Biomécanique partie A.pptx - Activité d`enseignement et de

16/09/16
1
L1 UE 11. Anatomie et Biomécanique
[email protected]
Support de cours : http://robin.candau.free.fr
2016-17 1
Objectifs
• Comprendre le
mouvement
humain
• Etre capable de
l’optimiser
http://theredlist.fr/media/.cache/database/muses/icon/
sport/atletism_running/2720563929-017-atletism-
running-theredlist.png
2
Compétences visées
Comprendre et être capable
d’optimiser
1. Les forces qui retardent le
mouvement (résistances
aérodynamiques, la force
due à la gravité, la force
d’inertie),
2. Les transformations et
conservations d’énergie
d’énergie
http://theredlist.fr/media/.cache/database/muses/icon/
sport/atletism_running/2720563929-017-atletism-
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3
QCM
Examen terminal
• Questions de cours
• Questions sur les articles à lire
• Application des notions essentielles dans le
mouvement
• Applications numériques
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Travail personnel
• Chapitres de livre qui détaillent et complètent le contenu des
cours,
• Articles Sport & Vie à télécharger
• Applications numériques et exercices notamment en TD
2 heures pour 2 heures de cours
magistraux
http://theredlist.fr/media/.cache/database/muses/icon/
5
Méthode de travail
1. Lire le support de cours avant d’assister au cours
2. Prendre des notes sur les supports proposés
3. Travailler le cours, apprendre le plan du cours, puis approfondir
chaque partie,
4. refaire seuls les applications numériques du cours et des TD
5. Lire les chapitres et les articles à télécharger
6. S’entraîner sur les annales et correction en petit groupe avec le cours
7. Poser des questions
8. Révision finale
6

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Liste de lecture
1. di Prampero P., Chapitre sur la locomotion humaine, ouvrage dirigé
par Rieux, PUF, Bioénergétique exercice musculaire 1988
2. Candau R., Chapitre sur la locomotion humaine, ouvrage dirigé par
Lamendin H, et Couteix D. In: Masson, ed. Biologie et pratiques
sportives. Paris : Masson, 1995, pp 24-42
3. Millet G. et Candau R. Coût énergétique 2002 pdf
4. Giancoli Physique. Générale 1. Mécanique et thermodynamique : De
Boeck
http://theredlist.fr/media/.cache/database/muses/icon
7
Pbm de discipline
1. Suspension temporaire de la fac
2. Mesures pédagogiques de sauvegarde sous la
responsabilité de l’enseignant
3. Commission disciplinaire de l’U (jusqu’à une
impossibilité d’inscription à l’université en
France)
8
Plan
1. Introduction
2. Energie, force, travail, puissance
5. Travail cinétique
6. Travail potentiel
7. Travail interne
8. Travail élastique
9. Travail contre les forces de friction
(aérodynamique, roulement…)
10. Conversion Energie chimique en mécanique
11. Travail et fatigue (non-traité en 2015)
9
Records du monde
0
20
40
60
80
020000 40000 60000
Distance (m)
Vitesse (km/h)
Marche
Course
Patinage
Cyclisme
Vitesse de déplacement et modes de locomotion
10
Les vitesses maintenues sont éminemment différentes
entre les modes de locomotion.
Or
Les aptitudes énergétiques des athlètes de l ’élite sont
similaires quelque soit le mode de locomotion.
Donc
Le coût énergétique (C) est très différent d ’un mode
de locomotion à l ’autre.
Coût énergétique et
Performance
Records du monde
0
20
40
60
80
020000 40000 60000
Distance (m)
Vitesse (km/h)
Marche
Course
Patinage
C ycli sm e
11
Economie et mode de locomotion
12
Vitesse (m.s-1)
Coût énergétique (J.kg-1.m-1)

