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Theses Year : 2021

Characterisation and study of vibrations in sport

Caractérisation et étude des vibrations dans la pratique sportive

Robin Trama

Abstract

Running and various team sports generate transient vibrations in the soft tissues of the lower limb at each impact between the foot and the ground. These impacts and vibrations can generate significant mechanical stress, which increases the risk of overuse injury when not properly managed. The first objective of the thesis was devoted to the development of signal processing and statistical analysis methods to better characterize the impacts and vibrations encountered by athletes. The second objective was to define the external factors, such as practices, sports equipment, or neuromuscular fatigue, that modify the vibratory behavior in ecological practice. With the development of signal processing methods (continuous wavelet transform) and statistical methods (Statistical Parametric Mapping), we highlighted that soft tissue vibration was different from muscle vibration. Thus, accelerometers allow only a salient characterization of the muscle vibration compared to an ultrafast ultrasound. Besides, increasing running speed and sport specific tasks generated higher impact amplitude and frequency, as well as greater soft tissue vibration compared to in-line running. Among the sports equipment evaluated, only a sliding sports surface reduced the amplitude of the impact on the ground. An identification of the type of movement was made possible thanks to the measurement of the impacts and a convolutional neural network, allowing to cross the first step in the evaluation of the vibratory dose undergone by an athlete. Finally, a study carried out during the UTMB races put forward a strategy of protection of the neuromuscular system after trail-type efforts by decreasing the amplitude and the frequency of the vibrations of the most solicited muscles. It is now necessary to improve the characterization of muscle vibration with accelerometers fixed to the skin and to determine the effect of repetitive exposure to transient vibrations on the neuromuscular and musculoskeletal system.
La course à pied et les différentes pratiques sportives induisent des chocs et des vibrations transitoires au niveau des tissus mous à chaque impact. Ces impacts et vibrations peuvent générer un stress mécanique important, qui accroit le risque de fatigue et de blessure de sur-sollicitation. Le premier objectif de la thèse était consacré au développement de méthodes de traitement du signal d’accélération et d’analyse statistique afin de mieux caractériser les impacts et vibrations subies par le sportif. Le second objectif était de définir les facteurs externes, tels que le type de mouvement, le matériel sportif, ou la fatigue neuromusculaire, qui faisaient varier le comportement vibratoire en pratique écologique. Avec le développement de méthodes de traitement du signal (transformée en ondelettes continue) et statistiques (Statistical Parametric Mapping), nous avons montré que la vibration des tissus mous était différente de la vibration musculaire. Ainsi, les accéléromètres ne permettaient de caractériser que partiellement la vibration du muscle par rapport à une échographe ultra rapide. De plus, l’augmentation de la vitesse de course et les mouvements effectués lors de la pratique de sports collectifs génèrent des impacts à plus grande amplitude et à plus haute fréquence, ainsi que des vibrations des tissus mous plus amples que la course en ligne droite. Parmi le matériel sportif évalué, seul un revêtement sportif coulissant a permis de réduire l’amplitude de l’impact au sol. Une identification du type de mouvement a été rendu possible grâce à la mesure des impacts et l’usage d’un réseau de neurones convolutifs, permettant de franchir une première étape dans l’évaluation de la dose vibratoire subie par un sportif lors de sa pratique. Enfin, une étude réalisée lors des courses de l’UTMB a permis d’observer une stratégie de protection de l’organisme après des efforts de type trail en diminuant l’amplitude et la fréquence des vibrations des muscles les plus sollicités. Il reste nécessaire d’améliorer la caractérisation de la vibration musculaire avec des accéléromètres fixés sur la peau et de déterminer l’effet de l’exposition répétée à des vibrations transitoires sur le système neuromusculaire et musculo-squelettique.
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Dates and versions

tel-03520594 , version 1 (11-01-2022)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03520594 , version 1

Cite

Robin Trama. Caractérisation et étude des vibrations dans la pratique sportive. Anatomie, Histologie, Anatomopathologie [q-bio.TO]. Université de Lyon, 2021. Français. ⟨NNT : 2021LYSE1128⟩. ⟨tel-03520594⟩

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