Propriété mécaniques du muscle Données théoriques et pratiques
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Coupe transversale de deux myofibrilles montrant l'arrangement actine -myosine.
Filament épais de myosine
Filament fin d’actine
Vue miscroscopique de l’arrangement entre les filaments d’actine et de
myosine
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Accrochage actine - myosine
Le calcium libéré des citernes du réticulum sarcoplasmiqueprovoque un glissement des protéines régulatrices de l'actine, démasquant les sites d'accrochage des têtes de myosine
ADP ADP -- PP
ATPaseATPaseATPATP
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Muscle au reposMuscle au repos
Myosine attachMyosine attachéée e àà ll’’actineactine
Donne la rigiditDonne la rigiditéé musculairemusculaire
11
11èèrere éétape de la contractiontape de la contraction
-- LL’’ATP sATP s’’attache attache àà la myosinela myosine
-- La tête de myosine se dLa tête de myosine se déétache de ltache de l’’actineactine
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22èèmeme éétape de la contractiontape de la contraction
-- ATP est ATP est hydrolishydrolisééee
-- La tête de myosine se dLa tête de myosine se dééplace en splace en s’’accrochant ailleursaccrochant ailleurs
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33èèmeme éétape de la contractiontape de la contraction
-- PPii est libest libéérréé
-- La tête de myosine tire sur lLa tête de myosine tire sur l’’actineactine
14
44èèmeme éétape de la contractiontape de la contraction
-- ADP libADP libéérrééee
-- Retour du muscle Retour du muscle àà la position de reposla position de repos
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• Contraction musculaire concentrique :
Développement d’une force volontaire
raccourcissement du muscle
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• Contraction musculaire excentrique :Développement d’une force pour résister à une charge
importante
étirement du muscle
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• Contraction musculaire isométrique :Développement d’une force volontaire
Aucune variation de longueur du muscle
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• Contraction musculaire pliométrique :
Utilisation de l’énergie élastique stockée au niveau du muscle lors de la phase d’étirement
Contraction excentrique suivie Contraction excentrique suivie immimméédiatement ddiatement d’’une contraction une contraction
concentriqueconcentrique
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Le cycle Le cycle éétirementtirement-- ddéétentetenteExemple de la course Exemple de la course àà piedspieds
1 1 -- Pose du pied Pose du pied àà terreterre
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Processus dProcessus d’’emmagasinage emmagasinage dd’é’énergie nergie àà partir des têtes de partir des têtes de
myosinemyosine
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MODELE MECANIQUE DU MUSCLE SQUELETTIQUE
HILL (1932)
CCCC
Composante contractile Génère une force grâce au glissement des filaments. Variation de la longueur du muscle
Composante élastique série Tendons
CESCES Composante élastique parallèleEnveloppes musculairesLiaison actine-myosine
CEPCEPStockage-restitution d’énergie élastique
Stockage-restitution d’énergie élastique
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DiffDifféérentes phases du modrentes phases du modèèle le mméécanique de la contraction canique de la contraction
musculairemusculaire
1. Phase de contraction 1. Phase de contraction isomisoméétriquetrique2. Phase de contraction 2. Phase de contraction isotoniqueisotonique3. Phase de relaxation 3. Phase de relaxation isotoniqueisotonique4. Phase de relaxation 4. Phase de relaxation isomisoméétriquetrique
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1. Phase de contraction 1. Phase de contraction isomisoméétriquetrique
CES s’étire(étirement des tendons)
CC se raccourci(raccourcissement des sarcomères)
CEP se raccourci(endomysiumcompressé)
La La totalittotalitéé dudu muscle muscle gardegarde la la mêmemême longueurlongueur
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2. Phase de contraction 2. Phase de contraction isotoniqueisotonique
CES garde la mêmelongueur
CEP se raccourciCC se raccourci
La La totalittotalitéé dudu muscle se muscle se raccourciraccourci
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3. Phase de relaxation 3. Phase de relaxation isotoniqueisotoniqueLa La totalittotalitéé dudu muscle muscle ss’’allongeallonge
CES garde la mêmelongueur
CEP s’allonge
CC s’allonge
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4. Phase de relaxation 4. Phase de relaxation isomisoméétriquetrique
CES se raccourci
CEP s’allongeCC s’allonge
La La totalittotalitéé dudu muscle muscle gardegarde la la mêmemême longueurlongueur
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Propriétés mécaniques musculaires
Relations :
Force - longueur
Force - vitesse
Puissance - vitesse
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Variables intervenant dans la contraction musculaire
Il y a lieu de distinguer :
• des facteurs chimiques intervenant directement dans la mécanique contractile (organisation des fibres d'actine / à celles de myosine ; proportions de myofibrilles / mitochondries, myoglobine).
