Laurent brosseau - Mémoire M2IPP

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

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

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

Mémoire Master 2 IPP 2009 : Préparation physique Laurent Brosseau

1

1. Introduction

1.1. Les besoins

Depuis sa professionnalisation en 1995, le rugby français connaît un essor

médiatique qui reprend de plus bel à chaque Coupe du Monde, notamment celle que la

France a organisé en 2007. En dehors des enjeux financiers et culturels, cette

médiatisation contribue à accroître le niveau d’exigence en plaçant le sportif en son

centre.

Le rugby de haut niveau se transforme peu à peu en sport athlétique, dans la mesure où

la condition physique devient le principal moteur de la performance, se rapprochant de

l’athlétisme (Gabbett, 2007), supplantant ainsi les aspects techniques et tactiques du jeu.

La meilleure illustration est l’efficacité croissante des premières lignes défensives,

formant un rideau de plus en plus imperméable aux vagues offensives adverses.

La puissance représente l’ensemble des paramètres (physiologiques, biomécanique, etc.)

qui permettent d’effectuer des efforts avec une intensité maximale (Pradet, 1996),

faisant appel au produit de la force par la vitesse. En termes de qualités physiques à

développer, les joueurs de rugby ont besoin de puissance pour conquérir le terrain

rapidement mais aussi efficacement, c'est-à-dire la nécessité de posséder une puissance

de démarrage pour courir vite, mais aussi pour être solides sur les appuis lors des

changements de courses et sur les phases de lutte. L’enjeu fondamental de leur

préparation physique n’est pas de leur conférer la plus grande puissance mais la capacité

à répéter le plus longtemps possible la plus grande puissance possible avec une

prédominance sur les membres inférieurs autant pour les déplacements que pour les

poussées. Contrairement aux membres supérieurs demandant une puissance pour les

plaquages et les phases de lutte, les jambes et le dos ne possèdent guère de moment de

repos, subissant au minimum la posture debout. Dans ce domaine, il apparaît difficile

d’implémenter des nouvelles stratégies de préparation physique dans les programmes

existants, les charges d’entraînement étant déjà proche du maximum que les joueurs

puissent tolérer en termes de physique.

En effet, l’enchaînement hebdomadaire des matchs induit des niveaux de fatigue

neuromusculaire importants, et ne permet donc pas de réaliser l’entraînement de la

puissance musculaire dans de bonnes conditions, même au niveau de l’entretien. Par

conséquent, la préparation physique doit s’orienter vers des approches plus qualitatives

pour développer cette qualité physique (Cazorla et al. 2004).


2

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


3

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


4

chaque vibration. Entre le parcours de la commande motrice et la réalisation d’un

mouvement, il y a un délai de latence avant la nouvelle sollicitation. Ce dernier n’existe

pas quand le stimulus vibratoire agit directement sur le muscle. Cela fait référence au

réflexe d’étirement retraçant les circuits de contrôle et rétrocontrôle du muscle, comme

on le voit sur le schéma ci-dessous. Il montre la production mécanique de force par le

muscle, directement programmée par le fuseau neuromusculaire car les motoneurones

alpha sont sensibles aux vibrations. Ce qui

provoque des effets aigus au niveau de la

production de puissance, améliorée pour

une courte durée d’exposition aux

vibrations d’environ 10 min (Cardinale et

Bosco, 2003). Durant cette exposition aux

vibrations, la sollicitation nerveuse

atteindrait alors des niveaux dépassant la

capacité d’activation volontaire, puisque le

stimulus en continu produit des réflexes d’étirements en boucle. De plus, le

développement de la force sur des cycles d’entraînement en vibration est plus efficace

car l’augmentation de la puissance est plus rapide avec des courtes expositions aux

vibrations verticales qu’un entrainement classique (Adams et al., 2008). D’autre part,

cette pratique réalisée avant un entrainement de force excentrique a un rôle préventif

puisque les dommages musculaires (DOMS) sont diminués en quantité, ce qui procure

une stabilité et une efficacité à l’entrainement vibratoire chez les athlètes (Bakhtiary,

2006), essentiellement en tant qu’effet aigu sur quelques séances.

