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Analyse et quantification de la performance en ski de fond avec GPS

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Analyse et quantification de la performance en ski de fond avec
GPS
Mémoire
Charles Castonguay
Maîtrise en kinésiologie
Maître ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
© Charles Castonguay, 2016
Analyse et quantification de la performance en ski de fond avec
GPS
Mémoire
Charles Castonguay
Sous la direction de:
Normand Teasdale, directeur de recherche
ii
Résumé
L’objectif principal de l’étude était la quantification de la performance de skieurs
de fond à l’aide de données cinématiques obtenues à partir d’un GPS à
fréquence d’acquisition de 4Hz (Ublox Xbee) et des enregistrements vidéo.
Onze athlètes canadiens en ski de fond (8 hommes et 3 femmes, âge moyen de
22±4 ans) ont réalisés des contre-la-montres en style libre et en technique
double poussée. Des analyses de la vitesse, de la fréquence de cycle, de
l’amplitude de cycle, de la fréquence cardiaque et du choix technique furent
réalisées afin de déterminer leur relation avec la performance (soit le temps
total). L’analyse des patrons de vitesse nous permet d’observer des
« signatures techniques » en style libre. Selon les résultats, la capacité à
atteindre une vitesse maximale élevée et maintenir une vitesse moyenne élevée
est un déterminant majeur de la performance, peu importe le choix technique ou
la pente. L’utilisation prolongée de la technique G2 induit directement une
diminution de la performance, spécialement dans les sections de montée
abrupte. L’utilisation prolongée de la technique G3 améliore la performance,
surtout en montée. Il existe une relation entre une bonne puissance/force du
haut du corps, la performance en double poussée et l’utilisation de la technique
G3. Il n’existe pas de relation entre l’amplitude de cycle et la fréquence de cycle
et l’amplitude de cycle et la vitesse pour la technique G3. Au sprint final en
technique G3, plus la vitesse est élevée, plus la fréquence de cycle l’est aussi.
Un pourcentage élevé d’utilisation de la technique G3 correspond à un faible
nombre de transitions et à une meilleure performance. De façon générale, on
peut affirmer que les sections de montée ont le plus d’influence sur la
performance globale. Finalement, en comparant le ski de fond (sur neige) et le
ski à roulettes (sur asphalte) en technique G3 et G4, il existe une différence
importante pour la fréquence et la durée des cycles; un athlète performant sur
l’asphalte en ski à roulettes doit avoir une fréquence de cycle plus élevée pour
parcourir la même distance que sur neige en ski de fond. L’analyse et
l’interprétation des résultats de cette recherche ont permis d’établir un standard
« médaille d’or » de performance, ainsi qu’un profil pour chacun des skieurs, et
fût très pratique pour les entraineurs.
iii
1 Table des matières
Résumé…………………………………………………………………………………………………………………….iii
1
Table des matières ..................................................................................................... iv
1.1
Liste des tableaux ......................................................................................................... vii
1.2
Liste des figures ........................................................................................................... viii
2
Remerciements .......................................................................................................... ix
3
Introduction : Présentation du ski de fond .................................................................. 1
3.1
Historique ....................................................................................................................... 1
3.2
Les techniques – revue ................................................................................................... 3
3.2.1
Le cycle et ses paramètres...................................................................................... 4
3.2.2
Le classique ............................................................................................................. 5
3.2.3
Le style libre ou « skating » .................................................................................. 10
3.3
Les déterminants associés à la performance en ski de fond ...................................... 18
3.3.1
Vitesse, technique et performance ...................................................................... 19
3.3.2
Fréquence de cycle, amplitude de cycle et performance .................................... 20
3.3.3
Vitesse, fréquence et amplitude de cycle en double poussée ............................. 24
3.3.4
Vitesse, fréquence de cycle et amplitude de cycle en G3 .................................... 27
3.3.5
Divergences et autres facteurs influençant la vitesse, amplitude de cycle et
fréquence de cycle................................................................................................................ 30
4
3.3.6
La fréquence cardiaque ........................................................................................ 35
3.3.7
L’importance de la force/puissance du haut du corps ......................................... 37
L’utilisation du GPS en performance sportive ......................................................... 40
4.1
Historique et fonctionnement ...................................................................................... 40
4.1.1
Historique ............................................................................................................. 40
4.1.2
Fonctionnement et couverture terrestre ............................................................. 41
4.1.3
Précision des données de position et de vitesse .................................................. 42
4.1.4
Fréquence d’acquisition et échantillonnage ........................................................ 44
4.1.5
Théorème de l’échantillonnage ............................................................................ 44
4.2
GPS : évaluation de la performance et validité ............................................................ 50
4.2.1
La fréquence d’acquisition et validité .................................................................. 51
4.2.2
Distance parcourue et validité ............................................................................. 52
iv
5
4.2.3
Vitesse de déplacement et validité ...................................................................... 54
4.2.4
Quantification de la performance en ski de fond par GPS et dGPS ..................... 54
4.2.5
Accélérométrie et identification technique en ski de fond .................................. 56
Méthodologie ............................................................................................................ 58
5.1
5.1.1
Concept général de l’étude .................................................................................. 58
5.1.2
Sujets .................................................................................................................... 59
5.1.3
Matériel ................................................................................................................ 59
5.1.4
Évaluation de la précision du système GPS .......................................................... 61
5.2
6
Informations préliminaires ........................................................................................... 58
Tests et méthodes d’analyse ........................................................................................ 63
5.2.1
Protocoles ............................................................................................................. 63
5.2.2
Traitement et analyse des données ..................................................................... 65
Résultats.................................................................................................................... 69
6.1
Topographie du parcours ............................................................................................. 69
6.2
Fréquence cardiaque .................................................................................................... 70
6.3
Temps, vitesse et performance .................................................................................... 71
6.4
Signatures techniques .................................................................................................. 74
6.5
Choix techniques .......................................................................................................... 76
6.6
Fréquence et amplitude de cycle ................................................................................. 77
6.7
Test de double poussée ................................................................................................ 81
7
Analyses Corrélationnelles ....................................................................................... 83
8
Discussion ................................................................................................................. 86
8.1
Vitesse et performance ................................................................................................ 86
8.2
Fréquence cardiaque et performance .......................................................................... 88
8.3
Choix technique et performance .................................................................................. 89
8.3.1
La technique G2 et performance .......................................................................... 89
8.3.2
G2 Vs G3 ............................................................................................................... 90
8.3.3
Hypothèses sur la relation entre G2, G3 et la pente ............................................ 92
8.3.4
La technique G4 et la performance ..................................................................... 97
8.3.5
Côté du corps en technique G2/G4 et performance ............................................ 98
8.4
Nombre de transitions et performance ....................................................................... 99
8.5
Fréquence, amplitude de cycle et performance ........................................................ 100
v
8.6
Relation entre le test de double poussée et la performance en style libre ............... 103
8.7
Comparaison des patrons de vitesse; ski de fond et ski à roulettes .......................... 107
8.7.1
Analyse des courbes de vitesse .......................................................................... 107
8.7.2
G3 ; ski de fond VS ski à roulettes ...................................................................... 109
8.7.3
G4 ; ski de fond VS ski à roulettes ...................................................................... 112
9
Conclusion ........................................................................................................... 114
10
Bibliographie....................................................................................................... 120
vi
1.1 Liste des tableaux
Tableau 1. Vitesse (V, km/h), vitesse maximale (Vmax, km/h) fréquence (F, Hz) et amplitude de
cycle (AC, m) en double poussée selon diverses études…….....................................................25
Tableau 2. Vitesse (V, km/h), vitesse maximale (Vmax, km/h) fréquence (F, Hz) et amplitude de
cycle (AC, m) en technique G3 selon diverses études………………………………………………28
Tableau 3. Distance totale mesurée par GPS (DT GPS, m) et distance totale mesurée par
circonférence de roue (DT CR, m) sur la piste de 422.37m selon les différents essais…………61
Tableau 4. Distance totale mesurée par GPS (DT GPS, m) et distance totale mesurée par
circonférence de roue (DT CR, m) sur le parcours « style libre » selon les différents essais…..61
Tableau 5. Description, distance (m), dénivelé positif (m) et pourcentage d’inclinaison moyen (%
incl moy) de chacun des segments du parcours en style libre selon les données de l’athlète A.65
Tableau 6. Description, distance (m), dénivelé positif (m) et pourcentage d’inclinaison moyen (%
incl moy) de chacun des segments du parcours en style libre selon le trajet Google Earth de
l’athlète A…………………………………………………………………………………………………65
Tableau 7. Description, distance (m), dénivelé positif (m) et pourcentage d’inclinaison moyen (%
incl moy) de chacun des segments du parcours en style classique selon les données GPS de
l’athlète A…………………………………………………………………………………………………65
Tableau 8. Description, distance (m), dénivelé positif (m) et pourcentage d’inclinaison moyen (%
incl moy) de chacun des segments du parcours en style classique selon le trajet Google Earth
de l’athlète A……………………………………………………………………………………………..65
Tableau 9. Fréquence cardiaque maximale (FCmax) (bpm), FCmax segmentaires (bpm),
fréquence cardiaque moyenne (FCmoy) segmentaires (bpm) et pourcentages moyens de la
FCmax (%moyFCmax) segmentaire selon la position finale………………………………………..72
Tableau 10. Temps total (s), vitesse maximale (Vmax) (s), vitesse moyenne (Vmoy) (km/h),
temps segmentaires (s), Vmoy segmentaires (km/h) et Vmax segmentaires (km/h) selon la
position finale………………………..…………………………………………………….....................72
Tableau 11. Temps total (s), temps d’utilisation des techniques G2, G3 et G4, pourcentage total
d’utilisation de G2 (%G2), G3(%G3), G4(%G4), vitesse maximale (Vmax, km/h), Vmax de G2
(km/h), Vmax de G3 (km/h) et Vmax de G4 (km/h) selon la position finale………………….......78
Tableau 12. Temps (s) et pourcentage total d’utilisation des techniques G2 (%G2), G3 (%G3) et
G4 (%G4) pour chaque segment selon la position finale…………………………………………..78
Tableau 13. Amplitude de cycle (AC, m), fréquence de cycle (F, Hz) et vitesse moyenne (Vmoy,
km/h) de la technique G3 selon 10 cycles consécutifs de chaque segment………………………81
Tableau 14. Temps total (s), fréquence de cycle (F, Hz) par segment en double poussée selon
la position finale en test style libre…………………………………..…………………………………81
Tableau 15. Amplitude de cycle (AC, m), fréquence de cycle (F, Hz) et vitesse moyenne (Vmoy,
km/h) de la technique G3 selon 10 cycles consécutifs de chaque montée du segment 2………94
Tableau 16. Amplitude de cycle (AC, m), fréquence de cycle (F, Hz), durée de cycle (DC, s)
vitesse moyenne (Vmoy, km/h), gain de vitesse par cycle (GV, km/h), perte de vitesse par cycle
(PV, km/h) et fréquence cardiaque (FC, bpm) de la technique G3 et G4 en ski à roulettes (SR) et
en ski de fond (SF) pour l’athlète A………………………………..…………………………………109
vii
1.2 Liste des figures
Figure 1. La technique du « pas alternatif » en ski de fond……………………………...….…..……6
Figure 2. La technique du « un pas double poussée » en ski de fond………………………..…….7
Figure 3. La technique de « double poussée » en ski de fond…………………………………......10
Figure 4. La technique « G2 » en ski de fond………………………………………………………...13
Figure 5. La technique « G3 » en ski de fond………………………………………………………...14
Figure 6. La technique « G4 » en ski de fond………………………………………………………...16
Figure 7. La technique « G5 » en ski de fond………………………………………………………...17
Figure 8. Les techniques « G6 » et « G7 » en ski de fond……………………………………….....18
Figure 9. Évolution de la fréquence et amplitude de cycle selon la vitesse en double poussée
selon diverses études……………………………………………………………………….................26
Figure 10. Fréquence et amplitude de cycle en fonction de la vitesse en technique G3 selon
diverses études………………………………………………………………………………….............28
Figure 11. Principe de positionnement par satellites………………………………………………...40
Figure 12. Répartition des échantillons traités selon la fréquence d’acquisition, en fonction du
temps et de la vitesse du skieur………………………………………………………………….........44
Figure 13. Vitesse du skieur en fonction du temps, selon des GPS cadencés à 20Hz (a) et 1Hz
(b) ……………………………………………………….………………………………………………...46
Figure 14. Vitesse du skieur en fonction du temps, selon des GPS cadencés à 20Hz et 1Hz….46
Figure 15. Vitesse variante d’un cycliste en fonction du temps, selon un GPS cadencé à 1Hz et
un odomètre instrumenté……………………………………………………………………................48
Figure 16. Vitesse constante d’un cycliste en fonction du temps, selon un GPS cadencé à 1Hz et
un odomètre instrumenté……………………………………………………………………................49
Figure 17. Le sac à dos expérimental…………………………………………………………………59
Figure 18. Parcours vue à vol d’oiseau (18.1) et profil d’élévation (altitude) (18.2) selon le temps
de l’athlète A…………………………………………………………………………………….............68
Figure 19. Profil de variation de la fréquence cardiaque selon le temps de l’athlète A…………69
Figure 20. Médiane, minimum et maximum des temps totaux et des temps segmentaires du
parcours…………………………………………………………………………………………………..71
Figure 21. (21.1) Profil de variation de la vitesse selon le temps de l’athlète A et (21.2) « zoom »
sur les fluctuations de vitesse de la partie cadrée……………………………………………………71
Figure 22. Patrons de courbe de vitesse des techniques G3 (22.1) et G4 (22.2) de l’athlète
A…………………………………………………………………………………………………………...74
Figure 23. Patrons de courbe de vitesse des technique G2, G3 et G4 de l’athlète K……………74
Figure 24. Pourcentage d'utilisation total des techniques de ski G2, G3 et G4 pour l’athlète A et
K, et la moyenne du groupe…………………………………………………………………...............77
Figure 25. Patrons de courbe de vitesse de la techniques G3 (25.1) et G4 (25.2) en ski à
roulettes et sur neige de l’athlète A…………………………………………………………..………109
viii
2 Remerciements
Tout d’abord, je tiens à remercier mon directeur de recherche, Normand. Merci
d’avoir cru en moi pour la concrétisation de ce projet. Merci de m’avoir donné
envie de continuer. Merci pour votre support quotidien. Merci pour votre
expérience. Merci pour tout le temps consacré à ce document. Vous êtes un
véritable mentor pour moi.
Merci,
À mes évaluateurs, Richard et François, professeurs et collègues d’exception,
qui m’ont beaucoup appris et épaulés.
Aux entraineurs du CNEPH, Louis, François et Godefroy, qui nous ont tant
aidés dans ce projet, et qui ont été compréhensifs dans les moments plus
difficiles.
Aux athlètes qui ont participés aux tests, sans qui tout ceci n’aurait pas eût lieu.
À tout le personnel du GRAME, pour leurs temps et précieux conseils.
À l’INS et au CSHNQ, pour leur support financier et moral.
À tout le département de kinésiologie de l’université Laval, qui ont su éveiller et
faire grandir cette passion qui est aujourd’hui ma carrière.
À Maxime, Vincent et Catherine, mes chers amis et partenaires de « bacc », qui
sont toujours dans ma vie après ces longues années d’étude.
Et, finalement, à mes parents et mon frère, mes plus grands supporteurs et
professeurs de vie, sans qui je ne serais pas où j’en suis aujourd’hui.
ix
3
Introduction : Présentation du ski de fond
Le ski de fond est un sport d’hiver, un sport de glisse comprenant une
combinaison de techniques et de styles où chaque geste est crucial, où chaque
seconde est importante. C’est un sport stratégique où l’économie d’énergie est
reine, mais où l’athlète doit repousser ses limites physiologiques en tout temps.
De quelques minutes à plusieurs heures, l’endurance, la puissance, la
coordination y sont de rigueur. Le ski de fond est passé de simple plaisir de
glisser, à un sport olympique. Il est devenu synonyme de performance, de
perfection. Une perfection de plus en plus atteignable pour l’athlète grâce à
l’amélioration des techniques, mais également en raison des percées
technologiques bonifiant le sport de haut niveau. Le document suivant vise à
montrer comment l’utilisation de systèmes de localisation géospatiale (« Global
Positionning System » ou GPS) peut aider à mieux comprendre la performance
d’un athlète en ski de fond.
3.1 Historique
Pratiqué depuis plus de 4500 ans, le ski de fond est sans conteste le plus
ancien sport d’hiver. Utilisé pour la première fois dans les pays scandinaves, les
skis servaient de moyen de locomotion. Leur grande efficacité à limiter
l’enfoncement des pieds dans la neige conférait à l’homme préhistorique une
plus grande mobilité sur la neige lors de la chasse ou pour tous autres
déplacements. Les skis vont, au fil des siècles, être davantage utilisés à des fins
militaires, ce qui raffine grandement leur conception et augmente de façon
considérable leur utilisation. C’est vers le milieu du 19e siècle que l’on recense
les premières utilisations des skis sous forme de loisir, avec l’apparition des
premiers clubs de skis nordiques en Norvège. Au 20e siècle, le ski de fond fait
donc son entrée historique dans les anales en tant que loisir, mais surtout sport
1
d’hiver, en se dissociant de ses fonctions militaires et utilitaires et également de
son proche, le ski de descente (ski alpin). À partir de ce moment, le ski de fond
sportif connait un essor important; il fait sa première apparition aux Jeux
Olympiques en 1924, avec des épreuves de 18 et de 50km. En 1968, la
diffusion télévisuelle des jeux olympiques (JO) d’hiver de Grenoble fait connaître
celui-ci au monde entier et augmente considérablement sa popularité auprès
des adeptes des sports d’hiver. À ce moment, au Canada, on peut compter par
milliers les gens qui pratiquent le sport, et une poignée d’entre eux tente de
briller
sur
la
scène
internationale
(Fédération
internationale
de
ski;
http://history.fis-ski.com).
Le premier canadien à se démarquer en ski de fond fût Pierre Harvey, lorsqu’il
remporte la médaille d’or lors d’une coupe du monde en Suède, en 1987. Sa
participation aux jeux olympiques d’hiver de Calgary, en 1988, augmente
davantage l’engouement des canadiens envers ce sport autrefois peu répandu.
À ce moment, quelques athlètes canadiens de haut niveau réalise que le ski de
fond offre la possibilité de briller sur la scène olympique. Depuis, plusieurs
athlètes canadiens ont eut droit aux grands honneurs; Beckie Scott, avec ses
deux médailles olympiques, et Chandra Crawford, également championne
olympique. Dernièrement, des athlètes tels Devon Kershaw et Alex Harvey
brillent sur la scène internationale. Ce dernier est devenu le premier skieur
canadien à remporter une médaille individuelle aux Championnats du monde de
ski de fond en mettant la main sur le bronze du sprint individuel (Encyclopédie
canadienne en ligne 2015, Ski de fond Canada 2015).
Le ski de fond a beaucoup évolué depuis la victoire de Pierre Harvey à Falun.
Prônant autrefois l’endurance musculaire et aérobique en style classique
seulement, ce sport d’hiver est devenu un mélange intéressant de vitesse et de
puissance musculaire, d’endurance aérobie et de puissance anaérobie, de
technique et de fartage…et tout cela est maintenant réparti sur deux styles bien
distinct. Les sections suivantes présentent l’analyse des deux différents styles
2
en ski de fond (de leurs techniques respectives) et des déterminants de la
performance en ski de fond.
3.2 Les techniques – revue
Autrefois axé sur un seul style, le sport s’est complexifié au cours des dernières
décennies pour comprendre à ce jour deux techniques distinctes; le style
classique et le style skating (ou style libre). Le skating fait son apparition au
cours des années 80, lorsque l’athlète américain Bill Koch et le finlandais Puli
Siitonen utilisent des skis sans fart de retenue lors de coupes du monde. Un
nouveau mouvement s’intègre également dans leur innovation; les poussées
latérales. Aucun règlement n’empêche ce type de mouvement ou l’utilisation de
skis sans fart de retenue pendant les courses, ce qui sème la confusion dans la
communauté du ski de fond, qui ne sait comment réagir à tout cela. En 1985, le
norvégien Ove Aulni concrétise l’émergence d’un nouveau style en remportant
avec brio les championnats du monde en utilisant des skis sans fart de retenue
(Fédération internationale de ski 2015, Zory 2006a). En 1990, après quelques
années de « désordre »,
la Fédération internationale de ski (FIS) reconnaît le
skating (style libre) comme un style à part entier et distinct du classique.
Plusieurs critères et restrictions sont également ajoutés dans la description des
deux styles afin de mieux les différencier et d’éviter toute confusion lors des
évènements compétitifs. Par exemple, les poussées latérales sont interdites
dans les courses de ski classique, sous peine de disqualification du fautif.
Depuis, les courses de haut niveau sont partagées entre les deux styles (FIS
2015).
Le milieu scientifique s’intéresse depuis longtemps à l’efficacité technique des
mouvements en ski de fond (biomécanique et paramètres de cycle). Afin de
mieux comprendre les mouvements complexes qui composent ce sport, une
analyse approfondie de ces deux styles et de leurs techniques est nécessaire.
3
3.2.1
Le cycle et ses paramètres
Le développement et le perfectionnement des techniques par la recherche est
sans doute une des causes de l’amélioration exponentielle des performances
des skieurs, caractérisée en particulier par des vitesses de déplacement plus
élevées pour les différentes techniques des styles classique et skating. Dès le
début des années 80, l’efficacité biomécanique et technique fait l’objet de
plusieurs travaux. En majeure partie, on y étudie l’application de force sur les
bâtons, de même que la biomécanique du mouvement par cycle (Marino 1980,
Ekstrom 1981 et Nilsonn 2004a). Un cycle est une séquence de mouvements
techniques permettant à l’athlète de se déplacer (en course à pied, par
exemple, elle correspond à une foulée). En ski de fond, une séquence de
double poussée complète correspond à 1 cycle de cette technique. Les sections
1.2.2 et 1.2.3 définissent intégralement ce qui correspond à un cycle pour
chaque technique de chacun des styles.
Depuis plusieurs années, les
chercheurs se sont intéressés à mieux comprendre les paramètres du cycle qui
influenceraient la performance du skieur (Smith1992 et 1996, Bilodeau 1996,
Nilsson 2004a et Holmberg 2005). La définition d’un cycle varie grandement
d’un style et d’une technique à l’autre, mais les paramètres définis caractérisant
le cycle en ski de fond sont :
- la fréquence de cycle (F) ; c’est le nombre de cycles réalisés par unité de
temps. L’unité de mesure est l’Hertz (Hz), soit des cycles par seconde (c/s). Elle
est peut aussi être exprimée en cycles par minute (c/min).
- l’amplitude de cycle (AC) ; c’est la distance parcourue par le skieur (centre
de gravité) au cours d’un cycle. Cette distance s’exprime en mètres (m).
4
- et la vitesse; c’est le produit de l’amplitude de cycle par la fréquence de cycle
(V = AC × F). La vitesse (de cycle) est exprimée en mètres par seconde (m/s),
ou en kilomètres par heure (km/h) (Zory 2006a).
Le cycle est composé de deux phases : la phase « propulsive » et la « phase de
glisse ». Malgré quelques divergences, la plupart des études décrivent de façon
similaire chacune ces phases, décrites ici-bas. Les portraits de chacun des
cycles composant les techniques de ski de fond sont nombreux et très variés.
Pour chacun de ces cycles, le skieur doit démontrer un parfait synchronisme de
tous les segments de son corps, une coordination entre les membres
supérieurs, le tronc et les membres inférieurs afin de produire le mouvement
parfait à chaque poussée. La section suivante décrit les particularités de
chacune de ces techniques et de leurs cycles respectifs.
3.2.2 Le classique
Le style classique est la méthode traditionnelle en ski de fond. Dans la
littérature, la classification et descriptions des techniques répertoriées en style
classique est assez uniforme et est divisée en trois catégories : le pas
« alternatif », le « un pas double poussée » et la « double poussée » (Bilodeau
1996; Nilsonn 2004a; Ski de fond Canada, 2012. http://cccski.com/).
Le pas « alternatif »
Le pas alternatif se décrit comme une alternance de propulsion entre les
membres supérieurs et inférieurs controlatéraux; on le compare aux patrons
moteurs de la course à pied. Pour l’élite des skieurs de fond, cette technique
classique est généralement utilisée pour l’ascension de faux plats montants et
de pentes modérées à très abruptes. Elle est également utilisée lors des
départs accélérés au début d’une course, pour atteindre une vitesse supérieure
sur une courte distance (10 à 20m). Cependant, d’autres facteurs entrent en
5
équation lors d’une course et peuvent influencer le choix de la technique en tout
temps malgré l’inclinaison du terrain : l’efficacité du fart de retenue et de la
glisse du ski (friction), la résistance du vent, etc. Un cycle complet, comme
illustré dans la figure 1, se déroule comme suit :
Phase propulsive - Le cycle débute lorsque le premier bâton (droit) est en
contact avec le sol et que la jambe de glisse (gauche) est tendue, le tronc
légèrement incliné vers l’avant. C’est la phase de transition de glisse à
propulsion, où la jambe gauche qui glisse devient la jambe de poussée en
effectuant une pré-charge. Il y alors extension de la jambe gauche et du bras
droit. En même temps s’amorce le retour de la jambe droite et du bras gauche
vers l’avant.
Phase de glisse - Au moment où le pied gauche croise le pied droit, le skieur
transfert son poids complètement sur le ski de glisse en contact avec la neige
(jambe droite) et effectue une flexion du bras gauche afin d’amener le bâton
gauche vers l’avant. Le poids du corps doit passer d’un ski à l’autre pour
permettre la propulsion du corps de l’axe sagittale. Le même patron est répété
du côté opposé. Le cycle se termine lorsque le premier bâton (droit) est en
contact avec le sol et que la jambe de glisse (gauche) est tendue (Zory 2006a,
Ski de fond Canada Programme National de Développement Canadien, 2015)
(figure 1).
Figure 1. La technique du « pas alternatif » en ski de fond
Le « un pas double poussée »
6
Le « un pas double poussée » se décrit souvent comme technique transitoire
entre le pas alternatif et la double poussée, et est très apparent à cette dernière.
Pour l’élite des skieurs de fond, cette technique classique est généralement
utilisée sur terrain plat ou pour l’ascension de faux plat montant. En d’autres
mots, elle sert lorsque le pas alternatif ou la double poussée ne suffisent plus à
augmenter ou maintenir la vitesse sans effort excessif. Un cycle complet
correspond à la poussée d'une jambe associée à une double poussée sur les
bâtons (ratio haut/bas du corps de 1 pour 1) (Nilsson 2004a), et se déroule
comme suit :
Phase propulsive - Le cycle débute lorsque la jambe gauche complète son
extension et que le tronc se redresse. Le poids du corps se déplace légèrement
sur la jambe droite qui demeure en contact avec le sol pour permettre une
première glisse dans l’axe sagittale sur le ski droit seulement. À ce moment, le
tronc est relevé et les bras sont clairement vers l’avant et prêt à planter les
bâtons. Ensuite vient une action de pré-charge de la jambe de glisse droite qui
initie la descente du haut du corps. Les bâtons se plantent au sol. Le tronc se
fléchit et les bras effectuent une extension complète, ce qui produit une
compression du haut du corps ou double poussée qui se termine avant
l’horizontale.
Phase de glisse - Au même moment, la jambe gauche de propulsion revient au
sol à la hauteur de la jambe droite, ce qui permet une deuxième phase de glisse
sur deux skis. Le cycle se termine lorsque la jambe droite amorce son extension
et que le tronc se redresse (Zory 2006a, Ski de fond Canada Programme
National de Développement Canadien, 2015) (figure 2).