• des facteurs visco - élastiques dus à la présence de différents éléments élastiques dans les myofibrilles, les fibres musculaires et les tendons.
39En isométrie, la tension développée est enregistrée par la jauge de contrainte B.
Contractions isotoniques et isométriques
muscle isolé
Dispositif permettant l'étude des réponses d'un muscle isolé à la stimulation électrique dans le cadre d'une contraction isométrique ou isotonique
En isotonie, le raccourcissement du muscle imprime un mouvement au levier A qui est enregistré par un système de mesure.
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Relation tension - longueur du muscle
le development le development dd’’uneune tension passive tension passive ((éétirementtirement et compression des et compression des éélléémentsments éélastiqueslastiquestendons et tendons et endomysiumendomysium))
ChaqueChaque contraction contraction musculairemusculaire impliqueimplique ::
le development le development dd’’uneune tension active tension active ((pontsponts dd’’actineactine--myosinemyosine))
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CourbeCourbe de tension activede tension active
En condition isomEn condition isoméétriquetrique
Longueur de Longueur de repos du repos du sarcomsarcomèèrere
Tension MaxTension Max
SurSur le le sarcomsarcomèèrere
44Les tensions les plus importantes sont enregistrées aux longueurs offrant le plus d'interactions actine - myosine
Relation entre la tension développée par la mécanique contractile et la longueur d'un sarcomère
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CourbeCourbe de tension passivede tension passiveTendons et Tendons et endomysiumendomysium
GGéénnéérrééee en en tiranttirant sursur la la fibrefibre musculairemusculaire
DDéébutebute àà la la longueurlongueur de de reposrepos dudu sarcomsarcomèèrere
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CourbeCourbe de tension de tension totaletotale
Addition de la Addition de la courbecourbe de de tension active tension active àà cellecelle de de tension passivetension passive
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Relation force - vitesse en condition isotonique sur un muscle isolé
charges à soulever de poids croissants
(P1, P2, P3)
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Relation force - vitesse du muscle isolé
Plus Plus ilil y a de y a de sarcomsarcomèèresres placplacééss en en parallparallèèleledansdans la la fibrefibre musculairemusculaire plus la plus la fibrefibre peutpeutddééveloppervelopper de la force (de la force (hypertrophiehypertrophie ououhyperplasiehyperplasie))
Plus Plus ilil y a de y a de sarcomsarcomèèresres placplacééss en en sséérieriedansdans la la fibrefibre musculairemusculaire plus la plus la fibrefibre peutpeutddééveloppervelopper de la de la vitessevitesse
NoteNote : La : La vitessevitesse de contraction de contraction estest limitlimitééee par le type de par le type de myosinemyosine ATPaseATPase prpréésentesente dansdans la la fibrefibre..