Outre l’impression de travailler plus et de rompre avec la lassitude, ce type

d’entraînement pourrait-il constituer une forme de développement qualitative de la

puissance ainsi que la capacité à la répéter ?

L’entrainement sur vibration avait été utilisé lors de la préparation olympique de

Moscou en 1980 par le professeur Nazarov qui montrait que l’utilisation de vibrations

mécaniques pouvait potentialiser la force, l’explosivité des athlètes (Mathieu, 2006) et

la flexibilité musculaire chez les jeunes gymnastes (Kinser, 2007). La faible amplitude

(1,7 à 4 mm) et la haute fréquence (30 à 60 Hz) des vibrations des plateformes produit

une sollicitation qui se propage sur l’ensemble de la musculature. En effet, une

exposition aux vibrations lors du début de l’entraînement de puissance ou d’une

préparation physique généralisée produit chez des athlètes une augmentation aigue de


5

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


6

potentiel des vibrations pour solliciter les systèmes neuromusculaires et optimiser les

performances de la puissance (Cardinale et Bosco, 2003).

1.2.3. Théorie d’ingénierie

En termes d’ingénierie de la préparation physique, cette nouvelle approche du

développement de la puissance, via une exposition aux vibrations durant un

entrainement en force, est très intéressante au niveau du rugby. Nous identifions des

problèmes comme le surpoids corporel s’opposant au travail de vitesse et pliométrique,

du moins en termes de qualité. En effet malgré que ces populations soient musclées, ce

surpoids se répercute sur les articulations. Cela permet d’offrir une place légitime au

développement de la puissance sur des plateformes vibrantes en évitant la surcharge sur

les systèmes articulaires lors d’appuis unipodaux en pliométrie. Au croisement de ces

grands principes, une prise de recul pourrait amener à remanier l’entraînement sur

plateforme vibrante pour l’optimiser en l’orientant vers les contraintes mécaniques

créées lors de la pliométrie.

Il est possible d’opposer un entraînement en force sur des faibles fréquences avec un

entraînement sur des plateformes haute fréquence, c'est-à-dire une nouvelle plateforme

se situant sur le travail non traumatisant de par une faible fréquence (de 1,5 à 3,5 Hz), et

une grande amplitude (30 mm), en se plaçant sur des paramètres plus naturels, c’est-à-

dire à des fréquences accessibles aux mouvements musculaires. A partir du moment où

les modalités vibratoires permettent la reproduction d’un mouvement musculaire, à

savoir une amplitude et le temps nécessaire pour effectuer un régime de contraction

entre deux oscillations, les mouvements sont mieux assimilables à ceux des pratiques

sportives. De plus l’accélération du poids étant minimale, les vibrations mécaniques ne

provoqueraient aucun traumatisme (accélération verticale inférieure à 1 G) pour les

systèmes articulaires et le rachis (Wilder et Pope, 1996).

Ce type de musculation avec vibrations est symbolisé par le relâchement musculaire

pour absorber les vibrations. Au vue de la faible fréquence mais grande amplitude

d’oscillation de la plateforme, cette modalité produit un enchaînement de phases

d’étirement-raccourcissement, que l’on retrouve dans la pliométrie. Un point important

est la sollicitation optimisée du système neuromusculaire, puisque la vibration stimule

ce dernier directement, ce qui implique une activation réflexe supérieure en quantité par


7

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


8

la puissance, car cela se rapproche des modalités de l’entrainement en pliométrie

augmentant l’explosivité.

2. Méthodes et matériel

2.1 Sujets

Les sujets de l’étude étaient 8 sportifs, dont 3 qui pratiquaient un sport individuel de

loisir à niveau national (karaté, aviron, et course à pied) et 5 faisaient du rugby au

niveau international, dans le pôle France du Centre National de Rugby à Marcoussis.

Les caractéristiques anthropométriques du groupe sont indiquées dans la tableau 1 ci-

dessous.

Les critères d’inclusion étaient d’être du sexe masculin pour exclure les spécificités

biologiques s’appliquant dans le sport, comme les systèmes hormonaux différents chez

la femme, de pratiquer très régulièrement une activité sportive (environ 5 entrainements

par semaine) et être en bonne santé pour potentialiser les effets de l’étude afin d’ éviter

des traumatismes. Les critères d’exclusion de l’étude ont été la présence de douleur au

cours de la réalisation d’un squat, sur la région lombaire essentiellement, mais

également sur les articulations du genou, ainsi qu’une pratique sportive inférieure à 5h

par semaine.

