6. Effet de la charge sur RMS EMG VL à 3.5 Hz
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explosif (CMJ) sur le paramètre EMG, mais vraiment inférieur à la pliométrie du DJ
(+100%).
3.4. Variations du Centre des Pressions.
Dans un premier temps, les variations du centre des pressions (CdP) ont été quantifiées
pendant la période d’oscillation de 10 secondes.
Sur l’ensemble des modalités de vibration il y n’y avait pas d’effets significatifs de la
charge, pourtant très probable si l'on prend les termes pro balistiques qualitatifs
d'Hopkins et al. (2009) sur les deux paramètres étudiés, à savoir la surface (p = 0.07) et
la vitesse (p = 0.08). Par contre il y avait bien un effet très significatif de la fréquence
utilisée sur la surface et la vitesse. La vitesse moyenne de déplacement du CdP
augmentait avec l’élévation des fréquences d’oscillation (maximum pour 3.5Hz), de
0
0,1
0,2
0,3
0,4RMS EMG(u.a.)
Graphique 7. RMS VL (2.4Hz
100%) comparés aux sauts
CMJ2.4 Hz100% DJ
0
0,05
0,1RMS EMG(u.a.)
Graphique 8. RMS BF (3.5Hz 100%)
comparés aux sauts
CMJ3.5 Hz100% DJ
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20
même pour la surface avec un maximum à 2.4Hz. La synthèse de ces évolutions
apparaît sur les histogrammes 1 et 2 ci-dessus.
Dans un second temps, on a comparé la situation de référence initiale sans vibration au
préalable avec les situations post vibratoire de fréquence 0 Hz, et il n’y avait aucun effet
significatif de la charge sur la surface du CdP (histogramme 3) ni sur la vitesse
(histogramme 4).
Ensuite, concernant la comparaison entre les différentes modalités de vibration (charges
et fréquences), il n’apparaissait aucun effet significatif de la charge ou de la fréquence
sur le paramètre de surface du trajet de CdP, visible sur l’histogramme 5 ci-dessous.
En revanche pour le paramètre de vitesse de déplacement du CdP (histogramme 6), il y
avait un effet très significatif (p < 0.01) de la fréquence d'oscillation qui potentialisait la
vitesse avec un maximum à 3.5Hz. Par contre la modalité charge n’affectait pas non
plus ce paramètre de vitesse du Cdp.
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Mémoire Master 2 IPP 2009 : Préparation physique Laurent Brosseau
21
4. Discussion
4.1. Interprétation des accélérations
Au regard de l’ampleur qui s’est développée sur l’entrainement sportif avec les
plateformes vibrantes, il est important d’avoir un retour objectif sur l’aspect pathogène
que peuvent produire ces plateformes. Beaucoup de recherches ont démontré le lien
pathologique des hautes fréquences (de 5 à 100 Hz) avec une haute accélération
(supérieure à 1G) dans l’apparition des douleurs lombaires. Les accélérations
enregistrées sur cette plateforme de faible fréquence (1.5 à 3.5 Hz) ont été inférieures à
0.5 G pour l’ensemble de nos modalités de charge additionnelle. Une accélération d’1/2
G représente la moitié de l’attraction terrestre (4.9 mètres par seconde), donc le corps
humain ne percevait pas ces ondes vibratoires comme néfastes. Outre le raisonnement
précédent, les systèmes de sécurité qui travaillent sur la tolérance aux vibrations dans le
milieu professionnel (ISO 2631) ont fixé le niveau de tolérance à 0.8 G. Les
accélérations étaient plus importantes pour les hautes fréquences (3.5 Hz) et les faibles
charges (20 kg), car il semble que le corps était plus soumis aux mouvements et aux
accélérations, en comparaison aux lourdes charges qui exerçaient des pressions plus
importantes, ce qui limitait les degrés de liberté. Donc en termes de sollicitation moins
traumatisantes, il est conseillé de rajouter des charges externes suffisamment lourdes
(100% poids du corps) sur des vibrations les plus faibles possibles (1.5 Hz).
