La simulation au service de la performance sportive

Un extrait de « Biomécanique du sport » par Patrick LACOUTURE

Les outils de simulation peuvent être répartis en deux catégories. La première concerne les ergomètres, appareils sur lesquels le sportif réalise son geste comme s’il se trouvait sur le lieu de sa pratique sportive. La seconde est une simulation plus théorique. Ce domaine de recherche concerne l’optimisation et la simulation des mouvements dynamiques des systèmes anthropomorphes, développées sur des plateformes dédiées comme les humains, les robots humanoïdes, et sur des personnages humains virtuels aussi appelés avatars. Il s’agit alors de programmer le mouvement d’un avatar capable de reproduire, de simuler le geste du sportif. Ces deux approches sont très utiles pour étudier l’influence d’un matériel, d’une posture, d’une technique gestuelle, d’une consigne d’entraîneur sur le geste produit.

Ergomètres

L’ergomètre a l’avantage de pouvoir pratiquer lorsque les conditions météorologiques sont très mauvaises. De plus, l’entraîneur peut proposer des exercices spécifiques à son athlète. Parmi l’ensemble des ergomètres disponibles sur le marché, on peut citer le rameur, le tapis roulant, le cycloergomètre, etc. La notion de reproductibilité du geste sur ergomètre s’appuie sur au moins trois impératifs :

• La gestuelle réalisée doit être similaire à celle rencontrée sur le terrain. Cette étude se fait par l’intermédiaire d’une analyse d’images de la gestuelle.
• Pour autant, la validation de la cinématique n’est pas suffisante ; encore faut-il que la dynamique interne soit également comparable. Par dynamique interne, on considère les efforts articulaires, les forces musculaires, l’activité musculaire. Ces similitudes conduisent ainsi à vérifier que le système locomoteur est bien sollicité de manière identique, voire très voisine. Pour cela, à l’analyse cinématique est associée une mesure dynamique des efforts externes produits par le sportif.
• L’avis du sportif vient renforcer l’argumentaire lorsqu’il considère, au regard des sensations qu’il éprouve, que les efforts produits sur ergomètre sont proches de ce qu’il ressent lorsqu’il pratique réellement son activité. Cet avis est extrêmement important si l’on souhaite que le sportif adhère à cette démarche.

Les mouvements simulés

Les mouvements sont simulés sur des plateformes dédiées ou à l’aide d’avatars. Des algorithmes préalablement programmés et implémentés sur ces plateformes ont l’avantage de pouvoir comprendre les mécanismes mis en jeu dans le mouvement et de tester des hypothèses qu’un sportif pourrait difficilement réaliser ou encore qui mettraient en danger ce même sportif. Il est en effet moins risqué de faire chuter un avatar qu’un gymnaste dans la réalisation d’une acrobatie complexe. Cette démarche, très utilisée en robotique, est identifiée sous le vocable : synthèse et optimisation dynamique du mouvement. L’objectif est de réaliser l’optimisation dynamique de mouvements de systèmes à cinématique ouverte ou fermée. Dans le domaine de la performance sportive, cette approche est très peu développée. On peut cependant citer quelques travaux :

• le développement dès les années 1990 d’un modèle mathématique de simulation des mouvements aériens en gymnastique ;
• la simulation de la course et des mouvements gymniques comme le salto et la vrille ;
• la proposition d’un article de synthèse sur l’apport de la simulation numérique du mouvement humain dans l’analyse de la performance en saut en hauteur.