Analyse dynamique de la locomotion ski de fond

Dynamical analysis of cross-country skiing

• Auteur / Autrice : Fabien Cignetti
• Direction : Annie Rouard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques des activités physiques et sportives
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Chambéry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes auto-organisés

Ski de fond

Modèles mathématiques

Activité motrice

Mesure

Locomotion

Skieurs

Mots clés libres

Systèmes dynamiques

Mouvement

Coordination

Résumé

L'objectif de notre travail était d'identifier les principes qui organisent la motricité du skieur de fond en utilisant le cadre d'analyse offert par la Théorie des Systèmes Dynamiques (TSD). Il apparait que les mouvements segmentaires du skieur peuvent être modélisés par le biais d'un oscillateur auto-entretenu marquant la préférence du système neuromusculaire à s'organiser sous la forme d'un attracteur cycle-limite. Les adaptations du modèle observées avec la contrainte de fatigue indiquent que la nature de l'attracteur demeure inchangée et que seuls ses détails de forme sont modifiés, de telle sorte que le comportement asymptotique cycle-limite des segments devient plus harmonique. L'identification d'une variabilité inter-cycle de nature déterministe dans les mouvements du skieur nécessitera cependant d'envisager la piste d'un attracteur étrange dans les études futures. Au niveau inter-segmentaire, il ressort que seuls certains modes de coordination sont adoptés entre les segments du skieur, caractérisés par des rapports de fréquence d'ordre faible (i. E. , 1:1, 2:1) et des phases relatives proches de 0° et 180° (i. E. , patrons plus ou moins en phase et antiphase). Par ailleurs, l'augmentation de la contrainte de pente conduit à des changements brutaux entre ces modes préférentiels en raison d'une perte de stabilité de coordination pour des niveaux critiques de pente. Les changements de coordination prennent donc la forme de bifurcations entre les attracteurs qui ponctuent la coordination inter-segmentaire. Ainsi, les propriétés telles qu'attracteur, bifurcation et perte de stabilité identifiées dans notre travail indiquent que la motricité du skieur de fond est gouvernée par des principes d'auto-organisation. De plus, les adaptations comportementales observées avec la fatigue ouvrent de nouvelles perspectives sur l'utilisation qu'il peut être fait de la TSD en vu d'amener une lecture nouvelle de certains processus biologiques.

The aim of our study was to identify the principles on which the motor acts of the cross-country skier are organized using the Dynamic Systems Theory (DST). It appears that a self-sustained oscillator reproduce with adequacy the rhythmic movements of the limbs, indicating a preferential limit-cycle organization of the neuromuscular system. The model adaptations observed with the fatigue constraint indicate that the nature of the attractor remains unchanged and that only its shape is modified, so that the asymptotic limit-cycle behaviour of the limbs become more harmonic. However, the deterministic nature of inter-cycle variability revealed in the limb movements of the skier suggests that a strange attractor will have to be considered in future works. Our study also highlights that only few modes of coordination emerged between the limbs of the skier, characterized by low integer frequency ratios (i. E. , 1:1 and 2:1) and relative phase values close to 0° and 180° (i. E. , patterns more or less in phase and out of phase). Moreover, the increase of the slope constraint conducts to sudden switches between these preferential modes and a loss of coordination stability is observed at their occurrences. Accordingly, changes in the coordination of the skier take the form of bifurcations between the attractors of the coordination dynamics. In sum, the properties as attractor, bifurcation and loss of stability identified in our study favour strongly for a self-organization of the motor acts in cross-country skiing. More, the behavioural adaptations observed in the limb movements of the skier with fatigue prove the relevance of the DST for the interpretation of some biological processes.