7
Figure 2. La technique du « un pas double poussée » en ski de fond
La « double poussée » (DP)
En double poussée, contrairement aux autres techniques, le déplacement du
corps est presque uniquement produit par les membres supérieurs. Pour l’élite
des skieurs de fond, cette technique peut être utilisée à tout moment si la
propulsion des membres supérieurs est suffisante à la production ou à la
conservation de la vitesse (que ce soit sur le plat, les faux plats descendants,
les descentes ou même pour l’ascension de faux plats montants ou de pentes
abruptes). Il n’est pas rare de voir les skieurs de fond finir leur course en double
poussée, car elle est sans doute la technique pouvant produire la plus grande
vitesse maximale en classique. En double poussée, un cycle complet
correspond à une poussée simultanée et symétrique sur les bâtons tout en
gardant les deux pieds adjacents, est généralement défini entre deux plantés
consécutifs des bâtons (Smith 1992 et 1996, Bilodeau 1996, Nilsson 2004a,
Holmberg 2005, Zory 2006a). Un cycle complet se déroule ainsi, comme illustré
dans la figure 3 :
Phase propulsive - Le cycle débute au moment de planter les bâtons. Les
hanches sont vers l’avant, le tronc redressé et les bras sont en flexion,
clairement relevés. Les bâtons se plantent au sol (devant les fixations) à la
largeur des épaules et parallèle l’un à l’autre; le skieur applique un maximum de
puissance sur les bâtons, vers le bas et vers l’arrière. Le tronc se fléchit les bras
effectuent une extension complète, ce qui produit une compression du haut du
corps ou double poussée qui se termine avant l’horizontale. Les genoux sont
8
légèrement fléchis au moment de planter les bâtons et fléchissent un peu plus
durant l’action de double-poussée. Les pieds demeurent adjacents en tout
temps.
Phase de glisse - La compression du haut du corps se termine avant
l’horizontale, le bassin est vers l’arrière. La phase de double poussée achevée,
le bassin et les bras se redirigent vers l’avant et le tronc se redresse. Le cycle
se termine juste avant de planter les bâtons. (Ski de fond Canada Programme
National de Développement Canadien, 2015).
En double poussée, la durée de la phase propulsive est brève comparée à la
phase de glisse. Des durées de phase propulsive de 0,3s et de phase de glisse
de 0,83s sont notées par Holmberg et al. (2005), pour un test en ski à roulettes
sur le plat (tapis roulant) à 85% de la vitesse maximale. Ceci représente
respectivement 26.9 et 73.1% du cycle total. Par contre, en pente, le skieur doit
ajuster différemment sa technique pour éviter une perte de vitesse en raison
des forces gravitationnelles; une augmentation relative de la phase propulsive et
une diminution relative de la phase de glisse. Lors d’un segment en pente
légère (3º), Stöggl et al. (2005) observent des valeurs différentes, soit 51% de
phase propulsive (0.51s) et 49% de phase de glisse (0.5s). On peut également
noter de telles modifications pour d’autres techniques des styles classique et
libre.
La technique de double poussée des skieurs de haut niveau a beaucoup évolué
durant les dernières années, et peut varier de cette dernière. Lors de la phase
retour (le bassin et les bras se redirigent vers l’avant et le tronc se redresse), le
skieur effectue littéralement un saut vers l’avant. Dans la même étude de
Holmberg et al. (2005), on affirme que « les skieurs adoptent une position
haute caractérisée par une forte extension de la hanche, du genou et de la
cheville afin de déplacer le poids du corps vers l’avant ». Ceci permet au skieur
de transférer une plus grande partie de son poids corporel sur les bâtons, ce
9
qui confère une puissance nettement supérieure au haut du corps. D’ailleurs, la
double poussée est depuis longtemps reconnue, dans le domaine du ski de
fond, comme une technique axée sur l’utilisation des membres supérieurs.
Plusieurs chercheurs ont étudiés le sujet et les conclusions sont similaires; la
performance en double poussée et en style classique est directement associée
au niveau de force/puissance musculaire du haut du corps. Par exemple, une
étude d’Alsobrook et al. (2009) établit une relation directe entre la performance
et la vitesse pour une course de distance en classique de 10km et les résultats
pour des tests de puissance pour le haut du corps (en double poussée sur
ergomètre) de 10s, 60s, et 240s à 620s. Que se soit pour une longue ou une
courte durée, les athlètes produisant les puissances moyenne et maximale les
plus élevées pour le haut du corps obtiennent également les meilleurs résultats
en course de 10 km. Ces résultats se reflètent également dans plusieurs autres
études, c’est pourquoi les tests de double poussée sont un bon indicateur du
niveau de force/puissance musculaire du haut du corps et sont souvent utilisés
en ski de fond (comme dans la présente étude).
Figure 3. La technique de « double poussée » en ski de fond
3.2.3 Le style libre ou « skating »
Avec l’apparition officielle du style libre en 1985, une évolution marquée s’est
produite dans le domaine des courses de ski de fond, depuis la modification
drastique de l’équipement jusqu’au changement dans la configuration des
10
pistes. La raison; le style libre est plus rapide, comme le montrent plusieurs
études réalisées vers la fin des années 80; des vitesses moyennes plus élevées
et un avantage net de près de 20% plus rapide que le style classique (Karvonen
1987 et 1989; Bilodeau 1991). Le style libre a fait évoluer le ski de fond, mais
est lui aussi en constante progression grâce au peaufinement des techniques.
La classification et les descriptions des techniques répertoriées en style libre
varient davantage qu’en style classique. Dans la littérature, on dénombre trois
principales techniques sous divers noms, et plusieurs autres techniques
complémentaires. Une classification intéressante introduite par Holmberg et al.
(1996) et complétée par Nilsson et al. (2004a) introduit ces trois techniques
principales avec le terme "gear" de 2 à 4 (respectivement G2, G3 et G4). Ces
chercheurs mentionnent également une technique "gear" 5 (G5). Une étude
d’Andersson et al. (2011) introduit les "gear" 6 et 7 (G6, G7) pour identifier deux
autres techniques et faciliter l'analyse de la performance. Comme pour le style
classique, l’utilisation de ces techniques varie en fonction de plusieurs facteurs :
la pente, la vitesse, le coefficient de friction, la résistance à l’air, etc. (Kvamme
2005).
Le "pas décalé" (G2)
Les appellations du "pas décalé" varient beaucoup selon les auteurs et les
années de publications. Par exemple, il est appelé « offset » (déphasé) ou V1
par Bilodeau et al. (1992) et "gear 2" (G2) par Nilsonn (2004b) et Smith (2004).
Selon Zory (2006a), le "pas décalé" est caractérisé par une poussée
asymétrique et asynchrone des bâtons, où deux poussées des membres
inférieurs correspondent à une poussée des membres supérieurs (ratio haut/bas
du corps de 1 pour 2). Le "côté dominant" ou "côté fort" du corps est utilisé pour
effectuer la double-poussée décalée des membres supérieurs avec une
poussée de jambe du même côté. Cette technique est utilisée principalement
pour l’ascension de pente modérée à très abrupte. En effet, en pente
ascendante, elle est idéale pour permettre à l'athlète de maintenir une vitesse,
11
ou du moins de limiter la perte de vitesse en raison de la force gravitationnelle.
Elle est transitoire au "pas de un-patin", lorsque ce dernier ne suffit plus à
maintenir la vitesse sans effort excessif. Elle peut aussi être de mise lorsque le
coefficient de friction est très élevé sur le plat, et que la vitesse du skieur est
très basse (Nilsonn 2004a). Il est plutôt rare pour des skieurs d'élite d'utiliser
cette technique dans d'autres circonstances, car celle-ci est souvent synonyme
de fréquence de cycle élevée et de vitesses limitées (Nilsonn 2004a). Le cycle
complet se déroule ainsi, comme illustré dans la figure 4 :
Phase propulsive - Le cycle est décrit ici pour un skieur dont le "côté dominant"
est le gauche. Le cycle débute au moment de planter les bâtons. Les bâtons
entre en contact avec la neige (un planté asymétrique) au même moment que le
ski de glisse, celui de jambe gauche (côté dominant). La main gauche se situe à
la hauteur de la tempe gauche, et la main droite à la hauteur de l'épaule droite.
Il y a alors un mouvement de double-poussée en décalé des membres
supérieurs ainsi qu'une poussée de la jambe gauche se traduisant par une
extension complète de la jambe gauche, afin de propulser le corps vers l'avant.
L’extension des bras arrête généralement au niveau des hanches.
Phase de glisse - Le genou gauche et la hanches sont dirigés vers l'avant (et
vers le haut de la pente) et sont alignés au-dessus du ski de glisse, devenu
celui de droite. En une fraction de seconde, il y a transfert de poids sur la droite,
qui ne sert que très peu à la glisse, suivi d’une poussée de la jambe droite.
Dême que pour la gauche, il y a extension complète de la jambe gauche, afin de
propulser le corps vers l'avant. Au même moment, le tronc se redresse
légèrement et les membres supérieurs reviennent à la position originale de
planté des bâtons. Le cycle se termine juste avant le moment de contact des
bâtons et du ski droit avec la neige. Lors des poussées de jambe respective, le
ski opposé est légèrement soulevé du sol (parallèle au sol) en préparation à la
phase de glisse. À noter que les angles au niveau du tronc, des chevilles, des
genoux et des hanches sont variables en fonction du degré de la pente. Les
12
pieds demeurent relativement écartés durant tout le cycle, contrairement aux
techniques "pas de un-patin" et "pas de deux-patin" décrient ici-bas (Nilsonn
2004a,
Zory
2006a,
Ski
de
fond
Canada
Programme
National
de
Développement Canadien, 2015).
Figure 4. La technique « G2 » en ski de fond
Le "pas de un-patin" (G3)
En style libre, cette technique est la traditionnelle, la première à avoir été
répertoriée et étudiée (début des années 80). Bilodeau et al. (1992) la nomme
"1-skate" (traduit par "pas de un patin"), et Boulay et al. (1994) "V2". Holmberg
(1996) et Nilsson (2004a) adopte la nomenclature "G3" pour en simplifier
l'identification. Elle est caractérisé par une poussée des membres supérieurs
pour chaque poussée des membres inférieurs (ratio haut/bas du corps de 1
pour 1). La technique "G3" est sans doute la plus observée dans les courses de
style skating. Elle est utilisée dans plusieurs situations: sur le plat, les faux plats
montants, les pentes abruptes, ou à tout moment ou une augmentation rapide
de la vitesse doit être effectuée par le skieur (sprint final, dépassement, lancée
avant une descente, etc.). Un cycle complet correspond à une poussée
symétrique sur les bâtons et d'une jambe, légèrement décalées dans le temps
(Nilsonn 2004a, Zory 2006a). Il se déroule comme suit :
Phase propulsive - Le cycle débute au moment de planter les bâtons, quand les
pieds sont le plus rapprochés. Le tronc du skieur est relevé pour initier le
13
mouvement des membres supérieurs. Les bâtons entre en contact avec la
neige; il y a alors double-poussée du haut du corps, ainsi qu'une mise en charge
sur la jambe gauche (flexions légères de la hanche et du genou). Vers la fin
l'extension des bras, il y poussée de la jambe gauche (extension complète et
abduction), ce qui fait que les mouvements du haut et du bas du corps) sont
complétées presque simultanément.
Phase de glisse - À ce moment, le transfert de poids sur la jambe droite (ski de
glisse) est complété; le tronc se redresse légèrement. Les bras amorce leur
retour en position initiale et le pied gauche passe alors sous la hanche gauche
pour se regrouper au centre avec le pied droit (pieds presque joints). Le cycle
se termine juste avant le moment de contact des bâtons avec la neige. Le cycle
est répété sur la droite. Selon certains auteurs, plus la fréquence de cycle est
élevée (selon le contexte de course, le terrain, etc.), plus l’amplitude de
l’extension des bras sera réduite (Nilsonn 2004a, Ski de fond Canada
Programme National de Développement Canadien, 2015) (figure 5).
Figure 5. La technique « G3 » en ski de fond
Le pas de deux-patins (G4)
De même que pour G2 et G3, les termes employés pour désigner le "pas de
deux-patins" varient. Des appellations telles "gunde skate" (Boulay 1994) ou
"open field skate" (Smith 1994) ont été utilisées. Bilodeau et al. (1992) nomme
14
cette technique libre la "2-skate" ou "V2 alternée". Nous utiliserons ici
l'abréviation simple instaurée par Holmberg (1995) et soutenue par Nilsonn
(2004a), c'est-à-dire la technique "gear 4" (G4).
La technique « G4 » est caractérisée par deux poussées des membres
inférieurs pour une poussée symétrique des membres supérieurs sur les des
bâtons (ratio haut/bas du corps de 1 pour 2). En observant cette technique, on
peut voir un mélange de technique G2 et G3; pour le ratio haut/bas du corps de
2/1 et pour l'aspect symétrique des poussées, respectivement. Pour un "côté
dominant", il y a donc double-poussée des membres supérieurs (symétrique)
avec une poussée de jambe, suivi d'une poussée singulière de l'autre jambe.
Cette technique est utilisée principalement sur les segments de terrains où la
glisse est rapide, c'est-à-dire les plats, les faux plats descendants et même
parfois les faux plats montants (si le coefficient de friction est bas). La technique
G4 sera pratique pour maintenir une vitesse
déjà élevée; elle est plus
économique que la technique G3 étant donné son ratio haut/bas du corps
avantageux. Cependant, les skieurs de haut niveau n’utilisent guère cette
technique outre ces circonstances particulières, car celle-ci est peu efficace en
montée (G2 ou G3), ou en descente (voir les techniques suivantes) ou pour
augmenter la vitesse rapidement (Nilsonn 2004a, Zory 2006b). Le cycle complet
se déroule ainsi, comme illustré dans la figure 6 :
Phase propulsive - Le synchronisme de la première phase du mouvement est
similaire à la technique G3. Le cycle débute au moment de planter les bâtons,
quand les pieds sont le plus rapprochés. Le tronc du skieur est relevé pour
initier le mouvement des membres supérieurs. Les bâtons entre en contact avec
la neige; il y a alors double-poussée du haut du corps, ainsi qu'une mise en
charge sur la jambe droite (flexions légères de la hanche et du genou). La
flexion du tronc est plus grande que pour la technique G3 dû à une plus grande
vitesse et une plus longue phase de glisse. Vers la fin l'extension des bras (plus
longue que pour G3), il y poussée de la jambe droite (extension complète et
15
abduction), ce qui fait que les mouvements du haut et du bas du corps sont
complétées presque simultanément.
Phase de glisse - À ce moment, le transfert de poids sur la jambe gauche (ski
de glisse) est complétée. Il y a alors poussée de la jambe droite (extension
complète et abduction) et le tronc et les membres supérieurs se redressent au
même moment. Les bras terminent leur retour en position initiale et le pied
gauche est passé sous la hanche gauche pour se regrouper au centre avec le
pied droit (pieds presque joints). Le cycle se termine juste avant le moment de
contact des bâtons avec la neige. Le cycle est répété en amorçant la double
poussée, toujours du même côté (droit pour cette description) (Nilsonn 2004a,
Ski de fond Canada Programme National de Développement Canadien, 2015).
Figure 6. La technique « G4 » en ski de fond
Le patin libre (G5)
La technique « patin libre » est unique au style libre. Sa première appellation fût
le « combiskate », utilisée par Skard (1986). Par la suite, dans la littérature, on
la retrouve sous le nom de « patin libre ». Nilsonn (2004b) propose la
nomenclature "gear 5" (G5) pour en simplifier l'identification, qui sera utilisée ici.
La technique G5 est une méthode où seulement les jambes sont utilisées. Elle
est utilisée dans les sections de plats ou de pentes (ou faux plats)
descendantes légères, où lorsque la vitesse du skieur est si élevée qu’elle ne
permet pas une poussée du haut du corps efficace sans perte de vitesse. Un
16
cycle complet correspond à une poussée d'une jambe et la glisse sur l’autre.
Une flexion prononcée au niveau des hanches et du tronc est toujours présente
lors du cycle, de même que pour les genoux et les chevilles (le centre de masse
du skieur demeure bas en tout temps). Les bras sont repliés sur le tronc en
position de recherche de vitesse et les bâtons n’entrent jamais en contact avec
le sol. Le cycle complet se déroule comme suit, comme illustré dans la figure 7 :
Phase propulsive - Le cycle débute au moment de la mise en charge sur la
jambe droite (flexion augmentée de la hanche et du genou). Le skieur maintient
un bon équilibre sur la jambe droite de poussée; il y a alors poussée de la
jambe droite (extension complète et abduction). Pour que le transfert de poids
soit bien exécuté, le centre de gravité doit être au-dessus du ski de glisse
(gauche) dès que la poussée de jambe droite est initiée.
Phase de glisse - Le skieur réalise un transfert de poids complet du ski droit au
ski gauche; la glisse est complétée. Le pied droit revient alors vers le pied
gauche pour se regrouper. Le cycle se termine et est répété sur l’autre côté.
Pendant la technique G5, le skieur peut également balancer les bras d’un côté à
l’autre, ce qui peut augmenter la puissance de propulsion des jambes (Nilsonn
2004a, Ski de fond Canada Programme National de Développement Canadien,
2015).
Figure 7. La technique « G5 » en ski de fond
Autres techniques : G6 et G7
Les différentes techniques classées « gear » le furent en grande partie par
Holmberg (1996) et Nilsson (2004a). Andersson (2010) définie deux autres
techniques avec cette terminologie. La technique G6 est une technique
17
ressemblante à G3, mais utilisée dans les courbes prononcées où le skieur doit
adopter des mouvements de jambes plus courts et centrés. Habituellement, une
des jambes sert à propulser et l’autre à diriger (glisser) le skieur dans la
direction voulue, ce qui crée un mouvement plutôt regroupé au niveau des
pieds. On utilise cette technique en style libre et en classique. La technique G7,
également appelé « tuck » dans le milieu du ski de fond, est une technique de
recherche de vitesse maximale utilisée dans les sections de descendantes
modérées à très abruptes, où la vitesse du skieur est très élevée et aucune
poussée des membres supérieurs et inférieures n’est requise. Cette technique
est caractérisée par une flexion prononcée (et maintenue) au niveau des
hanches et du tronc, de même qu’au niveau des genoux et des chevilles (le
skieur demeure bas en tout temps). Les bras sont repliés sur le tronc et les
bâtons n’entrent jamais en contact avec le sol, ce qui confère au skieur un
niveau inférieur de résistance à l’air. On utilise cette technique en style libre et
en classique. La figure 8 illustre les techniques « G6 » et « G7 ».
Figure 8. Les techniques « G6 » et « G7 » en ski de fond
3.3 Les déterminants associés à la performance en ski de
fond
18
Depuis son apparition sur la scène olympique, le ski de fond s’est
considérablement transformé. Une des raisons principales de ces changements
est sans doute l’étude exhaustive des déterminants de la performance, qui a
permis de modifier ou d’ajuster le type d’entrainement et la technique. La
section suivante présente
une revue de plusieurs déterminants de la
performance qui ont été utilisés dans notre étude.
3.3.1 Vitesse, technique et performance
Pour l’ensemble des activités sportives chronométrées (course à pied, cyclisme,
patin de vitesse, etc.), une vitesse plus élevée est synonyme de meilleurs
résultats. Depuis toujours, l’objectif principal de ces athlètes est l’amélioration
de l’accélération de départ, de la vitesse maximale, l’endurance de vitesse, etc.
Pour un skieur, le lien entre la performance et la vitesse est indéniable.
Certains auteurs suggèrent que la vitesse maximale seraient le déterminant de
la performance le plus important en épreuve de sprint de ski de fond; les
athlètes étant aptes à atteindre des vitesses maximales supérieures sont ceux
qui obtiennent les meilleurs temps dans un contre-la-montre. De plus, les
skieurs ayant la capacité de maintenir les vitesses moyennes les plus élevées
lors de différents tests auraient aussi de meilleures performances, évidemment.
On attribue à ces athlètes de meilleures habiletés techniques, en ce qui
concerne l’exécution des mouvements et les choix technique, ce qui expliquerait
en partie leurs performances. Étant donné les variations de conditions
atmosphériques et de terrain, la vitesse du skieur de fond est continuellement
en changement. L’athlète doit constamment adapter ses patrons moteurs et le
choix technique en fonction de ces variations de vitesse, car elles influencent
beaucoup le coût énergétique de l’effort exigé. Les skieurs les plus
expérimentés démontreraient donc une stratégie de choix technique ou de
« gestion d’énergie » plus efficace selon la topographie et la longueur du
parcours (Sandbakk 2010 et 2011; Stöggl
19
2006 et 2007; Vesterinen 2009,
Andersson 2010). La vitesse est le produit de deux déterminants également
important dans la performance en ski de fond : la fréquence de cycle et
l’amplitude de cycle.
3.3.2 Fréquence de cycle, amplitude de cycle et performance
La fréquence de cycle (ou cadence) est un déterminant très important
dans l’analyse de la performance avec la technologie GPS. Le GPS acquiert les
données spatio-temporelles à une certaine fréquence; la fréquence d’acquisition
du GPS combinée à la fréquence de cycle choisi par le skieur détermine la
qualité des données recueillies sur le terrain. Nous approfondirons ce thème à
l’aide du Théorème de Nyquist dans la section 2.2.
Dans les sports d’endurance, la fréquence de cycle est cruciale; de nombreuses
études réalisées en cyclisme et course à pied ont démontrées qu’elle affecte
directement le mouvement technique, l’efficacité brute et l’économie d’énergie.
Plusieurs auteurs arrivent à la conclusion que très souvent, l’optimisation de la
performance et de l’efficacité brute passe par la minimisation des coûts
énergétiques à l’effort, donc par l’établissement de cadences optimales (Ettema
2009, Lucia 2004, Hunter 2007, Leirdal 2007). En course à pied, la cadence
établie est de 80 à 90 cycles/min (1 cycle = 2 pas) selon la morphologie du
coureur et le type d’épreuve. En cyclisme, les cadences optimales varient de 80
à 100 cycles/min (ou rpm) selon le type de cyclistes et de dénivelés. Pour le ski
de fond, la fréquence de cycle optimale dépend de plusieurs facteurs. En effet,
selon le choix du style (classique ou libre), de la technique, de la morphologie
du skieur, du terrain et de son dénivelé, la fréquence optimale ne sera pas la
même. En technique G3, par exemple, la choisie par les skieurs les plus
efficaces se situent entre 60-70 cycles/min (1 à 1,17c/s) (Sandbakk 2010,
Leirdal 2011b). En général, les choix de cadence en ski de fond s’avèrent
légèrement inférieures à celles annoncées en cyclisme et course à pied.
20
D’autre part, dans les sports d’endurance, on note que, pour des vitesses
choisies, des fréquences de cycle «basses » conduisent à une efficacité brute
supérieure comparées à des fréquences de cycle élevées. C’est le cas du
cyclisme, en autre, où l’efficacité brute d’une fréquence de cycle de 80-100rpm
est supérieure à celle des fréquences de cycle de plus de 100rpm (également
de celle trop basse de 40-80rpm) (Lucia 2004, Leirdal 2007). Le facteur qui
influence
le
plus
la
fréquence
de
cycle
est
l’accroissement
de
la
puissance/vitesse; l’augmentation de la puissance (application de force sur les
pédales) augmente légèrement la fréquence de cycle, qu’elle soit à l’origine
basse, dans la zone optimale, ou élevée. En général, la puissance augmentera
aussi l’efficacité brute, sauf si la fréquence de cycle devient trop élevée (Ettema
2009, Leirdal 2011a). Les mêmes constats sont faits en ski de fond. Dans une
étude de Leirdal et al. (2011b) 8 skieurs de fond mâles et entrainés devaient
exécutés 4 tests progressifs en ski à roulettes sur tapis roulant à 5%
d’inclinaison avec la technique pas de un-patin du style libre. Pendant le test de
5min, l’athlète devait skier 1min à 10, 13 et 16km/h, puis 2min à 20km/h et sa
fréquence de cycle choisie (FCC) étaient enregistrée. Au premier test, la
cadence n’était pas imposée, donc libre au skieur. Pour les trois autres tests, un
métronome imposait une cadence à respecter, soit une basse fréquence de
cycle (=FCC-10c/min), une fréquence de cycle élevée (=FCC+10c/min) et une
fréquence de cycle choisie (similaire au premier test). On conclut que
l’imposition d’une fréquence de cycle élevée induit directement une diminution
de la performance et de l’efficacité brute pour des vitesses choisies. En
particulier, à vitesse maximale, le choix d’une fréquence de cycle élevée
diminue nettement l’efficacité brute. L’efficacité brute étant calculée ici en
divisant la puissance (puissance = puissance contre les forces de friction +
puissance contre la gravité) par le coût métabolique (consommation d’oxygène
et concentration de lactate sanguin). De même, en cyclisme, on observe
qu’avec une vitesse augmentant progressivement, la fréquence de cycle
augmente légèrement (Leirdal 2011a).
21
Évidemment, on ne peut parler de vitesse et de fréquence de cycle sans parler
d’amplitude de cycle. Ces trois paramètres sont inter-reliés, car la fréquence de
cycle et la l’amplitude de cycle sont les déterminants majeurs de la vitesse,
selon Nilsson et al. (2004a). L’amplitude de cycle correspond à la distance
parcourue par le skieur par cycle, calculée en mètre. La relation entre la
l’amplitude de cycle et la fréquence de cycle à travers différentes gammes de
vitesses fait l’objet de nombreuses recherches en ski de fond. Dès le début des
années 80, les recherches sur le style classique formulent des constats
pratiquement similaires à la natation. Selon plusieurs auteurs, par exemple, en
pas alternatif style classique, l’augmentation de l’amplitude de cycle entre en
forte corrélation avec l’augmentation de la vitesse (Dillman 1979, Marino 1980,
Gagnon 1980), et ce même pour des efforts très longs tel un 50 km (Bilodeau
1996). Dès l’apparition du style libre, plusieurs chercheurs utilisent également
ces déterminants pour comparer la performance des skieurs « rapides » et
« lents ». Malgré quelques mésententes, ces études suggèrent que les skieurs
les plus performants lors des courses sont ceux ayant des longueurs de cycle
plus grandes. Comme en natation, une fréquence de cycle trop élevée à vitesse
maximale induit une diminution de l’amplitude de cycle, et donc de la vitesse et
de la performance (Smith 1988, 1989 et 1994, Stöggl 2007a, Mikkola 2010).
Hoffman et al. (1995) arrivent à des conclusions similaires avec une étude
réalisée en ski à roulette avec 8 skieurs de haut niveau, incluant 3 différentes
techniques en ski à roulettes (double poussée classique, un pas double
poussée classique et pas de un-patin libre) à une gamme de vitesse croissante,
jusqu’à vitesse maximale (sprint). Pour les techniques étudiées, la moyenne
d’amplitude de cycle entre 6,5 et 7,5m et celle de fréquence de cycle variait
entre 0,6 et 0,8 Hz à travers une gamme de vitesses sous-maximales et
maximales. Cette étude a démontré que l’augmentation d’une vitesse sousmaximale est directement associée à une augmentation d’amplitude de cycle et
de la fréquence de cycle, sauf pour la technique de double poussée.
Cependant, lors des tests progressifs atteignant des vitesses maximales, on
22
observait une augmentation significative de la fréquence de cycle, mais une
diminution de l’amplitude de cycle pour les trois techniques. Hoffman et al.
(1995) en viennent donc à la conclusion qu’il existe des différences entre les
techniques en ce qui concerne l’augmentation d’une vitesse sous-maximale sur
les ajustements techniques du skieur; soit l’amplitude de cycle ou la fréquence
de cycle sera altérée. Par contre, pour toutes les techniques, l’atteinte de la
vitesse maximale ne peut se faire que par une augmentation de la fréquence de
cycle, ce qui semble engendrer une légère « re-diminution » de l’amplitude de
cycle. Donc, les ajustements de l’amplitude de cycle et de la fréquence de cycle
selon la modification de la vitesse du skieur sont fonctions des gammes de
vitesses analysées. Ces résultats soulèvent beaucoup de questions sur
l’optimisation de la technique à vitesses sous-maximales et maximales et
ouvrent le chemin à davantage d’investigations. Une étude comparable de
Nilsonn et al. (2004a) réalisée avec des skis de fond sur neige corroborent les
conclusions de Hoffman et al. (1995) en ski à roulettes. D’ailleurs, plusieurs
autres études arrivent aux mêmes conclusions : pour qu’un fondeur puisse skier
« efficacement » à différentes vitesses et dénivellations de terrain, ce dernier
doit obligatoirement modifier sa technique (amplitude et fréquence de cycle) de
façon appropriée afin de converser sa vitesse, que ce soit en ski de fond ou en
ski à roulettes (Bilodeau 1992, Stöggl 2009, Sandbakk 2010).
