[PDF] Contribution à lanalyse biomécanique de lactivité en kayak. Mise

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THÈSE

pour l'obtention du Grade de

DOCTEUR DE L'UNIVERSITÉ DE POITIERS

(Faculté des Sciences Fondamentales et Appliquées) (Diplôme National - Arrêté du 7 août 2006) École doctorale : Sciences et Ingénierie en Matériaux, Mécanique, Énergétique et

Aéronautique.

Secteur de recherche : Biomécanique et Bio-Ingénierie

Présentée par :

Franco Miller MUNOZ NATES

CONTRIBUTION À L'ANALYSE BIOMÉCANIQUE DE L'ACTIVITÉ EN KAYAK. MISE EN PLACE ET VALIDATION D'UNE CHAÎNE DE MESURE DYNAMOMÉTRIQUE

TRIDIMENSIONNELLE

Directeur de thèse : Patrick LACOUTURE

Co-Encadrement de thèse : Floren COLLOUD

Soutenue le 19 décembre 2013

devant la commission d'examen JURY Philippe PUDLO Pr. Université de Valenciennes (Rapporteur) Antoine NORDEZ DR Université de Nantes (Rapporteur) Raphaël DUMAS MCF-HDR Université de Lyon 1 (Examinateur) Patrick LACOUTURE Pr Université de Poitiers (Examinateur) Floren COLLOUD MCF Université de Poitiers (Examinateur)

Sommaire

Remerciements ....................................................................................................................................... 5

Avant propos ........................................................................................................................................... 6

Introduction ............................................................................................................................................. 8

Chapitre 1 : Analyse de l'activité kayak et de son instrumentation ................................... 12

1.1 Evolution de l'instrumentation embarquée sur kayak en condition réelle de pratique ou sur

ergomètre simulateur ........................................................................................................................... 12

1.2 L'instrumentation sur ergomètre kayak .................................................................................... 13

1.2.1 Brevets et ergomètres disponibles sur le marché. ................................................................ 14

1.2.2 Ergomètres scientifiques en kayak ........................................................................................ 16

1.3 L'instrumentation sur kayak en condition réelle....................................................................... 23

1.3.1 Outils de mesure disponibles sur le marché. ........................................................................ 23

1.3.2 L'instrumentation embarquée. ............................................................................................. 24

1.4 Paramètres à évaluer suivant les conditions : ergomètre - bateau .......................................... 28

1.4.1 Identification des paramètres à mesurer .............................................................................. 29

1.4.2 Paramètres retenus suivant les conditions: ergomètre ou bateau ....................................... 32

1.4.3 Les modifications apportées à la conception de l'ergomètre ............................................... 34

Chapitre 2 : Conception de l'ergomètre kayak version " Poitiers-B » et les limites des outils expérimentaux

...................................................................................................................... 41

2.1 Systèmes de capture des mouvements ..................................................................................... 41

2.1.1 Le système Optoélectronique Vicon et ses limites. .............................................................. 42

2.1.2 Capture du mouvement en bateau ....................................................................................... 42

2.2 L'ergomètre Kayak version Poitiers-B et ses limites ................................................................. 44

2.2.1 Instrumentation dynamométrique de l'ergomètre de kayak Poitiers-B ............................... 45

2.2.2 Conception de la pagaie et ses limites .................................................................................. 46

2.2.2.1 Conception et construction du manche ................................................................................ 46

2.2.3 Caractéristiques des cordes filins .......................................................................................... 48

2.2.4 Caractéristiques du capteur couple-vitesse .......................................................................... 52

2.2.4.1 Mesure de la vitesse de l'arbre de rotation .......................................................................... 52

2.2.4.2 Identification du coefficient pour l'estimation de la vitesse de rotation fournie par le

capteur de couple .................................................................................................................................. 54

2.2.5 Caractérisation des capteurs de force uni-axiaux ................................................................. 55

2.2.5.1 Mesure de la force exercée sur les filins ............................................................................... 55