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DDééveloppement de la forceveloppement de la force
Illustration de Illustration de ll’’hypertrophie hypertrophie dd’’une fibreune fibre
50
DDééveloppement de la vitesseveloppement de la vitesse
Illustration du Illustration du ddééveloppement des veloppement des sarcomsarcomèères en sres en séérie rie dans une fibredans une fibre
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Potentiel dPotentiel d’’action et force musculaireaction et force musculaire
Un simple potentiel dUn simple potentiel d’’action musculaire action musculaire ddéétermine le dtermine le dééveloppement dveloppement d’’une une force force submaximalesubmaximale due due àà la vitesse de la vitesse de liblibéération du Caration du Ca++++ qui est dqui est déépendante pendante de la Cade la Ca++++ATPase qui enlATPase qui enlèève le Cave le Ca++++ du du sarcoplasme.sarcoplasme.
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LorsqueLorsque la la frfrééquencequence dudu potentielpotentiel dd’’actionactionaugmenteaugmente, la Ca, la Ca++++ ATPaseATPase nene parvientparvient pas pas ààenleverenlever le Cale Ca++++ cytosoliquecytosolique assezassez vitevite, , permettantpermettant ll’’augmentationaugmentation de la force de la force maximalemaximale ((ttéétanostanos).).
Potentiel dPotentiel d’’action et force action et force musculairemusculaire
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Muscle et fatigueMuscle et fatigue
Chez Chez ll’’hommehomme ilil y a y a deuxdeux types de fatigues :types de fatigues :
1. La fatigue de type 1. La fatigue de type musculairemusculaire
2.2. La fatigue de type La fatigue de type nerveusenerveuse
En gEn géénnééral les nerfs ne fatiguent pas. La fatigue ral les nerfs ne fatiguent pas. La fatigue nerveuse implique la dnerveuse implique la dééplpléétion du neurotransmetteur, tion du neurotransmetteur, apraprèès plusieurs millier de ds plusieurs millier de déécharges de hautes charges de hautes frfrééquences.quences.
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Muscle et fatigueMuscle et fatigue
corrcorréélation avec la lation avec la ddééplpléétion des tion des
stockes de stockes de glycogglycogèènene
Pour lPour l’’exercice de longue exercice de longue durduréée : les cellules e : les cellules musculaires deviendraient musculaires deviendraient davantage ddavantage déépendantes de la pendantes de la filifilièère re éénergnergéétique utilistique utilisééee
HypothHypothèèsesses / fatigue de type / fatigue de type musculairemusculaire
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Le Le motomoto neuroneneurone alpha plus alpha plus ll’’ensembleensemble des des fibresfibresmusculairesmusculaires ququ’’ilil innerve innerve formentforment ::
ll’’unitunitéé motricemotrice musculairemusculaire
UnitUnitéés motricess motrices
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UnitUnitéés motricess motrices
grandesgrandes : : nerfnerf + + plusieursplusieurs milliermillier de de fibresfibres musculairemusculaire..
Les Les unitunitééss motricesmotrices peuventpeuvent êtreêtre ::petitespetites : : nerfnerf + 1 + 1 fibrefibre musculairemusculaire
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2 moto neurones peuvent innerver les mêmes fibres 2 moto neurones peuvent innerver les mêmes fibres musculairesmusculaires
60Recrutement des unitRecrutement des unitéés motricess motrices
UneUne contraction contraction musculairemusculaire estest uneune rrééponseponse gradugraduééeecommencommenççantant avec avec ll’’activationactivation ::
des plus des plus petites petites unitunitééss motricesmotrices, ,
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UneUne contraction contraction musculairemusculaire estest uneune rrééponseponse gradugraduééeecommencommenççantant avec avec ll’’activationactivation ::
Recrutement des unitRecrutement des unitéés motricess motrices
puispuis ll’’additionaddition des des unitunitééss motricesmotrices plus plus importantesimportantesjusqujusqu’à’à cece queque la force la force ddééveloppveloppééee soitsoit optimaleoptimale..