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22
Cependant, ce type d’entrainement sur plateforme vibrante produisait des harmoniques
néfastes, car il est considéré que les harmoniques supérieurs à 4 Hz peuvent être
dangereux pour la colonne vertébrale sur des sujets vieux, blessés ou malades. Nos
résultats étaient également favorables aux faibles fréquences de vibration (1.5 et 2.4 Hz)
mais s’opposaient aux précédents sur la recommandation des charges, car il apparaissait
une fréquence faible des harmoniques pour une faible charge (20kg et 50% poids).
Ainsi pour des hautes fréquences (3.5 Hz) les harmoniques dépassaient le seuil de 4Hz
(7.51 ± 0.91). De même pour une haute charge peu importait les fréquences de
vibrations (6.38 Hz ± 0.17). En pourcentages d’ondes néfastes ces chiffres
représentaient plus de 25%, alors que la marche à pied se situe en dessous de 11% pour
l’exemple. Il apparaissait donc que les sollicitations de ce type de plateforme vibrante
étaient délicates, c'est-à-dire que les paramètres d’utilisation doivent être contrôlés pour
une utilisation non traumatisante, comme la fréquence et la charge qui doivent être
faibles ou modérées (de 1.5 à 2.4 Hz et 20 kg à 50% du poids de corps). D’un autre
point de vue, ces recommandations s’appuient sur des principes validés pour une
population normale voire délicate, mais au regard d’une population sportive qui possède
des renforcements musculaires, il est peut être envisageable d’utiliser des charges à
100% et une fréquence de 3.5 Hz.
4.2. Les effets des vibrations sur les forces
Les sollicitations des vibrations ont été quantifiées en fonctions des forces de réaction
au sol, c'est-à-dire l’objectivation des contraintes mécaniques transmises sur le corps, à
la fois sur la résultante globale de la force verticale (Fz total) en réponse au poids du
sujet et sur les vitesses moyennes de montée en force qui démontrent de l’explosivité
dans la contraction musculaire. Tout d’abord, les vibrations impliquaient des
sollicitations supérieures à une séance classique de contraction isométrique sans
vibration et l’augmentation non linéaire des forces pour des charges de 100% du poids
de corps indique un réel intérêt des charges, car au-delà du seuil de 50% du poids, les
contraintes mécaniques imposées sur le corps devraient produire de réelles sollicitations
neuromusculaires pour un entrainement de puissance. En ce qui concerne les fréquences
de vibration, le fait que la faible fréquence de vibration (1.5Hz) soit équivalente à la
condition neutre (0Hz) dévoile que le principe de la vibration doit être contrôlé, sinon
les sollicitations attendues n’auront pas lieu. D’autre part, l’analyse des vitesses de
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montée en force dévoilait les même effets des charges et fréquences élevées. Ainsi, les
fortes fréquences de cette plateforme (3.5 Hz, voire 2.4Hz) déploient de sérieuses
contraintes mécaniques, supérieures de loin aux sollicitations classiques (force
isométrique) car celles de la condition maximale (3.5 Hz et 100% de poids) étaient
équivalentes à celles enregistrées sur un saut en contre mouvement (CMJ). Bien que ces
sollicitations n’égalent pas autant celles de la pliométrie, le mouvement du CMJ
caractérise tout de même l’explosivité à l’état pur du membre inférieur, avec l’intérêt
de posséder une sorte de modalité pliométrique (excentrique puis concentrique) qui
augmente la force produite par l’ajout de l’énergie élastique. Donc ce type de
sollicitations exigeantes pour le système neuromusculaire sont plus qu’intéressantes à
reproduire sur des séances de force avec des vibrations, notamment pour des rugbymen
lourds et très sollicités sur les articulations qui devraient se sentir mieux sur les
vibrations que lors d’entrainements explosifs type CMJ.
