Identification des paramètres à mesurer

Les élites kayakistes, les entraîneurs et les scientifiques utilisent des ergomètres à des fins d’entrainement, d’expertise des qualités physiques et d'analyse des coordinations gestuelles dans un environnement contrôlé.

Ces études reposent sur le recueil de trois familles de paramètres, i) Les paramètres cinématiques et cinétiques. Cela suppose d’acquérir au cours du temps, les mouvements segmentaires du kayakiste, de la pagaie et du bateau ; ii) Les paramètres dynamiques obtenus par la mesure de l’ensemble des efforts d’interactions athlète/bateau, athlète/pagaie, pagaie/eau et bateau/eau ; iii) et en dernier lieu d’autres facteurs externes prenant en compte les conditions environnementales, indispensables si l’on souhaite procéder à des simulations prédictives d’une performance.

i) Les Paramètres cinématiques. Ces paramètres caractérisent les déplacements linéaire et

angulaire des segments corporels, ceux de la pagaie et du bateau et la pagaie. Certaines études utilisent des caméscopes [34, 35, 36] ; d’autres [20, 21, 22, 23, 24, 29] disposent de systèmes plus complets, optoélectroniques de capture d’image composés de plusieurs caméras. Sensibles au rayonnement infrarouge, ces dispositifs sont principalement employés dans les laboratoires. Des marqueurs rétro-réfléchissants sont disposés sur des points anatomiques de l’athlète (centre articulaire), et ils doivent être détectés par au moins deux caméras pour

30 calculer la cinématique articulaire. Cela suppose, que ces marqueurs soient vus sur toute la durée de la scène filmée. Par conséquent, la structure de l’ergomètre, comme celle du bateau ne doit pas occulter ces marqueurs ; ceci est particulièrement vrai pour capturer la cinématique des membres inférieurs.

De nouvelles techniques se développent actuellement, comme les systèmes

électromécaniques, MEMS appelés classiquement centrales inertielles. Ces capteurs connaissent un développement important et supposent encore quelques phases de développement. Ils seront très utiles en particulier pour les mesures en bateau.

Concernant la cinématique du bateau, celle-ci peut être décrite à travers six degrés de liberté. Peu étudiée en kayak, cette cinématique a surtout été étudié pour l’activité aviron [37, 38, 39]. Il est en effet important d’évaluer l’influence des mouvements de lacet, de tangage et de roulis du bateau sur l'efficacité de la propulsion du bateau, et leur lien avec la technique du kayakiste et les conditions météorologiques.

ii) Les paramètres dynamiques. La mesure de ces derniers influence considérablement la

conception de l’ergomètre et bien entendu la mise en œuvre de la chaîne de mesure. En effet, nous avons souhaité pouvoir évaluer l’ensemble des interactions identifiées entre les systèmes ergomètre-athlète-pagaie. De plus, la chaîne de mesure doit pouvoir être installée dans le bateau pour des évaluations in situ.

Ainsi, le torseur dynamique de chaque système doit pouvoir être connu à chaque instant du mouvement. Par torseur nous entendons la résultante dynamique et la résultante du moment

dynamique définies respectivement par ∑ et ∑ . Ce torseur est dépendant de la

cinétique des systèmes étudiés, exprimée par le Principe Fondamental de la Dynamique et le théorème du moment cinétique :

(1)

où et sont la masse du système et l'accélération de son centre de gravité. et

(2)

31 L’étude bibliographique et la concertation conduite avec les acteurs sportifs nous a permis d’identifier qu’en termes de forces à mesurer en 3D, nous devions retenir :

- , forces appliquées à la pagaie par les mains droite et gauche ;

- , forces appliquées sous les pieds droit et gauche ;

- , , les forces appliquées sur le siège, à droite et à gauche respectivement. La difficulté de dissocier ces deux forces nous conduira à les mesurer globalement.

Donc, pendant le pagayage, les forces extérieures qui agissent sur chaque système Athlète (Equation. (3)), Bateau (Equation (4)) et pagaie (Equation (5)) sont :

! ! ! ₍₃₎

" # $ % # $ # $ ₍₄₎

& ₍₅₎

où , , , et , sont les forces appliquées aux pales droite et gauche,

aux pieds droit et gauche et sur le siège. , _!, _{# $} , , _!, _{# $} et

, !, # $ représentent les masses, les accélérations des centres de gravité et les poids

de chaque sous système : pagaie, athlète et bateau. et _" définissent respectivement les forces de résistances aérodynamique et hydrodynamique. & est la force de propulsion (action de l’eau sur la pagaie) et enfin %' la poussée verticale exercée sur le bateau immergé. Associés à ces mesures de forces résultantes, il s’agira de connaitre la position de leur point d’application afin de déterminer leur moment respectif.

iii) Les paramètres environnementaux en kayak sont liés aux conditions météorologiques

locales, comme les températures de l’air et de l’eau, la pluviométrie ou l’ensoleillement. De plus, des paramètres psychologiques peuvent être liés à la présence d'un auditoire ou d’autres kayakistes. Wellner et al. [40] ont étudié les effets émotionnels et de motivation dans un scénario d'aviron virtuel : trois participants sur dix ont montré des améliorations significatives dans leur fréquence de pagayage. Cependant, à notre connaissance, aucun de ces effets ne peuvent être quantifié de manière fiable.

32 En termes de bilan, le Tableau 1 répertorie les paramètres présélectionnés lors d’une analyse de la discipline de kayak du point de vue cinématique, dynamique ou environnemental.

Tableau 1: Paramètres pour l'évaluation du geste de pagayage en kayak

Spécification Type de paramètre

Rotation du tronc (mouvements relatifs des vertèbres thoraciques, de la ceinture scapulaire et du bassin).

Cinématique

Mouvement de pédalage (mouvement des membres inferieures). Cinématique Coordination temporelle de certains segments telle que celle entre

la rotation du thorax et du bassin.

Cinématique

Les amplitudes articulaires. Cinématique Rotation du bateau autour des axes verticale, longitudinale et

médio-latérale (correspondant au lacet, roulis et tangage).

Cinématique

Mesure de la vitesse de déplacement du bateau. Cinématique Efforts à la pagaie. Dynamique Efforts au siège. Dynamique Efforts au cale-pieds. Dynamique Resistances aérodynamique et hydrodynamique. Dynamique Masses du bateau, du kayakiste et de la pagaie. Dynamique Présence du public. Environnemental Présence d’autres kayakistes. Environnemental Paramètres météorologiques. Environnemental

Cependant, certaines de ces variables ne seront pas prises en compte lors de la conception de l’ergomètre en raison de leur difficulté à les simuler comme les mouvements de roulis, de lacet et de tangage du bateau ou des limites que nous nous imposons par la non prise en compte des paramètres environnementaux.