Résumé des activités de recherche
Mes activités de recherche s’inscrivent dans le domaine de l’optimisation de la performance sportive au travers notamment de l’analyse de l’activité musculaire lors des activités sportives cycliques (cyclisme, course à pied), de l’influence des vibrations mécaniques sur le fonctionnement du corps humain lors de l’exercice physique, et de la validité des outils de mesure tels que des capteurs de puissance utilisés en cyclisme
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Thématique n°1 : Analyse de l’activité musculaire du pédalageÂ
J'ai commencé cette thématique au cours de mon doctorat et je l'ai poursuivi à l'UFR STAPS depuis ma prise de fonction en 2013
La performance d’un cycliste dépend de facteurs physiologiques (VO2max, seuil anaérobie, capacité anaérobie…), anthropométriques (poids, % masse grasse,) psychologiques (force mentale, résistance à la douleur, intelligence tactique) et biomécaniques (position sur le vélo, efficience mécanique, technique de pédalage) (Faria et al., 2005). L’efficience de la technique de pédalage dépend des coordinations musculaires inter et intra-membres qui peuvent être analysées à partir de la mesure de l’activité électromyographique (EMG) (De Luca, 1996 ; Hug, 2011). Pour remporter une course par étape comme le Tour de France, un cycliste doit exceller à la fois dans les épreuves contre-la-montre et dans les ascensions (étapes de montagne). Lors d’une ascension, les cyclistes utilisent généralement un braquet plus petit, une fréquence de pédalage plus faible et une position plus redressée que sur le plat (Millet et al., 2002). Certains alternent entre le pédalage assis et le pédalage debout (la "danseuse") ainsi que leur position des mains sur le guidon (en haut ou en bas du cintre) (Bouillot et al. 2018). L’objectif de mon doctorat était d’étudier au travers de 4 études les effets de la posture des cyclistes, de la position des mains, de la pente et du braquet sur l’activité musculaire qui demeuraient mal connus, de même que l’évolution de l’activité musculaire lors d’un exercice intense et prolongé comme pendant un contre-la-montre. Ces travaux originaux ont permis de montrer que 1) les cyclistes entraînés sont capables de réaliser un contre-la-montre (CLM) de 10 à 30 minutes, à environ 75-80% de leur puissance maximale aérobie, en conservant le même niveau d’activité musculaire ; 2) l’intensité de l’activité musculaire du membre inférieur n’est pas altérée par l’augmentation du braquet et de l’inclinaison de la route ; 3) le passage du pédalage en posture assise à la "danseuse" affecte profondément l’activité des muscles des membres inférieurs et supérieurs que ce soit en terme d’intensité ou de déroulement temporel, et modifie la coordination entre les muscles mono- et bi-articulaires ; 4) la pose des mains en bas du guidon en "danseuse" entraîne une sollicitation plus importante des muscles du tronc et du membre supérieur et une modification de la coordination entre les extenseurs et les fléchisseurs de la hanche ; et 5) l’activité de certains muscles du membre inférieur était majorée lorsque les inclinaisons latérales du vélo en « danseuse » étaient contraintes.
Depuis ma prise de fonction à l’UFR STAPS de Reims, en collaboration avec des étudiants (Geoffrey Millour et Martin Chartogne), j’ai entrepris de nouvelles études dans cette thématique, qui étaient focalisées sur l’influence de l’utilisation d’un plateau non circulaire (i.e., plateau O-Symetric), de la modification de la position longitudinale de la cale sous la chaussure de vélo (i.e., plus avancée ou plus reculée) et du Q-factor (écartement sagittal entre les 2 pieds) sur l’activité musculaire et la biomécanique du pédalage. Ces 3 études ont montré que l’intensité de l’activité musculaire lors du pédalage n’était pas significativement altérée par la variation de l’un de ces 3 facteurs.
