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Ecole Doctorale " Sciences, Ingénierie, Santé » (ED-SIS 488) Section CNU 74 - Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives

Habilitation à Diriger des Recherches

BIOMECANIQUE DE LA LOCOMOTION HUMAINE ET

DE LA PERFORMANCE APPREHENDEE PAR DES

MODELES, METHODES ET OUTILS INNOVANTS

TOME I : Synthèse des travaux

Présentée le 17 novembre 2011

Jean-Benoît Morin

Maître de Conférences

Laboratoire de Physiologie de l'Exercice - EA 4338

Jury :

- Eric Berton (Professeur, Université de la Méditerranée) Rapporteur - Alain Belli (Professeur, Université de Saint-Etienne) Directeur - Georges Dalleau (Professeur, Université de la Réunion) Rapporteur - Pietro Enrico diPrampero (Professeur, Université d'Udine, Italie) - Guillaume Millet (Professeur, Université de Saint-Etienne) Rapporteur - Caroline Nicol (MCU-HDR, Université de la Méditerranée) - Abderrahmane Rahmani (MCU-HDR, Université du Mans)

Année 2011

Habilitation à Diriger des Recherches, JB Morin I

REMERCIEMENTS

Cette Habilitation à Diriger des Recherches, ainsi que les travaux réalisés en vue de son

obtention et avant cela dans le cadre de mon Doctorat, ont été dirigés par le Pr. Alain Belli.

Dans ses rôles de directeur de recherche et de directeur de notre Equipe d'Accueil " Laboratoire de Physiologie de l'Exercice », je le remercie pour les impulsions scientifiques

et le goût de l'approche " simple » et innovante de l'étude du mouvement qu'il a su apporter

et suivre avec bienveillance. Merci Alain.

Ces travaux ont été également réalisés en partie au sein du service de Médecine du Sport et

Myologie du CHU de Saint-Etienne, dont je reme rcie les re sponsables successifs, et particulièrement les Prs. André G eyssant, Christian Denis, et le Dr Roger Oullion.

L'environnement de travail stéphanois mêlant " H » et " U » a beaucoup compté dans nos

productions, et je souhaite fort qu'il perdure. Un salut amical à tous les " H », les " U » et les

" HU » du Pavillon 9, et en particulier au Dr. Pascal Edouard, qui, en bon décathlonien, a cumulé ces dernier s mois les r ôles de médecin et sujet lors d'expérimentations, co- investigateur et co-auteur, et étudiant de Doctorat dont j'ai suivi et jugé les travaux. J'adresse mes sincères remerciements et toute ma reconnaissance aux Prs. Eric Berton et Georges Dalleau et aux Drs. Caroline Nicol et Abdel Rahmani pour avoir accepté avec enthousiasme de juger ce travail et faire partie de mon jury d'HDR. C'est un plaisir et un honneur que d'être jugé par des collègues qui agissent et comptent beauco up pour l e rayonnement de notre discipline et des STAPS en général. Le Pr. Pietro di Prampero m'a fait l'honneur d'accepter également de juger ce travail, après en avoir encadré et suivi avec amitié et bienveillance une partie, et ce depuis mon Doctorat. Ce fût un très grand plaisir de vous retrouver en juin 2010 à Udine pour " mesurer quelques

trucs » et " noircir du papier » avec passion et spumante. J'espère pouvoir continuer à mon

humble niveau sur la voie qui vous est chère : " voir la forêt d'abord, avant d'étudier chacun

de ses arbres ». Viva ! Enfin, je remercie tout particulièrement le Pr. Guillaume Millet de faire partie de ce jury, et surtout pour les nombreuses collaborations riches et variées qu'il m'a offertes ces dernières années. Au-delà de l'ouverture d'esprit scientifique certaine qu'il m'a transmise, il m'a fait

prendre goût au travail " à la fraîc he » dès mon début d'activité comme Maître de

Conférences en 2005. Attaquer une journée très tôt et trouver la " camionn ette » sur le

parking (moteur déjà froid) a été au départ une source de motivation, puis est devenu une

habitude très agréable et bénéfique. Comme je l'ai entendu dans notre chère Franche-Comté,

" c'est l'matin qu'on fait l'boulot !». Merci Guillaume pour ta confiance.

Au-delà de mes aînés, je tiens à remercier chaleureusement mes jeunes collègues, les Drs.

Pierre Samozino et Nic olas Peyrot. Tout au long de l'encadrement scientifique de leurs

Doctorats respectifs, leur grande rigueur, leur compétence et leur bonne humeur m'ont été de

précieux apports. Je pense avoir au moins autant appris et évolué à leur contact qu'eux au

mien, et s'il es t positif d'être inspiré et porté par ses pairs " anc iens », il m' a été très

bénéfique et agréable de me faire " pousser » par ces jeunes collègues. Pierre, Nicolas, je vous

ai considéré comme des collègues enseignants-chercheurs bien avant votre titularisation, qui

m'a profondément réjoui et soulagé. Vivement la suite...

Parmi mes " cadets », le salue et remercie les étudiants de Master qui ont évolué sous ma

direction, et avec qui j'ai pu partager le plaisir de transmettre le savoir que l'on a créé ou reçu.

Enfin, je remercie Jordane Grenier pour m'avoir sollicité en tant que Directeur de thèse, sa

rigueur de travail et son appétit de connaissance et de progrès rendent cette première direction

" officielle » très agréable, en plus d'être scientifiquement très intéressante. Habilitation à Diriger des Recherches, JB Morin II J'adresse toute m a reconnaissance aux nombreux sujets de nos expérim entations, les

collègues, étudiants, sportifs de tous niveaux, et entraîneurs. Merci pour leur confiance et leur

accord pour réaliser des efforts parfois pénibles (souvent...). Merci en particu lier aux sprinters de l'AS Aix-les-Bains et à Mr Pierre Carraz pour leur ouverture d'esprit et leur collaboration enthousiaste. J'adresse également un salut amical et un grand merci à Patrick Flaction pour son ouverture d'esprit, et sa passion contagieuse qui rendent notre collaboration passionnante et source de très bons moments.

