Comment les analyses du 100m peuvent-elles améliorer notre compréhension des performances au sprint des athlètes de très haut niveau ?
Analyse d’un 100m pour améliorer la compréhension des performances au sprint chez les athlètes masculins et féminins.
Titre de présentation
Comment les analyses du 100m peuvent-elles améliorer notre compréhension des performances au sprint des athlètes de très haut niveau ?
Introduction
L'épreuve du 100 m est l'événement phare des compétitions d'athlétisme. Il représente en général l’évaluation des capacités de vitesse extrême, et constitue ainsi une excellente base pour les scientifiques afin d'améliorer les connaissances sur les limites de la locomotion humaine en termes de caractéristiques physiologiques, neuronales et mécaniques. Les différences de performance entre les hommes et les femmes ont été largement étudiées au cours des 40 dernières années. Au cours du 100 m, des différences anthropométriques (masse musculaire moins importante et squelettes plus petits pour les femmes) pourraient conduire à des différences dans la capacité de produire une grande accélération vers l'avant afin d’atteindre la vitesse maximale et/ou des différences dans la capacité de maintenir cette vitesse maximale jusqu'à la ligne d'arrivée, deux facteurs qui constituent les deux principaux défis d'un sprint de 100 m. La capacité à maintenir la vitesse maximale jusqu'à la ligne d'arrivée pendant le sprint dépend de la capacité à maintenir un niveau élevé de production de force ou de puissance malgré les altérations physiologiques et/ou neurales induites par la fatigue.
Objectifs
Le but de cette étude était donc de comparer les performances mécaniques (puissance, force et vélocité) des sprinters, femmes et hommes, lors des finales de 100m des événements internationaux des 30 dernières années. Cette comparaison a été effectuée à la fois sur les phases d'accélération et de décélération, et sur les rapports F-v et P-v des athlètes.
Méthodes
Les données ont été obtenues à partir des enregistrements de la courbe distance-temps des finales de 100m hommes et femmes, pour un total de 100 courses (50 hommes et 50 femmes).
Les courbes distance-temps ont été tirées des données obtenues avec différents systèmes à travers les différents championnats. Toutes ces données fournissaient systématiquement un temps intermédiaire pour tous les 10 ou 20 m. Les auteurs ont réalisé une série de calculs, où x (t) est la position horizontale du centre de masse du coureur (CM), Vmax sa vitesse de course maximale, et s1 et s2 sont des constantes de temps de la première et de la seconde exponentielle, respectivement. Ensuite, la vitesse horizontale (vH) et l'accélération (aH) du corps CM en fonction du temps pendant la phase d'accélération et de décélération a été exprimé en fonction de x (t) dans le temps. En appliquant les principes fondamentaux de la dynamique dans la direction horizontale, la force de réaction au sol antéro-postérieure horizontale (FH) appliquée au corps CM peut être modélisée dans le temps avec m, la masse corporelle du coureur (en kg) et Faero (t) la force de friction aérodynamique. Cette force de friction qui doit être surmontée pendant le sprint est proportionnelle au carré de la vitesse, réduite ou augmentée par la vitesse du vent mesurée pendant les épreuves. La puissance de sortie antéro-postérieure horizontale appliquée au corps CM (PH en W et W / kg) peut alors être modélisée à chaque instant comme le produit de FH (t) et vH (t) et (figures 1a et b). F0 représente la capacité de l'athlète à développer un niveau élevé de force horizontale (à très faible vitesse), tandis que VO reflète la capacité de l'athlète à produire une force horizontale sur le sol à très grande vitesse.