2.2 Protocole expérimental

Le protocole consistait à vérifier l’innocuité de l’utilisation d’une plateforme vibrante

dans le cadre de la préparation physique. Ce type de plateforme vibrante possédait une

particularité dans ses modalités d’oscillation, à savoir une grande amplitude avec une

très faible fréquence. Les sollicitations au cours d’un squat en isométrie étaient

analysées avec 3 charges différentes, sur une plateforme oscillant verticalement à 3

fréquences pour être comparées avec la condition de référence sans vibration (12 essais

par sujet), puis dans un deuxième temps avec des modalités de sauts sans charge

additionnelles pour analyser le travail pliométrique (6 sauts par sujets).

Tableau 1. caractéristiques anthropométriques du groupe

Age (ans) Taille (cm) Masse corporelle (Kg)

27, 5 + 7, 3

84, 12 + 11, 45

181 + 6, 5


9

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


10

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.


11

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


12

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


13

le signal pour mettre en évidence la portion de la pente où la vitesse était maximale, sur

les montées et descentes en force.

Pour l’activité élèctromyographiques, le logiciel d’acquisition AcqKnowledge 4.0 a été

également utilisé pour l’ensemble du traitement. Comme précédemment expliqué, les

signaux étaient filtrés. Au cours de chaque modalité et des 2 traitements de force, les

signaux EMG ont été transformés en RMS (root mean square), c'est-à-dire en valeurs

efficaces, qui représentent un équivalent en continue du signal ondulatoire. Au final, les

résultats ont été exportés directement sur le tableur Excel pour les comparaisons des

forces maximales ou minimales et les représentations graphiques des forces et des sujets

pour les sollicitations EMG.

Enfin, les enregistrements du contrôle postural ont commencé sous le logiciel biopack,

avec les sélections de la période vibratoire de 10 secondes et celle post vibratoire de 30

secondes (sans charge ni vibration). Une fois exportées sous format texte (.Txt) du

système PC, ces données ont été traitées avec le logiciel de programmation Matlab.

L’objectif a été de faire apparaitre les coordonnées du centre des pressions grâce au

principe du barycentre à partir des 4 capteurs de force. Puis la représentation graphique

de son évolution a été employée pour analyser son évolution, selon 2 paramètres qui

étaient sa surface et sa vitesse moyenne de déplacement. Ces formules ont été

développées avec Matlab, permettant ainsi de décrire la qualité du contrôle postural, et

ses variations dans les phases de réajustement.

2.6. Analyse statistique

Le logiciel employé est dans un premier temps le tableur Excel pour regrouper les

moyennes des sujets sur chaque modalité afin de réaliser une analyse statistique

pertinente à l’échelle d’une population. Cette seconde partie est réalisée par le logiciel

Statistica. Les données sont décrites avec leurs valeurs moyennes (± écart-type). Les

différentes modalités de vibration étaient comparées entre elles grâce à une analyse de

variance à 2 facteurs (fréquence x charge) à mesures répétées. La combinaison

fréquences par charges induisant le plus haut niveau de sollicitation était ensuite

comparée aux sauts verticaux (CMJ et DJ) grâce à une analyse de variance à un facteur

(modalité). Lorsqu’une interaction ou un effet significatif était détecté, un test post-hoc

de Newman-Keuls était utilisé pour détecter les différences significatives entre les

différentes valeurs. Le seuil de significativité était fixé à P ≤ 0.05.


14

3. Résultats

3.1. Analyse de l’accélération

Le premier secteur d’analyse était à propos des ondes de chocs occasionnées par les

vibrations, c'est-à-dire l’aspect traumatisant de ce type de modalité lorsque le corps

ressentait des accélérations. L’effet aigu de ces vibrations a été décrit selon 2 paramètres

au cours des 3 modalités de fréquence des vibrations et des 3 modalités de charges. Tout

d’abord les accélérations sont affichées dans le tableau 1. L’aspect intéressant de ces

résultats est que l’ensemble des accélérations sont situées en dessous d’1 G. Au niveau

des influences de paramètres de la plateforme, on notait une nette diminution (< 5%) sur

les fréquences de vibration de 1.5 et 2.4 Hz lorsque la charge externe augmentait et cette

diminution s’accentuait (>10%) avec la charge la plus haute. Lors de l’exposition aux

vibrations à 3.5 Hz, les accélérations les plus hautes (> 25%) ont été enregistrées et les

accélérations diminuaient encore de 10% entre chaque pallier moins chargé. Donc

l’augmentation de la fréquence et la diminution du poids potentialisaient les

accélérations.

