Lower limbs mechanical capabilities and explosive movements. Theoretical integrative approaches applied to vertical jumping.
Capacités mécaniques des membres inférieurs et mouvements explosifs. Approches théoriques intégratives appliquées au saut vertical.
Résumé
The aim of this work was to study the lower limbs mechanical capabilities and their involvement in explosive movement performance using theoretical integrative approaches. The first part of this work proposed and validated a new simple method to evaluate lower limbs mechanical capabilities. This method, based on fundamental laws of dynamics, presents three equations giving mean values of force, velocity and power developed during a vertical jump from only three simple parameters: body mass, jump height and push-off distance. This method, convenient for field using, allows to measure power output during a maximal jump and to obtain force-velocity relationships from loaded jumps, these tests hitherto requiring specific devices. The second part of this work proposed a new theoretical integrative approach to apprehend the involvement of lower limbs mechanical capabilities in vertical jumping performance. First, considering that force production during push-off is limited by mechanical constraints imposed by both movement dynamics and force generator properties (i.e. lower limbs characteristics) allowed to express the maximal jump height an individual can reach as a function of only three mechanical characteristics of lower limbs: their maximal capability of force production, their maximal extension velocity and their range of extension. Besides to identify the mechanical variables determining jumping performance, this equation allowed to show and to quantify the positive influences of these three mechanical characteristics on jump height. Such a mathematical expression may be a first step to analyse differences in jumping ability between individuals, between species, and for a same individual at two different times. Then, this theoretical integrative approach was used to apprehend the concept of force-velocity muscular profile and to study its effect on jumping performance independently of maximal power capabilities. This concept of force-velocity profile, quantified by the slope of the force-velocity relationship, refer to the different combinations of maximal force and velocity of lower limbs that may induce the same maximal power capability. From the previous-proposed approach, the maximal jump height has been expressed as a mathematical function of the range of lower limbs extension, the maximal power output and the slope of the force-velocity relationship. This analysis showed that jumping performance, and so the capability to produce a high mechanical impulse, is heavily related to the lower limbs maximal power capability, but also to the force-velocity profile. An optimal force-velocity profile maximising jump height has been put forward. This concept of force-velocity profile of an athlete, and its comparison to the optimal profile, is interesting to consider for optimizing explosive movement performances aiming to accelerate body mass. To conclude, this work allowed, thanks to theoretical integrative approaches, to clarify the relationships between vertical jumping performance and push-off mechanical outputs, on the one hand to propose a new simple method to evaluate lower limbs mechanical capabilities, and on the other hand to understand and quantify the involvement of these later in explosive movement performances. Producing a high impulse during a lower limbs extension phase require a high maximal power output and an optimal force-velocity profile.
Le but de ce travail était d'étudier les capacités mécaniques des membres inférieurs et leur implication dans la performance lors de mouvements explosifs par l'utilisation d'approches théoriques intégratives. La première partie de ce travail a proposé et validé une nouvelle méthode simple d'évaluation des capacités mécaniques des membres inférieurs. Cette méthode, basée sur les principes fondamentaux de la dynamique, présente trois équations donnant les valeurs moyennes de force, de vitesse et de puissance développées lors d'un saut à partir de trois paramètres simples : la masse, la hauteur de saut et la distance verticale de poussée. Cette méthode, utilisable sur le terrain, permet d'obtenir la puissance produite lors d'un saut maximal et permet de tracer les relations force-vitesse à partir de sauts chargés, ces tests nécessitant jusqu'à présent des outils de mesures spécifiques. La deuxième partie de ce travail a proposé une nouvelle approche théorique intégrative pour appréhender l'implication des capacités mécaniques des membres inférieurs dans les sauts verticaux maximaux. Tout d'abord, la prise en compte des contraintes mécaniques du générateur de force (les membres inférieurs) et de la dynamique du mouvement (un corps accéléré linéairement) sur la production de force lors de la poussée a permis d'exprimer mathématiquement la hauteur maximale de saut qu'un individu peut atteindre en fonction de trois caractéristiques de ses membres inférieurs : leur capacité maximale de production de force, leur vitesse maximale d'extension et leur amplitude de déploiement. En plus de mettre en avant les variables mécaniques qui sont impliquées dans la performance en saut, cette équation a permis de montrer et de quantifier l'influence positive de ces trois caractéristiques mécaniques sur la hauteur de saut. Cette expression mathématique peut constituer une première étape importante dans l'analyse des différences de performances en saut entre les individus, entre les espèces, et pour un même individu entre deux moments différents. Ensuite, cette approche théorique intégrative a été utilisée pour approcher la notion de profil force-vitesse d'un individu et pour en étudier l'influence sur la performance en saut indépendamment de la puissance maximale. Cette notion de profil force-vitesse, appréciée par la pente de la relation force-vitesse, fait référence aux différentes combinaisons de force et vitesse maximales des membres inférieures pouvant induire les mêmes capacités de puissance. A partir de l'approche théorique proposée précédemment, la hauteur de saut a été exprimée mathématiquement en fonction de la distance de poussée, de la puissance maximale et de la pente de la relation force-vitesse. Cette analyse a permis de montrer que la performance en saut, et donc la capacité à produire une grande impulsion, est fortement liée à la puissance maximale des membres inférieurs, mais également à leur profil force-vitesse. Un profil force-vitesse optimal maximisant la hauteur de saut a été mis en évidence. Cette notion de profil force-vitesse d'un athlète, et la comparaison au profil optimal, semble intéressante à considérer pour optimiser les performances lors de mouvements explosifs visant à accélérer sa propre masse. En conclusion, ce travail de thèse a permis, au moyen d'approches théoriques intégratives, d'éclaircir les relations entre la performance en saut vertical et les caractéristiques mécaniques de la poussée, d'une part pour proposer une nouvelle méthode d'évaluation simple des capacités mécaniques des membres inférieurs, et d'autre part pour comprendre et quantifier l'implication de ces dernières dans la performance lors de mouvements explosifs. Produire une grande impulsion lors d'une phase d'extension des membres inférieurs requière une puissance maximale élevée et un profil force-vitesse optimal.
Loading...