Conception et modélisation d'un système de mesure de la force d'impact dans les Sports de Combat et les Arts Martiaux

Conception and modelling of a measure system of impact force in Fighting Sports and Martial Arts

• Auteur / Autrice : Pascal Girodet
• Direction : Patrick Lacouture, Philippe Vaslin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique
• Date : Soutenance le 27/03/2012
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire d'Informatique, de Modélisation et d'Optimisation des Systèmes
• Jury : Président / Présidente : Kun-Mean Hou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Vaslin, Jacques Cremieux, Raphaël Dumas, Floren Colloud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jacques Cremieux, Raphaël Dumas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomécanique

Arts martiaux

Sports de combat

Mots clés libres

Force d'impact

Ergomètre

Sports de Combat

Arts Martiaux

Biomécanique

Impact force

Ergometer

Fighting sports

Martial arts

Biomechanics

Résumé

L’objectif de cette thèse était d'évaluer la force d’impact dans des conditions proches de la pratique des Sports de Combat et des Arts Martiaux (SCAM) à l'aide d'un ergomètre composé d’un bloc-cible instrumenté avec un accéléromètre et un dynamomètre, et monté sur une lame flexible fixée verticalement sur le sol. La force d'impact a été calculée à partir des trois composantes mesurées par le dynamomètre, d'une part, et à partir de l'accélération du bloc-cible, grâce à un modèle mécanique original, d'autre part. Les mesures dynamiques ont été associées à des mesures cinématiques 3D à haute vitesse afin de caractériser les gestes de frappe de quatre boxeurs en situation d'entraînement, et d'en identifier les paramètres d'optimisation : gamme des énergies cinétiques pic et incidente du membre supérieur, gamme des pics de force d’impact, et forces intra articulaires au poignet, au coude et à l'épaule, calculées par dynamique inverse. Parallèlement, l’évaluation mécanique de quelques protections de boxe française (gants et bandages) et de karaté (gants, protège-pieds et protège-tibias) a montré que le test défini par la norme NF EN 13277-2 était insuffisant pour caractériser leurs propriétés amortissantes. Les résultats des mesures en situation et en laboratoire ont mis en évidence la qualité discutable de certains gants de boxe française et l'absence d’effet protecteur des bandages. La Fédération Française de Boxe Française (FFSBFDA) doit encore tirer toutes les conclusions de ces résultats. Les résultats des protections de karaté ont permis à la Fédération Française de Karaté (FFKDA) d'en définir les caractéristiques souhaitables, qui ont été approuvées par la Fédération Mondiale de Karaté (WKF). Au-delà de ces conséquences pratiques, la cible-ergomètre conçue, fabriquée et mise en oeuvre dans cette thèse, et le modèle mécanique associé présentent des avantages expérimentaux et ergonomiques qui ouvrent des perspectives d’évaluation de la force d'impact de nombreuses techniques de frappe utilisées dans les Sports de Combat et les Arts Martiaux.

The purpose of this thesis was to assess the impact force in conditions close to the practice of Fighting Sports and Martial Arts using an ergometer composed of a target-block instrumented with an accelerometer and a dynamometer, and mounted on a flexible lath vertically fixed on the floor. The impact force was computed from the three components measured by the dynamometer, and also from the acceleration of the target-block, using an original mechanical model. The dynamic measurements have been combined with those of a 3-D high speed kinematic analysis in order to characterize the striking movements of four French Boxers in training conditions, and to identify their optimization parameters : range of maximal and incident linear kinetic energies, range of impact force peaks, and joint forces at the wrist, the elbow and the shoulder, computed by inverse dynamics. Concurrently, the mechanical evaluation of some protective gears for French Boxing (gloves and handwraps) and Karate (gloves, leg-protections and shin protections) has shown that the test defined by the NF EN 13277-2 norm was not sufficient for assessing their damping properties. The results of practice and laboratory measurements exhibited the doubtful quality of some French Boxing gloves and the lack of damping effect of handwraps. The French Federation of French Boxing (FFSBFDA) should still draw all the conclusions of these results. The results of the Karate protective gears have allowed the French Karate Federation (FFKDA) to define their desirable characteristics, which have been approved by the World Karate Federation (WKF). Beyond these practical outcomes, the striking ergometer, designed, built and used in this thesis, and the associated mechanical model have / possess experimental and ergonomic advantages, which open wide perspectives for assessing the impact force of many striking techniques used in Fighting Sports and Martial Arts.