des plus des plus petites petites unitunitééss motricesmotrices, ,
62
Illustration du phIllustration du phéénomnomèène de ne de recrutement des unitrecrutement des unitéés motricess motrices
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Types de fibres musculaires
•• LentesLentes oxydativesoxydatives ((fibresfibres rouges)rouges)
Le muscle Le muscle squelettiquesquelettique estest composcomposéé de 3 types de de 3 types de fibresfibres differentesdifferentes : :
•• Rapides Rapides -- glycolytiquesglycolytiques ((fibresfibres blanches)blanches)
•• Rapides Rapides -- oxydativesoxydatives--glycolytiquesglycolytiques ((fibresfibresblanchesblanches--rouges)rouges)
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Types de fibres musculairesComparison des enzymesComparison des enzymes
CaractCaractééristiquesristiques RapidesRapides IntermInterméédiairesdiaires LentesLentes
TypeType IIbIIb IIaIIa II
GlycolytiqueGlycolytique +++ +++ ++++ ++
OxydativeOxydative + + ++++ ++++++
MitochrondriesMitochrondries + + ++++ ++++++
GlycogGlycogèènene +++ +++ ++++++ ++++
MyoglobineMyoglobine + + ++++ ++++++
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Types de fibres musculairesInfluence de lInfluence de l’’exerciceexercice
Le type de fibre musculaire est Le type de fibre musculaire est ggéénnéétiquement prtiquement préé--ddééterminterminéé mais il mais il peut être changpeut être changéé en direction den direction d’’autres autres types de fibres types de fibres àà partir de stimuli partir de stimuli dd’’entraentraîînement spnement spéécifiques. cifiques.
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Types de fibres musculairesInfluence de lInfluence de l’’exerciceexercice
MarathonMarathon II 6262SprintSprint IIbIIb 4747AltAltéérophilierophilie IIaIIa 5353AvironAviron II 6565NatationNatation IIaIIa 5757
EXERCISE EXERCISE % type fibres pr% type fibres préédominantesdominantes
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RELATION FORCE DEVELOPPEE SUR LES PEDALES ET FREQUENCE DE PEDALAGE :
ForceForceDébut de sprint, la force est
maximale pour unefréquence minimale
Fin de sprint, la fréquenceest maximale pour uneforce minimale
FrFrééquencequence dede ppéédalagedalage
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DETERMINATION DE LA PUISSANCE
Puissance = Force . vitesse
• Puissance en Watt• Force en N• Vitesse en m.s-1 ou rpm
Compromis entre fréquence de pédalage et force
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RELATION PUISSANCE-FREQUENCE DE PEDALAGE
FrFrééquence (quence (rpmrpm))
300
600
900
Puissance (W)
20012080
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BUTS DE LBUTS DE L ’’ETUDEETUDE
EVALUER : FORCE, VITESSE ET PUISSANCE DES SPRINTERS
ETUDIER : CORRELATIONS AVEC LA PERFORMANCE EN SPRINT
Sur 7 SPRINTERS ESPOIRS MASCULINS
NIVEAU NATIONAL
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MATERIEL ET METHODES
Test FORCE-VITESSE en laboratoire
3 SPRINTS de 6 sec sur bicyclette ergométrique Monark 818 © avec courroie de friction (Arsac, 1995)
Ordre aléatoire, résistances de 0,4, 0,6 et 0,8 N / kg
MESURE de force (N), vitesse (rpm) et puissance mécanique externe (w) à 50Hz
ECHAUFFEMENT : 6min pédalage à 60 rpm, charge < 20 N. 3 sprints de 3 secondes, charge < 20 N
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SPRINT sur le terrain
3 SPRINTS sur 30m départs en starting-blocks sans signal, avec 5min de récupération
CHRONOMETRAGE au 1/1000ème de seconde, aux 5, 10 et 30m par cellules photo-électriques
ECHAUFFEMENT : course lente de 5min + 5 accélérations progressives sur 30m
81
Relation typique entre les valeurs moyennes par coup de pRelation typique entre les valeurs moyennes par coup de péédale de dale de force (N) et de vitesse (force (N) et de vitesse (rpmrpm) au cours de trois sprints de 6 s contre ) au cours de trois sprints de 6 s contre des rdes réésistances de 0,4, 0,6 et 0,8 N.kgsistances de 0,4, 0,6 et 0,8 N.kg--11 chez des sprinters. chez des sprinters.