Dans notre étude, les deux tests sont réalisés en ski à roulettes; le premier en
style libre et le deuxième en style classique. Pour le style libre, les paramètres
de cycle de la technique G3 de tous les sujets sont analysés sur trois différentes
sections. La raison principale du choix de la technique G3 est la disponibilité de
données de paramètres de cycle dans la littérature, beaucoup plus important
que n’importe quelle autre technique style libre. Pour le style classique, les
paramètres de cycle de la technique double poussée de tous les sujets sont
analysés sur deux différentes sections. La technique double poussée était
imposée sur tout le parcours; le test de double poussée est un bon indicateur du
niveau de force/puissance musculaire du haut du corps, et il permet d’établir
23
des relations entre ce dernier et le test en style libre. Les deux prochaines
sections présenteront les données de paramètres de cycle (fréquence et
amplitude de cycle) des techniques de double poussée (style classique) et G3
(style libre) disponibles dans la littérature.
3.3.3 Vitesse, fréquence et amplitude de cycle en double poussée
En style classique, l’optimisation de la technique double poussée est devenue
cruciale pour atteindre un niveau supérieur de performance. Les skieurs de fond
l’utilisent de plus en plus durant les courses, et parfois même exclusivement lors
des épreuves courtes « sprint » style classique. Depuis plusieurs années, les
chercheurs se penchent sur la biomécanique et les paramètres de cycle de
cette technique, permettant de favoriser son développement.
Le tableau 1 présente des résultats de quatre études
réalisées sur les
paramètres de cycle de la double poussée sur différents terrains. On peut
observer des vitesses sous-maximales variant respectivement de 11.2 à
29.5km/h à des fréquences de cycle de 0.55 à 1.04Hz et des amplitudes de
cycle de 5.4 à 8.2m. On peut également observer des vitesses maximales
variant de 22 à 31.7km/h à des fréquences de cycle de 1.08 à 1.23Hz et des
amplitudes de cycle de 5.4 à 7.5m. Les données tirées du tableau 1 montrent
une grande variance dans les résultats obtenus lors des différents tests.
Toutefois, pour chacune des études, on peut observer une augmentation de la
fréquence de cycle avec l’augmentation de la vitesse. De plus, on peut observer
une augmentation de l’amplitude de cycle avec l’augmentation de la fréquence
de cycle et de la vitesse, mise à part à vitesse maximale, où elle semble « rediminuer » légèrement dans chacun des cas. La figure 9 illustre bien ce
phénomène.
24
Tableau 1. Vitesse (V, km/h), vitesse maximale (Vmax, km/h) fréquence (F, Hz) et
amplitude de cycle (AC, m) en double poussée selon diverses études
Étude
Hoffman 1995
Nilsonn 2004
Stöggl 2009
Lindinberg 2009
Terrain
V (km/h)
F(Hz)
AC (m)
Plat
14.4
~0.62
~6.4
Asphalte
16.2
~0.7
~6.6
Ski Roue
18.4
~0.78
~6.7
Varié
11.2
~0.55
~5.4
~0.66
~6.2
Neige
14.8
Ski Fond
19.1
~0.9
~5.8
Plat
25.2
~0.85
~8.2
Tapis R
28.4
~1.03
~7.8
Ski Roue
29.5
~1.04
~8
Plat
15
~0.69
~6
Tapis R
21
~0.82
~7.1
Ski Roue
27
~0.98
~7.68
Vmax (km/h)
F Vmax (Hz)
AC Vmax (m)
22
~1.08
~5.7
22.7
~1.18
~5.4
31.7
~1.23
~7
~29.5
~1.08
~7.5
Nous avons vu dans la section précédente que, pour différentes techniques,
l’augmentation d’une vitesse sous-maximale était associée à une augmentation
de la fréquence et de l’amplitude de cycle. La double poussée fait donc
exception à la règle; une augmentation de la vitesse sous-maximale n’est pas
directement associée à une augmentation d’amplitude de cycle et de la
fréquence de cycle. Elle est plutôt caractérisée par une augmentation de la
fréquence de cycle seulement, et non de l’amplitude de cycle. Une partie de ce
phénomène, spécifique à la double poussée, serait attribuable aux contraintes
techniques de cette dernière, où la propulsion est limitée à la phase propulsive
des membres supérieurs seulement
(Hoffman 1995, Millet 1998a, Nilsson
2004b, Stöggl 2007b). À vitesses maximales, plusieurs auteurs notent une
amplitude de cycle inchangée (Nilsson 2004a) ou légèrement diminuée
(Hoffman 1995, Millet 1998a, Stöggl 2007a). Ces études démontrent donc que
le skieur de fond ne contrôle sa vitesse que par l’ajustement de la fréquence de
cycle en technique double poussée. La double poussée en pente en est un
25
Figure 9. Évolution de la fréquence et amplitude de cycle selon la
vitesse en double poussée selon diverses études
autre bon exemple, où le skieur aurait tendance à augmenter drastiquement sa
fréquence de cycle, en raison de la perte de vitesse que cause l’inclinaison, et
ne diminuer que légèrement son amplitude de cycle (Millet 1998c). Lindinger et
al. (2011) ont réalisé une étude très intéressante sur l’amplitude de cycle avec
neuf athlètes d’élite en ski à roulettes. Grâce à un métronome et à un tapis
roulant, des fréquences de cycle de 0.66, 1 et 1.33Hz étaient imposées aux
skieurs à des vitesses de 12, 18 et 24km/h. La conclusion est que les skieurs
génèrent les plus longues amplitudes de cycle à 0.66Hz qu’à 1 et 1.33Hz, de
26
même qu’à 1Hz versus 1.33Hz, et ce à toutes les vitesses (les amplitudes
variant de 10.04 à 2.48m). Donc, selon eux, les skieurs de fond aurait tendance
à diminuer l’amplitude de cycle à des fréquences de cycle élevées, peu importe
la vitesse. La relation entre la performance et l’amplitude de cycle est plutôt
ambigüe, mais certains auteurs affirment que cette dernière aurait quand même
une part à jouer sur la performance du skieur, même si ce dernier n’a pas
tendance à l’ajuster d’instinct. En effet, il a été démontré que la performance en
double poussée pouvait être améliorée au augmentant l’amplitude de cycle à
vitesse élevée. Ceci serait possible grâce au développement de la puissance
musculaire (Hoff 1999, Nilsson 2004b, Lindinger 2009) ou à une amélioration
technique du skieur (Holmberg 2005). Bilodeau et al. (1996) notent de grandes
variations d’amplitude de cycle et de fréquence de cycle en double poussée à
différentes vitesses, qu’ils attribuent aussi à l’expertise technique du skieur, et à
son niveau de compétition.
3.3.4 Vitesse, fréquence de cycle et amplitude de cycle en G3
Tout comme la double poussée en classique, la technique G3 est la plus
étudiée en style libre en raison de sa grande utilisation durant les courses. La
technique G3 est sans doute la technique la plus complexe pour le skieur..
Le tableau 2 présente les résultats de 4 études réalisées sur les paramètres de
cycle de la technique G3 sur différents terrains. On peut observer des vitesses
sous-maximales variant respectivement de 14.4 à 31.7km/h à des fréquences
de cycle de 0.6 à 1.30Hz et des amplitudes de cycle de 4.1 à 7.2m. On peut
également observer des vitesses maximales variant de 22.3 à 33.4km/h à des
fréquences de cycle de 0.92 à 1.46Hz et des amplitudes de cycle de 5.4 à 7.3m.
De même que pour la double poussée, les données tirées du tableau 2
montrent une grande variance dans les résultats obtenus lors des différents
tests. En technique G3, la plupart de ces études ont démontrées qu’une
27
Tableau 2. Vitesse (V, km/h), vitesse maximale (Vmax, km/h) fréquence (F, Hz) et
amplitude de cycle (AC, m) en technique G3 selon diverses études
Étude
Hoffman 1995
Nilsonn 2004
Stöggl 2009
Anderson 2011
Terrain
V (km/h)
F(Hz)
AC (m)
Plat
14.4
~0.6
~6.6
Asphalte
16.2
~0.64
~7
Ski Roue
18.4
~0.69
~7.2
Varié
13.3
~0.7
~5.6
Neige
16.9
~0.84
~5.7
Ski Fond
22
~1.14
~5.6
Plat
25.2
~1.03
~6.8
Tapis R
28.4
~1.15
~7
Ski Roue
31.7
~1.30
~6.6
Varié
Mont. 16.7
~1.24
~4.1
Neige
Mont. 19.22
~1.26
~4.3
Ski Fond
Plat 28.2
~1.3
~6.1
Vmax (km/h)
F Vmax (Hz)
AC Vmax (m)
22.3
~0.92
~6.7
25.9
~1.28
~5.4
33.4
~1.46
~6.5
Plat 29.7
~1.14
~7.3
Figure 10. Fréquence et amplitude de cycle en fonction de la vitesse en
technique G3 selon diverses études
28
augmentation de la vitesse induit directement une hausse de la fréquence de
cycle (Hoffman 1995, Nilsonn 2004a, Stöggl 2009, Andersson 2010). La figure
10 montre l’évolution de la fréquence et amplitude de cycle selon l’augmentation
de la vitesse en technique G3.
Selon Nilsson et al. (2004a), la fréquence de cycle serait doublée
(approximativement) d’une vitesse basse à une vitesse élevée. Pour ce qui est
de l’amplitude de cycle, la relation avec la vitesse est plus ou moins claire ; ces
derniers n’observent aucun changement significatif d’une vitesse basse à une
vitesse maximale. Ils concluent donc que les variations de l’amplitude de cycle
en technique G3, comme chez les autres techniques classiques et libres,
dépendent de l’augmentation de la fréquence de cycle en adaptation à
l’augmentation de la vitesse. Cette conclusion ne fait cependant pas l’unanimité;
Leirdal et al. (2011b) concluent que pour une vitesse (20km/h) et fréquence de
cycle (1,17Hz) élevée imposée en technique G3 sur tapis roulant, l’efficacité
brute (puissance en watts) et la performance était significativement réduite.
Selon eux, la meilleure stratégie pour le skieur semble être l’auto-ajustement de
la technique afin de maximiser l’efficacité brute et la performance globale. À
vitesse maximale, Stöggl et al. (2009) concluent qu’en technique G3, les skieurs
de fond utilisent des stratégies contraires pour maintenir la vitesse,
contrairement à la double poussée où tous semblent opter pour les mêmes
ajustements de la fréquence et amplitude de cycle.
En montée, par contre, les skieurs de fond semblent opter pour une stratégie
similaire en technique G3. En effet, selon Andersson (2010), ces derniers optent
pour une augmentation de la fréquence de cycle et une diminution de
l’amplitude de cycle, dont la phase « propulsive » relative est plus longue et la
phase de « glisse » relative raccourcie. Stöggl et al. (2008) nomment cette
modification technique « G3 double poussée ». Cette dernière serait utilisée par
les skieurs les plus performants dans les montées abruptes, car elle permet une
production de force plus élevée (comparée à la technique G3 traditionnelle). Le
29
coût énergétique de cette technique serait toutefois plus important. Kvamme et
al. (2005) montrent que la technique G3 serait plus économique et efficace pour
des pentes de moins de 4.5⁰. Andersson et al. (2010) montrent le contraire dans
des pentes plus abruptes; les skieurs les plus performants sont aptes à
maintenir la technique G3 en raison de leur vitesse plus élevée, leur efficacité
technique et, probablement, leur plus grande force des membres supérieurs.
3.3.5 Divergences et autres facteurs influençant la vitesse, amplitude de
cycle et fréquence de cycle
1. Divergences
Malgré les corrélations découvertes entre la vitesse, l’amplitude de cycle, la
fréquence de cycle et la performance, les relations entre ces paramètres
peuvent être quelque peu divergentes selon les études. En effet, les multitudes
d’études réalisées sur le sujet ne s’entendent pas parfaitement sur les liens qui
unissent ces déterminants. En comparaison aux conclusions mentionnées cihaut, certains auteurs établissent des corrélations significatives entre la vitesse
et l’amplitude de cycle, mais pas entre la vitesse et la fréquence de cycle (Smith
1992 et 1996). Parfois, pour certaines techniques, aucune relation entre la
vitesse, la fréquence de cycle et l’amplitude de cycle n’est observée (Bilodeau
1992 et 1996). La variabilité des environnements et des protocoles utilisés, ainsi
que des skieurs étudiés est probablement une des causes. Dans les études
mentionnées ci-dessus, Stöggl et al. (2009) ont étudié 24 skieurs sur un tapis
roulant (ski à roulettes) pour des efforts de 5min à différentes vitesses, tandis
que Nilsonn et al. (2004a) ont étudié 8 skieurs sur terrain plat et sur neige (ski
de fond) sur 60m à différentes vitesses. Andersson et al. (2010) ont analysé la
performance globale de 9 skieurs d’élite sur neige dans un contre-la-montre sur
un parcours de dénivelés variables de 1.4km. Stöggl et al. (2009) ont déterminé
l’amplitude de cycle à partir de la distance parcourue, d’une vitesse fixe
imposée par le tapis roulant et du nombre de cycle constant pour une tranche
30
de 5min, et étudient plusieurs dizaines de cycles. Nilsonn et al. (2004a) ont
déterminé l’amplitude de cycle à partir d’une distance fixe et d’un temps pour
parcourir cette distance. Ces derniers ont analysé de 1 à 3 cycles par technique
et vitesse, et la vitesse a été calculée selon le temps et la distance parcourue à
partir d’une analyse vidéo (caméra de 50Hz). Andersson et al. (2010) utilisent
un GPS
de fréquence 20Hz et une caméra pour mesurer la vitesse, la
fréquence et amplitude de cycle des skieurs.
Les mêmes auteurs utilisent
même parfois des protocoles différents. Par exemple, Bilodeau et al. (1992) ont
étudié des athlètes masculins performants à 80% de leur vitesse maximale sur
50 m plat et sur 35 m à 5⁰ d’inclinaison. Les mêmes chercheurs ont ensuite
étudiés des skieurs masculins lors d’un 50 km sur terrain plat en simulation de
course (Bilodeau 1996). Il est évident que cette grande variabilité dans les
méthodes et terrains utilisés peut avoir influencée les résultats et la relation
entre les paramètres de cycle.
2. Dénivelé
Un autre facteur pouvant influencer de façon significative la vitesse, la
fréquence de cycle et la l’amplitude de cycle du fondeur est la dénivellation du
terrain. Dans la plupart des courses, approximativement le tiers de la distance
est parcourue en montée, sur le plat et en descente, respectivement (Smith
1992). Andersson et al. (2010) affirment que le temps total passé en montée est
le principal facteur de performance; les athlètes y passant en moyenne 47% du
temps total dans leurs tests. Le temps relatif passé en sections de descente et
de plat a une faible influence sur le temps total. Bergh et Fosberg (2000) en
arrivent aux mêmes conclusions, avec plus de la moitié du temps total en
montée lorsque le parcours comprend la même quantité de plat, descente et
montée. Les sections de montée sont donc cruciales en ski de fond et les
skieurs doivent ajuster leurs paramètres de cycle (fréquence et amplitude de
cycle) pour y maintenir une vitesse élevée et réaliser une meilleure
performance. En montée,
le phénomène principalement impliqué dans la
31
réduction de la vitesse du skieur est la force gravitationnelle; ces dernières
(descendantes) s’opposent directement au déplacement du skieur (ascendant)
et donc à la création ou au maintien de la vitesse (Zory 2006a). Afin de
conserver une technique et une vitesse adéquate, l’athlète doit modifier sa
fréquence de cycle et l’amplitude de cycle. Pour lutter contre les forces
gravitationnelles en pente abrupte, les skieurs de fond emploient souvent des
fréquences de cycle plus élevées pour conserver une vitesse similaire au plat
(Sandbakk 2010, Millet 1998a). Évidemment, une inclinaison négative du terrain
(descente) influence aussi la vitesse, l’amplitude de cycle et fréquence de cycle
et favorise des choix de techniques différents (la technique G7, par exemple).
Ici, les forces gravitationnelles (descendantes) aident grandement l’athlète à
augmenter sa vitesse, car le déplacement du skieur se fait aussi vers le bas.
Dans la section ci-haut sur les techniques, différentes combinaisons
technique/inclinaison sont proposées selon le degré de la pente.
3. Forces résistives
Un autre facteur qui agit sur la variabilité de la vitesse, fréquence de cycle et
amplitude de cycle est les forces résistives, tel le coefficient de friction. Le
coefficient de friction a un impact direct sur la vitesse de déplacement de
l’athlète, donc sur sa performance (Havriluk 2005, Seifert 2010, Hébert-L. 2014).
En ski de fond, cette force agit entre le ski et la neige lorsque les deux sont en
contact. En ski à roulette, il est envisageable que le coefficient de friction soit un
peu plus élevé, étant donné le contact des roues sur une surface de glisse
(asphalte) plus abrasive. La friction agit dans la direction opposée à la direction
(ou mouvement du ski), ce qui induit une réduction de la vitesse du ski (et du
skieur par le même fait). C’est ici qu’entre en jeu les qualités de glisse des skis;
sur la neige, on peut diminuer le coefficient de friction en appliquant un fart de
glisse sur les skis. Il existe une multitude de farts de glisse et cela pour toutes
les conditions de neige et température. Un autre coefficient de friction qui entre
en ligne de compte pour le style classique seulement est le fart de retenue.
32
Dépendamment du produit utilisé, de la méthode d’application, du poids de
l’athlète et de la cambrure du ski, le fart de retenue de skis classiques peut
augmenter le coefficient de friction lors de la phase de glisse, peu importe la
technique. Maxones et al. (2010) décrivent bien ce phénomène dans une étude
récente; si trop de couches de fart de retenue sont appliquées sur des skis très
souples pour un athlète lourd, celui-ci verra sa vitesse et son amplitude de cycle
diminuées au moment de la glisse en raison d’un coefficient de friction élevé
entre le ski et la neige (fart de retenue agrippant la neige). Par ailleurs, le
matériel utilisé dans la fabrication du ski peut également faire varier le
coefficient de friction avec la neige selon les conditions du jour. Le coefficient de
friction affecte en particulier l’amplitude de cycle. Un coefficient de friction élevé
induira une importante diminution de l’amplitude de cycle; le skieur devra alors
augmenter sa fréquence de cycle pour maintenir sa vitesse. Un coefficient de
friction bas permet de maintenir une vitesse constante, sans augmentation
marqué de la fréquence de cycle. Le skieur doit constamment ajuster sa
technique selon le coefficient de friction. Tout comme l’inclinaison de la pente, le
coefficient de friction a un impact direct sur la fatigue du skieur, car il oblige ce
dernier à modifier son niveau d’effort pour maintenir ou augmenter sa vitesse
(Hoffman 1995, Maxones 2009).
La résistance de l’air (le terme « air drag » en souvent utilisé dans la littérature
anglaise) est une autre force résistive, facteur de « ralentissement » pour le
skieur. On la définie comme étant la force qui s’oppose au mouvement d’un
objet se déplaçant à travers l’air. La résistance à l’air sur un skieur de fond peut
varier selon le poids et la position de ce dernier. En effet, par exemple, la
technique
G7
est
une
position
de
descente
favorisant
un
meilleur
aérodynamisme, donc une résistance à l’air moins élevée. On combine souvent
cette dernière au coefficient de friction afin de calculer la résistance totale qui
agit sur le skieur en mouvement. Récemment, une étude de Maxones et al.
(2013) a démontré numériquement l’impact du coefficient de friction et de la
résistance de l’air qui agit sur le skieur lors de performance sur neige. À l’aide
33
de ce qu’ils appellent des « modèles d’équilibre de puissance », les chercheurs
comparent les performances de mêmes skieurs dans un environnement
contrôlé sur tapis roulant avec divers protocoles. En augmentant le coefficient
de friction de 10%, ils en arrivent à la conclusion que « le skieur est retardé de
200m après 5km (200m/5000m = 4%). Ceci est comparable à une augmentation
du temps de 4%. Dans le même processus, en augmentant la résistance à l’air
de 10%, ces derniers affirment que « le skieur est retardé de 3% ». Ils concluent
donc que pour un même parcours, la performance globale peut être diminuée
de 3 à 4% lorsque le coefficient de friction ou la résistance de l’air augmente de
10%. Ces deux facteurs ont donc une grande influence sur la vitesse résultante
du skieur.
4. Ski de fond vs Ski à roulettes
Il est reconnu qu’il existe certaines différences entre le ski sur neige et le ski à
roulettes. À ce fait, la similitude de l’entrainement (ou « testing ») entre ces
deux types de ski a toujours été questionnée dans le milieu ; le ski à roulettes
est-il vraiment représentatif du ski sur neige en termes de technique, forces
résistives, application de force et réponses physiologiques ? Les qualités
acquises
et
données
recueillies
sur
ski
à
roulettes
sont-elles
transférables/applicables à la neige ?
L’application de la force (ou transfert de force) selon le type de surface (neige,
asphalte ou tapis roulant) est sans doute différente, même si, à notre
connaissance, aucune étude connue ne s’est intéressée à cette question.
Comme mentionné ci-dessus, les coefficients de friction des différentes surfaces
pourraient avoir un effet sur la technique. Il est crédible de croire que la force de
friction qui agit entre le ski et la neige est moins élevée que celle entre les roues
et l’asphalte lors du ski à roulettes, et que la technique sur neige serait alors
légèrement différente. Un avantage du ski à roulettes est la constance du
coefficient de friction, peu altéré avec les changements climatiques, sauf en cas
34
de chaussée mouillée (moins d’adhérence). Cette constance est quasiimpossible lors de l’entrainement/course en ski sur neige en raison des
variations de la température de la neige et ambiante, de l’humidité et de la
nature de la neige (âgée ou nouvelle) (Colbeck 1992). Cette caractéristique du
ski à roulettes lui confère un net avantage pour la réalisation de tests. De plus,
les études de Hoffman et al. (1992a et b) montrent des réponses physiologiques
similaires pour différentes techniques en ski de fond et en ski à roulettes. Ces
résultats supportent la pertinence de l’étude et la compréhension du ski de fond
par l’entremise du « testing » en ski à roulettes.
3.3.6 La fréquence cardiaque
Plusieurs paramètres physiologiques et musculaires peuvent être pris en
considération pour évaluer la performance d’un athlète d’endurance. Dans la
littérature, la puissance anaérobie, la capacité anaérobie et l’efficacité brute
(énergie dépensée Vs travail produit) sont souvent relatés pour les courses de
style sprint (Stöggl 2007a et b, Sandbakk 2011 et Mikkola 2010). D’autres
composantes telle l’endurance, la capacité et la puissance aérobie et l’économie
de travail spécifique au sport (efficacité technique) sont également très
importantes, surtout pour les longues distances (Ingjer 1991, Larsson 2002 et
2008 et Vesterinen 2009). Ces derniers paramètres sont souvent évalués grâce
à la collecte de la consommation d’oxygène (VO2) et la fréquence cardiaque à
l’effort. Il existerait une relation « linéaire » entre la fréquence cardiaque et la
consommation d’oxygène à l’effort (VO2), ce qui permettrait une estimation de
la VO2 à l’aide de la fréquence cardiaque, donc une appréciation du niveau de
l’effort fourni. L’étude de l’évolution de la fréquence cardiaque à travers l’effort
est donc pertinente dans l’analyse de performance en sport d’endurance. Sur le
terrain, la méthode la plus commune et facile qui permet d’évaluer l’évolution de
la fréquence cardiaque d’un athlète à l’entrainement est sans doute la collecte
de données par cardiofréquencemètre. Cette méthode est d’ailleurs utilisée
dans de nombreux protocoles d’études dans différents sports tels la course à
35
pied ou le cyclisme (Lucia 1999, Padilla 2000, Björklund 2010). En ski de fond,
plusieurs études établissent des relations entre les fluctuations de la fréquence
cardiaque à l’effort et les déterminants de la performance. Différents tests sont
employés et les résultats varient selon les études.
Karvonen et al. (1987) est l’un des premiers à collecter des données de
fréquence cardiaque, et les associe à diverses techniques des deux différents
styles en ski de fond. Ils étudient certains niveaux d’effort en association avec
des vitesses pour les styles classique et libre. Une autre étude du même groupe
révèle que pour une même vitesse imposée, le pas alternatif style classique
induit une fréquence cardiaque supérieure de 20 battements comparé au pas de
un patin (G3) style libre. Par contre, Bilodeau et al. (1991) affirme qu’il n’existe
aucune relation entre 4 techniques différentes (style libre et classique) et la
fréquence cardiaque.
Zupan et al. (1988) comparent le pas alternatif style
classique et la technique G3 style libre de skieurs d’élite au niveau
physiologique. Ils affirment que la technique pas alternatif induit une dépense
énergétique (mesurée avec la consommation d’oxygène, VO2) et une fréquence
cardiaque de respectivement 10 et 6% supérieures à celles du pas de un patin,
lorsque testées sur le même terrain (plat) à des vitesses données (12 à 18
km/h). Millet et al. (2002) comparent le coût énergétique aérobie (VO2/vitesse
moyenne) de quatre techniques style libre (G2 à G5) sur neige de 12 skieurs de
fond de différents niveaux techniques. Ce coût énergétique aérobie était établi
en mesurant la fréquence cardiaque, la VO2, et un ratio d’échange gazeux
pulmonaire lors de tests de 6min en ordre aléatoire à vitesse sous-maximale sur
le plat. Les résultats les plus marqués sont que le coût énergétique aérobie et la
fréquence cardiaque était plus élevée de 5 à 9% en technique G5 (sans bâton)
comparée aux 3 autres techniques. Ils obtiennent des résultats similaires en
comparant G3 à G2 seulement, G3 étant plus « énergivore » dût à une plus
grande implication du haut du corps. Ces travaux nous permettent aussi de
poser des questions sur la relation entre l’effort, le choix technique et la
topographie.
36
Mognoni et al. (2001) ont analysé les fluctuations de la fréquence cardiaque de
14 skieurs d’élite en relation avec la vitesse et la topographie lors de deux tests
terrain (classique et libre). Les fréquences cardiaques étaient beaucoup plus
élevées en sections de montée que sur les sections de plat, et jamais régulières
en section de descente. De plus, lorsque la même section de montée était
répétée, la fréquence cardiaque avait tendance à augmenter avec chacun des
passages. Une baisse de baisse de vitesse était aussi observée. La plupart des
auteurs en arrivent aux mêmes conclusions, surtout en ce qui attrait aux
montées (en raison de du coût énergétique plus élevé pour maintenir la vitesse).
Il serait donc possible d’associer les fluctuations de la fréquence cardiaque au
niveau d’effort (ou de fatigue) de l’athlète en ski de fond, lorsque la fréquence
cardiaque est mise en relation avec d’autres déterminants tels la vitesse ou la
topographie. Ces analyses pourraient être utiles dans la recherche de la
technique optimale. Cependant, la plupart des auteurs s’entendent pour affirmer
que le suivi de la fréquence cardiaque a certaines limitations concernant sa
relation avec le niveau d’effort et la consommation d’oxygène, surtout lorsque
l’intensité de l’exercice varie.
3.3.7 L’importance de la force/puissance du haut du corps
Les olympiques de 2002 marque l'apparition des épreuves de sprint à Salt Lake
City. Autrefois axé sur les épreuves de longues distances demandant
endurance, le ski de fond se réoriente vers d’autres paramètres demandant des
caractéristiques neuromusculaires différentes comme la force/puissance élevée,
permettant à l’athlète d’atteindre des vitesses nettement supérieures. Stöggl et
al. (2007b) affirment que la force/puissance des membres supérieurs et l’un des
déterminants les plus importants pour les épreuves de sprint en ski de fond.
D’ailleurs, il semblerait que la force/puissance du haut du corps soit directement
liée à la performance en ski de fond, et ce peu importe la longueur de l’épreuve
(Stöggl 2007b, Alsobrook 2009, Mikkola 2010).
37
L’importance de la force/puissance du haut du corps serait plus grande pour
certaines techniques; la G3 style libre et la double poussée style classique,
notamment. En effet, pour ces deux techniques, l’implication du haut du corps
est plus grande en raison de son rôle essentiel dans la production de forces
propulsives dans la phase de poussée (Millet 1998b, Holmberg 2005). Mikkola
et al. (2010) ont évalué 16 skieurs de fond d’élite à l’aide de tests en force
maximale du haut du corps (le « bench press », par exemple), en vitesse
maximale (30m) et en simulation de sprint (4X850m avec repos) en technique
G3 en ski à roulettes.
