4 technologies pour améliorer les performances sportives

Cet article a été publié en exclu­si­vi­té dans notre maga­zine Le 3,14 sur la science et le sport.
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Outre une bonne paire de chaus­sures de course, un sou­tien-gorge de sport bien ajus­té qui sou­tient les seins est impor­tant pour les cou­reuses. Il par­ti­cipe à réduire les dou­leurs mam­maires et à amé­lio­rer les per­for­mances. Lorsque les seins ne sont pas cor­rec­te­ment sou­te­nus, le corps com­pense en les pro­té­geant par d’autres moyens. Ces com­pen­sa­tions peuvent réduire les per­for­mances de course, aug­men­ter le risque de bles­sures et même entraî­ner des dou­leurs dor­sales et thoraciques.

Pour mieux com­prendre le rôle d’un bon sou­tien-gorge de sport sur la bio­mé­ca­nique de la course à pied, une équipe de cher­cheurs diri­gée par Dou­glas Powell et Hai­ley Fong du Breast Bio­me­cha­nics Research Cen­ter de l’U­ni­ver­si­té de Mem­phis (États-Unis) a étu­dié l’in­fluence du sou­tien-gorge sur la rigi­di­té de l’ar­ti­cu­la­tion du genou pen­dant l’effort. Cette mesure bio­mé­ca­nique informe sur la résis­tance de l’ar­ti­cu­la­tion du genou à la force appli­quée. Pour ce faire, les cher­cheurs ont recru­té 12 cou­reuses non-pro­fes­sion­nelles âgées de 18 à 35 ans et leur ont fait por­ter deux sou­tiens-gorge de sport dif­fé­rents : l’un avec un sou­tien éle­vé et l’autre avec un sou­tien faible. Un groupe témoin n’a pas por­té de soutien-gorge.

Durant trois minutes, chaque par­ti­ci­pante a cou­ru sur un tapis rou­lant. Les cher­cheurs fil­maient à l’aide d’un sys­tème de cap­ture de mou­ve­ment à 10 camé­ras et d’un tapis rou­lant équi­pé de détec­teurs de force. En paral­lèle, des mar­queurs rétro-réflé­chis­sants pla­cés sur le corps des cou­reuses sui­vaient leurs mou­ve­ments. Puis, un logi­ciel spé­cia­le­ment conçu a cal­cu­lé les excur­sions de l’ar­ti­cu­la­tion du genou (flexions, exten­sions et rota­tions) à par­tir de ces images et du mou­ve­ment de la poi­trine pen­dant la course.

Les expé­riences ont révé­lé que lorsque le sou­tien mam­maire était plus impor­tant, l’ar­ti­cu­la­tion du genou était plus rigide, grâce à de plus petites excur­sions arti­cu­laires. Par rap­port au groupe témoin, les sou­tiens-gorge à faible et à forte conten­tion ont aug­men­té la rigi­di­té de l’ar­ti­cu­la­tion du genou de 2 et de 5 % res­pec­ti­ve­ment. Dans l’en­semble, un sou­tien-gorge de sport à haut main­tien semble amé­lio­rer les per­for­mances de course de 7 %. Les tra­vaux ont éga­le­ment révé­lé que l’a­mé­lio­ra­tion des per­for­mances de course avec les sou­tiens-gorge de sport à haute conten­tion était for­te­ment cor­ré­lée à la taille des seins : les femmes à forte poi­trine béné­fi­cient d’un plus grand avan­tage en termes de per­for­mances de course.

Ces 50 der­nières années, la concep­tion des sou­tiens-gorge a peu évo­lué, explique Dou­glas Powell. « Nos résul­tats, com­bi­nés à ceux d’études anté­rieures, montrent que les sou­tiens-gorge de sport devraient être consi­dé­rés non seule­ment comme des vête­ments, mais aus­si comme des équi­pe­ments spor­tifs à part entière »¹².