2.2.6 Caractérisation des codeurs rotatifs ..................................................................................... 56

2.2.6.1 Identification de l'orientation du filin de l'ergomètre .......................................................... 57

2.3 Synchronisation des mesures .................................................................................................... 61

2.3.1 Synchronisation des cartes d'acquisition .............................................................................. 62

2.3.2 Synchronisation des données capteurs avec le système de capture de mouvement .......... 64

2.4 Instrumentations du bateau et les limites ................................................................................ 65

2.4.1 Création d'un modèle 3D du bateau ..................................................................................... 66

2.4.2 Fabrication du capteur vitesse .............................................................................................. 67

2.4.3 Commande du gouvernail (Safran). ...................................................................................... 68

2.5 Interface logiciel utilisateur ....................................................................................................... 69

2.6 Conclusions et recommandations ............................................................................................. 70

Chapitre 3 : Caractérisation et validation des capteurs dynamométriques 3D intégrés au chariot et à la pagaie

................................................................................................................. 72

3.1 Calcul du torseur des efforts appliqués au capteur .................................................................. 73

3.2 Capteurs préhension de la pagaie ............................................................................................. 75

3.2.1 Caractérisation du comportement des capteurs préhension 600 N (C1-A et C2-A) et 1000 N

(C1-B et C2-B). ....................................................................................................................................... 80

3.2.2 Caractérisation des capteurs 600 N (C1-A et C2-A) à partir d'un montage horizontal ....... 81

3.2.3 Caractérisation des capteurs 600 N (C1-A et C2-A) à partir d'un montage oblique -

Développement d'une méthode d'étalonnage ..................................................................................... 85

3.3 Caractérisation des capteurs préhension 1000 N (C1-B et C2-B)............................................ 90

3.3.1 Caractérisation des capteurs 1000 N, C1-B et C2-B équipés d'un cylindre de révolution .... 97

3.3.2 Caractérisation du capteur équipé d'un cylindre de révolution et d'entretoises ............... 100

3.4 Calcul du centre de pression pour un capteur cylindrique ..................................................... 102

3.5 Caractérisation et validation du capteur assise ...................................................................... 111

3.5.1 Caractérisation du capteur assise ....................................................................................... 113

3.6 Caractérisation et validation des capteurs podaux ................................................................. 116

3.6.1 Solution proposée par la société Sensix .............................................................................. 116

3.6.2 Caractérisation du capteur podaux ..................................................................................... 117

3.7 Conclusion de chapitre ............................................................................................................ 120

Chapitre 4 : Vers une validation de la chaîne de mesures implémentée sur l'ergomètre

...................................................................................................................................... 123

4.1 Matériel et protocole .............................................................................................................. 123

4.1.1 Protocole expérimental ....................................................................................................... 124

4.2 Validation du système de mesure ........................................................................................... 126

4.2.1 Analyse du système S3 (athlète) ......................................................................................... 131

4.2.2 Analyse du système S1 (athlète + pagaie) ........................................................................... 139

4.1.2 Analyse du système S2 (pagaie) ................................................................................................. 144

4.3 Bilan sur la validation de la chaîne de mesure tridimensionnelle ........................................... 150

Conclusion général et perspectives .......................................................................................... 153

Bibliographie........................................................................................................................................ 157

Annexe A : ........................................................................................................................................ 161

Caractérisation du capteur équipé d'un cylindre de révolution et de l'entretoise 12 mm placé sur la

poignée d'un aviron............................................................................................................................. 161

I. Objectif ........................................................................................................................................ 161

II. Protocole expérimental ............................................................................................................... 161

III. Protocole expérimental ........................................................................................................... 162

IV. Résultats .................................................................................................................................. 162

V. Discussion .................................................................................................................................... 163

Annexe B : ......................................................................................................................................... 165

Figures représentant la norme des efforts mesurés pour différentes cadences de pagayage........... 165

I. Normes des efforts mesurés ....................................................................................................... 165

Remerciements

Apres avoir fait plus de 100 expériences, d'avoir branché et débranché des centaines des fois les

capteurs, et enfin, d'avoir vécu cette merveilleuse expérience, je ne peux que remercier tous mes

camarades de travail et mes encadrants de thèse qui m'ont très bien accueilli et qui ont toujours été

présents pour débattre scientifiquement comme " non-scientifiquement ». Je tiens à remercier les membres du jury pour s'intéresser à mes travaux.