4.3. Activités électrique musculaire
Le plateforme vibrante impose des sollicitations supérieures au niveau de l’activité
électrique moyenne des muscles, puisque la réalisation d’une contraction isométrique
sur support vibrant ne pouvait que rajouter un travail supplémentaire. Celui-ci devrait se
caractériser essentiellement au niveau des muscles posturaux (vaste latéral et tibialis
antérieur) pour maintenir un équilibre efficace dans une situation instable, c'est-à-dire
que la sollicitation supplémentaire des vibrations impliquait un réajustement permanent
des muscles posturaux en plus de l’effort musculaire isométrique. D’ailleurs la synthèse
des activités élèctromyographiques dévoile une certaine logique dans la stratégie
posturale. Par exemple, sur certaines modalités, c’étaient les muscles agonistes les plus
sollicités relayant la prise en charge aux antagonistes sur des modalités de vibration
différentes. A savoir que sur les RMS des montées en force, les mêmes effets
d’augmentation étaient présents sur les hautes charges et hautes fréquences mais avec
des nuances. En effet, les muscles les plus identifiés dans les réajustements posturaux
(VL et TA) réagissaient de manière optimale en termes de sollicitations pour les hautes
fréquences (3.5 Hz), mais sur des charges opposées. Bien que la majorité des effets de
sollicitation potentialisées fût pour la forte charge (100%), le TA avait montré une
meilleure sollicitation pour la faible charge de 20 kg. Pour la lourde charge, cela peut
s’expliquer par la difficulté qui consiste à rester debout sans s’écrouler sous le poids de
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la barre qui, située sur les épaules en quart de squat, avait tendance à nous pencher vers
l’avant, ce qui explique le rôle du VL qui contribue majoritairement à la force produite
pour se redresser. Alors que pour la faible charge, le rôle du TA est complémentaire au
BF pour fléchir le membre inférieur et nous ramener vers l’avant car cette faible charge
pendant les vibrations avait tendance à nous déséquilibrer vers l’arrière, car la position
baissée du squat était plus difficile à stabiliser sans une lourde charge qui nous
maintenait au sol, évitant ainsi les mouvements plus libres de la posture. Cependant, le
résultat surprenant lors de la vibration à 3.5 Hz sur le TA avait montré les mêmes effets
des 2 charges extrêmes (20 kg et 100%) bien supérieur à la charge de 50% du poids de
corps. Donc cela pourrait laisser envisager que l’unique résultat en faveur de la faible
charge ne soit pas suffisant pour en tirer des conclusions sur le paramètre optimal de la
plateforme.
Enfin, ces activités électriques des membres inférieurs rejoignent les résultats
précédents sur les forces de réaction au sol qui traduisaient une sollicitation accrue pour
une forte fréquence et lourde charge, ainsi qu’une sollicitation parfois proche de celle
produite lors d’un saut explosif (CMJ). Donc la modalité d’une séance de force sur des
vibrations est encore plus intéressante pour les sollicitations neuromusculaires, car elle
arrive à reproduire une équivalence au mouvement de force explosive (du CMJ) déjà
bien exigeant, même si la pliométrie possède un niveau d’activation encore plus élevé.
(Parfois les EMG des DJ sont équivalentes aux CMJ).
4.4. Significations des variations du Centre des Pressions
La posturologie analyse le contrôle du tonus musculaire, qui témoigne des adaptations
posturales nécessaires au maintien de la posture ou à l'harmonie des mouvements. Les
deux paramètres retenus dans notre étude ont été la surface et la vitesse moyenne de
déplacement du CdP. Cette analyse est décrite par un statokinésigramme (Schéma 1),
qui inscrit les positions successives du centre de pression par rapport à un référentiel
dont l'origine est située au barycentre des capteurs de force.
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25
Le premier paramètre est la surface de l’ellipse formée par ces variations de CdP
(Schéma 2), ce qui représente l’indice le plus pertinent pour quantifier la capacité d'un
individu à s'équilibrer dans des conditions statiques. Ces surfaces ont été augmentées
pendant les vibrations avec un effet croissant des sollicitations pour des fréquences
élevées, donc cette modalité possède une sollicitation neuromusculaire plus intense
qu’une modalité classique sans vibration. Cependant aucun effet n’a été relevé sur la
période de 10 sec suivant les oscillations, ni en comparaison avec les situations de
référence avant toutes sollicitations, ni sur les différentes modalités avec la plateforme
vibrante. Cela impose que les effets des sollicitations optimisées ne perdurent pas du
tout à court termes, donc il n’y a pas d’effet aigu des vibrations sur les qualités de
contrôle postural, du moins insuffisante pour une fatigue nerveuse des afférences de
l’équilibre. C'est-à-dire que cette séance d’entrainement était peut-être trop courte pour
concrétiser les effets des vibrations en effets aigus.
