Sport, Recherche et Ingénierie Validation d’une plateforme de forces Tests sur un prototype de chaussures Etat de l’art des recherches sur le saut à skis David Pagnon, Phelma PNS 2A Avec le Prof. Dr. Guillaume Mornieux A l’Institut de Sport et de Sciences du Sport de Freiburg (Allemagne)

Introduction I. Validation d’une plateforme de forces II. Tests sur un prototype de chaussures III. Etat de l’art de recherches en saut à skis Conclusion 2 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon Sport, Recherche et Ingénierie

 Pour chaque morphologie, une chaussure.  Adidas: Design automatique grâce à des exercices sur plateforme de forces: 1. Tapping: Taper des pieds le plus vite possible 2. Jumping: Sauter le plus haut possible 3. Balance: Tenir en équilibre sur un pied (pro) ou sur deux (basic)  Plateforme de base trop chère: une plateforme de remplacement conviendrait-elle ?  Mon travail: Proposer des tests de validation.  3 approches envisageables: 1. Comparer les données brutes de chaque capteur 2. Comparer les réponses à des forces et à des moments donnés 3. Comparer les résultats des exercices --> La plus pertinente 3 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon I. Plateforme de forces - Présentation

 Tapping: Test en suivant un métronome avec un marteau, puis avec une personne qui tape des pieds.  Jumping: Un sujet saute: On compare les réponses aux forces.  Balance:  Plateformes désempilées: On fait rouler un poids de 20kg selon une trajectoire définie: comparaison des excursions du COP (Center of pressure).  Plateformes empilées: Exercice d’équilibre effectué par un sujet: comparaison des COP 4 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon I. Plateforme de forces - Méthodes  Calibration avec des masses de 0 à 100kg Empilement des plateformes pour ne pas avoir de problème de synchronisation ni de reproductibilité. Puis on intervertit leur position.

 Tapping: Résultats exac- tement identiques sur les deux tests.  Jumping: Résultats exac- tement identiques.  Balance: Tests pas finis, mais les résultats inter- médiaires sont excellents (entre 2 et 4% de variation) 5 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon I. Plateforme de forces - Résultats Attention: nous n’avons pas reçu la plateforme à temps: j’ai donc laissé un protocole mais je n’ai pas fait les tests moi-même.  Calibration: Droite de régression y = 1.023x (r2 = 0.999), ce qui parait honorable. Conclusion : Si les tests d’équilibre s’avèrent concluants, on en retiendra que le prototype fourni par Adidas présente des performances largement suffisantes pour les applications auxquelles elle est dédiée. Apports personnels: Ce que le plus court des projets et le seul typiquement ingénieur m’a appris :  Définition d’un protocole expérimental avec prise de responsabilité  Se limiter au cahier des charges (temps et argent)

Les chaussures classiques sont « surprotectrices » : certains muscles s’atrophient au profit d’autres qui occasionnent de grosses contraintes articulaires. Des chaussures dites « thérapeutiques » induisent un léger déséquilibre qui permet renforcer ces muscles. Sur le même principe, une enseigne a créé un prototype censé galber les jambes de ses porteuses. A-t-il vraiment cet effet ? 6 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon II. Prototype de chaussures - Présentation:

 Sur une durée de 3 heures, 15 sujets féminins testent ces chaussures, ainsi que 5 autres modèles concurrents qui leurs sont comparés. Les exercices effectués sont la marche avant, la marche arrière, l’équilibre sur une jambe et des sauts sur place. On mesure aussi la réponse au réflexe H.  Données requises:  Vitesse de marche: Cellules photosensibles  Forces: plateforme de forces AMTI  Mouvements des jambes: capteurs et caméras infrarouges Vicon  Mouvement du pied lors de la pose: Caméra HD grande vitesse Basler  Activité musculaire: émetteurs EMG sans fil Myon mesurant les activités du tibialis anterior, du gastrocnemius medialis, du vastus lateralis, du gluteus maximus, du peroneus longus, du biceps femoris, du semitendinosus et du gluteus medius 7 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon II. Prototype de chaussures - Méthodes:

 Ces données sont recueillies par le logiciel Vicon Nexus, qui permet de les visualiser en 3D en temps réel. 8 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon II. Prototype de chaussures - Méthodes:

 On effectue un très gros travail de tri et de correction des données, sur Vicon Nexus et sur Excel.  On en fait les moyennes, ce qui permet au logiciel Vicon Polygon de faire une analyse statistique et de fournir des courbes  Ces courbes sont étudiées et insérées dans un rapport, dans lequel sont aussi incluses les impressions des sujets 9 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon II. Prototype de chaussures - Méthodes:

De nombreux problèmes, mais on entrevoit des pistes de résolution:  Chaussures très inconfortables donc Invendables Travailler le confort  Semelle trop dure donc Impact fort sur la plateforme Poser une semelle plus tendre  Arrondi trop prononcé donc Pose du pied sur le milieu de la semelle Réduire l’arrondi  Déséquilibre latéral donc trop important donc Genou déplacé vers l’intérieur Equilibrer selon l’axe du pied  Pose du pied trop délicate pour donc Gluteus Maximus peu sollicité faire des foulées complètes Travailler l’ensemble des points précédents 10 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon II. Prototype de chaussures - Résultats :

Ce projet, le plus intense m’a bien sûr donné des notions en biomécanique, mais m’a aussi apporté de nombreux éléments sur la recherche  Projet suivi de bout en bout: aperçu global de la recherche en biomécanique  On a souvent des phases longues et répétitives avant d’accéder au vif du sujet  Alternance de périodes soutenues avec des périodes plus calmes Quelques différences entre les systèmes Allemands et Français:  Le travail répétitif est fait par les Hilkraftstudenten  Décloisonnement entre les recherches publique et privée 11 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon II. Prototype de chaussures - Apports personnels :

 Recherches particulièrement pertinentes dans ce domaine.  L’IFSS et l’OSP (Olympia Stütztpunkt) sont assez avancés dans ce domaine, et souhaitent rester à la pointe du progrès. Mon travail: faire un état de l’art, trouver des pistes de recherche intéressantes et en faire part aux spécialistes 12 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon III. Saut à skis - Présentation :

Mesures sur le tremplin de Hinterzarten pour découvrir le milieu Recherche et lecture de la littérature On peut distinguer 6 phases dans la performance d’un sauteur à skis: 1. L’élan (partie rectiligne et partie courbe) 2. Impulsion 3. Début du vol plus facile à analyser 4. Vol stable plus difficile à parfaire 5. Préparation à l’atterrissage 6. Atterrissage 13 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon III. Saut à skis - Méthodes : On se concentre sur l’impulsion:

Sélection des critères intervenant dans cette phase: 1. Grande vitesse au décollage (24m/s) 2. Grosse précision sur le début de la poussée (0.28s) 3. Grande vitesse verticale (2m/s) 4. Gros couple vers l’avant (66Nm) Compromis entre vitesse et précision Les meilleurs commencent la poussée un peu plus tôt (25ms) Compromis entre la vitesse verticale et le couple vers l’avant Réussir à satisfaire ces critères sans contrarier la phase du début du vol  Petit angle entre Skis et Axe du corps (20°)  Grande vitesse angulaire des genoux (480 à 700 °/s) et des hanches (410 à 600°/s) 14 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon III. Saut à skis - Résultats :

Perspectives de recherche:  Comparer les EMG sur plateforme de force avec celles sur tremplin  Optimiser le compromis entre vitesse verticale et couple vers l’avant  Etudier l’évolution des paramètres sur toute la durée du saut  Proposer des exercices d’entrainement pour satisfaire les critères nommés plus haut  Utiliser la partie courbe de la piste pour faire un mouvement plyométrique  Adapter les techniques aux particularités morphologiques de l’athlète  Continuer à améliorer le matériel 15 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon III. Saut à skis - Résultats :

 Travail de longue haleine (sur toute la durée du stage) qui m’a fait découvrir un autre aspect de la recherche: la prospection (ou la recherche de thèmes de recherche) afin de rester leader sur un domaine donné  Le recherche est globalement la même quels que soient les domaines: bases de données en biomécaniques similaires à celles de physique, structure des articles tout à fait identique 16 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon III. Saut à skis - Apports :

 Projets pour la plupart concluants malgré quelques problèmes : Tests non effectués sur la plateforme de force, mais les résultats envoyés semblent être intéressants Les chaussures testées ne tiennent pas leur engagement, mais des pistes de résolution ont été trouvées Des idées intéressantes ont pu être soumises concernant la recherche en saut à skis  Stage original, toutefois très profitable y compris dans le cadre de ma formation: Ouverture d’esprit Ingénierie Recherche  Remerciements 17 Sport, Recherche et Ingénierie David Pagnon Conclusion :