A mis padres, mi hermano y mi bella esposa muchísimas gracias, siempre están en mi mente y en mi

corazón.

Avant propos

Au bout de quatre années de thèse, j"ai l"immense plaisir de pouvoir présenter et conclure mes

travaux à travers ce document récapitulatif. Cela reste cependant une conclusion partielle

puisque la thématique de recherche liée à l"analyse biomécanique de l"activité kayak en ligne,

débutée en 2004 au sein de l"équipe RoBioSS qui m"a accueilli, continuera. Mon travail fait en effet suite à celui de Mickaël BEGON (années 2003-2006) et celui de Vincent FOHANNO (2008-2011).

L"objectif scientifique qui m"a été proposé pour ce contrat doctoral était de concevoir un

ergomètre kayak instrumenté sur la base des travaux de mes prédécesseurs et prenant en

compte le cahier des charges élaboré conjointement avec les sportifs et les entraîneurs de la

Fédération Française de Canoë Kayak (FFCK) en relation avec l"équipe RoBioSS. Il

s"agissait, en particulier, d"améliorer le dispositif frénateur de l"ergomètre tout en essayant de

rapprocher la gestuelle développée sur l"ergomètre de celle réalisée sur l"eau, d"une part, et de

développer et de valider une chaîne de mesure des efforts d"interaction kayakiste/ergomètre ou bateau, d"autre part. De plus, cette chaîne de mesure devrait pouvoir s"installer aussi bien sur l"ergomètre que dans le bateau. C"est donc un travail d"ingénierie de conception et de mise en oeuvre d"une instrumentation

qui m"a été confié. Travail d"autant plus délicat lorsqu"il s"agit d"intégrer des capteurs dans

une structure qui doit être démontable, légère et soumise à des sollicitations extrêmes. Aussi,

mon profil d"ingénieur, développé au cours de ma formation initiale m"a conduit à concourir à

cet appel d"offre de bourse BDI (Bourse de Docteur d"Ingénieur) déposé par le CNRS et alloué au laboratoire de Poitiers.

Après entretien, ma candidature a été sélectionnée et je découvrais le champ de la

biomécanique et ses exigences en termes de qualité des mesures dans un contexte

pluridisciplinaire. Les collaborations multiples, avec les sportifs, les entraîneurs au sein d"une

structure innovante comme le Centre d"Analyse d"Images et Performance Sportive (CAIPS) conventionnée entre le CREPS Poitou-Charentes et le laboratoire m"ont aussi permis de comprendre les enjeux du sport de haut niveau tant du point de vue de la performance que de la formation des cadres fédéraux.

Le travail réalisé au cours de cette thèse, même s"il peut ne pas être perçu comme un travail

de recherche fondamentale, n"en est pas moins fondamental car il constitue l"étape préalable indispensable sans laquelle on ne saurait conduire une analyse biomécanique du geste de pagayage en kayak en ligne à des fins de performance sportive.