Le second paramètre est la vitesse moyenne de déplacement du CdP.
La variance de la vitesse des déplacements du centre de pression rend compte du
tonus postural de certains muscles impliqués dans le contrôle postural et de leurs
propriétés viscoélastiques. Sans aller dans le détail, une modification importante de ces
vitesses indique souvent une modification de la stratégie d'équilibration, telle que le
passage de la stratégie de chevilles à la stratégie de hanche chez la personne âgée. C'est-
à-dire qu’une augmentation de la vitesse témoignerait d'un contrôle musculaire plus
important pour la stabilisation du CdP. Ici aussi il n’y avait pas d’effet de la charge sur
cet indice, ni pendant les oscillations, ni après les sollicitations que ce soit en
comparaison avec la référence du début de la séance, ou entre les différentes modalités.
Au final il apparait que les charges additionnelles au poids du corps n’engendraient pas
de sollicitation nerveuse au niveau des contrôles posturaux. En revanche, le paramètre
de fréquence d’oscillation montrait des influences sur l’augmentation des vitesses, donc
cette séance ne provoquait pas de fatigue aiguë sur les fonctions stabilisatrices des
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muscles, mais des pertes de qualités de contrôle pendant les vibrations. Il apparaît donc
alors que cette séance d’entrainement sur plateforme vibrante provoque bien des
sollicitations nerveuses plus importantes que lors d’un exercice de force sans vibration.
4.5. Limites méthodologiques
Certains résultats obtenus dans cette étude sont surprenants voir même opposés aux
attentes que nous avons formulées dans notre hypothèse. Des limites méthodologiques
peuvent en partie expliquer cela. Il est arrivé que plusieurs paramètres ou situations
n’aient pas d’effet significatif car à la limite du seuil de significativité, lui-même fixé à
5% à cause du nombre limité de sujet. D’autre part, des niveaux de sollicitations ont été
surestimés, sans doute parce que les durées d’exposition aux vibrations étaient trop
courtes pour laisser perdurer des effets aigus, comme une fatigabilité plus importante
des systèmes proprioceptifs posturaux ou une activité élèctromyographique plus
conséquente. En dépit du fait de n’avoir mesuré que les activités électriques de surface
et d’avoir sous-estimé les sollicitations des vibrations peut être plus profondes, il serait
intéressant d’étudier les muscles responsables du maintien ou gainage du tronc car il
serait alors possible de montrer les étendues de la proprioception. De plus, l’absence
d’entrainements répétés avec ce type de vibrations n’a pas pu mettre en évidence une
quelconque adaptation de l’organisme ou du moins des effets à moyens et longs termes
puisque c’est la finalité de ce type d’avancée en préparation physique, sans oublier
l’intérêt qu’il pourrait y avoir à sélectionner des sujets dans une même spécialité
sportive, pour individualiser des effets sur une discipline. Enfin, la principale limite
méthodologique est de n’avoir pu mener à bien les traitements vidéos à cause d’une
vitesse d’acquisition trop faible (25Hz), ne permettant pas l’enregistrement assez précis
des différents mouvements mécaniques car nous voulions analyser en parallèle les
différentes phases de contractions excentriques et concentriques.