Résultats
Le poids et la taille étaient significativement plus élevées chez les hommes que chez les femmes. La RT (temps de réaction) moyenne n'était pas significativement différente entre les hommes et les femmes. La performance (Perf), la vitesse max (Vmax) et le temps pour atteindre la Vmax (TVmax) étaient significativement différents entre les hommes et les femmes. Au 100 m total, les valeurs absolues ou relatives de Vmean et de Pmean étaient significativement plus grandes chez les hommes. Fmean n'était pas significativement différente entre les hommes et les femmes lorsqu'il est exprimé en N / kg (tableau 2). Perf a été corrélé à Pmean (Figure 2a) et V (r = 0,83; P ≤ 0,0001 en moyenne hommes et r = 0,85; P ≤ 0,0001 chez les femmes). Fmean et tous les autres paramètres (exprimés par rapport à la masse corporelle) n'étaient pas corrélés à Perf (Fig.2b, P> 0.05). Sur la phase d'accélération, toutes les variables mécaniques obtenues au cours de la course, sauf Amean_accel et Fmean_accel, exprimées par rapport à la masse corporelle, différaient significativement entre les hommes et les femmes (Tableau 2). Perf a été corrélé à Vmax (figure 2c), à V (r = 0,69; P≤0,05 chez les hommes et mean_accel r = 0,75; P ≤ 0,0001 chez les femmes) et Pmean_accel (W / kg) chez les hommes seulement (r = 0,29; P ≤ 0,05). Tous les autres paramètres (exprimés par rapport à la masse corporelle) n'étaient pas corrélés à Perf (P> 0,05). D'autre part, les propriétés mécaniques absolues et relatives de l'athlète, F0, Pmax et V0, étaient significativement plus élevées chez les hommes (figures 1a et b, tableau 2). Perf était seulement corrélé à V0 chez les hommes et les femmes (r = 0,86, P ≤ 0,0001 chez les hommes et r = 0,83, P ≤ 0,0001 chez les femmes). Exprimés en fonction de la masse corporelle, F0 et Pmax n'étaient pas corrélés à Perf chez les hommes et les femmes (0,24 ≤ r ≤ 0,02 et 0,09 ≤ P ≤ 0,9). Sur la phase de décélération, % Vmax-end / Vend et Amean_decel étaient significativement plus faibles chez les hommes (figure 3a, tableau 2). Les valeurs absolues et relatives à la masse corporelle Fmean_decel et Pmean_decel étaient significativement plus élevées chez les hommes (figures 3b et c et tableau 2). Perf a été corrélé à Vmean_decel (r = 0,88, P≤0,0001 chez les hommes et r = 0,93, P≤0,0001 chez les femmes) et à Pmean_decel (W / kg) chez les hommes seulement (r = 0,42; P <0,01). Tous les autres paramètres (exprimés par rapport à la masse corporelle) n'étaient pas corrélés à Perf (P> 0,05).
Titre de présentation
Comment les analyses du 100m peuvent-elles améliorer notre compréhension des performances au sprint des athlètes de très haut niveau ?
Introduction
L'épreuve du 100 m est l'événement phare des compétitions d'athlétisme. Il représente en général l’évaluation des capacités de vitesse extrême, et constitue ainsi une excellente base pour les scientifiques afin d'améliorer les connaissances sur les limites de la locomotion humaine en termes de caractéristiques physiologiques, neuronales et mécaniques. Les différences de performance entre les hommes et les femmes ont été largement étudiées au cours des 40 dernières années. Au cours du 100 m, des différences anthropométriques (masse musculaire moins importante et squelettes plus petits pour les femmes) pourraient conduire à des différences dans la capacité de produire une grande accélération vers l'avant afin d’atteindre la vitesse maximale et/ou des différences dans la capacité de maintenir cette vitesse maximale jusqu'à la ligne d'arrivée, deux facteurs qui constituent les deux principaux défis d'un sprint de 100 m. La capacité à maintenir la vitesse maximale jusqu'à la ligne d'arrivée pendant le sprint dépend de la capacité à maintenir un niveau élevé de production de force ou de puissance malgré les altérations physiologiques et/ou neurales induites par la fatigue.
Objectifs
Le but de cette étude était donc de comparer les performances mécaniques (puissance, force et vélocité) des sprinters, femmes et hommes, lors des finales de 100m des événements internationaux des 30 dernières années. Cette comparaison a été effectuée à la fois sur les phases d'accélération et de décélération, et sur les rapports F-v et P-v des athlètes.