Enfin, j’ai effectué récemment une étude où l’objectif était d’étudier l’influence de la fréquence de pédalage (60, 90, 110 trs/min) sur la fatigue neuromusculaire et les réponses physiologiques (fréquence cardiaque, activité musculaire) lors d’une séance d’entrainement par intervalles (6 × 5  minutes à 80% de la PMA). Cette étude a montré que l’emploi d’une fréquence de pédalage élevée (110 trs/min) entraine une augmentation de la FC et de l’activité musculaire et une fatigue neuromusculaire périphérique plus importante, probablement à cause d’un recrutement plus important du nombre d’unités motrices rapides.
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Thématique n°2 : Influence des vibrations mécaniques sur l’activité musculaire et la performance en cyclisme
Depuis ma nomination à l’UFR STAPS de Reims, mes travaux de recherche sont en grande partie centrés sur l’étude de l’influence des vibrations mécaniques sur la performance sportive, la motricité humaine et l’activité musculaire. De nombreux sportifs comme les cyclistes sont exposés fréquemment lors de leur pratique à des vibrations mécaniques qui peuvent induire une altération de la performance motrice et du mouvement, et, conduire à l’apparition de troubles musculosquelettiques (Munera et al. 2014). Les vibrations des roues d’un vélo due aux irrégularités de la surface du sol sont transmises au corps par l’intermédiaire de la selle, des pédales et du guidon. La mesure des vibrations mécaniques en cyclisme a pour objectif d’évaluer la dose vibratoire reçue par les cyclistes lors de leur pratique et de déterminer si certains matériaux et/ou équipements permettent de réduire ces vibrations (dans un but d’optimisation du confort et de la performance).
C’est dans ce cadre que j’ai conduit plusieurs études en collaboration avec mes collègues Mr Bertucci et Mr Puel qui avaient pour objectif d’évaluer l’influence du matériel (cadre, roue, pression des pneumatiques) et de certains composants anti-vibration sur la dose vibratoire, l’activité musculaire et la transmissibilité des vibrations sur le terrain (route en pavés) ou en laboratoire (vibrations générées par une plateforme de vibration). Une partie de ces travaux ont été réalisés en collaboration avec l’équipe cycliste professionnelle française FDJ et des industriels (cycles Lapierre entreprise Spirgrips® et Baramind®). Ces études nous ont permis de montrer que 1) la transmissibilité au guidon et à la selle des vibrations générées par une plateforme de vibration est influencée par les caractéristiques du cadre et de la fourche avant d’un vélo de route ; 2) les vibrations mécaniques reçues par un cycliste lorsqu’il se déplace sur une route pavée sont plus importante au niveau du guidon qu’au niveau de la selle, augmentent avec la difficulté du secteur pavé et la vitesse de déplacement, mais diminuent avec la réduction de la pression de gonflage ; 3) l’utilisation en vélo-tout-terrain d’un cintre anti-vibration Baramind® (qui comporte des éléments élastomères) et de poignées ergonomiques Spirgrips® (qui permettent de conserver un alignement naturel main-poignet-avant-bras comparé au poignées traditionnelles cylindriques) réduisent la transmissibilité des vibrations aux muscles du membre supérieur, ce qui permet de maintenir la capacité de production de force maximale de serrage au niveau des mains après un exercice de pédalage de 20 minutes avec vibrations.
Bien que les vibrations mécaniques soient supposées induire des effets délétères sur la performance, elles peuvent dans certaines circonstances être bénéfiques pour les sportifs lorsqu’elles sont contrôlées par l’intermédiaire d’une plateforme de vibration (Avelar et al, 2012 ; Bosco et al., 1999 ; Rittweger, 2010). La littérature a montré que l’activité musculaire est significativement augmentée lors d’un exercice de vibrations corps entiers réalisée sur une plateforme vibrante (Cardinale et al., 2003; Hazell et al, 2007; Ritzmann et al., 2013). Par ailleurs, plusieurs études ont observé que la performance des sportifs comme la détente verticale et la course lors d’un sprint de 20-40 m, peut être améliorée immédiatement après la réalisation d’un exercice vibratoire du corps entier en squat (Armstong et al., 2010 ; Posjkic et al., 2015 ; Ronnestad et al., 2011). Cet effet positif serait dû au phénomène de potentiation post-activation (Cochrane et al., 2010 ; Rittweger, 2010).