82
r ² = 0.705p < 0,05
0
400
800
1200
0 40 80 120 160 200
vitesse (rpm)
puis
sanc
e (w
)0,4 N/kg0,6 N/kg0,8 N/kg
Pmax
V opt
Relation typique entre la vitesse (Relation typique entre la vitesse (rpmrpm) et la puissance (W) au cours ) et la puissance (W) au cours de trois sprints contre des rde trois sprints contre des réésistances de 0,4, 0,6 et 0,8 N.kgsistances de 0,4, 0,6 et 0,8 N.kg--11 chez chez des sprinters .des sprinters .
83
1.422.18
4.48
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20 25 30Distance (m)
Tem
ps (s
)
Temps moyens Temps moyens ±± éécartcart--type (en s) type (en s) àà 5, 10 et 30 m 5, 10 et 30 m lors dlors d’’un dun déépart en sprint en course part en sprint en course àà pied.pied.
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Sprint sur bicyclette ergométrique Sprint en course à pied
Vmax (rpm) 165 ± 19 Vmoy 0-5 (m.s-1) 3,53 ± 0,07 Fmax (N.kg-1) 1,21 ± 0,07 Vmoy 0-10 (m.s-1) 4,59 ± 0.23 Pmax (W) 835 ± 67 Vmoy 0-30 (m.s-1) 6.70 ± 0.16 Pmax.kg-1 (W.kg-1) 11 ± 1 Vmoy 5-10 (m.s-1) 6,63 ± 0,88 Vopt (rpm) 119 ± 2 Vmoy 10-30 (m.s-1) 8,76 ± 0,56
Valeurs moyennes Valeurs moyennes ±± éécartcart--type des variables mesurtype des variables mesuréées sur bicyclette es sur bicyclette ergomergoméétrique et lors de dtrique et lors de dééparts en startingparts en starting--blocks.blocks.
Vmoy 0-5 (m.s-1)
Vmoy 0-10 (m.s-1)
Vmoy 0-30 (m.s-1)
Vmoy 5-10 (m.s-1)
Vmoy 10-30 (m.s-1)
Fmax (N.kg-1) - 0,604 0,144 0,295 0,662 - 0,213 Vmax (rpm) 0,035 0,136 0,308 0,101 0,087 Vopt (rpm) 0,331 0,019 - 0,142 - 0,133 - 0,147 Pmax.kg-1 (W.kg-1) - 0,283 0,886* 0,211 0,931* - 0,609
Coefficient de corrCoefficient de corréélation entre les variables dlation entre les variables dééveloppveloppéées sur bicyclette es sur bicyclette ergomergoméétrique et les performances en sprint en course trique et les performances en sprint en course àà pied. * : pied. * : pp < 0,01< 0,01
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CONCLUSIONLa PUISSANCE MUSCULAIRE RELATIVE est le facteur clé de la performance à 10m
t5 est plus influencé par Fmax (r = - 0,406)t30 est plus influencé par Vmax (r = - 0,676)
Un sujet puissant est rapide sur les dix premiers mètres. Sa force musculaire semble déterminer son temps à 5 m, et sa vitesse maximale plutôt sa performance à 30 m. Son explosivité sur bicyclette est corrélée à sa performance sur 30 m.