Les résultats confirment la forte relation entre la
performance en technique G3 et la force/puissance du haut du corps; les
skieurs les plus rapides ont également obtenus les meilleurs résultats dans le
test de force pour le haut du corps. Plusieurs études ont démontrées que la
performance en double poussée style classique est améliorée par une
augmentation la puissance/force musculaire du haut du corps (Hoffman 1992a
et 1995, Österas 2002, Nilsson 2004a, Holmberg 2005 et 2006). On peut aussi
remarquer la plus grande importance de la force/puissance des membres
supérieurs en technique G3 et en double poussée dans d’autres situations,
comme les montées, où le skieur doit combattre la force gravitationnelle qui
ralentit sa vitesse. Pour maintenir une vitesse plus élevée en montée, un haut
pourcentage de la force propulsive totale doit être généré par le haut du corps
(Smith 1992). En comparant les techniques G3 et G2 en pente, on peut
observer un pourcentage d’utilisation des membres supérieurs beaucoup plus
élevé en G3 (Millet 1998, Smith 2009). Ce phénomène s’applique également à
la double poussée si on la compare au pas alternatif. Une plus grande utilisation
de ces deux techniques par un athlète en course de ski de fond est donc un bon
indicateur d’un niveau supérieur de force/puissance des membres supérieurs.
Dans notre étude, la force du haut du corps sera évidemment mise en relation
avec certaines utilisations technique des skieurs durant les tests, notamment la
G3 et la double poussée. La fréquence et amplitude de cycle, la vitesse et la
38
fréquence cardiaque seront également des paramètres étudiés afin de clarifier
leur relation avec la performance. L’analyse de ces données cinématiques nous
permettra de déterminer s’il est possible de quantifier efficacement la
performance de skieurs de fond avec la technologie GPS.
39
4 L’utilisation du GPS en performance sportive
4.1 Historique et fonctionnement
Depuis quelques décennies, le milieu scientifique s’intéresse à l’optimisation de
la performance sportive. Cet intérêt grandissant a permis le développement et
l’apparition de plusieurs technologies permettant de mesurer la performance
des athlètes. La technologie GPS (système de géolocalisation) fait partie de ce
lot. Depuis la fin des années 90, des dizaines d’études documentent l’efficacité
de cette technologie pour mesurer la vitesse instantanée et la distance
parcourue. La section suivante présente un court historique ainsi qu’un état des
recherches portant sur l’utilisation de cette technologie pour documenter la
performance sportive.
4.1.1 Historique
Le GPS a été introduit par la Défense Américaine en 1978 à des fins purement
militaires. Ouvert au grand public depuis 1980, ce système de géolocalisation
est devenu, avec le temps, crucial dans plusieurs milieux; aviation, navigation,
déplacement terrestre, défense et même les loisirs. De fait, l’autorisation pour
une utilisation à des fins civiles donnée en 2000 par le président des États-Unis,
Bill Clinton, a permis une démocratisation de l’utilisation du GPS. Le système
GPS est composé de 24 satellites de radionavigation (contrôlés par des stations
terrestres)
distribués
autour
de
la
Terre
qui
émettent
des
ondes
électromagnétiques permettant à tout récepteur GPS de déterminer sa position
sur Terre peu importe la condition climatique, le lieu et l’heure et ce avec une
erreur généralement inférieure à quelques mètres.
40
4.1.2 Fonctionnement et couverture terrestre
Le principe de positionnement par GPS est basé sur la mesure de la distance
entre le récepteur et une constellation de 24 satellites. Ceux-ci émettent
constamment des signaux de position par rapport à la Terre en incluant l’heure
exacte de la transmission du signal. Ces signaux se propagent à la vitesse de la
lumière, soit 300 000km/s. Le calcul du temps de réception du signal du
récepteur GPS permet de déterminer la distance du satellite émettant. Grâce à
la position et la distance connues d’un satellite, un « cercle de positionnement »
peut être déterminé sur la surface de la Terre, et l’intersection de ces cercles
détermine la position du récepteur GPS, comme le montre la figure 11. Trois
satellites sont suffisants pour obtenir un positionnement en deux dimensions.
Cependant, un quatrième satellite est crucial lorsque l’altitude n’est pas connue
(3e dimension) ou que cette dernière veut être connue. La position
tridimensionnelle sera alors déterminée par l’intersection de quatre « cercles de
positionnement », avec ajustement de l’horloge en fonction du temps de
réception des signaux.
Figure 11. Principe de positionnement par satellites
41
Le positionnement des satellites en orbite permet d’avoir un minimum de quatre
satellites visibles à 5⁰ ou plus au-dessus de l’horizon dans 99,9% des cas.
Selon Correia (2011), le nombre moyen de satellites visibles serait de huit, ce
qui permettrait une bonne acquisition de données en tout temps. Malgré tout, la
couverture idéale n’est pas toujours respectées en raison de plusieurs facteurs :
variations magnétiques, mise hors service de certains satellites pour
maintenance, lieu partiellement ou non-dégagé, distance et géométrie des
satellites dans l’espace, etc. (Correia 2011).
D’autres informations pertinentes peuvent être tirées de la technologie GPS
avec une certaine précision, comme la vitesse de déplacement horizontale et
verticale et la distance parcourue. Deux méthodes sont généralement utilisées
pour calculer la vitesse. La première, la plus simple, consiste à mesurer le
temps de déplacement entre deux mesures de position et d’en déduire la
vitesse. La deuxième, plus précise, est fondée sur l’effet Doppler, soit le
décalage de la fréquence des signaux reçus en fonction de la vitesse relative du
récepteur avec le satellite. La majorité des récepteurs combinent les deux
méthodes pour calculer la vitesse, afin de maximiser la précision des données.
Pour la distance, la méthode utilisée la plus simple consiste à mesurer la
distance entre deux mesures de position (coordonnées géographiques) et
d’additionner chacune de ces mesures pour obtenir la distance parcourue totale
pour un essai donné. Certains GPS utilisent des algorithmes plus complexes qui
peuvent améliorer la précision de ce calcul pour des contextes précis (par
exemple, lorsqu’un athlète se déplace plus ou moins à une vitesse constante).
4.1.3 Précision des données de position et de vitesse
La précision d’une position obtenue par un récepteur GPS correspond à l’écart
entre la position réelle et la valeur obtenue par ce dernier. Aujourd’hui,
dépendamment de la qualité du GPS utilisé, la précision horizontale
(latitude/longitude) acceptée par tous est de moins de 9m dans 95% des cas,
42
avec une erreur maximale de 17m. Une étude mentionnée par Correia (2011)
réalisé avec un bon récepteur GPS et dans de bonnes conditions de réception
(sur plusieurs mois) confirme une erreur de moins de 1m dans 60% des
acquisitions, de moins de 2.2m dans 95% des cas et de moins de 4.5m dans
99.9% des cas. Pour ce qui est de la précision de position verticale (altitude),
elle est deux fois moins bonne que l’horizontale. L’erreur verticale théorique
moyenne dans 95% des cas est de 15m, avec une erreur maximale de 37m.
Pour un bon appareil, cette dernière serait plutôt de l’ordre de 13m dans 95%
des cas. La technologie WAAS/Egnos permet, aujourd’hui, de diminuer l’erreur
horizontale et verticale à moins de 3 et 4m, respectivement, dans 95% des cas
(Correia 2011).
En pratique, il existe une erreur entre 0.1 et 0.7 km/h pour la vitesse horizontale,
et une erreur entre 0.2 et 1km/h pour la vitesse verticale dans 95% des cas. La
précision de cette valeur varie en raison de la qualité du récepteur et de la
méthode de calcul de la vitesse (Correia 2011).
Le signal provenant des satellites est influencé par plusieurs facteurs
atmosphériques et locaux avant d’être capté par le receveur GPS. Ceci peut
diminuer la validité du signal; une erreur est souvent faite dans le calcul de
distance par rapport au satellite, de la vitesse de déplacement et de la position
exacte du receveur. Une technologie permettant de diminuer cette erreur et
d’améliorer la validité des données requises par le GPS consiste à intégrer des
bases terrestres. On parle alors de GPS « différentiel », ou de « dGPS ». Des
récepteurs stationnaires sont placés dans des endroits connus sur le terrain
utilisé (ou sur la Terre). Leurs positions calculées par les satellites sont alors
comparées à leurs véritables positions terrestres. Un signal de correction de
position est envoyé par ondes radio par les récepteurs stationnaires au
récepteur GPS via un récepteur différentiel (Larsson 2001 et 2005, Correia
2011). La précision spatiale obtenue est grandement améliorée avec la
technique dGPS (<1cm).
43
Un autre facteur très important qui influence la précision des données de
trajectoire et de vitesse est la fréquence d’acquisition des données
(échantillons) du récepteur GPS.
4.1.4 Fréquence d’acquisition et échantillonnage
La fréquence d’acquisition (ou d’échantillonnage) est le nombre d’échantillons
lus ou acquis par unités de temps. La fréquence d’acquisition d’un récepteur
GPS est exprimée en échantillons par seconde (x/s), qui correspond à l’unité
de mesure « Hertz » (Hz). La fréquence est donc le nombre d’échantillons
traités (ou reçus) par seconde via les satellites en orbite. Ainsi, un GPS de 1Hz
est doté d’une fréquence d’acquisition de 1 seul échantillon par seconde. De
plus en plus, dans le monde sportif, on se sert des GPS pour quantifier les
déplacements et la vitesse des déplacements des athlètes. Un problème
fréquent concerne la fréquence de mouvements de l’athlète (changements de
vitesse et de direction) trop élevée pour la fréquence d’acquisition du GPS. Le
théorème de l’échantillonnage de Nyquist-Shannon nous permet de mieux
comprendre cette problématique importante.
4.1.5 Théorème de l’échantillonnage
Le théorème de l’échantillonnage stipule que, afin de garantir la reproduction
fidèle d’un signal, « la fréquence d’échantillonnage doit être supérieure au
double de la fréquence maximale à reproduire. » La figure 12 présente
différente situations permettant d’illustrer ce théorème. Dans un premier temps,
considérons la figure 12a et la courbe de couleur noire. Cette courbe théorique
montre un signal dont l’amplitude varie dans le temps. On remarque la présence
de deux cycles complets pour une durée de 1 sec. En ski de fond, chacun de
ces cycles pourraient correspondre à une phase de poussée et une phase de
glisse. Les GPS disponibles commercialement fournissent des fréquences
44
d’échantillonnage pouvant varier de 1 échantillon à toutes les 8 s (0.125 Hz)
jusqu’à 100 échantillons/sec pour les GPS haut de gamme. Dans la plupart des
cas, les GPS qualifiés de sportifs (par exemple, les montres GPS ainsi que les
GPS disponibles sur les téléphones cellulaires) prennent une seule lecture par
seconde (par exemple Garmin Vivoactive GPS Smartwatch, montre Fitibt
Surge…).
Figure 12. Signal théorique de vitesse pour deux cycles complets en fonction du temps (1s). Pour
chacune des figures, les cercles représentent une lecture de la vitesse (a : 2 Hz ; b : 4 Hz ; c : 8 Hz).
Il est facile de comprendre qu’une seule lecture par seconde ne permet de
reconstruire les 2 cycles illustrés par la courbe noire. En fait, en fonction du
moment où la lecture GPS sera prise, la valeur lue pourrait varier entre la valeur
minimale et maximale réelle. De même, un GPS fonctionnant à 2 Hz (avec
lectures équidistantes) fournirait aussi des valeurs de vitesse variant entre les
valeurs minimale (voir les 2 cercles pleins de couleur bleue) et maximale réelles
(voir les 2 cercles vides de couleur rouge). Ce n’est qu’à partir de 4 Hz (Figure
12b) que les cycles produits peuvent être reconstruits. Une fréquence de lecture
plus élevée (8 Hz, Figure 12c) permet d’assurer une reconstruction plus fidèle
45
du signal, particulièrement lorsque des variations de la fréquence fondamentale
sont observées.
Cet exemple simple montre la limite importante des GPS fonctionnant à basse
fréquence. En effet, on observe des fréquences supérieures à 1 Hz pour la
vaste majorité des activités sportives sauf. Deux exemples provenant des
travaux de l’équipe du Dr Normand Teasdale permettent d’illustrer de façon très
concrète cette limitation importante. La figure 13 illustre des données de ski de
fond acquises avec un GPS cadencé à 20Hz. La figure 13a montre le signal de
vitesse (km/h) pour un skieur utilisant le pas alternatif en style classique. Un peu
plus de 40 secondes de données sont disponibles. Il est possible d‘apprécier
l’accélération initiale rapide du skieur. Par la suite, ce dernier montre une
vitesse moyenne légèrement inférieure à 20 km/h avant de décélérer vers 50
sec. À parti d’environ 20 sec jusqu’à 45 sec, on peut apprécier le rythme du
skieur avec un signal de vitesse qui augmente (phase de poussée) et qui
diminue (phase de glisse) d’une manière très régulière. De fait, la fréquence
observée est environ de 0.75Hz. La figure 13b illustre le même signal mais
cadencé à 1 Hz. Ainsi, ce signal correspond aux valeurs théoriques qui auraient
été obtenues à partir d’un GPS 1Hz. Ce nouveau signal montre encore des
oscillations mais la fréquence observée est maintenant d’environ 0.3Hz!
La figure 14 illustre les courbes de vitesse superposées l’une sur l’autre. Le trait
pointillé illustre les données acquises à 20Hz alors que le trait plein illustre les
données à 1Hz. On peut apprécier que les oscillations de la vitesse obtenue
avec une fréquence de 1Hz ne correspondent pas à la performance réalisée par
le skieur. Ces aberrations ont évidemment un effet important sur l’interprétation
qu’il est possible de faire à partir des signaux obtenus de GPS basse fréquence.
Malheureusement, ces concepts de base d’acquisition de signaux continus sont
peu connus et de nombreuses aberrations peuvent être déduites de plusieurs
écrits scientifiques portant sur la validation de GPS pour l’analyse de la
performance sportive. Nous reviendrons sur ce sujet ci-dessous.
46
Figure 13. Vitesse du skieur en fonction du temps, selon des GPS cadencés à 20Hz (a) et 1Hz (b)
Figure 14. Vitesse du skieur en fonction du temps, selon des GPS cadencés à 20Hz et 1Hz
47
Pour assurer une validité des données de vitesse et de distance recueillies par
GPS, Aughey (2011) et Varley (2012) affirme qu’il est crucial de comparer ces
dernières à celles de cellules photoélectriques, d’un cinémomètre, d’un
odomètre, d’un ruban à mesurer, ou d’une piste de distance connue. Dans la
littérature, la grande majorité des études se conforment à cette règle.
Cependant, cette règle n’est valide que dans le cas où l’entraîneur (ou le
chercheur) ne désire obtenir qu’une vitesse moyenne sur une distance
relativement importante. Par exemple, si on reprend les données de la figure 14,
la vitesse moyenne calculée pour une période de 20 secondes (entre 20s et
40s) ne varie que très peu entre les deux signaux. En effet, pour le signal acquis
à 20Hz, la vitesse moyenne est de 17.48 km/h (écart-type : 1.94) alors qu’elle
est de 17.31 km/h (écart-type : 1.81) pour le signal à 1Hz. La similarité entre ces
valeurs ne valide pas pour autant l’utilisation du GPS 1 Hz pour documenter la
performance de l’athlète!
La figure 15 illustre un dernier exemple de ces
aberrations. Dans ce cas-ci, un vélo fut instrumenté pour mesurer la vitesse
avec une précision d’un demi-tour de roue. Spécifiquement, deux aimants furent
positionnés à l’opposé l’une de l’autre. Chacun des passages d’un aimant près
d’un senseur magnétique était enregistré à l’aide d’un système cadencé à
1000Hz. Il était donc possible de mesurer la distance parcourue ainsi que la
vitesse suite à une calibration de l’ensemble du système. La figure 15 illustre un
essai alors que le cycliste accélérait rapidement, freinait, et accélérait à
nouveau. La figure illustre six cycles sur une période d’environ 100 s. Le trait de
couleur bleue illustre la vitesse obtenue à l’aide de l’odomètre. Pour chacun des
cycles, les variations de vitesse sont grandes, le cycliste passant d’une vitesse
maximale de plus de 30 km/h à une vitesse de 5 km/h en moins de 15
secondes. Le trait noir illustre la vitesse obtenue à l’aide d’un GPS 1Hz destiné
au marché sportif. Ce GPS était fixé sur un support positionné au-dessus de la
roue arrière du vélo. On peut voir que les différences de vitesse sont énormes!
Pourtant, les vitesses moyennes sont similaires (21.76 km/h vs. 22.63 km/h
pour l’odomètre et le GPS 1Hz, respectivement)!
48
Figure 15. Vitesse d’un cycliste en fonction du temps, selon un GPS 1Hz et un odomètre instrumenté
La figure 16 illustre une dernière situation ou le GPS 1 Hz fournit des données
valides. Dans cas-ci, le cycliste devait maintenir une vitesse aussi constante
que possible. Un odomètre sur le vélo lui fournissait une rétroaction afin qu’il
maintienne cette vitesse. On peut voir que le cycliste a maintenu une vitesse
d’environ 30 km/h pour une période d’environ 80 sec et que les différences
entre les systèmes sont maintenant faibles.
En conclusion, on peut affirmer que les GPS basse fréquence peuvent fournir
des données sur de longues distances lorsque l’athlète se déplace à une
vitesse relativement constante. Lorsque le parcours implique des changements
de direction et de vitesse, les valeurs obtenues sont forcément contaminées.
Contrairement aux suggestions d’Aughey (2011) et Varley (2012), ces analyses
montrent que la validation des données est problématique et ne peut s’appliquer
que pour des situations très spécifiques.
49
Figure 16. Vitesse constante d’un cycliste en fonction du temps, selon un GPS cadencé à 1Hz et un
odomètre instrumenté
4.2 GPS : évaluation de la performance et validité
Les travaux de Schutz (1997) sont parmi les premiers à relater l’utilisation du
GPS à des fins de documentation d’une performance sportive. Un nombre
restreint d’études documentent l’utilisation des GPS dans les sports
d’endurance; les sports les plus ciblés sont la course à pied et le cyclisme.
Cependant, le GPS a fait l’objet d’une utilisation intensive dans les sports
collectifs comme le rugby, soccer, cricket, lacrosse, football, etc. Cummins et al.
(2013) rapportent, dans une revue de littérature très complète, un total de 43
études publiées dans les dernières années utilisant la technologie GPS comme
moyen de quantifier la performance d’athlètes. Grâce à cette technologie, les
entraineurs et spécialistes peuvent dorénavant obtenir des informations en
temps réel (ou post-exercice) des performances de leurs athlètes en
entrainement ou en compétition. En effet, en quantifiant les déplacements des
athlètes, le GPS peut être utilisé pour mesurer objectivement des éléments de
50
la performance comme la distance parcourue, la vitesse moyenne et maximale,
le nombre d’accélérations et de décélérations, le nombre de changement de
direction, les patrons de déplacements sur le terrain, etc. Par la suite, ces profils
d’activités peuvent être mis en relation avec l’aspect technique/tactique ou
physiologique, ce qui procure plusieurs outils aux entraineurs. Par exemple, en
combinant les données recueillies avec le GPS à la fréquence cardiaque, on
peut quantifier les niveaux d’efforts fournis, observer l’effet de l’entrainement sur
la demande physiologique et établir des zones d’entrainement pour chaque
athlète (McLellan 2011, Cummins 2013). Une question demeure; les GPS sontils totalement fiables et les données recueillies sont-elles toujours valables?
On retrouve une panoplie d’articles portant sur la capacité des GPS à quantifier
les performances sportives dans la littérature. La fréquence d’acquisition des
GPS généralement utilisés pour la recherche varie de 1 à 15Hz (certains
atteignent même 20Hz). En comparaison, la plupart des unités GPS
commerciales conçues pour le sport (une montre, par exemple) ont une
fréquence d’acquisition variant entre 0,125 et 1Hz, soit une seule donnée par
huit secondes à une donnée par seconde. La qualité de ces GPS est donc
discutable.
4.2.1 La fréquence d’acquisition et validité
La fréquence d’acquisition est un facteur déterminant de la qualité des données
recueillies par les unités GPS. Jonhston et al. (2012) affirment que les unités
GPS 1Hz seraient inaptes à mesurer des déplacements d’une durée inférieure à
1s (changement de direction, accélération, décélération, etc.). Ceci inclue aussi
les activités de vitesses très élevées (de type sprint, par exemple). Les unités
GPS 1Hz auraient toutefois un niveau de fiabilité acceptable pour mesurer la
distance totale parcourue et la vitesse moyenne d’exercices d’intensité
moyenne. Les données présentées ci-dessus montrent plutôt que cette fiabilité
ne s’applique que pour des activités sur de longues distances à vitesse
51
relativement constante. Varley et al. (2012) affirment que les unités GPS de
10Hz seraient jusqu’à six fois plus fiables et précises pour mesurer la vitesse
instantanée pendant un effort linéaire, comparé à une unité GPS de 5Hz. En
effet, le GPS 10Hz permettrait de mesurer les changements de vitesses les plus
minimes (en accélération et décélération). En général, la littérature suggère
qu’un GPS à fréquence d’acquisition plus élevée (ex : 10Hz) fournie une
meilleure validité sur la mesure des distances parcourues et de vitesse en
minimisant les problèmes liés à l’échantillonnage (Jennings 2010, Aughey 2011
et Varley 2012). Comme nous le mentionnions à la section 4.1, les résultats de
plusieurs études portant sur la validité de GPS sont discutables et ajoutent à la
confusion. Par exemple, dans la même étude, Portas et al. (2009) rapportent
une erreur standard de mesure de 4.4 à 4.5% pour un GPS 1Hz et de 4.6 à
5.3% pour un GPS de 5Hz. Johnston et al. (2014) réalisent des tests de course
avec deux types d’unités GPS. Pour cette étude, ils affirment que, en général,
les unités GPS 10Hz démontrent une meilleure validité que les unités GPS
15Hz, ainsi qu’une meilleure fiabilité inter-unités. À fréquence d’échantillonnage
similaire, d’autres facteurs tels le manufacturier et le modèle du GPS pourrait
grandement influencer la qualité des données recueillies (Aughey 2011).
4.2.2 Distance parcourue et validité
Coutts et al. (2010) ont comparé six unités GPS différentes de 1Hz. Deux
coureurs d’élite devaient réaliser un test de course à pied à vitesse variable de
six tours de 128,5m réalisé 8 fois, avec un « sprint » (vitesse maximale) de 20m
à chaque début de tour. Ils observent une variation de moins de 5m sur la
distance de chaque tour pour chacune des unités GPS comparé à la distance
réelle. Ces auteurs observent également une variation de 3.6 à 7.1% de la
distance totale parcourue et de vitesse (2.3 à 5.8%) pour une activité de vitesse
faible à modérée (7 à 14.4km/h). Cependant, ils observent une variation de 11.2
à 32.4% à vitesse élevé (plus de 14.4km/h) et de 11.5 à 30.4% à vitesse très
élevée ou maximale (plus de 20km/h) pour la distance et la vitesse. Jennings et
52
al. (2010) ont comparé la précision de GPS de 1 et 5Hz. Ils concluent que, pour
un sprint (vitesse supérieure à 15km/h) de 10m en départ arrêté, les erreurs
standards sur la distance parcourue sont de 32.4 et 30.9% pour les GPS de 1 et
5Hz respectivement. Ces derniers affirment également que la validité des
mesures de distance augmente avec l’augmentation de la distance de l’activité;
l’erreur standard diminue de 32.4 à 9% pour des sprints de 10 à 40 m,
respectivement. En augmentant la distance à 140m (course à vitesses variables
sur circuit d’entrainement), l’erreur standard diminue de nouveau jusqu’à 3.8%.
Aughey et al. (2011) observent, quant à eux, une erreur standard de distance
inférieure avec un GPS 10Hz, soit 10.9% sur un sprint en course à pied (vitesse
supérieure à 18km/h) de 15m. Jonhston et al. (2012) comparent les données
recueillies par une unité GPS de 5Hz lors d’un test de course style « circuit »
(avec changements de directions) et d’un test de course « sprint » de 50m
réalisé par des athlètes de haut niveau. L’unité GPS 5Hz montre un
pourcentage d’erreur de mesure de moins de 5% pour la distance totale
parcourue. L’étude de Jonhston et al. (2012) démontrent un pourcentage
d’erreur de mesure de 5 à 10% pour des vitesses moyennes à maximales. Ces
mêmes auteurs ont réalisés une autre étude avec 8 athlètes devant réalisés un
autre test de type « circuit » avec des unités GPS de 10 et 15Hz. Les résultats
démontrent que l’unité GPS 10Hz montrait une erreur standard de 1.3% pour la
mesure de la distance totale parcourue (Johnston et al. 2014). En comparaison,
l’unité GPS 15Hz démontre une fiabilité légèrement inférieure sur la mesure de
la distance totale parcourue et de la moyenne des vitesses maximales.
La technologie GPS semble être plus ou moins efficace pour mesurer la
distance totale parcourue lors d’activités sportives impliquant des changements
de directions, accélérations et décélérations. Malgré tout, la validité des
données augmentent avec l’augmentation de la distance totale parcourue pour
des déplacements à vitesse relativement constante impliquant peu de
changements rapides de direction. Cette notion est très importante pour les
sports d’endurance, car un athlète pratiquant ces derniers parcourent des
53
distances importantes (par exemple, 50km en ski de fond, 42.2km à la course è
pied). En comparaison, un athlète de haut niveau en soccer peut parcourir
8.9km lors d’un match (Bucheit et al. 2010) mais cette distance comporte de
nombreux changements de direction, accélérations et décélérations. La validité
des données pour ce dernier type d’activité est donc fort discutable.
4.2.3 Vitesse de déplacement et validité
La vaste majorité des études publiées sur la validité des vitesses de
déplacement obtenues à l’aide de GPS est contaminée par des erreurs de
mesure résultant d’une fréquence d’échantillonnage trop basse pour mesurer
les variations de vitesse qui étaient produites. Les données que nous avons
présentées à la figure 15 supportent notre argument. Par exemple, Shutz et al.
(1997) affirment que, lors de tests, les données GPS pour des vitesses basses
à élevées (2 à 20km/h) en marche et course à pied corrèle presque
parfaitement avec le chronomètre (combiné à une distance connue mesurée).
Portas et al. (2009) en arrivent à la même conclusion pour des données
acquises par GPS lors de test de course/marche à vitesse basse (6.5km/h;
erreur standard estimé de 0.7%). L’erreur standard estimée est plus élevée lors
de test de course à 21.6km/h, soit de 5.6%. Ces auteurs suggèrent donc que la
précision des données décroît avec l’augmentation de la vitesse. De même,
Johnston et al. (2012) font le même constat. Aucune de ces études ne présente
des profils de vitesses obtenues avec une instrumentation permettant de capter
les fréquences maximales contenues dans la performance. Sans cette
information, il n’est pas possible d’interpréter la validité des résultats obtenus
par ces auteurs.
4.2.4 Quantification de la performance en ski de fond par GPS et dGPS
La technologie GPS offre une multitude de nouvelles possibilités dans l’analyse
de la performance. Malgré tout, en ski de fond, peu de chercheurs ont utilisées
54
cette innovation afin de quantifier les mouvements des athlètes. À notre
connaissance, ce n’est qu’en 2001 que l’on publie une étude sur le sujet;
Larsson, P et K Henriksson-Larsén, « The use of dGPS and simultaneous
metabolic measurements during orienteering ». Les mêmes auteurs publient
une autre étude en ski de fond en 2005 utilisant un système de positionnement
global : « Combined metabolic gas analyser and dGPS analysis of performance
in cross-country skiing ». Pour ces deux études, c’est la technologie « GPS
différentielle » ou « dGPS » qui est utilisée. Cette technique compense pour les
erreurs de transmission des signaux GPS (en utilisant les données d’un
récepteur statique) et offre une précision centimétrique. En 2008, ces mêmes
auteurs réutilisent les dGPS pour établir des liens entre la composition
corporelle et la performance. Pour ces deux études, des relations intéressantes
sont établies entre la performance, la vitesse et la composition corporelle pour
certaines sections des parcours telles les montées. En 2011, l’étude d’Anderson
fût la première à traiter de façon détaillée de l’analyse de la performance en ski
de fond (physiologique et biomécanique) par l’utilisation de GPS. Dans cette
étude, les auteurs utilisent un dGPS avec une fréquence d’acquisition de 20Hz
et une précision de 1cm/2cm horizontale et verticale, dont la validité fût vérifiée
dans le passé par Terrier et al. (2003). Une analyse de plusieurs déterminants
est réalisée grâce cette technologie, combinée à des enregistrements vidéos.