C’est dans ce cadre que j’ai effectué 5 études dans cette thématique, dont 2 en collaborant avec le professeur Bent Rønnestad de l’Université de Lillehammer. Ces travaux ont tout d’abord permis de montrer que : 1) l’activité musculaire du membre inférieur était davantage augmentée lors de squats statiques sur une plateforme vibrante avec l’utilisation d’une flexion du genou de 90°, d’une fréquence vibratoire élevée (40-60 Hz) et d’une charge additionnelle de 20 kg ; et lors d’un exercice de pédalage de 6 min réalisé à 150 W ; 2) la production de puissance lors d’un sprint de 10 secondes sur un ergocycle pouvait être améliorée immédiatement après la réalisation d’un exercice de squat sur une plateforme vibrante sans que l’activité musculaire des membres inférieurs ne soit augmentée, 3) la consommation d’oxygène lors d’une séance d’entrainement par intervalles réalisée en vélo sur un home-trainer était plus importante avec l’ajout de vibrations du fait du recrutement additionnel des muscles du membres inférieurs et supérieurs pour atténuer la transmissibilité des vibrations.
Au regard de ces résultats, plusieurs recommandations pratiques pour les sportifs peuvent être proposées : 1) la réalisation d’un exercice vibratoire de pré-conditionnement pourrait être réalisée avant d’effectuer un effort maximal en compétition (par exemple, avant une épreuve de vitesse en cyclisme sur piste) ou bien être incorporé lors d’une séance d’entrainement en sprints pendant chaque période de récupération, 2) le stimulus d’une séance d’entrainement par intervalle sur un home trainer en cyclisme peut être augmenté par l’ajout de vibrations mécaniques. Cependant, lors de notre dernière étude, nous n’avons pas trouvé d’amélioration significative de la production de puissance lors de la répétition de séries de mouvements de squats ou de développé-couchés lorsqu’un exercice de vibration corps entier de 30 s (squats ou pompes) était incorporé à la période de récupération de 3 minutes entre les séries, probablement à cause d’une fatigue accumulée trop importante. Il est donc nécessaire de poursuivre ces travaux pour déterminer les paramètres optimaux du stimulus vibratoire afin d’obtenir un effet bénéfique sur la performance.
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Thématique n°3 : Etude de la validité des capteurs de puissance
La mesure de la puissance mécanique est devenue primordiale pour optimiser la performance des sportifcar elle permet d’analyser plus finement la demande énergétique des compétitionset de mieux calibrer et contrôler l’intensité et la charge des séances d’entrainement (Passfield et al., 2017). Cette mesure est rendue possible en routine en cyclisme grâce à de nombreux capteurs de puissance qui peuveny être monté sur un vélo au niveau du pédalier (e.g., SRM, Quark, SRAM…), des manivelles (e.g, Stages, Shimano…), de la boite du pédalier (e.g., Ergomo), du moyeu de la roue arrière (e.g., Powertap), des pédales (e.g., Look, Garmin, Assioma…) ou dans un home-trainer connecté (e.g., Saris, Tacx, Elite). Avec mon collègue William Bertucci, comparé au pédalier SRM qui est considéré comme un outil référence « gold standard » de mesurage (Abbiss et al. 2009 ; Gardner et al. 2004). nous avons montré que le moyeu Powertap et les home-trainers Axiom (Elite) et Hammer (Saris) fournissaient des mesures valides et reproductibles contraitement à l'axe de pédalier Ergomo.
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MOTS CLES : EMG - PEDALAGE - VIBRATIONS - CYCLISME - CAPTEUR DE PUISSANCE
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