Laurent brosseau - Mémoire M2IPP by DUCROCQ Davy

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

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

Année universitaire 2008-2009

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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Laurent Brosseau

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). 1

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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 2

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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 3

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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,

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 4

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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-àdire 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 6

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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 7

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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 cidessous. 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.

Tableau 1. caractéristiques anthropométriques du groupe Age (ans) Taille (cm) Masse corporelle (Kg) 27, 5 + 7, 3

84, 12 + 11, 45

181 + 6, 5

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). 8

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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 9

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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 11

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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 12

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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. 13

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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. Tableau 1. Accélération (g) Fréquence de vibration (Hz) Charge 1.5

2.4

3.5

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

20 KG

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). 14

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tableau 3. Ondes (% d'harmoniques néfastes)

tableau 2. Harmoniques (Hz)

Charge

Fréquence de vibration (Hz)

1.5

2.4

3.5

20 KG

5.21 ± 2

8.79 ± 1

27.19 ± 3

7.22 ± 0.72

50% poids corps

6.61 ± 5

10.43 ± 3

31.29 ± 5

7.96 ± 0.83

100% poids corps

17.62 ± 17

1.5

2.4

3.5

3.32 ± 0

4.79 ± 0

7.51 ± 0.91

50% poids corps

3.28 ± 0.05

4.77 ± 0.04

100% poids corps

6.38 ± 0.17

7.19 ± 1.41

20 KG

Fréquence de vibration (Hz) Charge

17.46 ± 6 52.91 ± 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 15

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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.

Graphique 1. effets charge et fréquence sur Force moyenne

1700

100%

FORCE 1500 (N) 1300

50 % 20 kg

1100 900 0

2 (Hz) Frequence

Graphique 2. effet fréquence charges 50 % 1247 1246 FORCE 1245 (N) 1244 1243 1242 1241 1240 0

2 4 Frequence de vibration (Hz)

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). Graphique 3. Effets charge et fréquence sur vitesse montée en force 3500 3000 2500 vitesse de montée en 2000 force 1500 (N/s) 1000

100 20 50

100 50 20

500 0 Charge

16 0

1 2 3 Fréquence de vibration (Hz)

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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).

Graphique 4. vibration optimale comparée aux sauts 40000

vitesse de montée 30000 en force 20000 (N/s) 10000 0

3.5 Hz 100%

CMJ

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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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. Graphique 5. Effet de la fréquence sur RMS EMG VL (20kg de charge) 0,17

Graphique 6. Effet de la charge sur RMS EMG VL à 3.5 Hz 0,23

0,15 RMS EMG (u.a.)

0,21 RMS EMG 0,19 (u.a.) 0,17

0,13 0,11

0,15

0,09 0

fréquence de vibration (Hz)

100

charge

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 18

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explosif (CMJ) sur le paramètre EMG, mais vraiment inférieur à la pliométrie du DJ (+100%).

Graphique 7. RMS VL (2.4Hz 100%) comparés aux sauts

Graphique 8. RMS BF (3.5Hz 100%) comparés aux sauts

0,4

RMS EMG (u.a.)

0,1

RMS EMG (u.a.)

0,3 0,2

0,05

0,1 0

2.4 Hz 100%

CMJ

3.5 Hz 100%

CMJ

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 19

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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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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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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 22

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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 23

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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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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'està-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 25

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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 26

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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. 27

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6. Points clés et applications pratiques

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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.

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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.

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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.

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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.

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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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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. 35