Sur un parcours standardisé, on y étudie la fréquence de cycle, l’amplitude de
cycle, vitesse, la distance parcourue, le choix technique et leur relation avec la
performance. Anderson et al. (2011) établissent des relations très révélatrices
entre le choix technique, la vitesse moyenne et le temps total. De plus, ils
transposent ces relations à certaines sections du parcours en particulier, telles
les montées, où la vitesse maximale, le choix technique, l’amplitude et la
fréquence de cycle s’avèrent cruciaux. Ils concluent que la technologie dGPS
fournit de nouvelles opportunités pour une analyse détaillée de la performance
en ski de fond, car ce dernier est un sport contenant un vaste répertoire de
déterminants physiologiques, biomécaniques, techniques et tactiques pouvant
être ciblés de façon plus efficace afin de maximiser la performance. Étant
55
convaincu que la technologie dGPS peut quantifier efficacement la performance
des skieurs de fond, nous tenterons, dans la présente étude, de transposer
cette relation à la technologie GPS seulement.
4.2.5 Accélérométrie et identification technique en ski de fond
Plusieurs autres technologies sont utilisées dans le sport pour quantifier la
performance des athlètes. L’accélérométrie en est un bon exemple. Cette
dernière a fait l’objet de plusieurs études dans différents sports, dont
l’haltérophilie, où elle est utilisée pour mesurer l’accélération des barres, donc la
puissance/vitesse des athlètes (Sato 2009 et 2012). Dans d’autres études, on la
combine à la technologie GPS pour mieux quantifier les déplacements; comme
au football australien (Colby 2014) et au soccer (Gaudino 2015). En ski de fond,
une étude récente utilise l’accélérométrie et le GPS dans un contexte purement
technique. En effet, Marsland et al. (2012) ont étudié le potentiel de microsenseur « MinimaxXTM » (accéléromètre, GPS et gyroscope) dans l’identification
des patrons moteurs utilisés en ski de fond. Quatre athlètes australiens d’élite
en ski de fond ont reproduit quatre techniques de style « patin » et trois de style
« classique » sur neige à vitesse modérée avec le micro-senseur placé dans le
haut du dos. Les données recueillies par le micro-senseur furent jugées
suffisantes pour identifier les techniques choisies par l’athlète. En effet, la seule
analyse des courbes d’accélérométrie synchronisées avec la vidéo permet une
détection très efficace des cycles de chacune des techniques. Il existe une
différence minime entre les athlètes et selon leur niveau d’expertise, le terrain
(type de neige) et la pente (montée, plat, descente), mais des caractéristiques
spécifiques peuvent quand même être observées pour les techniques. Ceci est
une belle avancée dans le domaine du ski, car elle permettrait une identification
du choix technique sur les parcours où il est « impossible » de voir l’athlète
pendant tout l’entrainement/course, et apporter des corrections à ce niveau. Il
serait intéressant de voir s’il y a possibilité de transposer cette identification du
56
choix technique aux courbes de vitesse seulement. Bien sûr, d’autres
investigations sont nécessaires pour établir une telle relation. Dans notre étude,
nous tenterons d’établir cette relation avec l’utilisation d’un GPS seulement.
Malgré ces quelques recherches très intéressantes, la littérature sur l’utilisation
du GPS en ski de fond reste limitée. Pourtant, l’analyse et la quantification de la
performance précise qui en découle pourrait fournir des informations très utiles
sur les athlètes pratiquant le ski de fond. Les données obtenues pourraient
également offrir aux entraîneurs une technique permettant d’apprécier de
manière quantitative et objective la performance de leurs skieurs. C’est pourquoi
il nous a paru essentiel d’approfondir les connaissances concernant l’emploi de
cette technologie par l’entremise de la présente étude, décrite dans la prochaine
section.
57
5 Méthodologie
5.1 Informations préliminaires
5.1.1 Concept général de l’étude
La saison de compétitions des skieurs de fond ayant participés à l’étude s’est
terminée à la fin mars 2012. L’étude présente a été réalisée immédiatement au
retour à l’entrainement, en juin, durant la « saison morte » des skieurs. Les
entraineurs caractérisent cette période de période de « préparation générale ».
L’étude était composée de deux tests, qui ont été répartis sur un total de deux
jours selon un horaire précis établi par les entraineurs et les chercheurs
impliqués. Les deux tests furent réalisés en ski à roulettes. Chaque athlète devait
participer aux deux tests le même jour. Le premier test était un contre-la-montre
en style libre sur une distance de 2,19km sur un terrain standardisé de
topographie connue. Le deuxième test, réalisé dans la même journée, était un
contre-la-montre en style classique sur une distance de 1,08km sur le même
terrain.
Afin de quantifier la performance des skieurs lors des 2 tests, les mesures
spatio-temporelles de position (longitude, latitude, altitude), de temps, de vitesse
et de fréquence cardiaque étaient enregistrées simultanément avec une image
vidéo du skieur tout au long du parcours.
L’objectif principal de l’étude était la quantification de la performance de skieurs
de fond en utilisant un GPS (système de positionnement global) et des
enregistrements vidéo durant un contre-la-montre. Ceci fût possible grâce à
l’analyse de la vitesse, de la fréquence de cycle, de l’amplitude de cycle, de la
58
fréquence cardiaque, du choix technique et leur relation à la performance (soit
le temps total).
5.1.2 Sujets
11 athlètes canadiens en ski de fond (8 hommes et 3 femmes, âge moyen de
22±4 ans) ont été sélectionnés pour participer à cette étude, tous membres du
Centre National d’Entrainement Pierre Harvey (CNEPH). 3 de ces athlètes
étaient membres de l’équipe nationale canadienne sénior ou de développement
junior. Un athlète était membre de l’équipe nationale canadienne et participait
au circuit FIS de coupes du monde (niveau international). Tous les sujets dont
les résultats sont exposés dans ce document ont signé un formulaire de
consentement approuvé par le Comité d’éthique de la recherche de l’Université
Laval.
5.1.3 Matériel
Le sac à dos moulant de marque Salomon pesait 1.24kg (matériel inclus). Le
sac contenait un GPS et son antenne, un cardiofréquencemètre, un
microcontrôleur ainsi qu’un mini-ordinateur (Figure 17). Le GPS (Ublox Xbee)
était cadencé à 4Hz. L’antenne reliée au GPS était positionnée sur le haut du
sac à dos, aimantée à une petite plate-forme métallique cousue à cet effet. La
position de l’antenne correspondait
approximativement à la position des
vertèbres thoraciques T1 à T4 de l’athlète. Cette position assurait un minimum
de distorsion des signaux lors des mouvements, ainsi qu’une visibilité optimale
de l’antenne aux satellites. Des tests de validation ont montré que la variabilité
des données de vitesse était de ±0.1 km/h. La variabilité des mesures spatiales
de cet appareil a été testée lors de tests incrémentaux (décrit plus bas) et a été
évaluée comme étant inférieure à 0.5 m. Le GPS était branché à un miniordinateur sans écran (fit PC2). Au moment des tests, l’athlète portait en tout
59
temps une ceinture thoracique de marque Polar WearLink Coded afin
d’enregistrer
des
données
de
fréquence
cardiaque
(200
Hz).
Un
cardiofréquencemètre de marque Polar fût intégré dans le boîtier d’un
microcontrôleur (Parallax Propeller) et les données étaient acquises à une
fréquence de (200 Hz) à l’aide du même mini-ordinateur via une connexion
USB. Le mini-ordinateur, le GPS et le microcontrôleur (parties les plus lourdes
du système) étaient placés dans la partie la plus basse du sac à dos, se situant
au niveau des vertèbres thoraco-lombaires de l’athlète. Ceci assurait une
répartition du poids ainsi que la stabilité du sac, une fois fixé à l’athlète. La
performance de chacun des athlètes était aussi filmée de dos à l’aide d’une
caméra digitale (Point Grey Research, Firefly MV FMVU-03MTM). La caméra
était fixée à l’aide d’un mini trépied portable sur le capot avant d’une voiture qui
suivait l’athlète durant tout le parcours. Un ordinateur portable installé à
l’intérieur de la voiture permettait l’acquisition des images à une fréquence de
30 Hz. L’enregistrement des données se faisait en temps réel à l’aide d’un
logiciel d’acquisition développé sous l’environnement Matlab. Un ensemble de
quatre diodes électroluminescentes était également connecté au miniordinateur. Afin de synchroniser l’acquisition des données GPS et de fréquence
cardiaque avec les images vidéo, les diodes étaient allumées pour une brève
période lors du début de l’acquisition des données sur le mini ordinateur. La
première image montrant les diodes allumées correspondait à la première
donnée acquise par le mini ordinateur lors de la performance.
Figure 17. Le sac à dos expérimental
60
Les athlètes portaient tous les mêmes paires de ski durant les tests (marque F1
sprint skate pour les deux tests). Le choix des bâtons était laissé libre, et la
longueur de ces derniers variait légèrement selon la grandeur de l’athlète et le
test.
5.1.4 Évaluation de la précision du système GPS
Deux tests ont été réalisés avant les protocoles en ski à roulettes afin de
déterminer la précision des données spatiales du système GPS. Ces tests ont
été effectués à l’aide d’un vélo instrumenté de marque TREK 4500, permettant
de mesurer des vitesses et des distances à l’aide d’un odomètre instrumenté.
Pour chacun des essais, le testeur, assis sur le vélo, portait le sac à dos
expérimental décrit ci-haut renfermant le même contenu, dont le GPS Ublox
Xbee cadencé à 4Hz. Pour ce test, l’antenne du GPS était positionnée au
dessus de la roue arrière sur un support conçu à cet effet. Deux aimants étaient
placés sur la roue arrière, au niveau des rayons à 180 degrés l’un de l’autre.
Lors d’une révolution complète de la roue, chacun des aimants croisait un
senseur magnétique connecté au mini-ordinateur. Une impulsion électrique était
enregistrée pour chaque croisement. La circonférence de la roue (CR) était de
210.3 cm. La variabilité des mesures de distance totale parcourue mesurée à
l’aide de la circonférence de la roue du vélo instrumenté (DT CR) a été évaluée
comme étant inférieure à une demi-circonférence de roue (soit, 105.15 cm). La
distance totale mesurée par circonférence de roue était obtenue à l’aide de la
formule suivante :
DT CR (m) = CR/2*(nombre impulsions magnétiques)
Une caméra (Hero GoPro, 60 Hz) était placée sur le support au-dessus de la
roue arrière et filmait le parcours latéralement. Des marqueurs terrestres, capter
par la caméra, marquait clairement le début et la fin du parcours ainsi que des
repères positionnés le long du parcours. Une diode électroluminescente,
61
connectée au mini-ordinateur, était placée devant l’objectif de la caméra. La
première image montrant la diode allumée correspondait à la première donnée
acquise par le mini ordinateur.
Un premier test a été réalisé sur une piste d’athlétisme de 422.37m (distance
exacte).
La variabilité des mesures spatiales du GPS acquises au même moment a été
évaluée comme étant inférieure à 0.5 m, selon la distance connue de la piste et
le nombre total de révolutions de la roue arrière du vélo instrumenté.
Tableau 3. Distance totale mesurée par GPS (DT GPS, m) et distance totale mesurée par
circonférence de roue (DT CR, m) sur la piste de 422.37m selon les différents essais
Essai
DT GPS (m)
DT CR (m)
1
421.1
420.6
2
415.9
416.4
Le deuxième test a été effectué sur le site expérimental. Une distance de 2190
(±3.6) m pour le parcours « style libre » a été mesuré à l’aide du vélo
instrumenté. La variabilité des mesures spatiales du GPS acquises au même
moment, selon les mêmes marqueurs terrestres a été évaluée comme étant
inférieure à 0.5 m.
Tableau 4. Distance totale mesurée par GPS (DT GPS, m) et distance totale mesurée par
circonférence de roue (DT CR, m) sur le parcours « style libre » selon les différents essais
Essai
DT GPS (m)
DT CR (m)
1
2187
2187.3
2
2194
2194.1
3
2189
2188.5
En général, la littérature suggère qu’un GPS à fréquence d’acquisition plus
élevée (ex : 10 ou 15Hz) fournie une meilleure validité sur la mesure des
distances parcourues et de vitesse en minimisant les problèmes liés à
l’échantillonnage (Jennings 2010, Aughey 2011et Varley 2012). Dans cette
62
étude, il sera intéressant d’analyser la validité des données recueillies par un
GPS de 4Hz. Selon le théorème de Nyquist-Shannon, pour assurer la qualité
des données d’un GPS 4Hz, une fréquence de cycle (nombre de poussées par
seconde) de 2Hz ne peut être excédée. En général, comme vu ci-haut, les plus
hautes fréquences de cycle enregistrées en ski de fond n’excèdent pas 1,5Hz
en style libre et en technique double poussée style classique.
5.2 Tests et méthodes d’analyse
5.2.1 Protocoles
Pour les tests, l’athlète devait porter un sac à dos expérimental permettant le
transport des équipements nécessaires à la prise de données. Les tests étaient
des contre-la-montres (un en style libre et un en classique) sur un même
parcours standardisé de topographie connue. Seule la distance totale variaient
entre les tests ; 2.19km en libre et 1.08km en classique. Le parcours était sur
route asphaltée, avec un dénivelé total positif de 88m en libre et 58.5m en
classique. Le parcours fût divisé en plusieurs sections selon le dénivelé du
terrain. Ces dernières furent marquées à l’aide de cônes placés sur le côté de la
route. L’emplacement des cônes marquait le parcours à des points P1 à P5.
En style libre, P1 était le départ et P5 la fin, ce qui divisait le parcours en quatre
segments différents (1 à 4). Le parcours consistait en deux sections de montée
abrupte (segments 1 et 4), une section de faux plat montant et montée très
abrupte (segment 2) et une section de plat et de faux plats ascendant et
descendant (segment 3). Voir les tableaux 5 et 6 pour la description complète
de ces sections, avec l’utilisation du GPS et de Google Earth. .
En style classique, P1 était le départ et P3 la fin. Le parcours consistait en une
section de montée abrupte (segment 1) et une section de faux plat montant et
63
montée très abrupte (segment 2). Voir les tableaux 7 et 8 pour la description
complète de ces sections, avec l’utilisation du GPS et de Google Earth.
Pour le style libre, le skieur effectuait un échauffement de 30min en ski à
roulettes
style
libre
sur
une
portion
de
route
asphaltée,
composée
principalement de plats, de faux plats ascendants et descendants. Pour le
classique, un échauffement de 5 à 10min en style classique double poussée
était suggéré sur le même terrain. Le skieur prenait une position de départ
choisie au point P1 du parcours. Un signal sonore émis par la voiture annonçait
le début du test. Le skieur devait alors parcourir la totalité du parcours en
contre-la-montre (le plus rapidement possible) jusqu’à un marqueur terrestre
représentant la ligne d’arrivée (soit P5 en libre et P3 en classique). En style
libre, le choix des techniques de ski était laissé libre à l’athlète. La seule
contrainte étant évidemment de demeurer en style libre, soit les techniques G2
à G7. Pour le style classique, la technique de ski était imposée; tout le parcours
devait être réalisé en double-poussée. Un « retour au calme » de 5 à 10min à
basse intensité était suggéré à l’athlète à la fin de chacun des tests. Un temps
de 60 minutes étaient imposées à l’athlète à la fin du premier test, avant de
débuter la prépartion pour le second test.
Les tableaux 5 à 8 montrent les résultats de l’athlète A en ce qui a trait aux
distances totales et intermédiaires pour chaque segment de chacun des tests.
Les distances totales affichées dans le tableau suivant diffèrent un peu des
distances totales mesurées à l’aide du vélo instrumenté. Le déplacement latéral
de l’athlète lorsqu’il effectue le style libre peut expliquer en grande partie cette
différence. En effet, ce style implique une distance totale plus élevée pour
chaque segment du parcours, étant donné la trajectoire en « zig-zag » et non
parfaitement linéaire du participant. Grâce aux logiciels d’analyse qui ont
développés pour ce projet, il est possible de transférer les données recueillies
par GPS sur le logiciel de visualisation Google Earth. On observe une différence
de distance de 15m et de 4.4m de dénivelé entre le trajet GPS et les mesures
64
obtenues dans Google Earth. La validité des données GPS ayant été prouvés,
ces dernières ne sont présentées qu’à titre comparatif.
Les tests ont tous été réalisés entre 9 :00am et 14 :00pm les deux jours. La
température lors des deux jours de test était similaire (ciel dégagé, aucun vent,
température ambiante moyenne de 11,8⁰C le premier jour et de 12⁰C le
deuxième jour). Lors des tests, le nombre de satellites disponibles variaient
entre 7 et 12 le premier jour, et 7 et 10 le deuxième jour.
5.2.2 Traitement et analyse des données
Le traitement et l’analyse des données ont été réalisés à l’aide d’un logiciel
développé sous l’environnement MATLAB R2007b.
La collecte de données lors des tests permettait d’obtenir plusieurs types de
données, dont les plus importantes étaient : le temps, la position en latitude X,
en longitude Y et en altitude Z, la vitesse (V) en X, Y et Z et la fréquence
cardiaque. La vitesse instantanée résultante ( Vr ) était obtenue à l’aide la
formule suivante :
Vr (km/h) = √(Vx2 + Vy2+Vz2)
Le logiciel d’analyse permettait un affichage graphique de chacun de ces
paramètres, toujours en fonction du temps. Par exemple, un graphique de
fréquence cardiaque en fonction du temps permettait d’apprécier l’évolution de
la fréquence cardiaque sur toute la durée d’acquisition de données d’un test.
65
Tableau 5. Description, distance (m), dénivelé positif (m) et pourcentage d’inclinaison
moyen (% incl moy) de chacun des segments du parcours en style libre selon les
données GPS l’athlète A
Segment
Description
Distance P1 à Pi+1 (m)
Distance int. (m)
Dénivelé + (m)
% incl moy
1
Montée abrupte
279
279
14.5
5.2
très abrupte
1074
795
44
5.5
3
Plat / Faux plat
1774
700
12
1.7
4
Montée abrupte
2225
451
17.5
3.8
88
4
Faux plat m / M.
2
P5 fin
2225
Tableau 6. Description, distance (m), dénivelé positif (m) et pourcentage d’inclinaison
moyen (% incl moy) de chacun des segments du parcours en style libre selon le trajet
Google Earth de l’athlète A
Segment
Description
Distance int. (m)
Dénivellé + (m)
280
280
13.2
4.7
M. très abrupte
1082
802
47
5.9
3
Plat / Faux plat
1785
703
15.5
2.2
4
Montée abrupte
2240
455
16.7
3.7
92.4
4.1
1
Montée abrupte
2
Distance P1 à Pi+1 (m)
% incl moy
Faux plat m /
P5 fin
2240
Tableau 7. Description, distance (m), dénivelé positif (m) et pourcentage d’inclinaison
moyen (% incl moy) de chacun des segments du parcours en style classique selon les
données GPS de l’athlète A
Segment
Description
Distance P1 à Pi+1 (m)
Distance int. (m)
Dénivellé + (m)
% incl moy
1
Montée abrupte
279
279
14.5
5.2
2
M. très abrupte
1074
795
44
5.5
58.5
5.4
Faux plat m /
P3 fin
1074
Tableau 8. Description, distance (m), dénivelé positif (m) et pourcentage d’inclinaison
moyen (% incl moy) de chacun des segments du parcours en style classique selon le
trajet Google Earth de l’athlète A
Segment
Description
Distance P1 à PX (m)
Distance int. (m)
Dénivellé + (m)
% incl moy
1
Montée abrupte
281.3
281.3
13.2
4.7
Montée abrupte
1083
801.7
47
5.8
60.2
5.5
2
Faux plat m / M.
P3 fin
très abrupte
1083
66
La première image vidéo montrant les diodes allumées correspondait à la
première donnée acquise par le mini ordinateur; la vidéo était découpée afin
que le début de celui-ci coïncide précisément à cette image. Les images vidéo,
les données GPS et de fréquence cardiaque étaient donc synchronisée avec
une précision de 250 ms. Cette opération de découpage était réalisée avec le
logiciel d’analyse vidéo VirtualDub (v. 1.9.11).
La visualisation simultanée et synchronisée de la vidéo et des données GPS et
fréquence cardiaque ont été faites à l’aide d’un autre logiciel développé sous
l’environnement MATLAB R2007b. Grâce à la vidéo et aux marqueurs terrestres
positionnées sur le terrain (cônes), des temps de passage étaient observés pour
chaque section de chaque test, et ce pour chacun des athlètes. Ces temps de
passages précis étaient notés. À l’aide du logiciel d’analyse, un marquage
correspondant à chacun de ces temps de passage était réalisé sur le graphique
vitesse résultante (km/h) en fonction du temps. Ce marquage était ensuite
transposé sur les graphiques de position en X (m), Y (m) et Z (m) en fonction
du temps et de fréquence cardiaque en fonction du temps pour faciliter l’analyse
des données et le repérage des sections du parcours.
La visualisation des images vidéo ont permis de noter la technique utilisée et les
transitions de technique faites par les skieurs lors du test « style libre ». Ainsi, la
durée de la technique utilisée et les transitions effectuées ont été pris en note
avec précision, et ce pour chaque section du parcours. Le contact des bâtons
au sol lors de la dernière poussée d’un cycle d’une technique marquait la
transition, et le début de la nouvelle technique utilisée.
La visualisation des images vidéo ont permis de noter d’autres paramètres, telle
la fréquence de cycle pour une section, ou sur une durée de temps
prédéterminée (ex : nombre de cycles sur 10sec pour chavun des segments).
Ces fréquences ont permis de corroborer d’autres données de fréquences de
67
cycle établies avec les données de vitesse résultante (km/h) en fonction du
temps. Nous y reviendrons ci-dessous.
68
6 Résultats
6.1 Topographie du parcours
La figure 18.1 présente une vue à vol d’oiseau du parcours exécuté en style
libre par un athlète. L’environnement d’analyse des données permet la
visualisation simultanée de la position de l’athlète sur le parcours ainsi que
diverses informations comme la vitesse instantanée, la fréquence cardiaque,
l'altitude… Il est possible d’ajouter des repères spatiaux sur ces figures afin
d’identifier des segments particuliers du parcours. Ainsi, les points P1 à P5
délimitant les segments 1 à 4 ont pût être marqués à l’aide d’une analyse vidéo
du temps de passage aux repères visuels via l’analyse vidéo. Il est possible de
transposer ces mêmes repères spatiaux marqués sur le parcours sur l’ensemble
des données. À titre d'exemple, la figure 18.2 présente le profil d’élévation
(altitude) selon le temps pour le même athlète.
Figure 18. Parcours vue à vol d’oiseau (18.1) et profil d’élévation (altitude) (18.2)
selon le temps de l’athlète A
18.1
18.2
69
6.2 Fréquence cardiaque
Les fréquences cardiaques moyennes et maximales des skieurs recueillies lors
du test sont présentées dans le tableau 9. Pour tous les athlètes, la fréquence
cardiaque maximale a été atteinte au segment 4, lors du sprint final. Les
pourcentages moyens de la fréquence cardiaque maximale obtenus pour les
segments 1 à 4 étaient respectivement de 88.7, 97.9, 97.9 et 98.5%. À titre
d'exemple, le profil de variation de la fréquence cardiaque selon le temps lors du
test est représenté en figure 19 pour l’athlète A. La plus grande fluctuation se
trouvant au départ dans le segment 1, pour ensuite montrer une progression
beaucoup plus lente pour les segments 2 et 4. Les valeurs pour le segment 3
sont relativement stables.
Figure 19. Profil de variation de la fréquence cardiaque selon le temps de l’athlète A
70
6.3 Temps, vitesse et performance
Afin de faciliter l'analyse des données, les résultats des 11 athlètes ont été
classés selon leur temps pour parcourir la distance de 2.19km en style libre (du
plus rapide au plus lent ; athlète A à K). La figure 20 montre la médiane, le
minimum et le maximum pour le temps total et le temps pour parcourir les
quatre segments du parcours.
Le tableau 10 détaille les temps obtenus pour chaque athlète, ainsi que les
temps pour parcourir chacun des 4 segments. Les vitesses moyennes et
maximales des skieurs recueillies lors du test sont présentées dans le tableau 9.
Le temps moyen pour réaliser le test était de 442s, soit une vitesse moyenne
globale de 18.6 km/h. Les temps variaient entre 377s (athlètes A et B) et 619s
(athlète K). Les temps moyens pour parcourir chacun des 4 segments étaient
respectivement de 54, 185, 120 et 84s. La vitesse moyenne des athlètes pour
les segments 1 à 4 étaient respectivement de 19, 14.7, 20.8 et 19.4km/h. Pour
la majorité des athlètes, la vitesse maximale a été atteinte pendant la réalisation
du segment 3. Comme illustré à la figure 18.2, la pente de cette section était la
plus faible. La vitesse maximale la plus élevée enregistrée lors du test était de
29.2 km/h, atteinte par le skieur A. À titre d'exemple, le profil de variation de la
vitesse selon le temps lors du test est illustré en figure 21 pour le skieur A. Pour
tous les athlètes, les plus grandes variations de vitesse sont observées au
début et à la fin des montées abruptes, tel à 20 et 175s sur la figure 21.1. La
deuxième partie de la figure 21 (21.2) nous montre une magnification
(« zoom ») du profil de variation de la vitesse. Sur cette figure, on peut apprécier
les variations de la vitesse correspondant à chacune des poussées.
71
Figure 20. Médiane, minimum et maximum des temps totaux et des temps
segmentaires du parcours
Figure 21. (21.1) Profil de variation de la vitesse selon le temps de l’athlète A
et (21.2) « zoom » sur les fluctuations de vitesse de la partie cadrée
21.1
21.2
72
Tableau 9. Fréquence cardiaque maximale (FCmax) (bpm), FCmax segmentaires (bpm), fréquence cardiaque moyenne
(FCmoy) segmentaires (bpm) et pourcentages moyens de la FCmax (%moyFCmax) segmentaire selon la position finale
Tableau 10. Temps total (s), vitesse maximale (Vmax) (s), vitesse moyenne (Vmoy) (km/h), temps segmentaires (s), Vmoy
segmentaires (km/h) et Vmax segmentaires (km/h) selon la position finale
73
6.4 Signatures techniques
L’analyse des patrons de vitesse nous permet d’observer des « signatures
techniques ». Les figures 22 et 23 montrent les patrons de vitesse lors de
sections avec les techniques G3 et G4 respectivement, en plus de la G2 pour la
figure 23. Les données des athlètes A et K ont été utilisées pour ces figures.
Ces appariements ont été corroborés à l’aide des vidéos de chacun des
athlètes. Pour chacune des techniques, on peut apprécier la fréquence de cycle
et le patron de glisse composé de phases distinctes d’augmentation et de
diminution de vitesse. La distinction de ces techniques est possible grâce à la
différence de grandeur de ces phases et de l’aspect des sommets qui
caractérisent la courbe de vitesse. Par exemple, dans la figure 23, les
« sommets » de la technique G3 sont beaucoup plus réguliers et en « pics »
que ceux de G3. Aussi, Les fluctuations de vitesse de la technique G3 ont une
amplitude supérieure à celles de la technique G2, soit d’environ 3km/h contre
2km/h. Finalement, la fréquence de cycle de la technique G3 est plus élevée
que celle de G2 pour une même durée, soit de 9.5 cycles contre 8 cycles sur
une période de 10 secondes. La technique G4, quant à elle, est caractérisée
par des doubles sommets : le premier de petite amplitude et un second de plus
grande amplitude dont la grandeur moyenne varie entre 2.5 et 3km/h. La
fréquence de cycle (double sommet) de la G4 se situe autour de 6.5 cycles sur
une période de 10 secondes.
