Influence des propriétés musculaires sur un exercice de locomotion

Influence des propri´et´es musculaires sur un exercice de
locomotion humaine : de l’efficience `a la d´eficience
motrice
Fran¸cois Bieuzen
To cite this version:
Fran¸cois Bieuzen. Influence des propri´et´es musculaires sur un exercice de locomotion humaine
: de l’efficience `a la d´eficience motrice. Physiologie [q-bio.TO]. Universit´e du Sud Toulon Var,
2007. Fran¸cais. <tel-00194541>
HAL Id: tel-00194541
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00194541
Submitted on 6 Dec 2007
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UNIVERSITÉ DU SUD TOULON-VAR
École doctorale « Sciences du Mouvement Humain »
Thèse
En vue de l’obtention du grade de
DOCTEUR D’UNIVERSITE
Discipline : Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives
INFLUENCE DES PROPRIETES MUSCULAIRES SUR UN EXERCICE DE
LOCOMOTION HUMAINE : DE L’EFFICIENCE A LA DEFICIENCE MOTRICE
Présentée et soutenue publiquement par
François BIEUZEN
Le 03 juillet 2007
Devant le jury composé de :
M. P. PORTERO (Rapporteur)
Professeur
Université Paris XII, Créteil
M. J. VAN HOECKE (Rapporteur)
Professeur
Université de Bourgogne, Dijon
M. P. GORCE (Examinateur)
Professeur
Université du Sud Toulon-Var
M. S. PERREY (Examinateur)
MCU HDR
Université de Montpellier I
M. H. VANDEWALLE (Examinateur)
MCU PH HDR
INSEP, Paris
M. J. BRISSWALTER (Directeur)
Professeur
Université du Sud Toulon-Var
M. C. HAUSSWIRTH (Co-directeur)
HDR
INSEP, Paris

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Ce travail a été s 
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tout particulièrement.
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Jeanick Brisswalter et Christophe Hausswirth. 
de développer un savoir scientifique, je souhaite vous remercier plus particulièrement pour votre
disponibilité, votre sens de la pédagogie, votre dynamisme permanent et vos qualités humaines.
ce travail de thèse, et Messieurs Philippe Gorce, Stéphane Perrey et Henri Vandewalle 
accepté de faire partie de mon jury.
Je tiens également à remercier Elodie et Antoine pour leur aide scientifique et logistique, Anne pour
son aide linguistique inestimable et surtout indispensable.
Merci à mes « co-bureau » Franck et Mariemes associés Boz et Xav, pour
leur sens très développé du défi permanent. Aux tennismen et basketteurs en herbe Nasser et Max,
pour leur capacité à perdre régulièrement ;-).     , Alice, JPP, Cyrille,
Morgan pour la « joyeuse  !
Merci à ma famille, vous avez toujou     rager dans mes choix. Votre
Enfin un très grand merci à Flo, pour ta patience, ton aide, ton soutien permanent et tes tentatives
de compréhension du fonctionnement universitaire ! A deux, nous irons loin

S
SO OM MM MA AI IR RE E
CHAPITRE I : INTRODUCTION ........................................................................................................................ 1
CHAPITRE II : LOCOMOTION LORS D’ACTIVITES CYCLIQUES ........................................................................... 3
A. DESCRIPTION MECANIQUE DE LA LOCOMOTION HUMAINE ............................................................................................ 3
A.1. La marche et la course à pied ................................................................................................................. 3
 La marche : définition ......................................................................................................................... 3
 La course à pied : définition ................................................................................................................ 5
 Caractéristiques cinématiques de la marche et de la course à pied ................................................... 6
 Facteurs mécaniques déterminants de la fréquence de foulée .......................................................... 9
A.2. Le cyclisme ............................................................................................................................................ 11
 Approches cinématique et dynamique ............................................................................................. 11
 Facteurs mécaniques déterminants de la cadence de pédalage ...................................................... 14
B. NOTIONS DE RENDEMENT .................................................................................................................................... 16
B.1. Le rendement musculaire ..................................................................................................................... 17
 Efficience de la contraction musculaire ............................................................................................ 18
 Analyse du rendement musculaire par électromyographie (EMG). .................................................. 21
B.2. Le rendement global ............................................................................................................................. 24
B.3. Modifications des rendements énergétique et neuromusculaire lors d’exercices non fatigants. ........ 26
 Locomotion non portée de type marche ou course à pied. ............................................................... 26
 Locomotion portée de type cyclisme ................................................................................................ 29
CHAPITRE III : ALTERATION DE LA LOCOMOTION ET DES PROPRIETES MUSCULAIRES : EFFET DE LA FATIGUE34
A. DEFINITION DE LA FATIGUE MUSCULAIRE ................................................................................................................ 34
A.1. Fatigue centrale ................................................................................................................................... 36
 Méthode d’estimation du niveau d’activation des muscles .............................................................. 37
A.2. Fatigue périphérique ............................................................................................................................ 38
 Méthode d’estimation de la fatigue périphérique ............................................................................ 39
B. EFFET DE LA FATIGUE SUR LE COUT ENERGETIQUE (CE) LORS DE LA LOCOMOTION ............................................................ 40
B.1. Travail des muscles respiratoires ......................................................................................................... 42
B.2. Mode de locomotion ............................................................................................................................ 43
B.3. Recrutement musculaire ...................................................................................................................... 43
C. EFFET DE LA FATIGUE SUR LES PARAMETRES MUSCULAIRES ET NEUROMUSCULAIRES LORS DE LA LOCOMOTION ...................... 44
C.1. Aspects neuromusculaires de l’activité du muscle ............................................................................... 45
C.2. Quantification de l’activité musculaire................................................................................................. 47
C.3. Évaluation des plans de coopération musculaire ................................................................................. 49
D. EFFET DE LA FATIGUE SUR LES PARAMETRES CINEMATIQUES LORS DE LA LOCOMOTION ..................................................... 50
CHAPITRE IV : PROBLEMATIQUES ET HYPOTHESES DE TRAVAIL .................................................................... 52
CHAPITRE V : MATERIELS ET TECHNIQUES ................................................................................................... 54
A. PARAMETRES METABOLIQUES .............................................................................................................................. 54
A.1. K4RQ ...................................................................................................................................................... 54
A.2. K4b2 ..................................................................................................................................................... 55
A.3. Méthode de détermination de O2max ............................................................................................... 55
A.4. Méthode de détection des seuils ventilatoires ..................................................................................... 55
B. PARAMETRES MECANIQUES ................................................................................................................................. 56
B.1. Méthode de mesure de la force maximale volontaire isométrique ...................................................... 56