Méthodes
Les données ont été obtenues à partir des enregistrements de la courbe distance-temps des finales de 100m hommes et femmes, pour un total de 100 courses (50 hommes et 50 femmes).
Les courbes distance-temps ont été tirées des données obtenues avec différents systèmes à travers les différents championnats. Toutes ces données fournissaient systématiquement un temps intermédiaire pour tous les 10 ou 20 m. Les auteurs ont réalisé une série de calculs, où x (t) est la position horizontale du centre de masse du coureur (CM), Vmax sa vitesse de course maximale, et s1 et s2 sont des constantes de temps de la première et de la seconde exponentielle, respectivement. Ensuite, la vitesse horizontale (vH) et l'accélération (aH) du corps CM en fonction du temps pendant la phase d'accélération et de décélération a été exprimé en fonction de x (t) dans le temps. En appliquant les principes fondamentaux de la dynamique dans la direction horizontale, la force de réaction au sol antéro-postérieure horizontale (FH) appliquée au corps CM peut être modélisée dans le temps avec m, la masse corporelle du coureur (en kg) et Faero (t) la force de friction aérodynamique. Cette force de friction qui doit être surmontée pendant le sprint est proportionnelle au carré de la vitesse, réduite ou augmentée par la vitesse du vent mesurée pendant les épreuves. La puissance de sortie antéro-postérieure horizontale appliquée au corps CM (PH en W et W / kg) peut alors être modélisée à chaque instant comme le produit de FH (t) et vH (t) et (figures 1a et b). F0 représente la capacité de l'athlète à développer un niveau élevé de force horizontale (à très faible vitesse), tandis que VO reflète la capacité de l'athlète à produire une force horizontale sur le sol à très grande vitesse.
Résultats
Le poids et la taille étaient significativement plus élevées chez les hommes que chez les femmes. La RT (temps de réaction) moyenne n'était pas significativement différente entre les hommes et les femmes. La performance (Perf), la vitesse max (Vmax) et le temps pour atteindre la Vmax (TVmax) étaient significativement différents entre les hommes et les femmes. Au 100 m total, les valeurs absolues ou relatives de Vmean et de Pmean étaient significativement plus grandes chez les hommes. Fmean n'était pas significativement différente entre les hommes et les femmes lorsqu'il est exprimé en N / kg (tableau 2). Perf a été corrélé à Pmean (Figure 2a) et V (r = 0,83; P ≤ 0,0001 en moyenne hommes et r = 0,85; P ≤ 0,0001 chez les femmes). Fmean et tous les autres paramètres (exprimés par rapport à la masse corporelle) n'étaient pas corrélés à Perf (Fig.2b, P> 0.05). Sur la phase d'accélération, toutes les variables mécaniques obtenues au cours de la course, sauf Amean_accel et Fmean_accel, exprimées par rapport à la masse corporelle, différaient significativement entre les hommes et les femmes (Tableau 2). Perf a été corrélé à Vmax (figure 2c), à V (r = 0,69; P≤0,05 chez les hommes et mean_accel r = 0,75; P ≤ 0,0001 chez les femmes) et Pmean_accel (W / kg) chez les hommes seulement (r = 0,29; P ≤ 0,05). Tous les autres paramètres (exprimés par rapport à la masse corporelle) n'étaient pas corrélés à Perf (P> 0,05). D'autre part, les propriétés mécaniques absolues et relatives de l'athlète, F0, Pmax et V0, étaient significativement plus élevées chez les hommes (figures 1a et b, tableau 2). Perf était seulement corrélé à V0 chez les hommes et les femmes (r = 0,86, P ≤ 0,0001 chez les hommes et r = 0,83, P ≤ 0,0001 chez les femmes). Exprimés en fonction de la masse corporelle, F0 et Pmax n'étaient pas corrélés à Perf chez les hommes et les femmes (0,24 ≤ r ≤ 0,02 et 0,09 ≤ P ≤ 0,9). Sur la phase de décélération, % Vmax-end / Vend et Amean_decel étaient significativement plus faibles chez les hommes (figure 3a, tableau 2). Les valeurs absolues et relatives à la masse corporelle Fmean_decel et Pmean_decel étaient significativement plus élevées chez les hommes (figures 3b et c et tableau 2). Perf a été corrélé à Vmean_decel (r = 0,88, P≤0,0001 chez les hommes et r = 0,93, P≤0,0001 chez les femmes) et à Pmean_decel (W / kg) chez les hommes seulement (r = 0,42; P <0,01). Tous les autres paramètres (exprimés par rapport à la masse corporelle) n'étaient pas corrélés à Perf (P> 0,05).
