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Modélisation de l’évolution des niveaux d’habileté en course lente chez l’enfant grâce à une analyse biomécanique

Jean-Paul Gérard

Résumé

Ce travail vise à déterminer statistiquement des niveaux d’habileté en course lente chez les enfants entre 7 et 11 ans. Une population scolaire a été filmée au cours d’une course de durée dans une école. Chaque course a été analysée et les indicateurs spatiotemporels (vitesse, amplitude, fréquence) et angulaires (angle du tronc, de la cuisse de la jambe et des bras) ont permis d’identifier 3 niveaux d’habileté dans la population retenue. Pour la population concernée, la majorité des élèves présentent un niveau d’habileté de niveau 2. Les progrès entre 7 à 11 ans ne sont pas importants pour les niveaux d’habileté, les progrès dans la vitesse semblent dus à la maturation plus qu’à l’apprentissage.

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Texte intégral

1. Introduction

1La course de l'adulte est un objet d’étude depuis l’antiquité, mais les études sur la course se sont développées à partir de la fin du XIX è siècle avec Marey et Demeny en France. Un regain d’intérêt dans les dernières décennies du XX è Siècle, est motivé par trois principales préoccupations, améliorer les performances des coureurs, établir l’étiologie des blessures consécutives à cette activité ou améliorer les chaussures de sport.

2Les études sur les adultes sont plus nombreuses que celles sur les enfants, elles portent à la fois sur les adultes experts champion du monde et détenteurs de records (Dillmann 1975, Payne 1983, Mann 1985, Ae & al 1985, Mero, Luthanen & Komi 1986, Yokoi & al 1987, Ito & al 1993, Brisswalter, Legros & Durey 1994, Gazeau 1997, Stéfanyshyn & Nigg 1998), mais également sur des sujets dont le degré d’expertise est moindre des athlètes de niveau régional par exemple (Roy 1982, Hinrichs 1992, Delecluse & al 1995), ou des comparaisons de sujets de différentes disciplines : sprinters et hurdler (Mann 1985, Pauly 1991), des décathloniens et des sprinters (Kunz & Kaufmann 1981), des sprinters et des sauteurs en longueur (Glize & Laurent 1990), des sprinters et des coureurs de mi distance (Gajer 1994), des sprinters et des coureurs de longue distance (Kaneko & al 1983, Siler et Martin 1991). Certaines études envisagent les différences en fonction de l’âge (Morgan, Martin & Krahenbuhl 1989, Hamilton 1993, Gehlsen & Demchak 1996), en fonction du degré d’expertise (Saito & al 1983, Gérard & Gérard 1998) ou du style de l’athlète (Williams & Ziff 1991).

3Concernant les enfants, les études biomécaniques les plus documentées sur la course lente sont : Ounpuu (1994), Yoshizawa & al (1997) et celle de Morgan & al (1997).

4En course lente, il existe peu de données sur les variations de vitesse chez les enfants, et parmi celles que nous avons trouvées, nous nous posons la question de la signification d’une valeur moyenne sur 12 enfants entre 5 et 11 ans. Certains ouvrages donnent des valeurs moyennes pour l’amplitude ou la vitesse maximale aérobie (Gerbeaux, Berthoin 2001, Gérard&Gérard 2006) 

5Pour dépasser cette idée de moyenne nous souhaitons établir comme pour la course de vitesse chez l’enfant (Gérard 2003, 2005) des niveaux d’habileté en course lente à allure librement choisie dans une population scolaire de cycle 2 et 3 (enfants entre 6 et 11 ans). Ces niveaux d’habileté de la foulée de course lente doivent être établis statistiquement pour dépasser le niveau empirique des observables construits par les enseignants ou les entraîneurs. Les observables quantifiés, doivent servir de base à une modélisation qui constituera un outil de référence aussi bien pour les enseignants que pour les élèves, dans une perspective d’évaluation de la motricité en course.

2. Méthode

2. 1. Population

6Pour déterminer ces niveaux d’habileté, nous proposons d’analyser les courses des enfants d’une école primaire. Ounpuu (1994) distingue la marche de la course par la décomposition des événements qui marquent les deux démarches : existence d'un double appui en marche et d'une suspension en course. Quand on regarde un enfant ou un adulte qui court lentement il peut exister un temps de double appui, et pourtant son organisation corporelle, buste légèrement incliné, bras plié le long du corps, n'est pas celle de la marche. Le problème se pose donc pour les coureurs chez qui la phase de suspension est proche de zéro. Pour notre étude, en course lente, nous ne retiendrons que les enfants qui montrent au minimum entre le quitté d'un appui et le posé de l'appui controlatéral un intervalle de 0.02 s indiquant ainsi une suspension même minime.

7Le prélèvement des données a été effectué sur une population d’enfants de centre ville, dans une école qui comporte plusieurs classe du même niveau. Avec accord des parents nous avons filmé les enfants en maillot de bain pour mieux identifié les points à numériser. Nous avons fait en sorte d’avoir une trentaine d’enfant de chaque classe, ce qui nous donne un nombre différent pour chaque âge ( présence de redoublants). Après plusieurs essais avec une classe de CP nous avons décidé de ne pas prélever de données sur ce niveau, un grand nombre des enfants ne parvenaient pas encore à avoir une course régulière pendant plusieurs minutes.