74
Figure 22. Patrons de courbe de vitesse des techniques G3 (22.1) et G4
(22.2) de l’athlète A
22.1
22.2
Figure 23. Patrons de courbe de vitesse des technique G2, G3 et G4 de l’athlète K
75
En fin de section, nous pourrons apprécier une comparaison des patrons de
vitesse de mêmes techniques en ski à roulettes et en ski de fond sur neige,
selon des données recueillies avec l’athlète A en hiver.
La « lecture technique » de certaines portions des courbes de vitesse est
toutefois difficile pour plusieurs raisons. En couplant la lecture des patrons de
vitesse avec une analyse vidéo, on observe que les variations de dénivelé du
parcours modifient les patrons d’une même technique. Par exemple, le patron
de vitesse d’un athlète utilisant la technique G3 peut varier si ce dernier roule
sur le plat ou en montée. La manière personnelle dont chaque athlète applique
les mêmes techniques, en raison de leur profil physique et de leur expérience,
modifie aussi les patrons de vitesse. Le nombre de satellites en connexion avec
le GPS peut également rendre la "lecture technique" difficile ; celui étant
influencé par le profil topographique du terrain et la densité de la végétation.
D’autres investigations plus approfondies et une amélioration de l’équipement,
tel une fréquence d’acquisition des données GPS plus élevée, la technologie
des accéléromètres (Marsland et al. 2011) ou un terrain entièrement découvert,
serait nécessaire afin de pouvoir identifier sans doute les techniques choisies
par l'athlète, en analysant seule la courbe graphique de la vitesse en fonction du
temps sans l’usage de la vidéo. Pour ces raisons, il est présentement
impossible d’affirmer de façon certaine que le GPS à lui seul peut faire
purement l’objet d’outil d'analyse technique.
6.5 Choix techniques
Pour assurer une analyse plus précise des choix techniques, les vidéos des
tests ont été utilisées. Le temps moyen relatif à l'utilisation de chacune des
différentes techniques pendant le test est détaillée dans le tableau 11, où il est
également exprimé en pourcentage (%) du temps total; le pourcentage
d'utilisation de la technique G2 (%G2) et selon le côté du corps (%G2 d/g), de la
76
technique G3 (%G3) et de la technique G4 (%G4) et selon le côté du corps
(%G4 d/g). L'analyse des choix techniques a également permis de déterminer le
nombre de transitions effectuées par chaque athlète ainsi que les vitesses
maximales atteintes par technique durant le test, également cité dans le tableau
11. Le nombre moyen de transitions lors du test fût de 5.36, variant de 2 à 13
transitions. Les vitesses maximales enregistrées en G2, G3 et G4 étaient
respectivement de 17.7km/h, 29.2km/h et 28.7km/h par les athlètes E, A et A.
Les pourcentages moyens d'utilisation des techniques G2, G3 et G4 durant le
test était respectivement de 12.11, 58.96 et 28.92%. Comme on peut l'observer
ici, la technique G3 était nettement favorisée par les athlètes. Tous les athlètes
utilisant la G2 l’ont fait d’un seul côté du corps durant toute la durée du test
(100% à droite ou à gauche, selon le côté dominant). Pour la G4, seul l’athlète A
a utilisé les deux côtés du corps, soit respectivement 28 et 72% du temps en G4
à droite et à gauche ; tous les autres athlètes n’ayant utilisé qu’un seul côté
(100% à droite ou à gauche).
Le tableau 12 illustre le pourcentage d'utilisation de la technique G2, de la
technique G3 et de la technique G4 pour chacun des segments et chaque
athlète. La figure 24 compare ces moyennes avec ceux de la meilleure
performance (A) et de la moins bonne (K) ; les principales différences se situant
au niveau de l’utilisation de G2 et G3.
6.6 Fréquence et amplitude de cycle
Afin de déterminer une donnée de fréquence de cycle et d’amplitude de cycle,
des sections des courbes de vitesse des segments 1 à 4 ont été sélectionnées
pour chacun des athlètes. Pour les sections analysées dans les segments 1, 2
et 4, tous les skieurs ont utilisés la technique G3. Aucune section du segment 3
ne permettait une telle analyse en technique G3, car plusieurs skieurs ont
77
Figure 24. Pourcentage d'utilisation total des techniques de ski G2, G3 et G4 pour
l’athlète A et K, et la moyenne du groupe
78
Tableau 11. Temps total (s), temps d’utilisation des techniques G2, G3 et G4, pourcentage total d’utilisation de G2
(%G2), G3(%G3), G4(%G4), vitesse maximale (Vmax, km/h), Vmax de G2 (km/h), Vmax de G3 (km/h) et Vmax de G4
(km/h) selon la position finale
Tableau 12. Temps (s) et pourcentage total d’utilisation des techniques G2 (%G2), G3 (%G3) et G4 (%G4) pour chaque
segment selon la position finale
79
utilisés la technique G4 pour ce segment. Pour le segment 3, une section où
tous les skieurs ont utilisés la technique G4 a été choisie. La section du
segment 1 était une montée ayant un pourcentage d’inclinaison moyen de 5.4%
pour une distance moyenne de 52.55m (quelques mètres après le départ). La
section du segment 2 était une montée avec un pourcentage d’inclinaison
moyen de 3% et une distance moyenne de 55.4m. La section du segment 3
était un segment plat avec un pourcentage d’inclinaison moyen de 0.5%, et une
distance moyenne de 99.5m. Finalement, la section du segment 4 était une
montée ayant un pourcentage d’inclinaison moyen de 5.4% et une distance
moyenne de 52.55m (sprint final). Les données cinématiques furent analysées
en synchronie avec les images vidéo afin de confirmer qualitativement la
technique adoptée par chacun des athlètes pour chacun des segments. Pour
chacun des segments, dix cycles consécutifs ont été retenus pour déterminer la
fréquence de cycle et la moyenne de l'amplitude de cycle. Un cycle débute
lorsqu’il y a contact au sol avec les bâtons, et se termine l’instant avant le planté
de bâtons suivant.
Amplitude de cycle = Distance parcoure pour 10 cycles consécutifs / 10
Fréquence de cycle = Temps pour 10 cycles consécutifs / 10
Le tableau 13 détaille la fréquence de cycle, l’amplitude de cycle et la vitesse
moyenne pour chacune de ces sections. La fréquence de cycle la plus élevée
atteinte en G3 lors du test était de 1.33Hz (79.8 cycles /min) dans le segment #1
par les athlètes C et E à des vitesses de 22,87 et 21,07km/h, respectivement.
L’amplitude de cycle la plus élevée atteinte en G3 lors du test était de
6.77m/cycle à une fréquence de 1.08Hz (64.8 cycles /min) dans le segment 2
par l’athlète A à une vitesse de 21km/h. Dans le segment 3,
la fréquence de
cycle la plus élevée atteinte en G4 était de 0.68Hz (40.8 cycles /min) par
l’athlète D pour une vitesse de 25.3km/h. L’amplitude de cycle la plus élevée
atteinte en G4 lors du test était de 10.66m/cycle par les athlètes A et I à une
80
fréquence de cycle respective de 0.63 et 0.56Hz (37.8 et 33.6 cycles /min) pour
des vitesses respectives de 24.2 et 19.35km/h.
6.7 Test de double poussée
Le tableau 14 détaille les temps totaux du test de double poussée pour chaque
athlète. Le temps moyen pour réaliser le test était de 303s. Les temps varient
entre 226s (athlète A) et 458s (athlète K).
Afin d’approfondir l’analyse des résultats du test en style libre, certaines
données du temps en style classique technique double poussée ont été
extraites. Plusieurs données de vitesse ont été jugés illisibles lors du test de
double poussée, ce qui explique l’analyse restreinte de cette technique. Une
des explications possible est le positionnement de l’antenne, le haut du dos, qui,
en double poussée, bouge davantage. Le temps total pour exécuter le test est,
bien sûr, l’indicateur de performance. Pour déterminer une donnée de fréquence
de cycle en double poussée, la même méthode que ci-haut fût utilisée (à partir
d’une analyse vidéo). Un cycle débutait lorsqu’il y a contact au sol avec les
bâtons, et se termine l’instant avant le planté de bâtons suivant. Pour obtenir
des résultats précis de fréquence de cycle, 10 cycles consécutifs de double
poussée ont été retenus. Le temps relatif pour ces 10 cycles a été enregistré.
Deux sections ont été choisies pour l’analyse, soit à l’intérieur des segments 1
et 2 (similaires au test de style libre). La section du segment 1 était une montée
ayant un pourcentage d’inclinaison moyen de 5.4% (après le départ, similaire à
celle du test style libre). La section du segment 2 était une montée avec un
pourcentage d’inclinaison moyen de 6.5%.
Fréquence de cycle = Temps pour 10 cycles consécutifs / 10
Le tableau 14 détaille également la fréquence de cycle pour chacune de ces
sections, pour chacun des athlètes. La fréquence de cycle moyenne pour la
section du segment 1 était de 1.16Hz, et de 0.98Hz pour la section du segment
81
2. La fréquence de cycle la plus élevée durant le test de double poussée était
de 1.46Hz.
Tableau 13. Amplitude de cycle (AC, m), fréquence de cycle (F, Hz) et vitesse moyenne
(Vmoy, km/h) de la technique G3 selon 10 cycles consécutifs de chaque segment
Segment 1 G3
Segment 2 G3
Segment 3 G4
Segment 4 G3
AC
F
Vmoy
AC
F
Vmoy
AC
F
Vmoy
AC
F
Vmoy
(m)
(Hz)
(km/h)
(m)
(Hz)
(km/h)
(m)
(Hz)
(km/h)
(m)
(Hz)
(km/h)
A
5,97
1,14
22,15
6,77
1,08
21
10.66
0.63
24.2
6,40
1,08
21,74
B
6,24
1,25
23,1
6,24
1,11
21,5
10.17
0.66
23.4
5,10
1,05
17,92
C
5,19
1,33
22,87
5,95
1,18
22,15
10.00
0.67
22.9
5,10
1,18
21,08
D
5,31
1,14
20,4
6,70
1,18
19,87
10.31
0.68
25.3
5,50
1,21
21,17
E
4,92
1,33
21,07
4,76
1,25
18,67
9.85
0.65
22.8
4,90
1,25
21,17
Athlète
F
5,97
1,05
20,24
5,45
1,11
18,85
9.89
0.66
23
4,80
1,21
22,39
G
5,41
1,29
23,34
5,80
1,21
22,23
10.02
0.67
21.9
5,60
1,08
19,56
H
5,66
1,11
19,36
5,71
0,85
17,74
10.62
0.56
21.4
5,30
0,89
17,76
I
4,94
1,08
17,52
5,10
0,87
14,66
10.66
0.56
19.35
5,40
0,95
15,21
J
4,32
1,18
15,89
4,64
1,11
15,69
8.97
0.60
17.9
4,90
1,05
13,8
K
4,63
1,21
16,7
4,46
1,03
14,12
8.28
0.57
16
4,40
1
15,2
Moyenne
5,32
1,19
19,71
5,60
1,09
18,22
9,95
0,63
21,65
5,22
1,09
18,59
Tableau 14. Temps total (s), fréquence de cycle (F, Hz) par segment en double poussée
selon la position finale en test style libre
Athlète
Temps total
F segment 1
F segment 2
A
226
1.08
1.13
B
247
1.25
1.14
C
241
1.34
1.14
D
280
1.25
1.14
E
285
1.46
1.10
F
264
1.30
1.06
G
259
1.30
1.06
H
271
1.05
0.84
I
370
0.90
0.74
J
458
0.99
0.82
K
428
0.92
0.73
Moyenne
302,64
1.16
0.98
82
7
Analyses Corrélationnelles
Comme mentionné ci haut, le temps total est notre indicateur de performance.
Des corrélations (r de Pearson) ont été calculées entre le temps total et
chacune des variables analysées afin de déterminer si, pour certaines variables,
les variations observées entre les athlètes permettraient d’expliquer un
pourcentage de la variance observée pour le temps total. Ainsi, dans la section
suivante, les résultats des corrélations entre le temps total et les temps
segmentaires, la vitesse, la fréquence cardiaque, l’amplitude de cycle, la
fréquence de cycle, le choix technique, le nombre de transitions et le temps et
la fréquence de cycle du test de double poussée ont été analysés. Seules les
corrélations les plus pertinentes ou significatives seront présentées ci-dessous.
Vitesse et performance – Sans surprise, il existe une forte corrélation négative
entre la vitesse maximale atteinte lors du test et le temps total (r = -0.94,
p<0.05). L’analyse des vitesses maximales segmentaires et des temps
segmentaires révèle également de fortes corrélations négatives (Sg1 ; r = -0.87,
Sg2 ; r = -0.99, Sg3 ; r = -0.99, Sg4 ; r = -0.98 à p<0.05). De même, on observe
des corrélations négatives entre la vitesse moyenne et le temps total (r = -0,95,
p<0.05), et les vitesses moyennes et les temps segmentaires (Sg1 ; r = -0.89,
Sg2 ; r = -0.76, Sg3 ; r = -0.94, Sg4 ; r = -0.99 à p<0.05).
Fréquence cardiaque et performance - Aucune corrélation significative n’a pût
être établie entre la fréquence cardiaque et le temps, la vitesse et le choix
technique.
Choix technique et performance - Il existe une forte corrélation positive entre le
pourcentage d’utilisation de la technique G2 et le temps total (r = 0.90, p<0.05),
et aussi pour le pourcentage d’utilisation de la technique G2 et le temps du
segment 2 (r = 0.85, p<0.05). À l’opposé, on peut observer une faible corrélation
83
négative entre le pourcentage d’utilisation total de la technique G3 et le temps
total (r = -0.65, p<0.05). Il existe une corrélation négative entre le pourcentage
d’utilisation de la technique G2 et la vitesse moyenne en segment 2 (r = -0.86,
p<0.05). Il existe une corrélation entre le pourcentage d’utilisation de la
technique G3 et la vitesse moyenne en segment 2 (r = 0.84, p<0.05). Il existe
une corrélation négative entre le pourcentage d’utilisation de la technique G3 en
segment 2 et le temps total (r = 0.8, p<0.05) et une corrélation positive entre le
pourcentage d’utilisation de la technique G2 en segment 2 et le temps total (r =
0.85, p<0.05). Il existe une corrélation négative entre le pourcentage d’utilisation
de la technique G3 et le temps en segment 2 (r = -0.65, p<0.05). Il existe une
corrélation négative entre le pourcentage d’utilisation de la technique G2 et la
vitesse moyenne en segment 3 (r = -0.84, p<0.05). Il n’existe pas de corrélation
entre le pourcentage d’utilisation total de la technique G4 et la performance (r =
-0.38, p<0.05). Il n’existe pas de corrélation claire entre le nombre de transitions
techniques et le temps total (r = 0.5, p<0.05) et les différents choix techniques,
sauf pour le pourcentage d’utilisation total de la technique G3 (r = -0.64,
p<0.05). Aucune relation n’a pût être établie entre les transitions et l’utilisation
totale de la technique G4. Au niveau des vitesses maximales atteintes pour
chaque technique, il existe une forte corrélation négative entre celles-ci et le
temps total, pour la technique G2 (r = -0.96, p<0.05), pour G3 (r = -0.90, p<0.05)
et pour G4 (r = -0.94, p<0.05).
Fréquence de cycle, amplitude de cycle et performance - En technique G3, il
n’existe aucune corrélation entre l’amplitude cycle et la fréquence de cycle pour
les segments 1,2 et 4. Aucune corrélation significative n’a été observée entre
l’amplitude du cycle et la vitesse moyenne sur 10 cycles, et l’amplitude cycle et
la vitesse maximale segmentaire. Cependant, il existe une corrélation positive
entre la fréquence de cycle et la vitesse moyenne sur 10 cycles en technique
G3 pour le segment 4 (r = 0.80, p<0.05), et une négative avec le temps
segmentaire 4 (r =
-0.78, p<0.05). Il existe une corrélation positive entre la
fréquence de cycle et la vitesse maximale pour le segment 4 (r = 0.70, p<0.05).
84
Il n’existe pas de corrélation significative entre la variation de la fréquence de
cycle, la variation de l’amplitude de cycle et la variation de la vitesse moyenne
sur 10 cycles en technique G3 entre le segment 1 et 2, 1 et 4 et 2 et 4.En
technique G4, il n’existe aucune corrélation entre l’amplitude cycle et la
fréquence de cycle pour le segment 3. Il existe une corrélation positive entre
l’amplitude cycle et la vitesse moyenne sur 10 cycles (r = 0.71, p<0.05) et
l’amplitude cycle et la vitesse maximale segmentaire (r = 0.70, p<0.05), et une
négative entre l’amplitude de cycle et le temps segmentaire 3 (r = -0.74,
p<0.05). Il existe une corrélation positive entre la fréquence de cycle et la
vitesse moyenne sur 10 cycles en technique G4 pour le segment 3 (r = 0.75,
p<0.05), et une négative avec le temps segmentaire 3 (r = -0.73, p<0.05). Il
existe une forte corrélation négative entre la vitesse moyenne sur 10 cycles en
technique G4 pour le segment 3 et le temps segmentaire 3 (r = -0.97, p<0.05).
Double poussée et performance en style libre - Il existe une forte corrélation
positive entre les temps totaux du test de double poussée et les temps totaux du
test de style libre (r = 0.93, p<0.05). Il existe une forte corrélation négative entre
les temps totaux du test de double poussée et les vitesses maximales atteintes
lors du test de style libre (r = -0.94, p<0.05). Il existe également une corrélation
positive entre les temps totaux du test de double poussée et le temps total
d’utilisation de la technique G2 en style libre (r = 0.80, p<0.05). Il existe une
corrélation négative entre le temps total en double poussée et la fréquence de
cycle en double poussée pour la section du segment 2 (r = -0.83, p<0.05). ). Il
existe une corrélation positive entre la fréquence de cycle en double poussée
pour le segment 2 et le temps total d’utilisation de la technique G2 en style libre
(r = 0.80, p<0.05).
85
8 Discussion
L’objectif de ce travail était de quantifier la performance de skieurs de fond à
l’aide de données cinématiques obtenues à partir d’un GPS, de la fréquence
cardiaque et d’enregistrements vidéos lors d’un contre-la-montre. L’utilisation
de ces outils permettant ensuite l’analyse plus spécifique de la vitesse, de la
fréquence cardiaque, de l’amplitude de cycle, de la fréquence de cycle, du choix
technique des skieurs et de leurs relations avec la performance, soit le temps
total obtenu pour l’ensemble du test. L’analyse des données montre que :
1. La capacité à atteindre une vitesse maximale élevée et maintenir une
vitesse moyenne élevée est un déterminant majeur de la performance.
2. Il n’existe pas de relation claire entre la fréquence cardiaque et la
performance.
3. Le choix de la technique de ski a une influence sur la performance
globale : un haut pourcentage d’utilisation de la technique G2 diminue la
performance et une utilisation prolongée de la technique G3 l’améliore.
4. Le choix de la technique G3 en montée est synonyme de meilleure
performance globale.
5. La fréquence de cycle en G3 influence la performance.
6. La performance en double poussée est corrélée à celle obtenue en style
libre.
8.1 Vitesse et performance
Dans la littérature, certains chercheurs affirment que la vitesse maximale serait
le déterminant le plus important dans un sprint en ski de fond. Andersson et al.
(2010) ont enregistré des vitesses maximales en technique G3 allant jusqu’à
38.77km/h sur un test de vitesse de 20m. Pour un test terrain similaire au nôtre,
86
cette même étude relate des vitesses maximales moyennes de 29.66km/h sur le
plat et en montée (excluant les vitesses de descentes). Dans notre étude, pour
le test style libre, une relation entre la vitesse maximale et la performance fût
trouvée; plus la vitesse maximale est élevée, meilleure est la performance. Par
exemple, l’athlète A ayant obtenu une vitesse maximale de 29.2km/h, comparé
à E et K, dont les vitesses maximales étaient seulement de 27.3 et 21.1km/h,
soit respectivement 93 et 71% de celle de A. En analysant les vitesses
maximales segmentaires et les temps segmentaires de chaque athlète, on en
vient à une conclusion similaire. La plus faible corrélation se trouve au segment
1, soit le départ. On peut soumettre l’hypothèse que certains des skieurs ont
réalisés des départs trop rapides, et ralentit un peu le rythme par la suite; les
skieurs les plus expérimentés utilisant une stratégie de « gestion d’énergie »
plus efficace pour le reste du contre-la-montre. Il semble donc que les athlètes
étant aptes à atteindre des vitesses maximales supérieures sont plus
performants, du moins pour ce genre d’épreuve courte. Par ailleurs, plusieurs
auteurs ont aussi montré l’existence d’une forte corrélation négative entre le
temps total et la vitesse maximale (Sandbakk 2010a et b, Stöggl 2006 et 2007
et Vesterinen 2009).
On peut aussi observer cette relation pour la vitesse moyenne et les vitesses
moyennes segmentaires; plus la vitesse moyenne est élevée, meilleure est la
performance. Ceci confirme les résultats de l'étude de Sandbakk et al. (2011)
réalisée avec 12 sprinteurs de classe mondiale; les meilleures performances en
épreuve de sprint (courte) étaient caractérisées par une capacité des skieurs à
générer une vitesse élevée et à la maintenir durant tout le test. Cette capacité
semble des plus importantes dans les sections de montées abruptes. Par
exemple, dans le segment 2, caractérisé par la montée la plus abrupte de
l’ensemble de notre test, l’athlète A (temps segmentaire de 154s) a obtenu une
vitesse moyenne de 17km/h. E et K (temps segmentaires de 160 et 281s),
quant à eux, ont obtenus des vitesses moyennes respectives de 16 et 9.8km/h
(90 et 55.5% celle de A). C’est dans ces sections de montée que les athlètes
87
les moins performants accumulent le plus de temps, en les comparant aux
performances des athlètes les plus rapides.
Des corrélations significatives ont également été révélées entre les vitesses
maximales atteintes pour chaque technique et la performance totale. En effet,
plus la vitesse maximale en techniques G2, G3 et G4 était élevée, meilleure
était la performance du skieur. La relation entre ces deux variables est presque
parfaitement linéaire pour toutes les techniques, ce qui confirme de nouveau
l’importance de la capacité de l’athlète à développer une vitesse maximale
élevée.
Finalement, en mettant de côté l’efficacité technique, une capacité à atteindre
une vitesse élevée et à la maintenir, pour n’importe quelle technique ou type de
terrain, assure de meilleurs résultats.
8.2 Fréquence cardiaque et performance
La fréquence cardiaque ne semble pas être un déterminant de la performance
en ski de fond ; le peu de variance entre les pourcentages moyens de la
fréquence cardiaque maximale entre chaque athlète pour chaque segment ne
permet pas d'établir de relation entre la fréquence cardiaque et la performance.
Certaines tendances ont pût être mise au jour pour le groupe, par contre. Les
niveaux de fréquence cardiaque étaient plus élevés dans les sections de
montée que les sections de plats ou faux plats. Ceci n’est pas étonnant, étant
donné une implication musculaire et un niveau d’effort plus important en montée
dans un « test d’effort maximal ». Plusieurs études en arrivent à des
conclusions similaires, telle celle de Mognoni et al. (2001). Également, pour tous
les athlètes, la moyenne de fréquence cardiaque augmente graduellement
pendant tout le test pour atteindre un niveau maximal au sprint final (ici, en fin
de segment 4). Il n’existe pas de corrélation entre le choix technique et la
fréquence cardiaque. Par le passé, plusieurs études ont également mentionné
88
ce fait, comme l’étude de Bilodeau et al. (1991) qui montrait qu’il n’existe
aucune relation entre 4 techniques différentes et la fréquence cardiaque.
Il pourrait exister une relation subtile entre la fréquence cardiaque maximale
atteinte lors du test et la performance de l'athlète. En général, dans notre étude,
une fréquence cardiaque maximale plus basse est indicatrice d'un temps total
inférieur. Les athlètes A, B et C ayant respectivement obtenus des fréquences
cardiaques maximales de 175, 188 et 191bmp. Les athlètes I, J et K
respectivement de 197, 201 et 194bpm. De même, il semble exister une
certaine relation entre la moyenne de fréquence cardiaque maintenue lors du
test (et de chaque segment) et la performance de l'athlète. En général, une
moyenne de fréquence cardiaque plus basse est indicatrice de temps totaux et
segmentaires inférieurs. Peu d’études s’attardent à analyser la fréquence
cardiaque seule pour établir une relation avec la performance. En effet, on
combine souvent cette dernière au VO2max ou à d’autres déterminants de la
performance (non-étudiées dans cette étude) pour établir une relation entre
cette dernière et la performance.
8.3 Choix technique et performance
8.3.1 La technique G2 et performance
En ski de fond, le choix de la technique est un déterminant important de la
performance. Il peut être ardu pour un skieur de choisir ou maintenir la
technique parfaite dans chaque circonstance. Selon les entraineurs, cette
capacité à faire les bons choix a une grande influence sur la performance. Dans
la présente étude, une relation entre le pourcentage d’utilisation de la technique
G2 et la performance a été identifiée. Une utilisation prolongée de cette
technique induit une diminution de la performance, donc un temps total plus
élevé. On peut également observer cette relation avec les temps segmentaires.
89
Ainsi, l’utilisation prolongée de la technique G2 réduit la performance dans le
segment 2. Dans les segments 1,3 et 4, peu d’athlètes ont utilisés la technique
G2. Une hypothèse plausible est le pourcentage d’inclinaison moyen du terrain
plus faible, respectivement de 4.7, 3.1 et 4.1%. Malgré le fait que l’inclinaison
moyenne du terrain du segment 2 soit de 5.7%, certaines sections, tels les
derniers 250m, atteignent jusqu’à 12% d’inclinaison (ou 6.84̊), ce qui représente
un bon défi pour le skieur. La relation entre la vitesse moyenne totale et
segmentaire et le pourcentage d’utilisation de la technique G2 est aussi très
révélatrice; le choix de la
technique G2 induit des vitesses moyennes
inférieures. Par exemple, pour le segment 2, l’athlète K montre un pourcentage
d’utilisation de la technique G2 de 77.94% et une vitesse moyenne de 9.79km/h,
et l’athlète E montre un pourcentage d’utilisation de la technique G2 de 46.25%
pour une vitesse moyenne de 16km/h. À l’opposée, l’athlète A n’a pas utilisé la
technique G2 et montre une vitesse moyenne de 17.66km/h. Andersson et al.
(2010) en viennent à des conclusions similaires : « la vitesse moyenne dans le
test contre-la-montre corrèle négativement avec le temps d’utilisation de la
technique G2. Dans la section de montée abrupte, il existe une relation entre la
perte de vitesse du skieur et son utilisation de la technique G2 comparée à la
technique G3 ». L’utilisation de la technique G2 semble donc être une stratégie
peu efficace pour maintenir une vitesse adéquate dans la montée abrupte du
segment 2 du test pour certains skieurs.
8.3.2 G2 Vs G3
L’étude de Kvamme et al. (2005) entre en contradiction avec les résultats. Les
auteurs affirment que la technique G2 serait plus économique pour des
inclinaisons de pente de plus de 4.5̊, tandis que la technique G3 le serait plus
pour des inclinaisons inférieures à 4.5̊. Appuyés par ceux d’Andersson et al.
(2010), les résultats de la présente étude dévoilent que le choix technique n’est
pas seulement déterminé par l’inclinaison de la pente, mais également par la
vitesse du skieur. Comme mentionné plus haut, il existe une corrélation
90
négative entre les vitesses moyennes du segment 2 et le pourcentage
d’utilisation de la technique G2 dans ce même segment. Donc une vitesse
inférieure induit directement le choix de la technique G2. Le degré maximale
d’inclinaison du segment 2 de 6.84̊
et l’utilisation exclusive de la G3 pour
certains skieurs prouvant également ce phénomène et réfutent l’hypothèse de
Kvamme et al. (2005). De plus, on peut observer une corrélation négative entre
l’utilisation de la technique G2 en segment 2 et la vitesse moyenne en segment
3, ce qui implique que la perte de vitesse associée à la technique G2 en section
de montée abrupte se répercute aussi après celle-ci, dans une section de faux
plats effectué en G3 et G4.
