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