What are the mechanical factors altering the sprinting performance in the curve? - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

What are the mechanical factors altering the sprinting performance in the curve?

Quels sont les facteurs explicatifs de la diminution de la performance lors de la course de sprint en virage?

Résumé

Curve sprinting represents ~58% of the total distance to run for all track events starting from the 200 m onwards. However, this sprinting condition has not been thoroughly analyzed in the existing literature. In overground sprinting with maximal effort, several factors affect the performance and among them, the ground reaction forces (GRF), the joint kinematics and the surface electromyography (sEMG). Therefore, the aims of this PhD thesis were to describe the modifications of these parameters in the curve in comparison to the straight from the starting blocks pushing phase and until the maximal velocity. For that sake, we have used a multidimensional approach during in-field experimentations with experienced curve sprinters (i.e., 200 & 400 m). This PhD work has been divided within four studies, all emerging from the same experimentations. The first study aimed to compare the centre of mass (CM) velocity computed from a magneto-inertial measurement unit (MIMU)-based system to that of a reference system (i.e., force platforms). The results showed that the norm of the horizontal plane CM velocity computed with the MIMU-based system was slightly under-estimated (< ~7%) in comparison to the reference system. These differences between systems likely originated from the anthropometrical model. The second study investigated the GRF and impulses from the starting blocks pushing phase and until the maximal velocity in the straight and in the curve using force platforms embedded within the track. The results demonstrated that within the curve, the participants were unable to produce a similar magnitude of anterior-posterior GRF and this was markedly pronounced on the inside leg. This was mainly due to a large increase in the medial-lateral force to maintain a curvilinear motion. In order to counter this, the participants increased their left stance times to produce resultant and vertical impulses similar to the straight. The third study explored the hip, the knee and the ankle joint kinematics using the MIMU-based system. Our main findings were that during the stance phase, the left knee was less extended and the right ankle was more plantar-flexed in the curve than in the straight, caused by the body lateral lean. Finally, the fourth study addressed the timings and amplitude of four lower limb muscles using sEMG. We reported a lower Vastus Lateralis (a knee extensor) activity in the curve in comparison to the straight. Apart from this muscle, the muscle activity timings and amplitude were in general similar to the straight. Overall, using this multidisciplinary approach, we could better elucidate some reasons for the poorer sprinting performance in the curve in comparison to the straight. Based on our findings, we could address some practical recommendations in a double objective of performance improvement and injury risks reduction.
La course en virage représente ~58% de la distance totale à parcourir pour toutes les disciplines sur piste à partir du 200 m. Malgré la prévalence de cette condition de course, elle a été peu analysée jusqu'à présent dans la littérature. En sprint, différents facteurs impactent la performance, parmi eux, l'application des forces au sol (GRF), la cinématique articulaire ainsi que l'électromyographie de surface (sEMG). Ainsi, les objectifs de cette thèse de doctorat étaient de décrire les éventuelles modifications qui surviennent lors du virage en comparaison à la ligne droite à partir de la phase de starting blocks et jusqu'à l'atteinte de la vitesse maximale. Nous avons menées des expérimentations in-situ avec des participants expérimentés de la course de sprint en virage (200 et 400 m). Ce travail de thèse a ensuite été scindé en quatre études différentes, issues d'un même protocole expérimental. La première étude avait pour objectif de comparer l'utilisation d'un système à navigation inertielle à un système de référence (i.e., plateformes de forces) pour la mesure de la vitesse du centre de masse (CM). La vitesse du plan horizontal du CM était légèrement sous-estimée (< ~7%) avec le système à navigation inertielle. Ces différences entre les deux systèmes étaient probablement liées au modèle anthropométrique. La deuxième étude s'intéressait à la comparaison des GRF et des impulsions entre la ligne droite et le virage à l’aide de plateformes de force. Les résultats de cette étude ont démontré que, dans le virage, les participants n'étaient pas en mesure de produire des niveaux de force antéro-postérieure similaire à la ligne droite, notamment sur la jambe intérieure. Cela était dû à une augmentation marquée de la force médio-latérale dans le virage. Pour contrecarrer cela, les participants augmentaient leur temps d'appuis sur la jambe intérieure afin de produire des niveaux d’impulsions résultante et verticale similaires à la ligne droite. La troisième étude explorait quant à elle la cinématique articulaire de la hanche, du genou et de la cheville lors du virage, en comparaison à la ligne droite. Lors de la phase d'appuis, nous avons principalement rapporté une diminution de l'extension de genou de la jambe intérieure et une augmentation de la flexion plantaire de la cheville extérieure, dues à l'inclinaison vers l'intérieur du virage. Enfin, la quatrième et dernière étude explorait les chronologies de mise en action ainsi que les niveaux d'activation de quatre muscles des membres inférieurs grâce à sEMG. Nous avons rapporté un plus faible niveau d'activation du Vastus Lateralis (VL, un extenseur de genou) de la jambe intérieure dans le virage en comparaison à la ligne droite. Ainsi, d’un point de vue global, la performance était diminuée dans le virage à cause d’une diminution de la force verticale sur la jambe gauche, elle-même due à une plus grande flexion du genou gauche à cause d’une plus faible activation du VL gauche dans le virage. Ces résultats dans leur globalité nous permettent de mieux comprendre les raisons pour lesquelles la performance est diminuée lors de la course de sprint en virage en comparaison à la ligne droite. Basées sur ces résultats, nous avons dressé des recommandations pratiques dans un double objectif d'amélioration de la performance et de réduction des risques de blessures.
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Origine Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-04332700 , version 1 (09-12-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04332700 , version 1

Citer

Benjamin Millot. What are the mechanical factors altering the sprinting performance in the curve?. Biomechanics [physics.med-ph]. Université paris Cité, 2023. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04332700⟩

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