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3
• Coût énergétique ≈ consommation d ’essence pour
100 km
• Le coût énergétique définit l ’économie de
déplacement dans la locomotion
• Il représente la quantité d ’énergie consommée pour
parcourir 1 m et transporter 1 kg de masse corporelle
Coût énergétique et
Performance
13
C
E
V =
Performance
en m.s-1
Coût
énergétique en
J. kg-1 . m-1
Puissance
anaérobie +
aérobie en
J.s-1.kg-1
Coût énergétique et
Performance
14
Vue Synthétique
C
E
V =
W aéro
Locomotion
à htes
vitesses
Natation
W friction
Locomotions
appareillées
W potentiel
Locomotions en
côte
Locomotions
pédestres et
sprints
W cinétique
Où la fréquence
est grande
W interne
15
Méthode quantification de la dépense
d ’énergie aérobie
La mesure de l'énergie libérée lors de la dégradation des
substrats peut-être réalisée avec précision en l'absence
d'oxydation de protéine et dans des conditions strictement
aérobies.
E Substrats → E Mécanique
O2
Helmut Newton
CO2
Candau et al. (2008) Calorie
à télécharger ! QCM
Equivalent énergétique du mlO2 (EqO2)
21,3J consommés → E Mécanique
1ml O2
(i) Glucide
19,6 J consommés → E Mécanique
1ml O2
(ii) Lipide
EqO2 lipide = 19,6 J . mlO2-1
EqO2 glucide = 21,3 J . mlO2-1
Systèmes portables
Mesure de la concentration d’O2 et de C02 dans les
gaz expiré et évaluation du débit ventilatoire grâce
à une turbine
O2 CO2 O2 CO2

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C
E
V =
Performance
en m.min-1
Coût
énergétique en
mlO2.m-1 .kg-1
Puissance
consommée en
mlO2.min-1.kg-1
Parce qu’il existe une équivalence entre les Joules et les ml
O2 et (1mlO2 ∼ 20,9 J), alors les facteurs de la performance
peuvent être exprimés de la façon suivantes :
19
En pratique
• son métabolisme de base est de 5 mlO2.min-1.kg-1
• qu ’il est capable de courir pendant 7 min en maintenant 100% de sa
V’O2max, et
• Son coût énergétique est 0,20 ml.m -1.kg -1
Quelle est sa vitesse maximale sur une épreuve de 7 min ?
V
Un honnête homo stapiens sapiens possède une
consommation maximale d’oxygène de 55 mlO2.min
-1.kg-1 (V’O2max). Sachant que :
20
C
OVOV
C
E
Vrepos2max2
−
==
En condition aérobie :
11 .15min.250
20,0
555 −− == −
=hkmm
21
Travail personnel
A partir de la vitesse que vous êtes capable de maintenir sur 7
min (ou demi Cooper, interpolation V3000m et V1500m) estimez
votre V’O2max en utilisant une valeur de coût énergétique de
0,22 mlO2.m-1.kg-1
22
85-90 ml/kg/mn
62-85 ml/kg/mn 60-85 ml/kg/mn
Chez des athlètes de niveau
homogène
C
E
V =
Varie assez peu
Varie
significativement
Le coût énergétique et ses facteurs
mécaniques sont des éléments essentiels de
la performance 23
Pourquoi les coureurs éthiopiens
et kenyans dominent-ils?
C
E
V =
?
?
24

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Travail personnel
Deux coureurs disposent des mêmes aptitudes énergétiques (VO2max =
55 ml/min/kg). Marcel possède un coût énergétique de 0,20 ml/kg/m
et Haile le second un de 0,15 ml/kg/m, quelles sont leurs vitesses
respectives maintenues sur 7 min?
25
Gebreselassi
)..(
).min.(
min)/( 11
11
2max2
−−
−−
−
=mkgmlC
kgmlVV
mV baseOO
C
E
V =
En appliquant l ’équation 1 pour Marcel :
En remplaçant chacun des termes par sa valeur :
min)/(250
)..(20.0
).min.(555
11
11
m
mkgml
kgml = −
=−−
−−
hkmhkmV /15
1000
60*250
)/( ==
26
En remplaçant chacun des termes pour René
min)/(333
)..(15.0
).min.(555
11
11
m
mkgml
kgml
V=
−
=−−
−−
hkmhkmV/20
1000
60*333
)/( ==
27
Bilan
Pour de mêmes aptitudes énergétiques, le
coureur le plus économique est le plus
performant
Le coût énergétique et ses facteurs mécaniques
représentent des éléments essentiels de la
performance
28
Avec l ’entraînement ?
C
E
V =
?
?
29
Dépense d ’énergie par unité de temps,
(équivalent métabolisme de repos)
Vitesse (m/s)
4 ans d’entraînement
Avec l ’entraînement ?
30
E