Le rôle d'enseignant-chercheur a toujours été pour moi un équilibre et un apport mutuel entre

enseignement et recherche. Depuis 2001 et mon rôle de Moniteur, je me sens en très bonne compagnie au Dpt. STAPS de Saint-Etienne, et j'y vis une bonne cohésion entre les différents acteurs et " grades », merci à tous. En faisant le bilan de ce qui a le plus co mpté au long de ces d ix années de t ravaux universitaires, je ne peux m 'em pêcher d'avoir une pensée forte pour les gymnases, playgrounds, pistes, routes, chemins et bois du Gier, du Lyonnais, du Pilat, et du Doubs. L'effort physique (parfois aux " heur es de bureau ») y est une source précieuse et

considérable de réflexion, de synthèse, et de projets (en plus du reste), et tout sauf du temps

perdu. A très vite.

EEnnffiinn eett aauu pplluuss hhaauutt ppooiinntt,, jjee ssuuiiss rreeccoonnnnaaiissssaanntt eett rreemmeerrcciiee ppoouurr lleeuurr aatttteennttiioonn,, lleeuurr

ccoommpprrééhheennssiioonn eett lleeuurr aammoouurr mmeess ddeeuuxx ggrraannddss bboonnhheeuurrss HHééllèènnee eett CCéélleessttee.. VVoouuss

ccoommpptteezz,, eett jjee vvoouuss aaiimmee,, ppaarr--ddeessssuuss ttoouutt..

MMaammaann,, PPaappaa,, GGéérraalldd,, DDiimmiittrrii,, mmeerrccii ppoouurr vvoottrree aaffffeeccttiioonn eett lleess bboonnss mmoommeennttss,, ttrroopp

rraarreess,, qquuee nnoouuss ppaassssoonnss eennsseemmbbllee.. Habilitation à Diriger des Recherches, JB Morin III

SOMMAIRE

Partie 1 : Titres et travaux 1

1.1. Curriculum Vitae 2

1.2. Publications 8

1.3. Direction et encadrement de travaux 15

Partie 2 : Synthèse des travaux de recherche 16

2.1. Développement de modèles, méthodes simples et outils de mesure innovants 18

2.1.1. Méthode simple de calcul des propriétés masse-ressort en course à pied 18

2.1.2. Tapis instrumenté pour l'étude des forces au sol en sprint 23

2.1.3. Méthode simple de calcul de force, vitesse et puissance en saut vertical 27

2.2. Application à l'étude de la locomotion et de la performance en course à pied 31

2.2.1. Importance du temps de contact dans la raideur en course 31

2.2.2. Effets de la fatigue et de la charge cognitive sur le pattern mécanique en course

d'orientation 35

2.2.3. Etude de la course à pied d'ultra-endurance 38

2.2.4. Effets de la biopsie musculaire et des consignes de mesures sur le pattern mécanique de

course 54

2.2.5. Application au développement d'un appareil de mesure 60

2.3. Application à l'étude de la locomotion et de la performance en course de sprint 65

2.3.1. Performance et fatigue en sprint : lien avec la raideur mesurée en conditions de terrain 65

2.3.2. Etude de la performance en sprint unique court (100-m) 70

2.3.3. Etude de la performance en sprints répétés 83

2.4. Application à l'étude des mouvements balistiques et de la performance en saut 87

2.4.1. Déterminants mécaniques de la performance en saut : approche théorique intégrative 87

2.4.2. Profil force-vitesse optimal : définition du concept et lien avec la performance en saut 93

Partie 3 : Projets de recherche 101

3.1. Développement de méthodes simples pour mesures de terrain 103

3.1.1. Relations force-vitesse lors d'un sprint unique en conditions de terrain 104

3.1.2. Relations charge-vitesse lors de sprints répétés en conditions de terrain 106

3.2. Etude de la locomotion et de la performance en course à pied 107

3.2.1. Caractérisation du pattern mécanique en fonction de la distance de pratique chez des

coureurs spécialistes 107

3.2.2. Etude des impacts au sol en course à pied 109

3.3. Etude de la locomotion et de la performance en sprint 107

3.3.1. Déterminants musculaires de l'indice d'application de force au sol 111

3.3.2. Mesure de l'indice d'application de force au sol lors de sprints en conditions de terrain 113

3.3.3. Profil optimal et performance en sprint 114

3.4. Etude de performance dans les mouvements balistiques 116

3.4.1. Effets de l'entraînement sur le profil force-vitesse 116

3.4.2. Extension aux mouvements du membre supérieur 118

Conclusions et perspectives 120

Bibliographie 123

Partie 1 : Titres et travaux

Habilitation à Diriger des Recherches, JB Morin 1

PARTIE 1

TITRES ET TRAVAUX

Partie 1 : Titres et travaux

Habilitation à Diriger des Recherches, JB Morin 2

1.1. CURRICULUM VITAE

Jean-Benoît MORIN

Né le 30 octobre 1979 à Besançon (25)

Nationalité française

Marié, 1 enfant

Coordonnées professionnelles :

Laboratoire de Physiologie de l'Exercice Bur. 04.77.12.07.34 Médecine du Sport - Myologie, CHU Bellevue, Fax. 04.77.12.72.29

42055 Saint-Etienne Cedex 2, France @ : jean.benoit.morin@univ-st-etienne.fr

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