Par ailleurs, on peut observer une certaine corrélation négative entre le
pourcentage d’utilisation total de G3 et le temps total. Cette relation est
beaucoup plus marquée si on analyse l’utilisation de G3 des athlètes A,B et C,
correspondant à respectivement 67,11%, 69,93% et 67,54% du temps total,
comparé à celle des athlètes I, J et K correspondant à respectivement 57%,
63,77% et 28,92% du temps total. Une relation similaire se trouve, évidemment,
entre la vitesse moyenne/maximale et le pourcentage d’utilisation total de G3,
mais de façon beaucoup plus convaincante. On observe cette même relation
avec les temps segmentaires : l’utilisation prolongée de la technique G3 est
indicateur de bonnes performances et de vitesses moyennes/maximales plus
élevées, surtout dans le segment 2 qui est caractérisé par la montée la plus
abrupte.
Il est à noté que les skieurs ayant obtenus les meilleures performances ont été
capables d’utiliser exclusivement la technique G3 dans les sections de montées,
sans être obligés de faire une transition vers la technique G2 comme les skieurs
les plus lents. D’ailleurs, il existe une corrélation négative entre l’utilisation de la
technique G3 et le temps en segment 2 et une corrélation positive entre
l’utilisation de la technique G2 et le temps en segment 2. Donc, l’utilisation de la
technique G3 induit directement une meilleure performance, et le contraire pour
91
la technique G2 pour ce segment caractérisé par des montées abruptes. Ces
relations prouvent l’importance du lien qui unit la technique, la pente du terrain
et la performance. Pourquoi certains athlètes sont aptes à utilisés la technique
G3 en pente abrupte? Plusieurs hypothèses seront proposées dans les
prochaines lignes.
8.3.3 Hypothèses sur la relation entre G2, G3 et la pente
Hypothèse 1 : le coût énergétique et l’efficacité brute
Une hypothèse intéressante peut expliquer ce phénomène; le coût énergétique
relatif à chacune des techniques. Selon Millet et al. (2003), à vitesse égale et
sur le même terrain, le coût énergétique aérobique (VO2/vitesse moyenne et
fréquence cardiaque) est plus élevé en G3 qu’en G2. Selon les chercheurs, ceci
serait explicable par une plus grande contribution/efficacité du haut du corps et
par une plus faible variation de la vitesse du centre de gravité. Donc, les
athlètes qui transigent vers la technique G2 le feraient possiblement par
manque d’énergie ou par souci d’économie d’énergie pour les segments à venir.
Les athlètes n’utilisant que la technique G3 auraient donc une efficacité brute
supérieure. Dans la présente étude, le seul déterminant de la performance
relatif au coût énergétique est la fréquence cardiaque. Pour le segment 2, celui
où certains athlètes transigent vers la G2, le pourcentage moyen de fréquence
cardiaque maintenu par les athlètes utilisant la technique G2 est de 97.8%, et
de 98% pour ceux demeurant en technique G3. Une mince différence qui ne
peut, sans doute, confirmer cette hypothèse. Étonnamment, par contre, les
athlètes utilisant la technique G3 auraient tendance à maintenir des fréquences
cardiaques plus basses au niveau absolu. La moyenne des fréquences
cardiaques moyennes et maximales des athlètes utilisant la technique G2 est
respectivement de 188 et 191 bpm, et de 182 et 184 bpm pour ceux en
technique G3. Sandbakk et al. (2013) ont récemment exécutée une étude sur le
sujet auprès de 50 skieurs, leur faisant réalisés un test sous-maximal sur tapis
92
roulant de 5min (à 75% du VO2max) en G3 à une inclinaison de 5%, suivi d’un
autre test sous-maximal sur tapis roulant de 5min en G2 à une inclinaison de
12% et à un niveau de travail similaire. Un « niveau de performance » a été
établie pour ces skieurs à l’aide des points de la FIS. Les chercheurs confirment
qu’il existe bien des corrélations significatives entre l’efficacité brute, le niveau
de performance et l’inclinaison de la pente : « les skieurs de fond utilise moins
d’énergie pour exécuter un même niveau de travail en montée plus abrupte, et
les mieux classés (FIS) skient plus efficacement (meilleure efficacité brute) ».
Une meilleure efficacité brute caractérise sans doute les athlètes demeurant en
technique G3 dans notre étude, car les athlètes utilisant davantage la technique
G2 sont aussi ceux qui ont les moins bonnes performances.
Hypothèse 2 : longueur de la pente et le terrain
Dans cet optique, la longueur de la pente pourrait également influencer ce choix
technique, comme le démontre aussi Andersson et al. (2010). Tous les skieurs
ont utilisés la technique G3 dans la première section du segment 2 (incluant le
début de la montée finale très abrupte). Par la suite, dans la dernière section du
segment 2 (fin de la montée finale très abrupte), les meilleurs athlètes ont
poursuivi avec cette technique (ex : A, B, C, D) alors que ceux ayant de moins
bonnes performances globales ont effectués la transition vers la technique G2.
La nature du terrain pourrait également expliquée ces transitions. En effet,
comme mentionné dans la revue de littérature, le coefficient de friction de la
neige (en ski de fond) et celui de l’asphalte (en ski à roulettes) est très différent.
Ce dernier a un impact direct sur la vitesse de déplacement de l’athlète (Seifert
2010, Hébert-Losier 2014 et Havriluk 2005), car la force de friction qui agit entre
le ski et la neige est moins élevée que celle entre les roues et l’asphalte. Un test
sur neige aurait peut-être permis à tous les athlètes de maintenir la technique
G3 en montée abrupte. L’asphalte serait-elle à ce point plus « lente » qu’elle
obligerait le skieur « à roulettes » à transiger vers la technique G2? Un
93
coefficient de friction élevé, qui peut réduire la performance de 3 à 4%
(Maxones 2009 et 2013), combiné à la longueur de la pente et l’efficacité brute
du skieur nous laisse croire que oui.
Hypothèse 3 : la vitesse
D’un autre point de vue, Andersson et al. (2010) proposent trois autres
hypothèses pouvant expliquer la capacité de certains athlètes à maintenir la
technique G3 en montée abrupte. Une de celle-ci propose que la vitesse de
déplacement plus élevée des meilleurs skieurs leur permet d’utiliser une
technique « supérieure » telle la technique G3, spécialement dans les montées,
contrairement aux skieurs plus lents qui doivent transiger vers la technique
« inférieure »
G2.
La
corrélation
négative
existant
entre
la
vitesse
moyenne/maximale et le pourcentage d’utilisation de la technique G2 en
segment 2 de la présente étude confirme cette hypothèse. Par exemple, les
skieurs E et K ayant transigés à la technique G2 ont maintenus 16 et 9.79km/h
de vitesse moyenne dans le segment 2. Dans ce même segment, les skieurs A,
B et C
ont utilisé la technique G3 exclusivement et ont maintenu des vitesses
moyennes de 17.66, 17.75 et 16.99km/h. D’autre part, d’un point de vue
purement technique, il est logique de penser qu’une grande diminution de
vitesse oblige l’athlète à transiger vers la technique G2, car la technique G3
devient, à ce moment, complètement inefficace. Cette hypothèse est un peu
simpliste; elle ne nous permet pas de résoudre la source de la problématique,
c’est-à-dire la différence inter-athlètes dans la capacité à maintenir une
technique dans certaines circonstances.
Hypothèse 4 : modification technique de la G3
Une autre hypothèse suggérée par Andersson et al. (2010) est la modification
technique de la G3 du skieur, qui lui permet de maintenir une bonne vitesse
malgré l’inclinaison de la pente à un niveau de travail supérieur. Selon ces
94
auteurs, elle est caractérisée par une augmentation de la fréquence de cycle et
une diminution de l’amplitude de cycle, dont la phase « propulsive » relative est
plus longue et la phase de « glisse » relative raccourcie. Cette modification
technique, souvent nommée technique « G3 double poussée » dans la
littérature, est utilisée par les skieurs les plus performants dans les montées
abruptes. Selon une autre étude de Stöggl et al. (2008), la technique « G3
double poussée » permet une production de force propulsive plus élevée pour
chaque cycle, comparée à la technique G3 traditionnelle. Dans la présente
étude, une analyse de l’amplitude de cycle et la fréquence de cycle en
technique G3 des athlètes A,B et C pour la dernière montée très abrupte du
segment 2 (pourcentage d’inclinaison pouvant atteindre 12% (6.84º)) a été
réalisée afin de vérifier cette hypothèse. Ici, ces résultats sont comparés à une
autre section du segment 2, celle utilisée ci-haut en analyse technique ; c’est-àdire une montée de pourcentage d’inclinaison moyen de 3% (1.72º). Le tableau
15 illustre cette comparaison. Pour les deux sections, la fréquence de cycle est
pratiquement la même pour chacun des athlètes ; aucune augmentation
significative, malgré ce que suggère Andersson et al. (2010). Par contre, pour
ce qui est de l’amplitude de cycle, on obverse un changement drastique; une
diminution moyenne de 2.34m par cycle pour la montée très abrupte en
technique G3. Une analyse vidéo permet aussi de confirmer que la phase
« propulsive » relative de chaque cycle est plus longue et que la phase de
« glisse » relative est raccourcie considérablement, en comparaison à la
première section du segment 2. Dans notre étude, les athlètes les plus
performants appliqueraient donc, en effet, une forme de « G3 double poussée ».
Tableau 15. Amplitude de cycle (AC, m), fréquence de cycle (F, Hz) et vitesse moyenne
(Vmoy, km/h) de la technique G3 selon 10 cycles consécutifs de chaque montée du
segment 2
Segment 2 montée 3% en G3
Athlète
AC (m)
F (Hz)
Segment 2 montée 12% en G3
Vmoy (km/h)
AC (m)
F (Hz)
Vmoy (km/h)
A
6,77
1,08
21
4,20
1,09
16,42
B
6,24
1,11
21,5
3,95
1,12
15,91
C
5,95
1,18
22,15
3,80
1,16
15,88
95
Hypothèse 5 : la force des membres supérieurs
La dernière hypothèse relatée par Andersson et al. (2010) est la relation entre la
force des membres supérieurs et l’inclinaison de la pente. En effet, une plus
grande force des membres supérieurs est requise pour utilisée la technique G3
dans les sections de montée, et notamment en état de fatigue. L’étude de
Mikkola et al. (2010) confirme que les skieurs ayant obtenus les meilleures
performances sur une simulation de sprint (4X850m) en technique G3
exclusivement avaient également obtenus les meilleures résultats dans les tests
de force pour le haut du corps. Cette dernière confirme par le fait même que les
meilleures performances sont associées à une capacité supérieure à maintenir
une haute application de force des membres supérieurs et ce pour de longues
périodes. Les résultats de la présente étude suggère que ce fait s’applique
davantage si l’inclinaison du terrain est élevée. En effet, en comparant A, E et K
(0%, 46.25% et 77.94% d’utilisation de la technique G2), on comprend qu’il
existe certainement une relation entre un manque de force/puissance
musculaire du haut du corps des athlètes K et E et l’incapacité de ces derniers à
maintenir la technique G3 dans la montée finale du segment. Aussi, d’après
certaines données non-révélées dans cette étude, les athlètes ayant la capacité
de maintenir la technique G3 exclusivement dans la montée abrupte du
segment 2 sont aussi ceux qui ont les meilleurs résultats en tests de force pour
le haut du corps (répétitions maximales). Ceux qui utilisent davantage la
technique G2 ont obtenus les pires résultats en test de force. D’autres données
pouvant appuyées la relation entre la force des membres supérieurs et
l’inclinaison de la pente d’Andersson et al. (2010) sont les résultats du test en
double poussée. Selon plusieurs études, la performance en double poussée est
directement associée au niveau de force/puissance musculaire du haut du corps
(voir section sur le test de double poussée). Par ailleurs, il existe une corrélation
positive entre le pourcentage d’utilisation total de la technique G2 et le temps
total en double poussée; plus ce dernier est élevé, plus l’utilisation de la
96
technique G2 est grande. L’utilisation prolongée de la G2 pourrait donc,
logiquement, être synonyme de manque de force/puissance du haut du corps,
car une « mauvaise » performance en double poussée l’est aussi. Les résultats
du test de double poussée seront discutés entièrement dans une section ici-bas.
Même si l’utilisation de la technique G2 semble être révélateur de plusieurs
failles chez un athlète, il ne faut toutefois pas sous estimé l’utilité et l’efficacité
de cette technique. En visionnant des courses de niveau international, on
remarque souvent l’utilisation de cette technique pour l’ascension de pente
modérée à très abrupte. Du point de vue d’un entraineur, la G2 est idéale pour
maintenir une vitesse, ou du moins de limiter la perte de vitesse en raison de la
force
gravitationnelle
en
pente
ascendante.
Dans
un
cadre
de
test/développement et non de course, il est toutefois vrai que la trop grande
utilisation de G2 est révélatrice de quelques faiblesses si l’on fait une
comparaison des performances inter-athlètes.
8.3.4 La technique G4 et la performance
Aucune relation entre le temps d’utilisation de la technique G4 et la performance
n’a été observée. Une hypothèse pouvant expliquée ce phénomène est le
pourcentage d’inclinaison moyen assez élevé du parcours. En effet, la
technique G4 n’est guère pratique dans ce genre de terrain ; elle est
principalement utilisée sur les segments de terrain où la glisse est rapide, c'està-dire les plats, les faux plats descendants et montants (si le coefficient de
friction est bas). Par contre, il semble que les athlètes ayant obtenus les
meilleures performances ont tendance à avoir un pourcentage d’utilisation de la
technique G4 supérieur pour le segment 3, qui correspond à cette dernière
description. En analysant ce segment, on peut observer que les athlètes A, B et
C ont exclusivement utiliser la technique G4. Les athlètes F, G et J, en
comparaison, ont un pourcentage d’utilisation de la technique G4 moindre,
respectivement de 62.93%, 35.04% et 64.29% (la technique G3 comblant le
97
reste du temps). Les athlètes A, B et C maintiennent aussi des vitesses
moyennes plus élevées sur le segment 3 (23.02, 23.52 et 22.73km/h)
comparées à celles de F, G et J (21.11, 21.18 et 17.03km/h). Selon Nilsson
(2004) et Zory (2006a), la technique G4 est pratique pour maintenir une vitesse
déjà élevée et est plus économique que G3 étant donné son ratio haut/bas du
corps avantageux (2 poussées de jambe pour une des membres supérieurs) sur
des terrains de faux plats ou de plats. Ici, il est cependant difficile d’établir une
véritable relation entre la transition vers la technique G4 et une économie
d’énergie. Aucune baisse significative de la fréquence cardiaque ne peut être
observée, et ce pour tous les athlètes. Cependant, ici, il est facile d’avancer que
les athlètes les plus performants font état d’une meilleure stratégie de course,
de choix technique. D’autres relations entre la technique G4 et certains
déterminants de la performance seront discutés ci-dessous.
8.3.5 Côté du corps en technique G2/G4 et performance
On peut noter que les athlètes ayant utilisés la technique G2 l’ont fait d’un seul
côté du corps (dominant) durant toute la durée du test. De même pour la
technique G4, tous les athlètes n’utilisent que leur « meilleur » côté. Seul
l’athlète A a utilisé les deux côtés du corps, soit respectivement 28 et 72% du
temps en technique G4 à droite et à gauche. En considérant que l’athlète A fût
le plus performant lors du test, il est réaliste de suggérer que l’habileté à skier
des deux côtés du corps peut optimiser la performance globale lors de courses.
Même si aucun athlète ne change de côté pour les technique G2 et G4 durant le
test, Andersson et al. (2010) en viennent à une conclusion similaire; « les
skieurs pourraient tirer avantage d’une meilleure distribution de la charge de
travail durant une course en changeant de côté en techniques G2 et G4 ». Une
raison qui peut expliquer la façon « unilatérale » des athlètes de skier est
l’efficacité technique. Des dizaines d’heures de pratique sont nécessaires afin
de maîtriser parfaitement une technique, et ce pour un seul côté si cette
dernière peut-être bilatérale (G2 et G4). De là la notion de côté dominant ; la
98
musculature est davantage sollicitée d’un côté lors de la mise en charge sur les
bâtons/poussé de jambe en techniques G2 et G4. Les athlètes désirant utiliser
les deux côtés du corps en course devraient alors consacrer une partie de leur
entrainement à perfectionner le côté « faible », monopolisant beaucoup de
temps et d’énergie. Cependant, sur un développement à long terme, cette
stratégie « bilatérale » en techniques G2 et G4 pourrait s’avérer très
intéressante,
car
elle
faciliterait
également
un
développement
musculaire/physique plus symétrique chez l’athlète. L’impact sur la performance
de cette composante technique « unilatéral » pourrait faire l’objet d’autres
recherches, car elle est fréquemment observer en situation de course, et ce
pour toutes les distances.
8.4 Nombre de transitions et performance
En général, on peut affirmer que le choix technique influence grandement la
performance. Un autre aspect particulier du ski de fond, outre le vaste choix de
techniques, est la transition entre chacune de celles-ci, qui implique des
changements de position du haut et du bas du corps nécessitant coordination et
force. Dans la présente étude, il n’existe pas de relation claire entre le nombre
de transition et la performance. Cependant, on peut observer une tendance; un
petit
nombre de
transitions techniques est associé aux meilleures
performances. Ainsi, les athlètes A, B et C ont transigé respectivement 2,4 et 2
fois comparativement à H,
I, J et K qui ont respectivement 13, 8, 4 et 9
transitions. On peut affirmer qu’un nombre minimal de transitions est nécessaire
à la performance, mais qu’au-delà de ce nombre, cette dernière décroît
rapidement. La littérature sur le sujet révèle que le nombre de transitions lors
d’une course s’avèrent important dans la performance. À notre connaissance,
Andersson et al. (2010) furent les premiers à étudier ce phénomène.
Ces
derniers en arrivent à la même conclusion; « les trois skieurs les plus rapides
ont utilisés le moins de transitions ». Ils associent aussi ceci à une capacité à
99
maintenir la technique G3 dans les montées (sans transiger vers la technique
G2), ce qui contribue à réduire ce nombre; les athlètes conservant la technique
G3 en montée ayant aussi les meilleurs performances. Dans notre étude, il
existe aussi une relation entre le pourcentage d’utilisation total de la technique
G3 et la performance et le nombre de transitions dans les sections de montée
abrupte. Un haut pourcentage d’utilisation total de la technique G3 correspond à
un faible nombre de transitions et, donc, à une meilleure performance.
Anderson et al. (2011) mentionnent également la relation entre un pourcentage
d’utilisation total de la technique
G2 plus élevé et un grand nombre de
transitions. Les résultats de la présente étude ne permettent pas d’appuyer
directement cette affirmation à l’aide de corrélations. Cependant, il est facile de
soutenir ce fait, car les athlètes ayant le plus grand nombre de transitions sont
également ceux qui ont les pourcentages d’utilisation de la technique G2 les
plus élevés. De plus, la plupart des transitions réalisées par ces athlètes sont
faites de la technique G3 à G2, et vice-versa. Comme dans la présente étude,
on ne retrouve aucune relation particulière entre l’utilisation de la technique G4
et le nombre de transitions dans la littérature à ce jour.
8.5 Fréquence, amplitude de cycle et performance
En ski de fond, la fréquence de cycle et l’amplitude de cycle sont considérées
comme des facteurs de performance importants, car ils sont les principaux
déterminants de la vitesse (Nilsson 2004a). Ces deux dernières varient
beaucoup selon la technique et le style utilisés. La présente étude ne permet
pas d’établir une relation entre l’amplitude de cycle et la fréquence de cycle pour
la technique G3 au niveau absolu. Dans le segment 1 (départ), par contre, on
peut observer une tendance générale; une plus grande amplitude de cycle
correspond à une plus faible fréquence de cycle et vice-versa. Aucune
corrélation n’a été trouvée entre l’amplitude de cycle et la vitesse moyenne sur
10 cycles, et l’amplitude de cycle et la vitesse maximale segmentaire.
100
Cependant, il existe une relation entre la fréquence de cycle et la vitesse
moyenne sur 10 cycles pour le segment 4 en technique G3 (sprint final). En
effet, plus la vitesse est élevée, plus la fréquence de cycle l’est aussi. Ces
corrélations confirment les résultats de plusieurs études, dont celle de Nilsson
(2004a) effectuée sur neige qui affirme que l’amplitude de cycle n’augmente pas
de façon continue avec l’augmentation de la vitesse. De plus, ce dernier ajoute
que les changements mineurs (non-significatifs) de l’amplitude de cycle avec les
fluctuations de vitesse montrent que le style libre (et classique) dépend
davantage d’une augmentation de la fréquence de cycle en adaptation aux
augmentations de la vitesse, comme les résultats de la présente étude le
montrent. D’un autre point de vue, les résultats de l’étude d’Andersson et al.
(2010) démontrent que les skieurs les plus performants à un contre-la-montre
avaient une plus longue amplitude de cycle et une vitesse moyenne plus élevée
dans certaines parties du parcours, soit des sections de montée en style libre.
Bilodeau et al. (1996) rapporte un résultat similaire pour une contre-la-montre
en style libre, ce qui remet en question la relation entre ces deux variables et
pourrait générer de futures investigations permettant de clarifier le sujet.
Lorsque analysé au niveau absolu, il est difficile de pouvoir réellement observer
des relations claires entre la fréquence de cycle et la vitesse inter-athlètes; très
peu d’études s’attardent à établir des corrélations entre ces variables dans la
littérature. Une hypothèse pouvant expliqué ce fait est la différence dans les
profils physiques des skieurs (grandeur, poids, etc.) qui les obligent à ajuster
leur stratégie technique, telle la longueur de la phase de glisse. Par ailleurs,
l’analyse d’une relation entre les fluctuations de la fréquence de cycle et la
vitesse inter-athlètes est beaucoup plus révélatrice. Dans la présente étude, en
comparant les sections de technique G3 des segments 1 et 2, on observe chez
9 athlètes (sur 11) qu’une diminution de fréquence de cycle implique une
diminution de vitesse; en moyenne, -0.14Hz et -1.6km/h. De plus, en comparant
les plus petites/grandes variations, on observe une certaine tendance entre une
baisse marquée de la fréquence de cycle et une baisse marquée de la vitesse.
101
Dans le même ordre d’idée, les études de Sandbakk (2010) et Leirdal (2011b)
rapportent une augmentation de la vitesse correspondant à une augmentation
de la fréquence de cycle en technique G3 en ski à roulettes. Les fréquences de
cycle en G3 (de 65.4 et 71.4 cycles/min) de notre étude sont très similaires aux
fréquences de cycle moyennes recueillies en technique G3 dans ces études.
Pour Sandbakk et al. (2010), les skieurs les plus rapides et efficaces choisissent
instinctivement des fréquences de cycle entre 1 à 1.17Hz (60-70 cycles/min)
lors de tests progressifs sur tapis roulant. Leirdal et al. (2011b) rapportent une
fréquence de cycle moyenne de 70 cycles/min (variant de 67 à 73 cycles/min) à
20km/h avec ski à roulettes, ainsi qu’une efficacité brute supérieure pour cette
fréquence de cycle choisie instinctivement par les athlètes. Ces fréquences de
cycle correspondent également très bien aux fréquences de cycle de la
meilleure performance de notre test (A) en G3, soit de 1.14Hz (68.4 cycles/min)
à 22km/h (segment 1 et 4), et 1.08Hz (64.8 cycles/min) à 21km/h (segment 2).
Andersson (2010) rapporte des fréquences de cycle moyenne en G3
légèrement supérieure variant de 1.14Hz (68.4 cycles /min) à 1.32Hz (79.2
cycles /min). La fréquence de cycle la plus élevée atteinte en G3 lors dans la
présente étude était de 1.33Hz (79.8 cycles /min) dans le segment 1 (départ)
par les athlètes C et E.
L’analyse des variations de fréquence de cycle nous permet d’observer un autre
phénomène intéressant pour notre test : la moyenne de fréquence de cycle en
G3 diminue avec le temps. En effet, cette dernière au départ était de 1.19Hz
(segment 1) et de 1.09Hz en sprint final (segment 4), pour des inclinaisons de
pente similaire (5.4%). Andersson et al. (2010) rapportent aussi indirectement
une diminution de fréquence de cycle avec le temps pour de mêmes segments
en deux tours : pour une même montée, de 1.32 à 1.26Hz, et pour un même
plat (sprint final), de 1.30 à 1.14Hz. Cette diminution de fréquence de cycle en
fin d’épreuve n’est pas toujours observée dans la littérature. Cependant,
plusieurs auteurs s’entendent sur une augmentation de la « durée propulsive »
102
du cycle (une augmentation de durée totale de cycle étant une diminution de
fréquence de cycle). Zory et al. (2006b) rapportent que la durée de cycle
propulsive augmente significativement avec la fatigue. Cette augmentation de la
durée de cycle propulsive suggère qu’avec la fatigue, les skieurs ont besoin de
plus de temps pour produire une force de niveau similaire à celle produite en
situation « frais ». Dans la littérature, on affirme que l’amplitude et la durée de
cycle propulsive est le reflet de l’efficacité des forces propulsives produites par
le skieur (Norman 1990, Smith 1992). Ainsi, dans l’étude de Zory (2006b), on
associe la capacité à maintenir un niveau de force impulsive sur une longue
durée à la durée de cycle propulsive; les skieurs ayant la plus grande
augmentation de durée de cycle propulsive en sprint final étant ceux qui perdent
le plus de vitesse (donc qui ont la plus faible impulsion). Stöggl et al. (2006)
montrent que la capacité des skieurs à diminuer la durée de cycle propulsive
pour avoir une grande impulsion explique en partie la performance en sprint.
Donc, dans la présente étude, une hypothèse possible concernant la baisse de
fréquence de cycle au sprint final serait celle de perte de force/puissance et
diminution de la vitesse de contraction musculaire, assurément relié à l’état de
fatigue de l’athlète et son incapacité à ajuster la durée de cycle propulsive en fin
de test. Zory (2006b) confirme ce fait en analysant plusieurs paramètres
mécaniques et physiologiques post-test; « la diminution de la puissance totale
ainsi que celle de la puissance des 5 derniers cycles du test (sprint final)
suggère que les skieurs ont atteint un état de fatigue qui pourrait influencer
directement la performance en ski ».
8.6 Relation entre le test de double poussée et la performance
en style libre
Depuis toujours, la double poussée est reconnue comme un bon « test de
force/puissance » en ski de fond. Par exemple, une étude d’Alsobrook et al.
(2009) établit une relation directe entre la performance/vitesse pour une course
103
de distance style classique de 10km et les résultats pour des tests de puissance
pour le haut du corps de 10, 60, 240 et 620s réalisés sur ergomètre en double
poussée. Que se soit pour une longue ou une courte durée, les athlètes
produisant les puissances moyennes et maximales les plus élevées pour le haut
du corps obtiennent également les meilleurs résultats en course de 10 km. Dans
une autre section, nous avons montré la relation existant entre la vitesse
maximale en style libre et la performance en style libre. Il existe aussi ce type de
relation entre la vitesse maximale en style libre et la performance en double
poussée dans notre étude. Les athlètes les plus puissants/forts en double
poussée sont donc aussi ceux pouvant atteindre les plus hautes vitesses en
style libre. Ceci confère sans doute aux meilleurs athlètes une capacité de
transfert des habiletés inter-styles.
Dans une section ci-haut, nous avons suggéré que l’utilisation prolongée de la
technique G2 en style libre signifiait un manque de force/puissance au niveau
des membres supérieurs. Dans notre étude, il existe une relation évidente entre
la performance au test de double poussée et l’utilisation de la technique G2
dans le test de style libre; plus l’utilisation de la technique G2 est prolongée,
plus la performance en double poussée est faible. Le fait que les athlètes
utilisant le plus la technique G2 sont également ceux qui montrent les pires
performances en double poussée confirment sans doute l’hypothèse d’un
manque de force/puissance musculaire du haut du corps pour ces derniers.
Il existe également une relation entre le pourcentage d’utilisation de la technique
G3 dans le style libre et la performance en double poussée. Une meilleure
performance
en
double
poussée,
caractérisée
par
une
plus
grande
force/puissance des membres supérieurs, favorise l’utilisation prolongée de la
G3 en style libre. Andersson et al. (2010) relatent aussi ces phénomènes ; « la
vitesse maximale et la performance en double poussée sont reliées au temps
total (test style libre) et au pourcentage d’utilisation des techniques G2 et G3.