5. Conclusion
L’objectif de cette étude était de quantifier les sollicitations neuromusculaires au cours
d’une séance d’entrainement de force isométrique sur plateforme vibrante et de les
comparer avec une modalité classique de référence sans vibration, puis avec un travail
pliométrique. En considérant la pratique de la pliométrie non pas comme plutôt délicate
aux vues des traumatismes musculaires ou articulaires, mais comme un travail de
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qualité pour développer la puissance musculaire sur le membre inférieur, nous voulions
mettre en place une alternative au travail pliométrique pour entrainer l’organisme à
s’adapter aux hautes intensités répétées en sollicitant le système neuromusculaire. Les
résultats ont montré une sollicitation vibratoire supérieure au niveau des forces de
réactions au sol, des activités électriques musculaires et surtout sur les vitesses de
montées en force. Le second point positif a été de se rapprocher parfois des modalités
globales de la pliométrie avec les sauts explosifs en contre mouvement, certes
contraignants de part leur niveau de contraintes mécaniques avec l’énergie élastique et
la succession des contractions excentriques-concentriques, malgré que l’on n’ait pas pu
se baser sur l’activité de référence en termes de production de puissance, à savoir la
chute en contre bas ou « drop jump », qui est l’illustration même de la pliométrie. Donc
c’était essentiellement au niveau des vitesses de montées en force que cette séance de
force vibratoire a dévoilée son ambition pour la préparation physique car ce type de
sollicitation peut reproduire des mouvements de forces explosives. De plus, ce type
d’entrainement sur plateforme vibrante procurait des sollicitations supplémentaires
voire complémentaires des objectifs de puissance, c’est-à-dire au niveau de
l’entrainement proprioceptif de par les mises en évidence de réajustements posturaux
permanents. Ce dernier point pourrait être un complément aux bénéfices de préventions
des dommages musculaires avant un travail excentrique, pour considérer l’entrainement
sur ces plateformes lors de séances de renforcements musculaire préventif, à l’exemple
du travail proprioceptif et du gainage lors des vibrations. En revanche, l’aspect
traumatisant de ce type d’onde de vibration a été plus ou moins écarté avec ces basses
fréquences. Pourtant malgré certaines de nos modalités, à savoir les plus bénéfiques
pour les sollicitations (3.5 Hz et 100% poids de corps), il y avait des mises en gardes
légères qui apparaissaient. Cependant il était vraiment intéressant de dépasser les 50%
de charge pour obtenir des sollicitations neuromusculaires équivalentes à l’explosivité.
Donc, il en ressort que ce type de séances d’entrainement sur support vibrant est très
intéressant sur le plan du développement de la force explosive du membre inférieur,
ainsi que pour les préventions et développements proprioceptifs. Mais il subsiste un
besoin de trouver pour les applications futures les paramètres optimaux comme les
fréquences d’utilisation, les régions du corps les plus sensibles à ce développement et
cela afin de ne pas appliquer plus d’ondes néfastes que de sollicitations
neuromusculaires efficaces, en évitant surtout les dérives de cette utilisation comme
vouloir reproduire des sauts ou de la pliométrie sur les vibrations pour additionner les
effets.
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6. Points clés et applications pratiques
Le rugby moderne exigera de plus en plus une préparation physique pointue lui
permettant de maintenir le plus longtemps possible des hauts niveaux
d’intensités neuromusculaires, illustrés au travers d’une puissance efficace.
En termes de puissance efficace, cela fait appel à la notion de transmission de la
puissance et ce type de plateforme vibrante devient encore plus intéressant pour
le développement de la force explosive car il sollicite en parallèle les systèmes
proprioceptifs de la posture.
La notion de gainage et de réajustement postural est un point majeur de
développement du rugbyman et ce pour lui permettre de transférer ses qualités et
son développement musculaire de puissance vers une performance de terrain où
les conditions instables de poussée par exemple sont loin de celles d’une
musculation en salle.
Le développement de la puissance fait partie intégrante de l’hygiène de vie des
rugbymen et ce type d’entrainement sur plateforme vibrante à faible fréquence
permet d’apporter un travail de force explosive avec une qualité significative,
car les sollicitations neuromusculaires sont permanentes pendant la vibration
grâce au réflexe d’étirement, et de limiter considérablement les traumatismes
articulaires lors d’impacts en pliométrie ou autre entrainement explosif.
L’ingénierie de la préparation physique devra travailler à optimiser ce type
d’entrainement pour une performance meilleure sur le plan sportif et de la santé,
en aiguillant les innovations de ces vibrations dans le sport.
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7. Bibliographie
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8. Annexes
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Remerciements
Je tenais à féliciter l’état d’esprit que j’ai apprécié à l’intérieur de cette formation
professionnelle, qui m’a apporté les conditions nécessaires au passage délicat de la vie
étudiante, avec des années d’entrainement et de préparation physique modérée, à la vie
professionnelle de l’ingénierie en préparation physique.