Dans le sport de haut niveau, une frac­tion de seconde peut faire toute la dif­fé­rence. Les semelles de chaus­sures sur mesure peuvent amé­lio­rer les per­for­mances des spor­tifs. Des cher­cheurs suisses de l’Em­pa, de l’ETH Zurich et de l’EP­FL, ont déve­lop­pé une semelle beau­coup plus sophis­ti­quée qu’une simple semelle inté­rieure. Elle com­prend des cap­teurs de pres­sion et de cisaille­ment, pou­vant mesu­rer direc­te­ment ces para­mètres sur la plante du pied pen­dant n’im­porte quel type d’ac­ti­vi­té physique.

« Les pres­sions enre­gis­trées per­mettent de déter­mi­ner si une per­sonne marche, court, monte des esca­liers. Il est même pos­sible de déter­mi­ner si elle porte une lourde charge sur le dos, auquel cas la pres­sion se déplace davan­tage vers le talon », explique Gil­ber­to Siquei­ra, chef de pro­jet et cher­cheur à l’Em­pa et au labo­ra­toire des maté­riaux com­plexes de l’ETH.

Les semelles ont été fabri­quées grâce à une impri­mante 3D, appe­lée extru­deuse. La base de la semelle est consti­tuée d’un mélange de sili­cone et de nano­par­ti­cules de cel­lu­lose. Une encre conduc­trice, conte­nant de l’argent, est ensuite impri­mée sur cette pre­mière couche. Les cap­teurs, des com­po­sants pié­zo­élec­triques, conver­tissent la pres­sion méca­nique en signaux élec­triques. Ces der­niers sont impri­més sur les conduc­teurs de la semelle, là où la pres­sion exer­cée par le pied est la plus forte. L’en­semble est pro­té­gé d’une der­nière couche de sili­cone. Une inter­face de lec­ture des signaux géné­rés, insé­rée dans la semelle, com­plète le dispositif.

Outre l’Em­pa, l’ETH Zurich et l’EP­FL, le Centre hos­pi­ta­lier uni­ver­si­taire vau­dois (CHUV) et l’en­tre­prise d’or­tho­pé­die Numo ont éga­le­ment par­ti­ci­pé à ces tra­vaux. De telles semelles pour­raient être uti­li­sées par les spor­tifs pour mesu­rer leurs pro­grès à l’en­traî­ne­ment et leurs per­for­mances de manière géné­rale³.

Des cher­cheurs de l’Ins­ti­tute of Basic Science (IBS) en Corée du Sud ont mis au point une nou­velle pro­thèse tis­su­laire. Fabri­quée à par­tir d’un hydro­gel conduc­teur, elle peut être injec­tée direc­te­ment dans un muscle bles­sé, afin de le régé­né­rer et de le recon­nec­ter au sys­tème ner­veux. Cette pro­thèse a per­mis à des rats dont les membres pos­té­rieurs étaient déchi­rés de mar­cher à nouveau.

Les bles­sures mus­cu­laires telles que les fou­lures ou les déchi­rures sont fré­quentes chez les spor­tifs. Lors­qu’un muscle est déchi­ré, sa com­mu­ni­ca­tion élec­trique avec le sys­tème ner­veux est per­tur­bée, il ne fonc­tionne plus cor­rec­te­ment. Aujourd’hui, ces bles­sures peuvent être trai­tées via des dis­po­si­tifs élec­tro­niques por­tables ou implan­tables. Tou­te­fois, la rigi­di­té de ces der­niers les rend incom­pa­tibles avec les tis­sus bio­lo­giques mous. Non seule­ment ils sont incon­for­tables pour le patient, mais ils peuvent même pro­vo­quer une inflam­ma­tion qui ralen­tit la guérison.

Les cher­cheurs de l’IBS ont mis au point une pro­thèse souple, fabri­quée à par­tir d’un hydro­gel conte­nant de l’a­cide hya­lu­ro­nique – un poly­sac­cha­ride natu­rel aux pro­prié­tés méca­niques simi­laires à celles des tis­sus mous et connu pour ses pro­prié­tés régé­né­ra­tives. Pour don­ner à la pro­thèse des pro­prié­tés conduc­trices, ils ont uti­li­sé des liai­sons cova­lentes. Ain­si, l’hydrogel ren­ferme des com­po­sés chi­miques conte­nant des anneaux hexa­go­naux pou­vant accueillir des nano­par­ti­cules d’or. L’or est éga­le­ment un maté­riau bio­com­pa­tible et intrin­sè­que­ment inerte sur le plan chimique.