De plus, la vitesse maximale en double poussée corrèle positivement avec la
104
vitesse dans les montées les plus abruptes ». Il existe également ce type de
corrélation entre la vitesse lors de la montée très abrupte au segment 2 et la
performance en double poussée dans la présente étude. Encore une fois,
l’explication la plus probable serait qu’un haut pourcentage de la force
propulsive totale est générée par le haut du corps en montée avec le style libre
(Smith 1992), ce qui est encore plus prononcé en utilisant la technique G3 en
comparaison de la technique G2 (Millet 1998 et Smith 2009). Dans notre étude,
les athlètes ayant obtenus les plus grandes vitesses en montée abrupte sont
aussi ceux qui utilisaient exclusivement la technique G3. Ces observations nous
suggèrent
encore l’importance et la nécessité de développer un niveau de
force/puissance musculaire du haut du corps élevé en ski de fond.
Nous avons observé que les meilleurs skieurs étaient aptes à maintenir la
technique G3 dans des situations de montée. Peu de corrélations furent établies
entre la fréquence de cycle et la performance jusqu’ici, sauf pour la fréquence
de cycle et la vitesse moyenne sur 10 cycles pour le segment 4 en technique
G3 (sprint final). Dans ce cas-ci, plus la vitesse est élevée, plus la fréquence de
cycle l’est aussi. Nous ne pouvons pas établir une telle relation entre la
fréquence de cycle et la vitesse en double poussée, étant donné l’absence de
données GPS dans ce test. Par contre, il existe une corrélation négative entre le
temps total en double poussée et la fréquence de cycle en double poussée pour
la section de montée abrupte. Par exemple, la moyenne du podium (skieur A, B
et C) en fréquence de cycle est de 1.14Hz avec un temps total moyen de 238s,
tandis que celles des trois pires performances (skieur I, J et K) de 0.76Hz avec
un temps total moyen de 419s. Bien sûr, un temps inférieur au contre-la-montre
dit aussi vitesse moyenne supérieure, en général. Ceci étant dit, il serait logique
d’affirmer que les athlètes étant aptes à maintenir une fréquence de cycle de
double poussée plus élevée en montée abrupte seraient ceux qui réaliseraient
les meilleures performances, donc qui maintiendraient des vitesses supérieures
en montée (et dans tout le test). Dans deux de ces études, Millet et al. (1998a et
b) étudient les effets de la vitesse et de l’inclinaison sur la technique de double
105
poussée de skieurs de haut niveau. Ils en arrivent à des conclusions similaires,
tout en fournissant plus de détails. Selon ceux-ci, l’augmentation de la vitesse
est effectuée grâce à l’augmentation de la production de force sur les bâtons et
de la fréquence de cycle, accompagnée d’une diminution des phases de
« poussée » et de « récupération » dans le cycle de la double poussée. De plus,
ils concluent que l’inclinaison a un effet significatif sur la production de force
(bâtons) et sur les temps relatifs des phases de la double poussée; une phase
de « poussée » inchangée et une phase de « récupération » raccourcie dans les
montées abruptes. Ces dernières conclusions correspondent bien aux résultats
de notre étude : les athlètes les plus performants maintiennent une fréquence
de cycle supérieure. Une brève analyse vidéo confirme aussi que le temps
relatif de phase de « récupération » est de loin raccourcie comparé à plus tôt
dans le test (soit sur faux plat montant). Que ce soit en double poussée ou en
style libre, les athlètes les plus performants semblent avoir tendance à adopter
cette stratégie pour les montées abruptes; rappelons-nous la technique « G3
double poussée », qui faisait aussi référence à une production de force
propulsive plus élevée pour chaque cycle et une augmentation de la fréquence
de cycle (dont la phase poussée relative était plus longue et la phase de glisse
relative raccourcie).
Depuis quelques années, plusieurs autres d’études ont également démontrées
que la performance en double poussée style classique est améliorée par une
amélioration des déterminants techniques chez le skieur de haut niveau, ainsi
que l’augmentation de la fréquence de cycle (surtout en montée). Ces études
confirment aussi que la performance en double poussée style classique est
améliorée par une augmentation de la puissance/force musculaire du haut du
corps (Hoffman 1992 et 1995, Österas 2002, Nilsson 2004a et Holmberg 2005
et 2006). Nous avons démontré dans une section ultérieure que c’était
également le cas des certaines techniques style libre, tel G2 et G3. Une plus
grande puissance/force musculaire du haut du corps serait nécessaire à
maintenir la technique G3 sans transiger à la G2. La technique G2 pourrait donc
106
être synonyme d’un manque à ce niveau. Il existe également une relation
évidente entre le temps total en double poussée et le temps total d’utilisation de
la technique G2 en style libre; plus ce dernier est élevé, plus l’utilisation de la
technique G2 est grande. Encore une fois, cette dernière conclusion confirme
l’importance et la relation entre une puissance/force musculaire du haut du
corps plus élevée et une performance optimale en double poussée classique ou
en style libre.
8.7 Comparaison des patrons de vitesse; ski de fond et ski à
roulettes
8.7.1 Analyse des courbes de vitesse
Que ce soit au niveau de la vitesse ou de la technique, une interrogation plane
depuis toujours dans le milieu du ski de fond au sujet de la similitude des
patrons de ski sur neige et en ski à roulettes. Comme mentionné dans la revue
de littérature, l’application de la force sur la neige, sur l’asphalte ou sur un tapis
roulant est sans doute variable, même si à notre connaissance aucune étude
connue ne s’est intéressée à cette question. Les coefficients de rigidité et de
friction des différentes surfaces pourraient avoir un effet sur la technique. Par
exemple, Maxones et al. (2013) ont montré une augmentation du temps de
course de 4% avec une augmentation du coefficient de friction de 10% en
comparant des performances sur tapis roulant dans un environnement contrôlé.
On peut donc penser que la force de friction qui agit entre le ski et la neige est
moins élevée que celle entre les roues et l’asphalte lors du ski à roulettes.
Dans notre étude, les athlètes ont exécuté un test de style libre en ski à
roulettes. Nilsonn et al. (2004a) ont réalisé une étude similaire sur neige,
utilisant une caméra haute fréquence et une distance fixe pour déterminer la
vitesse. Ils enregistrent des vitesses maximales légèrement différentes pour
107
chacune des techniques sur des terrains similaires (mêmes inclinaisons de la
pente). En effet, les vitesses maximales atteintes sur neige en techniques G2,
G3 et G4 étaient respectivement de 24.12 (± 0.72), 25.92 (± 2.16), et 25.2 (±
2.16) km/h. En ski à roulettes, les vitesses maximales atteintes dans la présente
étude étaient respectivement de 17.7 (± 2.86) km/h, 29.2 (± 2.97) km/h, 28.7 (±
2.97) km/h, soit 26.6% inférieure en G2 et 12.7% et 12.2% plus élevées en G3
et G4. Andersson et al. (2010) ont également réalisé ce type de tests sur neige,
mais cette fois avec l’utilisation de GPS 20Hz sur les athlètes. Un premier test
de vitesse maximale en G3 de 20m (sur le plat) dévoile une vitesse maximale
atteinte de 36.8 (± 1.5) km/h. Ce type de test n’a pas été effectué dans la
présente étude. Par contre, dans la même étude, un test en style libre sur
terrain variable a également été effectué et la vitesse maximale en G3 qui fût
atteinte lors du sprint final (faux plat montant) était de 29.7 (± 1.4) km/h. Cette
dernière correspond pratiquement à celle enregistrée lors de notre test en style
libre, soit 29.2 (± 2.97) km/h sur une montée de pente légère de 5.4% (départ).
Cette minime différence peut-elle être associée à l’inclinaison légèrement
différente du terrain, au coefficient de friction, ou encore au niveau technique
des athlètes qui ont été testés ? Malgré cela, cette comparaison révèle qu’au
niveau de la vitesse maximale atteinte lors d’efforts maximaux sur des terrains
de pentes similaires, il existerait peu de différence entre le ski à roulettes et le
ski de fond.
Un autre test, réalisé sur neige pendant l’hiver, a permis de récolter des
données pour l’athlète A. Une analyse approfondie du parcours et des
techniques utilisées permet une comparaison des patrons de vitesse des
techniques G3 et G4 sur neige à ceux obtenus en ski à roulettes. La figure 25
illustre les patrons de vitesse pour des périodes de 10 s. Une analyse des
vitesses maximales atteintes lors de chacun des cycles (sommets) et de la
durée de chacun des cycles permet une comparaison des performances. La
moyenne des variations de vitesse fût calculée à partir des minima et maxima
pour chacun des cycles (vitesse maximale – vitesse minimale). La durée de
108
chaque cycle fût calculée à partir des vitesses minimales pour chacun des
cycles. Pour les conditions sur neige et sur asphalte, des durées de 10 sec sur
des sections ayant une inclinaison similaire (soit environ 4.1% en G3 et 0% en
G4) ont été analysées.
Grâce à l’analyse des patrons de vitesse, on peut observer certaines similitudes
et différences entre les deux types de ski. Le tableau 8 présente ces
comparaisons.
8.7.2 G3 ; ski de fond VS ski à roulettes
En technique G3, pour une pente de terrain similaire, la vitesse moyenne de
l’athlète A en ski de fond est légèrement inférieure à celle en ski à roulettes, soit
de 7%. Les patrons révèlent des phases de gain et de perte de vitesse presque
similaires au niveau de la grandeur des sommets. Pour la phase de gain de
vitesse, correspondant en majeure partie à la « phase propulsive » de la
poussée, la moyenne en ski à roulettes et sur neige est la même, soit de
4.7km/h. Pour la phase de perte de vitesse, correspondant en majeure partie à
la « phase de glisse » de la poussée, la moyenne en ski à roulettes est de
4.8km/h, tandis que celui sur neige est de 4.7km/h. Une différence majeure
observée entre les deux types de ski est sans doute pour la durée moyenne des
cycles et la fréquence de cycle. En effet, en ski à roulettes, la durée moyenne
des cycles est de 0.85s pour une fréquence de cycle d’environ 1.12Hz. En ski
de fond, la durée moyenne des cycles est de 1.28s pour une fréquence de cycle
d’environ 0.78Hz, ce qui représente une différence de 0.34Hz, soit 3.4 cycles de
plus sur une période de 10s. Une autre différence se situe au niveau de
l’amplitude de cycle; 5.5m pour le ski à roulettes et 7.1m pour le ski de fond, soit
1.6m de plus.
Figure 25. Patrons de courbe de vitesse de la techniques G3 (25.1) et G4 (25.2) en ski
à roulettes et sur neige de l’athlète A
109
25.1
25.2
Tableau 16. Amplitude de cycle (AC, m), fréquence de cycle (F, Hz), durée de cycle (DC, s)
vitesse moyenne (Vmoy, km/h), gain de vitesse par cycle (GV, km/h), perte de vitesse par
cycle (PV, km/h) et fréquence cardiaque (FC, bpm) de la technique G3 et G4 en ski à
roulettes (SR) et en ski de fond (SF) pour l’athlète A
AC
F
DC
Vmoy
GV
PV
FC
Type
(m)
(Hz)
(s)
(km/h)
(km/h)
(km/h)
(bpm)
G3 SR
5,5
1,12
0,85
22
4,7
4,8
175
G3 SF
7,1
0,78
1,28
20,5
4,7
4,7
165
G4 SR
10,4
0,65/1,3
~1,5
25
~4
~4
160
G4 SF
16,5
0,4/0,8
2,33
25,5
4
3,8
155
Cette différence entre la fréquence et la durée des cycles dans les deux types
de ski est frappante. En ski à roulettes, l’athlète doit donc avoir une fréquence
de cycle beaucoup plus élevée (durée de cycle écourtée) pour générer des
phases propulsive et de glisse similaires et maintenir une vitesse semblable
(même légèrement supérieure) à ce qui est observé en ski de fond. Donc,
logiquement, l’athlète doit avoir une fréquence de cycle plus élevée pour
parcourir une même distance sur asphalte en ski à roulettes que sur neige en
ski de fond. L’amplitude de cycle plus longue en ski de fond corrobore aussi ce
110
fait. De plus, en technique G3 sur neige, la figure 8 permet d’observer certains
moments de « latence » (ou transitions progressives) entre les cycles, où
l’athlète A semble glisser sans perte importante de vitesse, prolongeant ainsi la
phase de glisse au maximum et favorisant une meilleure gestion de la dépense
énergétique. En effet, logiquement, on pourrait croire qu’une fréquence de cycle
plus élevée pour une même vitesse implique un effort supérieur. L’analyse des
fréquences cardiaques corroborent cette hypothèse; la fréquence cardiaque en
ski à roulettes est plus élevée de 10bpm, comparée à celle sur neige. Donc, on
peut observer une plus grande dépense énergétique en ski à roulettes pour une
performance comparable sur neige. Pour maintenir une même vitesse, cette
demande énergétique supérieure en ski à roulettes pourrait également révéler
une application de force plus grande en raison des phases propulsive et de
glisse similaires sur neige.
On peut certainement associer une partie de ces différences au coefficient de
friction inférieure de la neige comparé à celui de l’asphalte. Un autre facteur
pouvant s’ajouter à la friction est le type de ski à roulettes. En effet, certains skis
à roulettes sont catégorisés comme « rapide » ou « lent » selon le type de roues
et l’efficacité du roulement à billes. Aucun test officiel permettant de quantifier la
« rapidité » des skis à roulettes utilisés lors des tests n’a été réalisée.
Cependant, les skis utilisés l’ont été en raison des commentaires des athlètes et
des entraineurs, qui les qualifiaient de plus efficaces et rapides que les skis à
roulettes utilisés en entrainement régulier. Cet aspect n’aurait donc pas eût de
réel impact sur nos résultats. Aussi, quoique ces observations soient
anecdotiques, nous croyons que la résistance à l’air (en absence de vent
important dans les deux tests) et la température ambiante ne peuvent expliquer
les différences observées entre les deux types de skis.
111
8.7.3 G4 ; ski de fond VS ski à roulettes
En technique G4, pour une pente de terrain similaire, la vitesse moyenne de
l’athlète A en ski de fond est légèrement supérieure à celle en ski à roulettes,
soit de 2%. Les patrons révèlent des phases de gain et de perte de vitesse très
différentes pour les deux types de ski. En ski de fond, les sommets sont
beaucoup plus réguliers et on peut facilement distinguer chacune de ces
phases. En ski à roulettes, on peut distinguer clairement certains cycles avec
leurs phases, mais l’ensemble des patrons est moins régulier. Toutefois,
lorsqu’on peut isoler les cycles, la grandeur des sommets est presque similaire
pour les deux types de ski. Il faut se rappeler qu’un cycle complet en technique
G4 correspond à une poussé du haut et du bas du corps suivi d’une poussée du
bas du corps seulement (une jambe). Sur les patrons de vitesse, un cycle
complet correspond donc à deux sommets consécutifs. Sur les patrons de
vitesse de ski de fond, il est impossible de distinguer si le sommet correspond à
la poussée simultanée du haut et bas du corps ou du bas du corps seulement.
En ski à roulettes, il existe des types de sommets distincts. L’analyse vidéo
montre que le petit sommet (par exemple, à 1.5s sur la figure 25.2)
correspondrait à la poussée de jambe seulement, et le grand sommet le suivant
(par exemple, à 2.3s sur la figure 25.2) correspondrait à la poussée simultanée
du haut et bas du corps. En ski à roulettes, cette dernière semble beaucoup
plus efficace pour générer de la vitesse que la poussée de jambe seule.
Comparée au ski à roulettes, la poussée de jambe seule en ski de fond semble
très efficace en gain de vitesse, du moins autant que la poussée simultanée du
haut et bas du corps. Toutefois, la perte de vitesse s’en suivant est plus
importante en ski de fond, tandis que la vitesse demeure plus stable en ski à
roulettes. On peut émettre l’hypothèse que, pour ce type de terrain et cette
pente, la friction est trop élevée en ski à roulettes pour que la poussée de jambe
seule puisse générer un gain de vitesse efficace.
112
Une autre différence majeure observée est, encore une fois, au niveau de la
durée moyenne des cycles, la fréquence de cycle et l’amplitude de cycle. Une
analyse vidéo fût nécessaire pour confirmer ces résultats, étant donné la nature
moins régulière des patrons de vitesse en ski à roulette. En ski à roulettes, la
durée moyenne des cycles est de 1.5s pour une fréquence de cycle d’environ
0.65Hz. En ski de fond, la durée moyenne des cycles est de 2,33s pour une
fréquence de cycle d’environ 0.4Hz, ce qui représente une différence de
0.25Hz, soit 2.37 cycles de plus sur une période de 10s. Cette différence entre
la fréquence et la durée des cycles dans les deux types de ski est significative.
Encore une fois, en ski à roulettes, l’athlète doit avoir une fréquence de cycle
beaucoup plus élevée (durée de cycle écourtée) pour générer des phases
propulsive et de glisse similaires et maintenir une vitesse semblable au ski de
fond. Une fréquence de cycle plus élevée est nécessaire pour parcourir une
distance similaire sur asphalte en ski à roulettes. Ceci est corroboré par
l’amplitude de cycle; 10.4m pour le ski à roulettes contre 16.5m pour le ski de
fond, soit 6.1m de plus. Avec l’analyse vidéo, on remarque une phase de glisse
beaucoup plus longue en ski de fond, comparé au ski à roulettes. Selon nous, le
coefficient de friction plus élevé sur asphalte pourrait, encore une fois, expliquer
une partie de ce phénomène.
La fréquence cardiaque en ski à roulettes est plus élevée de 5bpm, comparée à
celle sur neige. De nouveau, on pourrait croire qu’une fréquence de cycle plus
élevée pour une même vitesse implique un effort supérieur. L’hypothèse
proposée ci-haut impliquant une plus grande dépense énergétique en ski à
roulettes pour une performance comparable sur neige en technique G3 est
également valable pour la technique G4.
113
9 Conclusion
La présente étude constitue une avancée dans l’utilisation de la technologie
GPS (système de positionnement global) à l’analyse de la performance en ski
de fond. L’objectif premier de ce travail était de quantifier la performance de
skieurs de fond à l’aide de données cinématiques obtenues à partir d’un GPS à
fréquence d’acquisition de 4Hz.
L’utilisation de cet outil fût un succès et a
permis, à l’aide d’un cardio-fréquencemètre et d’enregistrements vidéos, une
analyse détaillée de la vitesse, de l’amplitude de cycle, de la fréquence de
cycle, et de la distance en lien avec
la fréquence cardiaque et le choix
technique et d’établir leur relation avec la performance.
Premièrement, l’analyse des patrons de vitesse nous permet d’observer des
« signatures techniques ». En effet, pour chacune des techniques, on peut
apprécier la fréquence de cycle et le patron de glisse composé de phases
distinctes d’augmentation et de diminution de vitesse. La distinction de ces
techniques est possible grâce à la différence de grandeur de ces phases et de
l’aspect des sommets qui caractérisent la courbe de vitesse.
Ensuite, l’analyse des données montrent que la capacité à atteindre une vitesse
maximale élevée et maintenir une vitesse moyenne élevée est un déterminant
majeur de la performance. On observe cette même relation pour la vitesse
moyenne totale et les vitesses moyennes segmentaires, et spécialement pour
les sections de montées abruptes. De plus, plus la vitesse maximale en
techniques G2, G3 et G4 est élevée, meilleure est la performance globale du
skieur (c’est-à-dire, le temps total). La relation entre ces deux variables est
presque parfaitement linéaire pour toutes les techniques; ceci confirme
l’importance de la capacité de l’athlète à développer une vitesse maximale
élevée, peu importe le choix technique ou la pente.
114
Pour ce qui est de la fréquence cardiaque, notre analyse ne permet pas d'établir
de relation entre cette dernière et la performance, ni même le choix technique.
Par contre, notre étude a établie une relation claire entre le choix technique et la
performance. Premièrement, l’utilisation prolongée de la technique G2 induit
directement une diminution de la performance, spécialement dans les sections
de montée moyenne abrupte. Le choix de la technique G2 dans ce type de
pente induit directement des vitesses moyennes inférieures, et vice-versa. Le
choix technique n’est donc pas seulement déterminé par l’inclinaison de la
pente, mais également par la vitesse du skieur. D’ailleurs, dans notre étude, les
skieurs ayant obtenus les meilleures performances ont utilisé exclusivement la
technique G3 dans les sections de montées, sans être obligés de faire une
transition vers la technique G2 comme les skieurs les plus lents. Cette
conclusion s’applique aussi pour tout le parcours;
plus un athlète utilise la
technique G3, plus il génère une vitesse moyenne/maximale élevée, plus sa
performance est améliorée. Plusieurs hypothèses ont été suggérées pour mieux
expliquer ce phénomène.
Une première hypothèse concerne la relation entre la force des membres
supérieurs et l’inclinaison de la pente. En effet, une plus grande force des
membres supérieurs est requise pour utilisée la technique G3 dans les sections
de montée. Ainsi, on peut associer les meilleures performances à une capacité
supérieure à maintenir une haute application de force des membres supérieurs
et ce pour de longues périodes. La relation évidente entre la performance au
test de double poussée et l’utilisation de la technique G2 dans le test de style
libre confirme aussi ce fait, car la performance en double poussée est
directement associée à la force/puissance musculaire du haut du corps. Ainsi,
dans la présente étude, plus l’utilisation de la technique G2 en style libre est
prolongée, plus la performance en double poussée est faible. Inversement, ici,
une meilleure performance en double poussée corrèle parfaitement avec une
utilisation prolongée de la technique G3 en style libre. Ces observations nous
rappellent encore l’importance et la nécessité de développer un niveau de
115
force/puissance musculaire du haut du corps élevé pour les skieurs de fond.
Une autre observation très intéressante est la modification technique de la
technique G3 (augmentation de la fréquence de cycle et une diminution de
l’amplitude de cycle), qui permet au skieur de maintenir une bonne vitesse
malgré l’inclinaison de la pente. Dans notre étude, la technique « G3 double
poussée » est utilisée dans les montées abruptes par les skieurs les plus
performants, qui, pour chaque cycle, augmente la phase « propulsive » relative
et diminue la phase de « glisse » relative.
La présente étude ne permet pas d’établir une relation entre l’amplitude de cycle
et la fréquence de cycle pour la technique G3. De plus, aucune corrélation n’a
été trouvée entre l’amplitude de cycle et la vitesse. Cependant, il existe une
relation entre la fréquence de cycle et la vitesse en technique G3 au sprint final;
plus la vitesse est élevée, plus la fréquence de cycle l’est aussi. L’atteinte de la
vitesse maximale élevée en style libre dépendrait donc davantage d’une
modification de la fréquence de cycle et non de l’amplitude de cycle, comme les
résultats de notre étude le montrent. De plus, on observe une diminution de la
fréquence de cycle en G3 pour la majorité des athlètes, caractérisée par une
augmentation de la « durée propulsive » du cycle. Il existe aussi une relation
entre le pourcentage d’utilisation total de la technique G3 et la performance et le
nombre de transitions dans les sections de montée abrupte. Un haut
pourcentage d’utilisation total de la technique G3 correspond à un faible nombre
de transitions et, donc, à une meilleure performance. En général, on peut
affirmer que les sections de montée ont le plus d’influence sur la performance
globale.
Pour un même sujet parcourant une même distance à pente similaire, il existe
une différence importante pour la fréquence et la durée des cycles entre le ski
de fond (sur neige) et le ski à roulettes (sur asphalte) en technique G3 et G4.
Pour maintenir une vitesse équivalente à ce qui est observé en ski de fond, une
fréquence de cycle beaucoup plus élevée (durée de cycle écourtée) est
116
nécessaire en ski à roulettes afin de générer des phases propulsive et de glisse
similaires. L’athlète performant sur l’asphalte en ski à roulettes doit donc avoir
une fréquence de cycle plus élevée pour parcourir la même distance que sur
neige en ski de fond.
De plus, en technique G3, il existe des différences
marquées dans les patrons de glisse graphiques. Sur neige, on observe
certains moments de « latence » (ou de transitions) entre chaque cycle où
l’athlète semble prolonger la phase de glisse au maximum, sans perte
additionnelle de vitesse. Inexistant en ski à roulettes sur l’asphalte, ce détail
technique pourrait favoriser une meilleure gestion de l’effort. Bref, suite à ces
résultats, nous croyons que la technique appliquée en ski à roulettes est
différente de celle appliquée sur neige, et que les entraineurs doivent rester
prudents lorsqu’ils établissent des relations entre ces deux dernières lors de la
planification de l’entrainement ou la modification de la technique d’un skieur.
D’un point de vue des applications, l’analyse et l’interprétation des résultats de
cette recherche ont permis d’établir un standard « médaille d’or » de
performance, ainsi qu’un profil pour chacun des skieurs. En comparant le profil
de performance de chaque
athlète à ce standard, certaines différences
interindividuelles ont pu être observées. Ces observations ont été présentées
aux entraineurs du centre national de développement de ski de fond. Ces
derniers étaient les seuls à prendre des décisions par rapport à l’entrainement
par la suite; notre rôle étant limité à la collecte, l’analyse et l’interprétation des
données et non la planification de l’entrainement ou la technique en ski de fond.
Malgré tout, après discussion avec les entraineurs, des suggestions ont été
faites sur chacun des athlètes afin d’améliorer les performances individuelles.
Ces dernières ont apportées une aide dans la personnalisation des procédés
d’entraînement, soit au niveau physiologique (filières énergétiques) et
musculaire (en salle de musculation). De plus, malgré le manque de clarté des
relations entre la performance et les déterminants techniques (fréquence et
amplitude de cycle), cette analyse a engendré des modifications techniques
pour certains skieurs, car certaines tendances ont été observées chez les
117
skieurs les plus rapides lors du test. Cette analyse des détails a permis une
optimisation de la performance de ce groupe de skieurs de fond, qui est
cruciale à ce niveau de compétition. En effet, aussi minimes soient-ils, les gains
de performance s’y rattachant (de quelques secondes à des dixièmes de
seconde) peuvent faire la différence entre la quatrième position et la plus haute
marche du podium. Le succès dans l’identification des différentes techniques
utilisées en style libre (suite à l’analyse des patrons de vitesse) est aussi
également une belle avancée. Nous avons vu plus haut que le choix technique
pour certains terrains/pentes est crucial pour la performance globale. Cette
découverte pourrait être très utile aux entraineurs sur le terrain; ces derniers
pourrait analyser et quantifier instantanément le choix technique de chaque
skieur en compétition ou en entrainement sur différents terrains/pentes et y
apporter les modifications nécessaires, sans avoir recours à de l’enregistrement
vidéo ou du personnel sur l’ensemble d’un parcours.
Cette étude nous permet également d’envisager certaines perspectives de
recherche. Premièrement, la même étude réalisée avec un dGPS ou un GPS
de plus haute fréquence pourrait accroître la qualité des données recueillies et
diminuer la quantité de données « non-lisibles ». D’autres facteurs entrent en
jeu mais la disponibilité d’une base terrestre supplémentaire ainsi que l’accès à
une fréquence d’acquisition élevée sont des paramètres associés à la qualité
des données. Ensuite, d’autres outils pourraient être introduits dans le
protocole, tels des bâtons et des bottes avec de capteur de force, pour
quantifier la «poussée» sur chaque cycle. Cette donnée serait très intéressante
à analyser et à mettre en relation avec la vitesse, l’amplitude et la fréquence de
cycle. Un autre outil pratique serait l’accéléromètre;
à l’aide d’une analyse
graphique, nous pourrions identifier clairement les techniques de ski utilisées,
pour ainsi quantifier plus facilement le choix technique lors d’une épreuve en ski
de fond. Malgré le succès de l’identification technique par GPS 4Hz, certaines
sections étaient illisibles. L’accéléromètre, ayant une haute fréquence
d’acquisition et ne dépendant pas de satellites pour la collecte de données,
118
pourrait corriger ce défaut. Une étude ayant comme seul sujet la comparaison
du ski sur neige et ski à roulettes serait également très intéressante, car aucune
recherche ne s’y est penchée encore à notre connaissance. Il est évident, à la
lumière de nos résultats, qu’il existe des différences majeures entre ces deux
types de ski, surtout au niveau technique. Il serait donc légitime pour les
entraineurs de remettre en question l’enseignement technique en ski à roulettes
en préparation au ski de fond.
119
10 Bibliographie
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