Au niveau du second paramètre, la dangerosité des ondes vibratoires a été mesurée par

l’étude des harmoniques. Le tableau 2 présente les variations d’harmoniques selon les

modalités de la plateforme. Il apparaissait à nouveau que la plus haute fréquence (3.5

Hz) produisait le plus d’harmoniques néfastes. C'est-à-dire au-delà de la limite tolérable

par le corps de 4Hz. C’était avec la plus basse fréquence et le moins de charge

additionnelle que les harmoniques étaient les moins forts. En ce qui concerne les faibles

charges (20kg et 50% du poids), l’augmentation de fréquences des harmoniques était

identique (+50%) en appliquant les fréquences supérieures (2.4 et 3.5 Hz). Cependant, il

y avait une moindre augmentation d’harmoniques pour la charge de 100% du poids de

corps, bien que les niveaux de fréquence d’harmoniques fussent déjà élevé pour la faible

fréquence (> 6Hz).

Tableau 1. Accélération (g)

Charge Fréquence de vibration (Hz)

1.5 2.4 3.5

20 KG 0.29 0.39 ± 0.08 0.51 ± 0.07

50% poids corps 0.29 ± 0.08 0.36 ± 0.06 0.44 ± 0.05

100% poids corps 0.26 ± 0.06 0.28 ± 0.05 0.37 ± 0.06


15

Le tableau 3 représente la traduction chiffrée de ces harmoniques dangereuses. Ainsi les

modalités de hautes fréquences (3.5 Hz) et des charges externes modérées (50% du

poids) représentaient un optimum si on se plaçait dans la dangerosité des vibrations

pour le corps. Pourtant la charge supérieure (100%) montrait une fraction plus grande

d’ondes néfastes, alors que la grande variabilité dans l’écart type n’était pas

suffisamment significative. Au final, la pratique conseillée pour le minimum de risques

sur ce type de modalité était la faible fréquence (1.5 Hz) avec une faible charge

additionnelle (20Kg), mais les modalités intermédiaires restaient suffisamment

acceptable (2.4 Hz avec 50% du poids du corps).

3.2. Analyse de la Force

Nous avions abordé la force de réaction au sol, afin d’analyser les contraintes

mécaniques que subissaient le système neuromusculaire, voire musculaire sur ces

situations de vibrations, c'est-à-dire les effets aigus provoqués sur l’organisme au cours

d’une séance d’entrainement de force, mais sur un support vibrant à de faibles

fréquences et grandes amplitudes, en le comparant aux sollicitations de référence sans

vibration, et également sur des modalités de pliométrie. Dans un premier temps, nous

avons réalisé une approche globale sur cette étude de force, puis une analyse détaillée

par ondulations avec les vitesses de montée en force.

Ces tests ANOVA ont mis en évidence des différences significatives sur les

comparaisons des modalités vibratoires (fréquence et charge) avec la référence,

illustrées sur le graphique 1. Il y avait un effet de la charge sur la force moyenne de

réaction au sol qui augmentait pour des charges additionnelles plus lourdes : de 1019

tableau 2. Harmoniques (Hz)


1.5 2.4 3.5

20 KG 3.32 ± 0 4.79 ± 0

7.51 ±

0.91

50% poids

corps 3.28 ± 0.05

4.77 ±

0.04

7.22 ±

0.72

100% poids

corps 6.38 ± 0.17

7.19 ±

1.41 7.96 ±

0.83

tableau 3. Ondes (% d'harmoniques néfastes)