Lorsque le gel est injec­té dans le tis­su mus­cu­laire d’un rat, les liai­sons chi­miques qu’il contient sont rom­pues. Elles se reforment rapi­de­ment une fois l’hy­dro­gel fixé dans le muscle. C’est cette chi­mie inno­vante qui lui per­met de régé­né­rer les tis­sus lésés. De plus, le gel ne sur­ac­tive pas le sys­tème immu­ni­taire de l’animal. Il ne pro­duit donc pas de tis­su cica­tri­ciel fibreux, comme cela peut être le cas avec les pro­thèses implan­tables conventionnelles.

Les cher­cheurs ont décou­vert que l’hydrogel adhère aux nerfs péri­phé­riques des muscles bles­sés de la patte arrière d’un rat. Le dis­po­si­tif peut ain­si être connec­té à des fils élec­triques. Grâce à cette pro­prié­té, les scien­ti­fiques peuvent acti­ver le muscle en envoyant une sti­mu­la­tion élec­trique à tra­vers l’hy­dro­gel. Une sti­mu­la­tion répé­tée a per­mis aux ron­geurs de mar­cher peu de temps après la blessure.

À terme, les cher­cheurs sou­hai­te­raient, bien sûr, appli­quer leur tech­nique aux muscles humains. Néan­moins, avant d’y par­ve­nir, d’autres études devront être menées sur des ani­maux plus grands que les ron­geurs afin de déter­mi­ner si l’hy­dro­gel peut conduire l’élec­tri­ci­té sur de plus longues dis­tances⁴.

Des cher­cheurs ont mesu­ré la vitesse de pro­gres­sion, de rota­tion et l’angle de rebond d’une balle de ten­nis de table. Les scien­ti­fiques, diri­gés par Jean-Chris­tophe Gémi­nard, direc­teur de recherche CNRS au labo­ra­toire de phy­sique de l’ENS de Lyon, ont envoyé la balle sur une plaque de verre, en variant l’angle et la vitesse d’im­pact de la balle. Ils ont ensuite mesu­ré les para­mètres pré­cé­dents en ana­ly­sant les vidéos de l’in­te­rac­tion de la balle avec la plaque.

Résul­tat : avec des angles d’in­ci­dence typi­que­ment infé­rieurs à 45 degrés, la balle rou­lait (sans glis­ser le long de la sur­face de la plaque) réa­li­sant une frac­tion de tour com­plet, c’est-à-dire moins d’un tour, avant de rebon­dir. Pour des angles d’in­ci­dence plus impor­tants, la balle glis­sait encore en quit­tant la sur­face, rédui­sant sa rota­tion après le rebond. Les cher­cheurs expliquent qu’en rebon­dis­sant sur une sur­face solide, telle que la plaque de verre, la rota­tion finale, la vitesse ain­si que l’angle de rebond de la balle, sont régis uni­que­ment par la fric­tion entre la balle et la sur­face. Selon eux, ce résul­tat s’appliquerait au rebond d’une balle sur une vraie table de ping-pong.

Pour concré­ti­ser leurs expé­riences, Jean-Chris­tophe Gémi­nard et ses col­lègues les ont ensuite répé­tées avec une raquette recou­verte d’un empi­le­ment de mousse et d’é­las­to­mère. Dans une cer­taine mesure, ce scé­na­rio empê­chait la balle de glis­ser sur la sur­face de la plaque. Les joueurs capables de repro­duire les tech­niques décrites dans cette étude auront, sans aucun doute un avan­tage signi­fi­ca­tif, affirment les chercheurs.

Enfin, les scien­ti­fiques ont repro­duit leurs expé­riences sur des sur­faces cou­ram­ment uti­li­sées par les joueurs dans le monde réel, mais à ce jour, les résul­tats de cette par­tie de leur tra­vail n’ont pas encore été ren­dus publics⁵⁶.

Isabelle Dumé