t30 est fortement lié aux temps d ’atteinte de Vmax (r=0,507) et Pmax (r=0.634)
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Application Application dudu test force test force -- vitessevitesse et des et des tests de tests de sautssauts verticauxverticaux dansdans ll’é’évaluationvaluation
fonctionnellefonctionnelle dudu karatkaratéékaka competiteurcompetiteur
Ravier G, Grappe F, Ravier G, Grappe F, RouillonRouillon JDJD
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Relation puissanceRelation puissance--vitessevitesse obtenueobtenue avec 3 sprints (0.5, 0.7, 0.9 N.kgavec 3 sprints (0.5, 0.7, 0.9 N.kg--1 1
chez des karatékas
89
100
200
300
400
500
50 100 150 200 250Pedalling velocity (V , rpm)
Prop
ulsi
ve fo
rce
(F, N
)
Relation force Relation force -- vitessevitesse obtenueobtenue avec 3 sprints (0.5, 0.7, 0.9 N.kgavec 3 sprints (0.5, 0.7, 0.9 N.kg--1 1
chez des karatékas
90
Differences Differences significativessignificatives en SJ en SJ entreentre les les karatkaratéékaskas internationauxinternationaux et et nationauxnationaux. .
91
Differences Differences significativessignificatives de Vde V00 ((VVmaxmax ththééoriqueorique) ) entreentre les les karatkaratéékaskasinternationauxinternationaux et et nationauxnationaux. .
92
Differences Differences significativessignificatives de Vde V0pt0pt entreentre les les karatkaratéékaskas internationauxinternationaux et et nationauxnationaux. .
93
Differences Differences significativessignificatives de de PPmaxmax entreentre les les karatkaratéékaskas internationauxinternationaux et et nationauxnationaux. .
94
Variables CMJ (cm)
V0 (rpm)
Vopt (rpm)
F0 (N.kg-1)
Pmax (W.kg-1)
SJ (cm)
0.92 ***
0.51 *
0.49 *
0.12 NS
0.42 NS
CMJ (cm) 0.46 *
0.47 *
0.13 NS
0.40 NS
V0 (rpm) 0.89 ***
0.16 NS
0.74 ***
Vopt (rpm) 0.43 *
0.85 ***
F0 (N.kg-1) 0.77 ***
*: p < 0.05, *** : p < 0.001, NS : p > 0.05
MatriceMatrice de de corrcorréélationlation entreentre les les diffdifféérentsrents tests de tests de PPmaxmax entreentre les les karatkaratéékaskas internationauxinternationaux et et nationauxnationaux. .
95
EFFET DE LA POPULATION
• Sujets endurants (FI) : Pmax faible (600 W)• Sujets explosifs (FII) : Pmax élevée (1000 W)
Plus le pourcentage en FII est élevé, plus Pmax est élevée.
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COMPARAISON SUJET LENT- SUJET RAPIDE
Vitesse (Vitesse (rpmrpm))
300
600
900
Puissance (W)
20012080
Sujet explosifSujet endurant
98
Pmax = Fopt . Vopt
• Compromis optimal de force et de vitesse pour améliorer Pmax.
• Part relative des paramètres force et vitesse dans la composition de Pmax.
99
COMPROMIS Fopt - Vopt
Sujet de type fort• Fopt ++• Fo élevée, • Vo faible
Sujet de type vitesse• Vopt ++• Vo élevée• Fo faible
Force
Fréquence
Force
Fréquence
100
INTERET DE CES MESURES
• Amélioration de Pmax
• Elaboration d’un programme de musculation individualisé et spécifique àchaque discipline sportive
• Suivi rapide et objectif de l’entraînement
101
RAPPORT Fo /Vo
• Plus le rapport est élevé : discipline axée sur la force
• Plus le rapport est faible : discipline axée vers la vitesse
Mise en adéquation du rapport Fo/Vodu sportif avec le rapport Fo/Vospécifique à la discipline sportive
102
ENTRAÎNEMENT DELA COMPOSANTE FORCE
• Notion de vitesse essentielle
• Relation inverse entre la charge et le nombre de répétitions
• Types d’exercices avec charges : squat jump, contre-mouvement, montée de marche, saut accroupi, fente…
103
ENTRAÎNEMENT DELA COMPOSANTE VITESSE
• Notion de force essentielle
• Vitesse d’exécution maximale
• Exercices de type plyométrique : sauts en contre-haut et contre-bas, sauts d ’obstacles… avec charges légères