Discussion
Cette comparaison a permis de bien comprendre les origines des différences dans les performances de sprint entre hommes et femmes évaluées par les déterminants biomécaniques des phases d'accélération et de décélération de la course de sprint de 100 m chez les sprinters féminins et masculins. Les résultats ont montré que presque toutes les variables mesurées étaient significativement plus élevées chez les hommes que chez les femmes. Seuls Amean_accel, Fmean_accel et Fmean (N / kg) n'étaient pas significativement différents entre les femmes et les hommes. La vélocité maximum du sprint (Vmax) et la puissance moyenne (W / kg) produite au cours de la course de 100 m ont fortement influencé la performance du 100 m. Pendant la phase de décélération du 100 m, les performances des hommes ont été moins affectées par la fatigue que les femmes, comme le montre une diminution plus faible de la vitesse de course. Cette diminution plus faible de la vitesse chez les hommes semble liée à une phase de décélération plus courte due à l'atteinte ultérieure de Vmax, qui peut être associée à une plus grande capacité des hommes à produire une force horizontale sur le sol à très grande vitesse (V0), et ainsi continuer à accélérer.
Durant la phase d'accélération, la vitesse maximale du sprint était fortement corrélée à la performance chez les hommes et les femmes (figure 2c). Il est nécessaire de pouvoir atteindre une Vmax la plus élevée possible, soit plus de 11,53 m / s (41,5 km / h) pour les hommes et de 10,39 m / s (37,4 km / h) pour les femmes. Il semble clair que pour améliorer encore le record mondial du 100m, les sprinters devront atteindre Vmax supérieur à 11,0 m / s (39,6 km / h) atteint par Florence Griffith-Joyner en 1988 et les 12,2 m / s (43,9 km / h) atteints par Usain Bolt en 2009 (Figue 3a). Les différences de Vmax entre les sexes peuvent être liées à des différences de paramètres anthropométriques :
- La taille, qui pourraient affecter la vitesse de course (1,68 m pour les femmes et 1,82 m pour les hommes) : une longueur de jambe plus courte chez les femmes réduit la longueur de foulée maximale qui peut être atteinte (~ 2,20 m chez les femmes contre ~ 2,40 m chez les hommes), réduisant ainsi la vitesse maximale et la performance du sprint de 100 m pour un taux de foulée similaire (hommes : 4,52 Hz, femmes : 4,42 Hz)
- Le TVmax : les hommes et les femmes présentaient les mêmes valeurs Amean_accel mais pas pour la même durée de la phase d'accélération. Les femmes ont arrêté d'accélérer à 5.70 0.69 s, alors que les hommes ont continué à accélérer jusqu'à 6.44 0.86 s. Cette phase d'accélération plus longue a permis aux hommes d'atteindre une plus grande Vmax. Atteindre une Vmax supérieure plus tard dans la course nécessite une capacité à continuer à accélérer malgré l'augmentation de la vitesse de course, et donc la capacité de produire une force horizontale sur le sol à de très hautes vitesses.
Les données actuelles de Pmax ont été les premières obtenues pour les femmes en course à pied et ont montré que les différences entre les sexes existent toujours même lorsque la Pmax est normalisée en fonction de la masse corporelle (en W / kg). La différence entre les hommes et les femmes était d'environ 37% et de 19% lorsque Pmax était exprimée en W et W / kg, respectivement.