Un état d’esprit et de confiance également remarquable à la structure qui m’a accueilli en
stage. Donc je remercie le Centre National de Rugby (CNR) à Marcoussis pour m’avoir donné
de réelles responsabilités au sein des équipes nationales et sans oublier les comportements de
tous mes collaborateurs qui ont apporté autant de bonnes conditions de travail que d’expérience.
Merci à mon directeur de mémoire, Vincent Martin pour son aide et sa patience plus que
précieuse pour m’avoir permis d’aller au bout de ce projet. Merci également à mon autre
directeur, Stéphane Perrey, pour m’avoir fait confiance.
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Résumé : Caractérisation de la sollicitation neuromusculaire suite à une séance sur
plate-forme vibrante à basse fréquence
Buts de l’étude : Mettre en place des séances d’entrainement en force sur plate forme
vibrante, pour reproduire un développement de la puissance plus efficace car la
sollicitation du système neuromusculaire est plus importante avec les réflexes
d’étirements musculaires sensibles aux vibrations continues.
Méthodes : 8 sujets sportifs (rugby), réalisant 1 séance d’entrainement avec 12
modalités de 10 secondes de vibration, à haute amplitude (30mm), faible fréquence
(<3.5Hz) et 6 sauts. Analyser et comparer les effets d’une session d’entrainement en
force isométrique avec et sans plateforme vibrante, puis avec les sauts pliométriques.
Etude des forces de réactions au sol, activité électrique musculaire, contrôle postural, de
la vitesse de montée en force et des accélérations pour les traumatismes.
Résultats : Il y avait des effets significatifs des vibrations qui potentialisaient les
paramètres de force, les activités électriques musculaires, maximals pour la haute
charge (100% poids de corps) et haute fréquence (3.5Hz), identique aux sollicitations de
sauts en contre mouvement (CMJ). Pas d’effet aigu des troubles posturaux, mais
sollicitation proprioception. Les accélérations ne sont pas néfastes, mais faire attention
aux modalités d’utilisation des vibrations.
Conclusion : Les vibrations augmentent les sollicitations des systèmes
neuromusculaires lors d’une séance de force isométrique, parfois proche de l’explosivité
des sauts CMJ. Donc il est intéressant pour l’entrainement en force explosive, mais
besoin d’étudier si les effets continuent. Ce travail est pertinent pour un travail de
prévention avec les muscles posturaux et le gainage.
Mots clés : sollicitation neuromusculaire, plateforme vibrante, basse fréquence, grande
amplitude, puissance, force explosive, proprioception, contrôle postural.
Abstract: characterization of neuromuscular solicitation during one session in a
vibrating flat plate with low frequency.
Aims of the study: To create a new session of stength training with vibrating flat plate,
to recreate a power development more efficient, since the solicitation of neuromuscular
system are more important with the muscular stretch reflex sensible to vibration.
Methods: 8 athletic men playing rugby, to 1 session strength training on 12 modalities
of 10 second whole body vibration, with big amplitude (30mm) and low frequency
(<3.5Hz), besides 6 jump. Analyse and compare the effect of one session isometric
stength training with or without vibrating flat plate, and after compare versus plyométric
jump. Study of floor stength réaction, electric muscular activity, analyse postural
control, and speed of strength go up, and accélération for injury.
.Results: There were several significant effect about vibration, who increased the
parameters of strength, muscular électric activity, and the maximum were for the heavy
load (100% of weigth bogy) and best frequencie (3.5Hz), unchanged with counter
movement jump solicitation (CMJ). No short term effect for postural control disturb,
but proprioception solicitation. The accélération didn’t harmful, but warning about
modality utilisation of vibrations.
Conclusion: The vibration increase the solicitation of neuromuscular system during a
session of isometric strength training, sometimes near to explosivity of couter
movement jump. Therefore it is interesting for the explosive strength training, but we
need to study the long terms effects. This training is pertinent for preventive exercises
with postural muscle and body solidity.
Key words: neuromuscular sollicitation, whole-body vibration, low frequency, big
amplitude, power, explosive strength, proprioception, postural control.