Si les objectifs qui m"ont été assignés ont été atteints pour une grande part, ma frustration est,

bien sûr, de n"avoir pas pu, en partie par manque de temps, réaliser les expérimentations sur

l"eau, dans un bassin de carène et de conduire véritablement une analyse comparative, Kayak

vs Bateau. Cette étape étant programmée pour 2014, mon statut d"Attaché Temporaire

d"Enseignement et de Recherche à la Faculté des Sciences du Sport jusqu"en septembre 2014

devrait toutefois me permettre d"assister et d"intégrer l"équipe en charge de ce travail. C"est

donc avec sincérité que je souhaite mettre à disposition de l"équipe de recherche et d"un

prochain doctorant les compétences acquises au cours de ce travail de thèse

Introduction

Les méthodes modernes d"entraînement utilisent, depuis quelques années, des appareillages spécifiques appelés ergomètres sur lesquels, en particulier, des programmes de renforcement

musculaire sont proposés par les entraîneurs. De tels dispositifs favorisent la continuité d"un

entraînement pendant les périodes peu favorables à une pratique sportive en situation dite

écologique. Ainsi au cours de l"hiver, le coureur à pied conduit des séances sur tapis roulant,

d"autant plus pertinentes lorsque celui-ci est équipé d"une plateforme de forces pour évaluer

les impulsions lors des appuis successifs. Pour une autre application sportive, les judokas de

haut niveau de la Fédération Française de Judo et des Sports Associés disposent d"un

ergomètre de musculation spécifique en l"appareil dénommé " Mannequin de Mayeur »

Figure 1B) pour effectuer des randori sur les techniques de projection avant (Uchi Mata) et

arrière (Osoto gari) [1, 2]. Dernièrement, le laboratoire a développé un ergomètre Ergo Top

ski ( Figure 1C) pour la Fédération Française de Ski pour l"entrainement en ski de fond [3] et un ergomètre natation ( Figure 1A), en collaboration avec la Fédération Française de Natation a été également conçu [4].

L"un des intérêts d"utiliser ce genre d"outils est que l"entraîneur peut avoir accès à des

informations difficilement accessibles en situation réelle de pratique. En effet, la plupart des

ergomètres sont instrumentés pour recueillir des forces produites par l"athlète, ou encore des

vitesses d"exécution de geste, etc. Toutefois, ces informations ne sont pertinentes qu"à la

condition que le geste reproduit sur l"ergomètre soit identique à celui réalisé sur le terrain

sportif, tant du point de vue de la cinématique que des dynamiques interne et externe du système. Cette reproductibilité reste un enjeu scientifique majeur.

Depuis quelques années des simulateurs pour le geste du kayak ont été développés afin de

reproduire le mouvement de pagayage en environnement contrôlé. Les deux premières

analyses biomécaniques significatives sur ergomètre, à notre connaissance, ont été proposées

par Stothart [5] et Campagna [6]. Elles ont été suivies par celle de Larsson [7] et dernièrement

au sein de l"équipe par Begon [8]. Ces dispositifs sont conçus pour établir des modèles

optimaux pour les performances sportives individuelles et, in fine, le développement de méthodes d"entraînement les plus efficaces. Véritables machines d"entrainement ces

ergomètres sont souvent identifiés selon leur façon de reproduire la force de traînée : les deux

systèmes les plus utilisés sont les ergomètres qui utilisent la force de résistance de l"air et ceux

qui utilisent la force de résistance produite par des champs magnétiques, voire, qui associent les deux. En ce qui concerne le développement d"une instrumentation embarquée dans un kayak, une proposition est faite par Colli [9, 10] puis par Janssen [11]. Le dernier travail publié dans ce domaine est, à notre connaissance, celui de Sturm [12].

Ce travail de thèse s"inscrit dans cette problématique scientifique dont l"objet est la

conception d"un ergomètre permettant la pratique du kayak en ligne. Les objectifs dévolus à cette étude sont donc de concevoir un ergomètre kayak capable de reproduire les conditions d"une pratique écologique tant d"un point de vue de la gestuelle (cinématique) que des efforts générés (dynamique) d"une part, et de proposer et de valider une instrumentation afin de recueillir l"ensemble des efforts d"interaction kayakiste/ergomètre, d"autre part. De plus, cette instrumentation devra être suffisamment exigeante en termes de poids, d"encombrement, pour être installée dans un kayak pour des mesures in situ. Ainsi, au cours de ce programme de

recherche, mon travail a aussi consisté, à développer les outils (software et hardware)

permettant les validations des concepts propres à l"analyse de la performance développés tant

sur ergomètre qu"en condition écologique de pratique du kayak. La question des moyens à mettre en oeuvre se pose de façon prégnante en ce qui concerne les variables biomécaniques,

éléments de base de la technique puisqu"il s"agit de quantifier l"ensemble des facteurs

déterminants de la performance (force, endurance, souplesse, technique, etc.) et d"apporter des outils à l"entraineur, pour une évaluation objective de ces performances.

