Biomécanique partie A 2012 - Activité d`enseignement et de

26/11/2012
1
L1 UE 11. Anatomie et Biomécanique
2012
[email protected]
Support de cours : http://robin.candau.free.fr
Plan
1. Introduction
2. Energie, force, travail, puissance
3. Travail cinétique
4. Travail potentiel
5. Travail interne
6. Travail élastique
7. Travail et fatigue
8. Travail contre les forces de friction
9. (aérodynamique, roulement…)
10. Conversion Energie chimique en mécanique
Records du monde dans divers
modes de locomotion
Records du monde
0
20
40
60
80
0 20000 40000 60000
Distance (m)
Vitesse (km/h)
Marche
Course
Patinage
Cyclisme
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 m onde
0
20
40
60
80
0 20000 40000 60000
Distance (m)
Vitesse (km/h)
Marche
Course
Patinage
Cyclisme
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
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

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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 O2et (1mlO2∼20,9 J), alors les facteurs de la
performance peuvent être exprimés de la façon
suivantes :
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
Un honnête homo stapiens sapiens possède une consommation
maximale d’oxygène de 55 mlO2.min -1.kg-1 (V’O2max).
Sachant que :
•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
&
C
OVOV
C
E
Vrepos2max2 &&
&−
==
En condition aérobie :
11
.15min.250
20,0 555
−−
==
−
=hkmm
Chez des athlètes de niveau
homogène
C
E
V& =
Varie
peu
Varie plus
Le coût énergétique et ses facteurs
mécaniques sont des éléments essentiels de
la performance
Pourquoi les coureurs éthiopiens
et kenyans dominent-ils?
C
E
V& =
?
?

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Performance ?
Deux coureurs disposent des mêmes aptitudes énergétiques
(VO2max = 55 ml/min/kg). Marcel possède un coût
énergétique de 0,20 ml/kg/m et René le second un de 0,15
ml/kg/m, quelles sont leurs vitesses respectives maintenues
sur 7 min?
)..( ).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
)/( ==
En remplaçant chacun des termes pour René
min)/(333
)..(15.0 ).min.(555
11
11
m
mkgml kgml
V=
−
=
−−
−−
hkmhkmV /20
100060*333
)/( ==
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
Avec l ’entraînement ?
C
E
V& =
?
?
Dépense d ’énergie par unité de temps
(équivalent métabolisme de repos)
Vitesse (m/s)
4 ans d’entraînement
C
E
V& =
Varie
beaucoup
Varie
modestement
Avec l ’entraînement ?

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Avec l ’entraînement
C
E
V& =
Varie
lentement
Varie plus
facilement
Les gains de performance dépendent
principalement du coût énergétique et
de ses facteurs mécaniques
Avec
l ’entraînement
C
E
V& =
W aéro W friction W potentiel W cinétique W interne
Les gains de performance dépendent
principalement du coût énergétique et de ses
facteurs mécaniques
C
E
V& =
Waérody roulement W potentiel W cinétique W interne
Quel est le principal facteur mécanique de la
performance en cyclisme sur terrain plat ?
Quiz
C
E
V& =
aérodynamique roulement W potentiel W cinétique W interne
Quel est le principal facteur mécanique de la
performance en côte ?
Quiz
C
E
V& =
aérodynamique roulement W potentiel W cinétique W interne
Quel sont les principaux facteurs mécaniques de la
performance en course à pied (1/2 fond et fond) ?
Quiz Le quiz
Les performances lors des records du monde sont différentes d'un
mode de locomotion à l'autre parce que :
1. les aptitudes énergétiques sont fondamentalement différentes entre les
athlètes de l ’élite
2. le coût énergétique et ses facteurs mécaniques sont différents entre
modes de locomotion
3. la fatigue musculaire augmente en fonction de la distance parcourue
4. le coût énergétique et les facteurs mécaniques représentent les
éléments essentiels ?

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La performance dans les locomotions humaines
dépend :
5. Du coût énergétique ?
6. Des aptitudes énergétiques de l'athlète ?
7. Du rapport du coût énergétique sur les aptitudes
énergétiques de l'athlète ?
8. D'une multitude de facteurs et le rapport des
aptitudes énergétiques sur le coût de la locomotion
n'explique en réalité qu'une faible partie de la
performance ?
Vue Synthétique
C
E
V& =
aérodynamique roulement W potentiel W cinétique W interne
Plan
1. Introduction
2. Energie, force, travail, puissance
5. Travail cinétique
6. Travail potentiel
7. Travail interne
8. Travail élastique
9. Travail et fatigue
10. Travail contre les forces de friction
(aérodynamique, roulement…)
11. Conversion Energie chimique en mécanique
Energie
–Energie chimique
–Energie mécanique
•Energie cinétique = ½ m v²
•Énergie potentielle = m g ∆H
–Energie thermique
–Energie électrique
–Etc.
1. Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme
2. La transformation d ’un type d ’énergie en un autre
s ’accompagne par la production d ’énergie thermique
http://www.collegelouisguilloux.fr/
pedagogique/physique/Les%20ener
gies/111B.swf
Travail et énergie mécanique
w= F d (F en N et d en m) (1)
w= ∆E (E en J) (2)
Deux types essentiels de travaux :
-Travail potentiel
-Travail cinétique
Unité : J (le plus souvent normalisé par rapport à la masse corporelle
Force et résistance
A vitesse constante, la force motrice et les
forces qui retardent (RTotales) le mvt sont à
l’équilibre :
Fmotrice = RTotales Fmotrice
RTotales