B.2. Méthode d’estimation de la force maximale volontaire isocinétique. ................................................. 57
B.3. Méthode d’estimation de la force maximale dynamique..................................................................... 57
B.4. Méthode de mesure des paramètres mécaniques lors de l’exercice de cyclisme ................................. 57
C. PARAMETRES ELECTROMYOGRAPHIQUES ................................................................................................................ 59
C.1. Détection et traitement du signal ........................................................................................................ 59
C.2. Analyse des données électromyographiques ....................................................................................... 60
 Conditions isométriques ................................................................................................................... 60
 Conditions dynamiques ..................................................................................................................... 60
D. TECHNIQUE DE NEUROSTIMULATION ...................................................................................................................... 61
D.1. Mesure des paramètres de la réponse Mmax et de la réponse mécanique associée ............................. 61
D.2. Mesure du ratio d’activation centrale (CAR) ........................................................................................ 62
CHAPITRE VI : TRAVAIL EXPERIMENTAL ........................................................................................................ 63
A. ÉTUDE N°1 : RELATION ENTRE LE NIVEAU DE FORCE ET LA CADENCE DE PEDALAGE .......................................................... 63
 Synthèse ............................................................................................................................................ 69
B. ÉTUDE N°2 : ACTIVATION MUSCULAIRE EN CYCLISME A DIFFERENTES CADENCES : EFFET DU NIVEAU DE FORCE MAXIMALE ....... 71
 Synthèse ............................................................................................................................................ 80
C. ÉTUDE N°3 : EFFET DE DEUX TYPES DE CONTRACTIONS MUSCULAIRES FATIGANTES (CONCENTRIQUE VS. EXCENTRIQUE) SUR LE
PATRON LOCOMOTEUR EN CYCLISME .......................................................................................................................... 82
 Abstract ............................................................................................................................................ 83
 Introduction ...................................................................................................................................... 83
 Method ............................................................................................................................................. 85
 Results ............................................................................................................................................... 89
 Discussion ......................................................................................................................................... 95
 References ........................................................................................................................................ 98
 Synthèse .......................................................................................................................................... 101
D. ÉTUDE N°4 : EFFET DUN EXERCICE FATIGANTE SUR LA FONCTION MUSCULAIRE CHEZ DES SUJETS AGES VS. JEUNES. ............. 103
 Introduction aux études 4 et 4bis ................................................................................................... 103
 Abstract .......................................................................................................................................... 105
 Introduction .................................................................................................................................... 105
 Materials and Methods .................................................................................................................. 106
 Results ............................................................................................................................................. 108
 Discussion ....................................................................................................................................... 112
 References ...................................................................................................................................... 114
 Synthèse .......................................................................................................................................... 117
E. ÉTUDE N°4BIS : EFFET DUNE FATIGUE AIGUE SUR LA LOCOMOTION CHEZ DES SUJETS AGE ENTRAINES EN ENDURANCE ......... 118
 Introduction .................................................................................................................................... 119
 Materials and Methods .................................................................................................................. 120
 Results ............................................................................................................................................. 123
 References ...................................................................................................................................... 128
 Synthèse .......................................................................................................................................... 133
CHAPITRE IV : CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES .......................................................................................... 134
 Conclusions ..................................................................................................................................... 134
 Perspectives .................................................................................................................................... 137
CHAPITRE VII : REFERENCES ......................................................................................................................... 138