L"objectif du travail présenté, au-delà de la conception de l"ergomètre kayak, est de

développer une chaîne de mesure amovible, car transférable dans un bateau, capable

d"enregistrer les efforts exercés à la pagaie, sur le siège et les cale-pieds. Ainsi, nous avons été

confrontés aux problématiques propres i) au domaine de la mesure puisqu"il nous a fallu

définir les exigences attendues sur plusieurs critères dont les plus courants sont l"étendue de

mesure, la sensibilité, la résolution, la précision, la reproductibilité, etc. ii) à l"intégration de

ces capteurs sur l"ergomètre, tout en préservant la qualité de l"information recueillie, iii) et

enfin, au recueil et aux traitements des signaux acquis pour leur interprétation en lien avec les attendus des entraineurs et des athlètes.

Ce travail a été réalisé dans le cadre d"une collaboration entre l"axe RoBioss de l"Institut P", le

Centre d"Analyse d"Images et Performance Sportive, structure conventionnée entre le CRITT

Sport-Loisirs, Le CREPS et l"Université de Poitiers et la société SENSIX, qui développe des

capteurs de mesure d"efforts 6 composantes. Le document écrit qui relate ce travail est organisé en trois parties. La première composée d"un chapitre dans lequel un état de l"art de l"instrumentation et une

élection de paramètres lors de la conception de la chaîne de mesure sont effectués. La

deuxième partie comprend deux chapitres dédiés à la conception, la validation et la mise en

place des différents capteurs utilisés pour l"ergomètre et adaptables aussi au bateau. La

troisième partie est concentrée sur les résultats obtenus lors d"expériences faites avec le

simulateur de kayak. Enfin, ce document se termine par une conclusion/perspectives et des recommandations d"utilisation des différents dispositifs.

Figure 1 : Ergomètres développés en collaboration avec l'équipe RoBioSS A) Ergomètre natation. B)

Ergomètre judo. C) Ergomètre Ski de fond

12

Chapitre 1 : Analyse de l'activité kayak et

de son instrumentation

Les premiers kayaks ont été élaborés, il y a plus de 4000 ans, par les peuples arctiques avec

l"objectif de se déplacer, de pêcher ou encore de chasser. Aujourd"hui, les besoins ne sont

plus les mêmes. La pratique du kayak moderne peut être une activité sportive de loisirs mais

aussi de haut niveau puisqu"elle fait partie du programme des Jeux olympiques. Dans ce contexte de recherche d"une performance, l"analyse biomécanique du comportement du kayakiste dans son embarcation peut aider l"entraîneur à mieux comprendre les mécanismes mis en jeu. Cette analyse suppose de pouvoir quantifier, en particulier, les efforts d"interaction

générés à l"interface kayakiste/bateau. Nous souhaitons, dans ce chapitre, proposer un état de

l"art des différents travaux qui portent sur la mise en oeuvre d"une instrumentation dite

embarquée car installée soit dans un kayak c"est-à-dire en condition réelle de pratique, soit sur

un ergomètre simulateur. Cela nous conduira à sélectionner les paramètres jugés déterminants

pour concevoir un ergomètre simulateur de kayak.