Cependant, dans la présente étude, Pmax ou F0, étaient seulement exprimées par rapport à la masse corporelle totale et non à la masse maigre ou à la section musculaire (CSA). De nombreuses caractéristiques musculaires structurelles peuvent contribuer aux différences de Pmax, F0 ou V0 entre les femmes et les hommes. Une masse musculaire et une section musculaire plus importantes produiront des forces au sol supérieures qui pourraient augmenter la vitesse de course. Cependant, en considérant les principes allométriques dans les données actuelles et en normalisant les capacités de force maximale par l'exposant de masse corporelle 0.67, des différences de F0 entre hommes et femmes ont été observées (42.8 3.8 vs 35.2 3.8 N / kg0.67 pour les hommes et les femmes, respectivement, P ≤ 0,0001). Cela semble expliquer les capacités de production de forces horizontales plus élevées pour les hommes pendant la course de vitesse. De plus, l'architecture des muscles et des tendons peut également influencer les différences de sexe observées. Récemment, Hauraix et al., 2014 ont montré une corrélation significative (r = 0,57) entre la vitesse de raccourcissement des faisceaux musculaires et la vitesse angulaire. Ces résultats suggèrent le rôle crucial, bien que complexe, des propriétés des muscles et des tissus tendineux dans les performances de sprint. Au cours de la phase de décélération, les sprinters visent à maintenir la plus grande vélocité le plus longtemps possible, et s'efforcent de limiter la diminution inévitable de la vitesse de course. Les femmes ont moins résisté aux effets de la fatigue durant cette dernière partie du 100 m et affichent un plus grand Amean_decel et% Vmax-end / Vend que les hommes. En course, la raideur articulaire des membres inférieurs, qui joue probablement un rôle majeur dans le cycle d'étirement-raccourcissement, pourrait expliquer les différences inter-sexuelles observées durant cette phase de décélération. En effet, il a été démontré que la raideur des membres inférieurs est altérée par la fatigue et que la raideur du tendon d'Achille est plus importante chez les hommes que chez les femmes. On pourrait supposer que les sprinters hommes et femmes réagissent différemment à la fatigue induite par le sprint. Une deuxième explication possible de ces différences pourrait être liée au profil spécifique des relations v-t chez les femmes. En effet, par rapport aux hommes, les femmes ont atteint leur Vmax plus tôt et leur temps de course sur les 100 m est plus long. Ainsi, la durée de cette phase de décélération est beaucoup plus longue chez les femmes que chez les hommes (environ 1,77 s de plus). Cette phase de décélération plus longue pourrait tout simplement conduire à un plus grand effet de fatigue chez les femmes. Une augmentation de la durée de la phase d'accélération permettrait aux athlètes d'atteindre Vmax plus tard dans la course et de réduire l'effet de la fatigue sur la performance. La différence entre les femmes et les hommes dans V0 et son influence sur la performance (corrélation à Perf supérieure à r = 0,7) démontre que cette capacité à produire une force horizontale à une vitesse de course élevée est un facteur crucial dans la course de 100 m. En ce qui concerne les relations v-t de Bolt, la figure 3a montre que son Vmax est atteint plus tard dans la course que les autres sprinters, ce qui peut être associé à des valeurs V0 supérieures lui permettant de produire une force horizontale et d'accélérer à une vitesse supérieure à ~ 11,5-12 m / s.
Conclusion
Cette étude a montré que toutes les performances mécaniques développées par les sprinters pendant la phase d'accélération ou pendant toute la durée du 100 m étaient plus importantes chez les hommes que chez les femmes, à l'exception de la force horizontale normalisée moyenne (N / kg). Une accélération plus courte et une décélération plus longue chez les femmes en raison d'une moindre capacité à produire une force horizontale à grande vitesse pourraient expliquer à la fois leur vitesse de course maximale inférieure et leur moindre résistance à la fatigue. Enfin, cette étude souligne que la capacité à produire une force horizontale sur le sol à très grande vitesse est plus importante que la capacité de produire une force élevée à des vitesses plus faibles pendant les premiers mètres de la course.
Article original
How 100m event analyses improve our understanding of world-class men’s and women’s sprint performance, J. Slawinski et Al. Scand J med Sci Sports 2015, Doi: 10.1111/sms.12627
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