1.5 2.4 3.5

20 KG 5.21 ± 2 8.79 ± 1 27.19 ± 3

50% poids

corps 6.61 ± 5 10.43 ± 3 31.29 ± 5

100% poids

corps 17.62 ± 17 17.46 ± 6 52.91 ± 15


16

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

0 1 2 3 4

vitesse de montée en

force (N/s)

Fréquence de vibration (Hz)

Graphique 3. Effets charge et fréquence sur vitesse montée en force

1002050

1002050

1005020

Charge

Newton pour une charge de 20KG, augmentant à 1240 N (+20%) pour une charge de

50% du poids corporel et atteignait une sollicitation optimale de 1660 N (+ 40 %) pour

une charge de 100% de poids corporel. Bien que ce résultat ne fût pas inattendu,

l’importante augmentation non linéaire de la force témoigne de l’intérêt à franchir un

certain seuil de charge, en l’occurrence ici 50% du poids corporel. De plus, des

différences significatives ont été montrées sur les différentes fréquences de vibrations

utilisées. Bien qu’il n’y avait pas de différence significative entre la basse fréquence 1.5

Hz et l’absence de vibration (0Hz), un effet des vibrations a été justifié sur les hautes

fréquences, en comparaison à la fréquence de référence (0 Hz). Donc il y avait une

augmentation de la force de réaction au sol avec la plateforme vibrante optimale avec la

fréquence de 2.4 Hz (3.5 Hz) comme le montre le graphique 2. Cette fréquence optimale

peut s’expliquer par le fait que la fréquence de résonnance des muscles soit 3 Hz, ce qui

provoque une vibration en phase des membres inférieurs qui sont les premiers à être en

contact avec ces ondes. En dépit d’une sollicitation amplifiée sur la plateforme vibrante,

cet entrainement en force doit s’assurer de la mise en résonnance des muscles pour

identifier de quelconques traumatismes occasionnés par ce phénomène.

En ce qui concerne l’approche plus détaillée de notre analyse sur la force, nous

n’avons retenu que les vitesses de montée en force en valeur moyenne et maximale, afin

de caractériser les contraintes mécaniques sur ces séances. La synthèse des résultats

statistiques est donnée sur le graphique 3 (complément en annexe).

900

1100

1300

1500

1700

0 2 4

FORCE (N)

Frequence (Hz)

Graphique 1. effets charge et fréquence sur Force moyenne

100%

50 %20 kg

12401241124212431244124512461247

0 2 4

FORCE (N)

Frequence de vibration (Hz)

Graphique 2. effet fréquence charges 50 %


17

0

10000

20000

30000

40000

vitesse de montée en force

(N/s)

Graphique 4. vibration optimale comparée aux sauts

CMJ3.5 Hz100% DJ

Nous remarquons deux effets significatifs sur les vitesses moyennes de montée en force.

Il y avait un effet potentialisateur significatif de la charge maximale (100%) et de la

plus haute fréquence (3.5Hz) sur les vitesses de montées qui devenaient les plus rapides.

Il est à noter l’absence d’effet de l’interaction entre ces 2 paramètres (charge x

fréquences) donc pas d’association optimale et l’importante différence qu’il y avait

entre la haute fréquence et la basse fréquence (1.5Hz).

Dans un second temps, cette condition maximale de sollicitation (3.5 Hz/100% poids

de corps) a été comparée avec les sauts sur le graphique 4, ce qui montrait une

différence significative des modalités de saut. En effet, il y avait une importante

différence avec le saut en contre bas (« Drop Jump »), 5 fois plus élevée du fait de

l’impact après la chute de 40 cm. Mais le point remarquable est l’absence de différence

entre cette modalité de vibration et le saut en contre mouvement (CMJ). De ce fait la

modalité vibratoire peut reproduire une sollicitation neuromusculaire équivalente à celle

d’un mouvement de force explosive.

3.3. Activités électriques musculaires.

Après l’étude des contraintes mécaniques, nous voulions mesurer ses impacts sur

l’organisme, ce qui a commencé par l’analyse des signaux électriques des muscles en

activité. Ces signaux sont exprimés en valeur continue en les transposant en RMS. Tout

d’abord, les résultats statistiques dévoilent des augmentations significatives lors des

vibrations avec une sollicitation maximale pour une vibration de plateforme à 3.5 Hz,


18

0,09

0,11

0,13

0,15

0,17

0 2 4

RMS EMG(u.a.)

fréquence de vibration (Hz)

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

voire identique dans certains cas pour 2.4 Hz. D’où l’exemple sur le graphique 5 qui

dévoile l’effet potentialisateur des vibrations sur les actions musculaires.