1.1 Evolution de l'instrumentation embarquée sur kayak en condition

réelle de pratique ou sur ergomètre simulateur Dans les compétitions internationales de kayak, les différences constatées entre le vainqueur,

et le second peuvent être infimes. La victoire se gagne avec de très faibles écarts de temps et

les moindres détails dans la préparation du champion, comptent. C"est pourquoi, les

laboratoires de recherche, en lien avec le milieu sportif, cherchent à développer des appareils

et des chaînes de mesures spécifiques pour : - Permettre aux sportifs de continuer leur entraînement pendant la période hivernale, peu favorable aux séances sur l"eau,

- Evaluer les qualités physiques de ces sportifs sur des machines spécifiques à l"activité,

- Quantifier le comportement des sportifs en situation réelle de la pratique c"est-à-dire, en ce qui nous concerne, directement dans le bateau. En effet, la performance est aussi

dépendante de l"équipement et de la technique utilisés. Les équipements évoluent

grâce aux études faites sur les différents matériaux, les formes de coque de bateau. Si 13 les méthodes de simulations en hydrodynamique existent, il est essentiel de pouvoir tester ces solutions sur l"eau.

Diverses études scientifiques ont été réalisées soit dans le cadre du laboratoire à l"aide

d"ergomètre kayak (à sec) soit en condition réelle de pratique (sur l"eau). L"analyse présentée

ici fournit un aperçu de la recherche en kayak en ligne particulièrement, en liant les aspects

biomécaniques et d"ingénierie présentés dans la littérature. Nos propos soulignent surtout les

avancées sur la mesure des paramètres dynamiques qui influencent la performance et l"efficacité du pagayage.

1.2 L'instrumentation sur ergomètre kayak

Depuis quelques années, des simulateurs pour le geste du Kayak ont été construits ; ce sont de

véritables machines d"entrainement qui peuvent être utilisées pour une préparation en salle (à

sec). Leur utilisation a pour objectif de soumettre l"athlète aux conditions d"effort au plus

près de celles rencontrées sur l"eau. Il s"agit en particulier de simuler, de la meilleure façon

possible, le comportement hydrodynamique du kayak. Les ergomètres sont donc identifiés

selon leur façon de reproduire la force de traînée. Deux systèmes sont les plus souvent

utilisés. Soit la force de résistance est obtenue à l"aide de volant muni de palmes, qui en fonction de leur vitesse de rotation, sont plus ou moins freinées par l"air, soit la force de résistance est produite par des aimants qui freinent un volant en rotation ; les deux systèmes

peuvent aussi être réunis pour accentuer la force de résistance pour des séances

d"entraînement qualifiées par les entraîneurs de " stao-dynamiques ». A l"heure actuelle, aucune machine d"exercice du kayak n"est capable de reproduire

fidèlement la cinématique expérimentée en condition réelle, en raison du grand nombre de

contraintes liées à la nature de cette activité qui engendrent une grande complexité dans les

interactions avec le milieu naturel. De plus, la plupart de ces ergomètres utilisés dans le centre

d"entraînement ne sont pas instrumentés, alors que la mesure des efforts produits par l"athlète

est une donnée importante pour assurer, en temps réel, son suivi.

Malgré cette difficulté de conception, l"utilisation d"un ergomètre est de plus en plus présente,

dans le milieu sportif pour conduire des entraînements plus pertinents. D"importants progrès

ont été réalisés, tant du point de vue de leur conception que de leur instrumentation grâce au

travail des chercheurs mais aussi de certains industriels spécialisés dans le domaine sportif. 14

1.2.1 Brevets et ergomètres disponibles sur le marché.

Plusieurs brevets existent pour les appareils d"exercice en kayak. La plupart ne reproduit pas fidèlement la cinématique du mouvement de pagayage, et encore moins la dynamique produite : forces aux interactions mains/pagaie, pieds/repose pieds. Le plus souvent, les brevets prennent seulement en compte le mouvement des bras mais négligent les autres

coordinations gestuelles comme la cinématique des membres inférieurs, les torsions des

ceintures scapulaires et pelviennes. Les efforts externes produits ne sont pas mesurés car ces ergomètres ne sont pas instrumentés en capteurs d"efforts. Aucune mesure n"est effectuée pendant l"activité de l"athlète.