Il n’y avait pas les mêmes effets en fonction de la charge, puisque le soléaire et le vaste

latérale (VL) étaient d’avantage sollicités pour des hautes charges (100% poids du

corps), alors que c’était l’inverse pour le tibialis antérieur (TA) avec 20 kg et toutefois

pas d’effet pour le biceps fémoral. De plus, les plus fortes activités étaient au niveau du

VL et du TA, qui sont les muscles identifiés lors des réajustements posturaux au cours

de vibrations (Andrew et al., 2007). L’analyse statistique a montré des effets de

l’interaction entre les deux paramètres (charge x fréquence), ce qui témoignait d’une

influence entre eux, aboutissant sur une modalité optimale pour la sollicitation. Bien

que le maximum fût en fonction d’une haute fréquence (3.5 Hz), le paradoxe était sur

l’influence des poids opposés avec 20 kg pour le TA, mais des hautes charges pour le

VL.

Ensuite, l’analyse plus détaillée des RMS d’EMG était à propos des sollicitations lors

des montées en force, ce qui montre également des élévations en parallèle de celle des

paramètres (charge et fréquences) pour une sollicitation optimale sur la plus haute

fréquence (3.5Hz) et la plus haute charge (100%), sauf pour le biceps qui n’a aucune

influence, puis le TA qui avait la même sollicitation qu’avec une charge de 20kg. Dans

cette partie, il n’y avait à nouveau que 2 conditions optimales (interaction des

paramètres) qui ont été comparées avec les activités lors des sauts. Il en ressort que

l’activité électrique du VL vibrant aux modalités 2.4Hz et 100% sur le graphique 7, était

extrêmement proche des 2 modalités de saut car le CMJ vaut la sollicitation du DJ, donc

sur cette condition la réponse électrique a été équivalente à celle d’un travail

pliométrique. Pour la deuxième modalité optimale sur le BF sur le graphique 8, la

modalité à 3.5 Hz et 100% du poids provoque la même sollicitation qu’un mouvement

0,15

0,17

0,19

0,21

0,23

20 40 60 80 100

RMS EMG(u.a.)

charge

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


19

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

(+100%).

3.4. Variations du Centre des Pressions.

Dans un premier temps, les variations du centre des pressions (CdP) ont été quantifiées

pendant la période d’oscillation de 10 secondes.

Sur l’ensemble des modalités de vibration il y n’y avait pas d’effets significatifs de la

charge, pourtant très probable si l'on prend les termes pro balistiques qualitatifs

d'Hopkins et al. (2009) sur les deux paramètres étudiés, à savoir la surface (p = 0.07) et

la vitesse (p = 0.08). Par contre il y avait bien un effet très significatif de la fréquence

utilisée sur la surface et la vitesse. La vitesse moyenne de déplacement du CdP

augmentait avec l’élévation des fréquences d’oscillation (maximum pour 3.5Hz), de

0

0,1

0,2

0,3

0,4RMS EMG(u.a.)

Graphique 7. RMS VL (2.4Hz

100%) comparés aux sauts

CMJ2.4 Hz100% DJ

0

0,05

0,1RMS EMG(u.a.)

Graphique 8. RMS BF (3.5Hz 100%)

comparés aux sauts

CMJ3.5 Hz100% DJ


20

même pour la surface avec un maximum à 2.4Hz. La synthèse de ces évolutions

apparaît sur les histogrammes 1 et 2 ci-dessus.

Dans un second temps, on a comparé la situation de référence initiale sans vibration au

préalable avec les situations post vibratoire de fréquence 0 Hz, et il n’y avait aucun effet

significatif de la charge sur la surface du CdP (histogramme 3) ni sur la vitesse

(histogramme 4).

Ensuite, concernant la comparaison entre les différentes modalités de vibration (charges

et fréquences), il n’apparaissait aucun effet significatif de la charge ou de la fréquence

sur le paramètre de surface du trajet de CdP, visible sur l’histogramme 5 ci-dessous.

En revanche pour le paramètre de vitesse de déplacement du CdP (histogramme 6), il y

avait un effet très significatif (p < 0.01) de la fréquence d'oscillation qui potentialisait la

vitesse avec un maximum à 3.5Hz. Par contre la modalité charge n’affectait pas non

plus ce paramètre de vitesse du Cdp.


21

4. Discussion

4.1. Interprétation des accélérations

Au regard de l’ampleur qui s’est développée sur l’entrainement sportif avec les

plateformes vibrantes, il est important d’avoir un retour objectif sur l’aspect pathogène

que peuvent produire ces plateformes. Beaucoup de recherches ont démontré le lien

pathologique des hautes fréquences (de 5 à 100 Hz) avec une haute accélération

(supérieure à 1G) dans l’apparition des douleurs lombaires. Les accélérations

enregistrées sur cette plateforme de faible fréquence (1.5 à 3.5 Hz) ont été inférieures à

0.5 G pour l’ensemble de nos modalités de charge additionnelle. Une accélération d’1/2

G représente la moitié de l’attraction terrestre (4.9 mètres par seconde), donc le corps

humain ne percevait pas ces ondes vibratoires comme néfastes. Outre le raisonnement

précédent, les systèmes de sécurité qui travaillent sur la tolérance aux vibrations dans le

milieu professionnel (ISO 2631) ont fixé le niveau de tolérance à 0.8 G. Les

accélérations étaient plus importantes pour les hautes fréquences (3.5 Hz) et les faibles

charges (20 kg), car il semble que le corps était plus soumis aux mouvements et aux

accélérations, en comparaison aux lourdes charges qui exerçaient des pressions plus

importantes, ce qui limitait les degrés de liberté. Donc en termes de sollicitation moins

traumatisantes, il est conseillé de rajouter des charges externes suffisamment lourdes

(100% poids du corps) sur des vibrations les plus faibles possibles (1.5 Hz).


22

Cependant, ce type d’entrainement sur plateforme vibrante produisait des harmoniques

néfastes, car il est considéré que les harmoniques supérieurs à 4 Hz peuvent être

dangereux pour la colonne vertébrale sur des sujets vieux, blessés ou malades. Nos

résultats étaient également favorables aux faibles fréquences de vibration (1.5 et 2.4 Hz)

mais s’opposaient aux précédents sur la recommandation des charges, car il apparaissait

une fréquence faible des harmoniques pour une faible charge (20kg et 50% poids).

Ainsi pour des hautes fréquences (3.5 Hz) les harmoniques dépassaient le seuil de 4Hz

(7.51 ± 0.91). De même pour une haute charge peu importait les fréquences de

vibrations (6.38 Hz ± 0.17). En pourcentages d’ondes néfastes ces chiffres

représentaient plus de 25%, alors que la marche à pied se situe en dessous de 11% pour

l’exemple. Il apparaissait donc que les sollicitations de ce type de plateforme vibrante

étaient délicates, c'est-à-dire que les paramètres d’utilisation doivent être contrôlés pour

une utilisation non traumatisante, comme la fréquence et la charge qui doivent être

faibles ou modérées (de 1.5 à 2.4 Hz et 20 kg à 50% du poids de corps). D’un autre

point de vue, ces recommandations s’appuient sur des principes validés pour une

population normale voire délicate, mais au regard d’une population sportive qui possède

des renforcements musculaires, il est peut être envisageable d’utiliser des charges à

100% et une fréquence de 3.5 Hz.

4.2. Les effets des vibrations sur les forces

Les sollicitations des vibrations ont été quantifiées en fonctions des forces de réaction

au sol, c'est-à-dire l’objectivation des contraintes mécaniques transmises sur le corps, à

la fois sur la résultante globale de la force verticale (Fz total) en réponse au poids du

sujet et sur les vitesses moyennes de montée en force qui démontrent de l’explosivité

dans la contraction musculaire. Tout d’abord, les vibrations impliquaient des

sollicitations supérieures à une séance classique de contraction isométrique sans

vibration et l’augmentation non linéaire des forces pour des charges de 100% du poids

de corps indique un réel intérêt des charges, car au-delà du seuil de 50% du poids, les

contraintes mécaniques imposées sur le corps devraient produire de réelles sollicitations

neuromusculaires pour un entrainement de puissance. En ce qui concerne les fréquences

de vibration, le fait que la faible fréquence de vibration (1.5Hz) soit équivalente à la

condition neutre (0Hz) dévoile que le principe de la vibration doit être contrôlé, sinon

les sollicitations attendues n’auront pas lieu. D’autre part, l’analyse des vitesses de


23

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


24

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.