Figure 2 : Brevets qui prennent en compte une pagaie liée au bâti; A) brevet 6,106,436-2000 [13]et b) Brevet

4,717,145-1988[14]

Les dispositifs de la Figure 2 disposent d"une barre en T (5) reliée à un châssis par

l"intermédiaire d"une jonction articulée (n°42). La barre T est utilisée en position assise pour

simuler les mouvements des bras lors du pagayage en kayak. Cette barre est également

utilisée pour générer une résistance au mouvement grâce à un frein aérodynamique.

La Figure 3 A) montre un dispositif qui utilise un volant d"inertie pour offrir une résistance. Divers ajustements du volant peuvent être faits afin de modifier la force de résistance, et de simuler ainsi les différents types de résistance rencontrés durant l"activité. La

Figure 2 B)

schématise un dispositif avec deux cordes attachées aux bouts des pagaies et un tambour d"enroulement avec un ressort qui simule la résistance. 15

Figure 3 : Brevets avec une pagaie attachée à des cordes; A) Brevet 6,328,677 - 2001 [15] et B) Brevet

5,624,357 - 1997[16]

La plupart de ces dispositifs ne reproduit pas fidèlement le mouvement de la rotation des

ceintures et sollicite différemment les principaux muscles impliqués. De plus, tous ces

dispositifs présentent un siège fixe avec pour conséquence de ne pas prendre en compte les mouvements des membres inférieurs. Ces types de machines ne fournissent pas de sensations réalistes aux kayakistes et peuvent aussi générer des lésions musculaires. Egalement, les ergomètres actuels commercialement disponibles sur le marché (Dansprint,

WEBA, KayakPro, K1 Trainer, Vasa

Figure 4) présentent des similitudes avec les dispositifs

brevetés décrits précédemment. Ces ergomètres comprennent généralement un volant

d"inertie qui est relié à la pagaie par deux cordes, un siège et un cale-pied rigide fixé au

châssis. Ils sont instrumentés en capteurs de couple et de position angulaire disposés au

niveau de l"axe de rotation du volant. Aussi, à partir de ces mesures, une interface indique des valeurs de puissance, de distance, de vitesse et de cadence à chaque coup de pagaie. Aucune information n"est donnée quant aux développements théoriques utilisés. On peut se douter

qu"en termes de puissance, ces ergomètres se limitent à évaluer la puissance mécanique

résistante et assimile cette dernière à la puissance mécanique externe produite par l"athlète. Or

cette dernière, même correctement calculée, n"est pas la puissance mécanique interne produite

par le kayakiste alors que c"est celle-ci que l"on cherche à évaluer. Par ailleurs, les modèles

mathématiques utilisés, quand ils existent, pour simuler la distance parcourue ou encore la résistance aérodynamique et hydrodynamique ne sont pas communiqués pour pouvoir analyser les valeurs des paramètres affichés. De plus, ces machines d"exercice de kayak ne prennent pas en compte l"ensemble des efforts produits dans les membres inférieurs, par les 16

mains sur les pagaies ; ainsi la mesure de forces produites pendant l"activité n"est pas

complète.

Figure 4 : Ergomètres kayak; A) Dansprint (Tirée de http://dansprint.com). B) Vasa (Tirée de

http://vasatrainer.com)

1.2.2 Ergomètres scientifiques en kayak

Les ergomètres construits à des fins de recherches scientifique sont conçus non seulement

pour simuler une performance sportive mais aussi pour évaluer les progrès (ou pas) réalisés

par les athlètes. Ils ont également pour objectifs d"identifier les paramètres mécaniques

caractéristiques du geste spécifique, d"établir des modèles optimaux pour les performances

sportives individuelles et, in fine, d"aider au développement de méthodes d"entrainement plus efficaces. De telles analyses scientifiques sont de plus en plus fréquentes dans le milieu du kayak ; les

deux premières analyses biomécaniques significatives sur ergomètre ont été proposées par

Stothart et al.[5] et Campagne et al.[6] (

Figure 5).