25

Le premier paramètre est la surface de l’ellipse formée par ces variations de CdP

(Schéma 2), ce qui représente l’indice le plus pertinent pour quantifier la capacité d'un

individu à s'équilibrer dans des conditions statiques. Ces surfaces ont été augmentées

pendant les vibrations avec un effet croissant des sollicitations pour des fréquences

élevées, donc cette modalité possède une sollicitation neuromusculaire plus intense

qu’une modalité classique sans vibration. Cependant aucun effet n’a été relevé sur la

période de 10 sec suivant les oscillations, ni en comparaison avec les situations de

référence avant toutes sollicitations, ni sur les différentes modalités avec la plateforme

vibrante. Cela impose que les effets des sollicitations optimisées ne perdurent pas du

tout à court termes, donc il n’y a pas d’effet aigu des vibrations sur les qualités de

contrôle postural, du moins insuffisante pour une fatigue nerveuse des afférences de

l’équilibre. C'est-à-dire que cette séance d’entrainement était peut-être trop courte pour

concrétiser les effets des vibrations en effets aigus.

Le second paramètre est la vitesse moyenne de déplacement du CdP.

La variance de la vitesse des déplacements du centre de pression rend compte du

tonus postural de certains muscles impliqués dans le contrôle postural et de leurs

propriétés viscoélastiques. Sans aller dans le détail, une modification importante de ces

vitesses indique souvent une modification de la stratégie d'équilibration, telle que le

passage de la stratégie de chevilles à la stratégie de hanche chez la personne âgée. C'est-

à-dire qu’une augmentation de la vitesse témoignerait d'un contrôle musculaire plus

important pour la stabilisation du CdP. Ici aussi il n’y avait pas d’effet de la charge sur

cet indice, ni pendant les oscillations, ni après les sollicitations que ce soit en

comparaison avec la référence du début de la séance, ou entre les différentes modalités.

Au final il apparait que les charges additionnelles au poids du corps n’engendraient pas

de sollicitation nerveuse au niveau des contrôles posturaux. En revanche, le paramètre

de fréquence d’oscillation montrait des influences sur l’augmentation des vitesses, donc

cette séance ne provoquait pas de fatigue aiguë sur les fonctions stabilisatrices des


26

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


27

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.


28

6. Points clés et applications pratiques

Le rugby moderne exigera de plus en plus une préparation physique pointue lui

permettant de maintenir le plus longtemps possible des hauts niveaux

d’intensités neuromusculaires, illustrés au travers d’une puissance efficace.

En termes de puissance efficace, cela fait appel à la notion de transmission de la

puissance et ce type de plateforme vibrante devient encore plus intéressant pour

le développement de la force explosive car il sollicite en parallèle les systèmes

proprioceptifs de la posture.

La notion de gainage et de réajustement postural est un point majeur de

développement du rugbyman et ce pour lui permettre de transférer ses qualités et

son développement musculaire de puissance vers une performance de terrain où

les conditions instables de poussée par exemple sont loin de celles d’une

musculation en salle.

Le développement de la puissance fait partie intégrante de l’hygiène de vie des

rugbymen et ce type d’entrainement sur plateforme vibrante à faible fréquence

permet d’apporter un travail de force explosive avec une qualité significative,

car les sollicitations neuromusculaires sont permanentes pendant la vibration

grâce au réflexe d’étirement, et de limiter considérablement les traumatismes

articulaires lors d’impacts en pliométrie ou autre entrainement explosif.

L’ingénierie de la préparation physique devra travailler à optimiser ce type

d’entrainement pour une performance meilleure sur le plan sportif et de la santé,

en aiguillant les innovations de ces vibrations dans le sport.


29

7. Bibliographie

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31

8. Annexes


32


33


34

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.

Documents

Laurent brosseau - Mémoire M2IPP