Figure 5 : Ergomètres présenté pour A) Stothart et al. 1986 (Copyright Stothart et al 1986) et B) Campagne et

al. 1986 (Copyright Campagne et al. 1986) 17

En particulier, Stothart et al. ont basé leur étude sur le développement et la conception d"un

ergomètre composé d"un châssis, d"un manche de pagaie en carbone modifié afin de faire

varier sa longueur et instrumenté avec des jauges de déformation. Une unité de résistance

Biokinetics Ergometer (fabriquée par Isokinetics Inc, Albany en Californie) est installée ; elle

a été initialement conçue pour un ergomètre de natation et adaptée pour le mouvement de

kayak. La vitesse est contrôlée par un circuit électronique et un générateur ; les vitesses de

pagayage peuvent aller jusqu"à 7,43 mètres par seconde. Enfin, un affichage numérique

indique le " travail cumulé » pendant l"exercice.

Campagne et al. présentent un ergomètre composé de deux unités : l"unité de résistance

(Biokinetics Ergometer) et le châssis de pagayage ; la distance entre ces deux unités est

réglable. Le siège de l"ergomètre a été conçu pour permettre une rotation autour de son axe

longitudinal et des absorbeurs de choc hydrauliques ont été installés de chaque côté pour

réduire les mouvements importants. Ces premières études sont basées spécifiquement sur

l"instrumentation. Malheureusement, faute de publications, nous n"avons aucune information sur la dynamique mesurée par ces ergomètres et son protocole de validation. Figure 6 : Ergomètre présenté par Larsson et al. (1988) (Copyright Larsson et al. 1988)

Consécutivement à ces travaux, Larsson et al. [7] ont développé un ergomètre kayak (Figure

6 ), dans le but d"évaluer la consommation d"oxygène VO2max durant l"entrainement afin de

la comparer à celle obtenue sur deux autres appareils simulant deux autres disciplines

sportives le cyclisme et la natation. Leur ergomètre était composé d"un siège de kayak séparé

d"une structure à usages multiples avec un volant d"inertie et un frein aérodynamique. Le

nombre de révolutions du volant d"inertie est enregistré sur un appareil appelé " le cat-eye »

(Cateye mate cc-3000) composé d"un capteur magnétique (inductif) ; à partir des révolutions

par minute mesurées, les valeurs de vitesse de déplacement, la distance parcourue, le temps 18

passé sur l"ergomètre et la vitesse maximale sont calculés ; malheureusement ces valeurs

n"ont pas été publiées. Leurs résultats en termes de consommation maximale d"oxygène montrent que l"utilisation d"un ergomètre pour l"entrainement a permis d"accroitre la puissance aérobie des pagayeurs, car leur VO

2max avant l"utilisation de l"ergomètre était de 4.6 lmn-1 (plage mesurée entre 3.8

et 5.21 lmn -1) et 12 mois après, elle était de 5.0 lmn-1 (plage mesurée entre 4.2 et 5.71 lmn-1).

Petrone et al. [17], ont développé une expérimentation pour mesurer les forces appliquées par

un athlète pagayant à bord d"un bateau. Leur travail présente la conception et la mise en place

d"une chaîne de mesure sur le siège et le cale-pieds. Ce set d"instrumentation est mis en place

sur un ergomètre et des résultats préliminaires sont présentés.

Le siège est composé de 3 jauges de déformation qui calculent les six composantes de l"effort

appliqué dessus. Quant à la mesure de l"effort dans le cale-pied, elle est séparée entre le pied

droit et le pied gauche ; elle évalue les deux composantes de la force, tangentielle et normale,

sous chaque pied. Cette étude ne s"intéresse pas aux forces latérales exercées au cale-pied

parce que les auteurs prennent comme hypothèse que ce degré de liberté est restreint en raison

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