Tableau I. Répartition de la population scolaire étudiée par année

Classe

Nombre de mois

Nombre d’enfants

Garçons

Filles

CE1

84-95

25

16

9

CE2

96-107

28

13

15

CM1

108-119

32

15

17

CM2

120-131

32

15

17

8Nous avons donc limité notre panel aux classes du Cours Elémentaire première année jusqu’au Cours moyen deuxième année.

2. 2. Prélèvement des données

9Pour décrire les courses des enfants, nous avons utilisé un banc de mesure pour l'analyse du mouvement qui permet de passer du mouvement des enfants à un traitement informatique des données prélevées. Ce banc est composé d'une caméra, d'un magnétoscope et d'un écran de contrôle, d'un ordinateur équipé d'une carte d'acquisition et d'un logiciel de digitalisation des images qui transforme les repères en données numériques au format texte. Ces données peuvent être traitées par le logiciel pour obtenir les valeurs angulaires, les vitesses, les représentations paramétriques souhaitées ou par un logiciel de traitement de données, Excel par exemple.

10Nous avons filmé dans un plan sagittal avec une caméra Sony Hi8, puis chaque course a été numérisée en utilisant une carte d'acquisition vidéo Miro DC 30 plus qui permet une acquisition par trame des films. Cette manipulation permet la récupération des films avec une fréquence de 50 images par seconde (Aubert 1994). Le logiciel 3D vision de Gilles Dietrich 1999 permet la saisie et une partie de l'analyse des courses à partir des points caractéristiques.

Figure 1. Schéma du dispositif de prise de vue

Figure 1. Schéma du dispositif de prise de vue

11La foulée est ensuite analysée, les indicateurs cinétiques suivants sont recueillis : vitesse, amplitude, fréquence, durée de l’appui, durée de la suspension. Chaque image est analysée par l’intermédiaire de 9 points : oreille, épaule, coude, poignet, hanche, genou, cheville, talon, pointe de pied (Gérard 2003). Ces points permettent d’établir les indicateurs cinématiques pour chaque coureur, indicateurs qui sont relevés sous forme d’angles à différents temps de la foulée de course : posé, quitté droit et gauche, moment de flexion et d’extension maximale (Durey 1988, 1997). Les valeurs minimales, maximales et moyennes des différents angles suivants sont pris en considération : inclinaison du tronc, la flexion extension des bras, angle de la hanche, du genou et de la cheville sont calculés par rapport à la verticale, l’horizontale ou par rapport à une autre segment. Le schéma ci-dessous présente les repères choisis pour le calcul de différents angles.

Figure 2. Angles prélevés pour l'analyse des courses

Figure 2. Angles prélevés pour l'analyse des courses

12Les angles retenus permettent de mettre en évidence les différentes organisations corporelles en course, révélatrices de niveaux d’habileté. (Gérard 2003)

3. Résultats

13Pour le traitement statistique de nos données, nous utiliserons le logiciel SPSS version 7.5 et les feuilles de calcul du logiciel Excel.

14Nous avons effectué un tri hiérarchique opéré sur l’ensemble des données, après vérification de l’indépendance des variables, de leur distribution et l’absence d’individus atypiques. Ce tri a utilisé la distance moyenne entre classe, en portant au carré la distance euclidienne avec une standardisation des valeurs, les points sont regroupés de telle sorte que la distance entre deux classes soit égale à la plus petite distance possible entre deux points quelconques appartenant à chacune des classes. Le tri hiérarchique permet de construire des ensembles d’individus relativement proches les uns des autres, les différentes classes constituent alors les niveaux d’habileté recherchés.

15Cette méthode appliquée à notre panel nous a permis d’obtenir un classement des individus en 3 classes qui présentent les caractéristiques suivantes :

3. 1. Paramètres spatio-temporels

16Les résultats des 3 classes pour les paramètres spatio-temporels sont présentés dans le tableau II. Ces résultats montrent que les différences sont significatives entre les classes pour l’amplitude et la vitesse, et non statistiquement différents (t de student inférieur à 1.98) pour les indices de sautillement, pour la fréquence, la durée des appuis et la durée de la suspension.

Tableau II. Principales valeurs des différents indicateurs en fonction du niveau

Niveau 1

Niveau 2

Niveau 3

T de student

Amplitude en cm

181,7

195,0

248,4

35,29

Vitesse en cm.s-1

283,3

293,0

365,9

45,17

Indice de sautillement oreille en cm

10,3

10,6

12,6

1,26

Indice de sautillement hanche

15,4

15,5

16,4

0,53

Fréquence en Hz

3,14

3,01

2,95

0,10

Durée de l’appui en seconde

0,26

0,26

0,21

0,03

Durée de la suspension en seconde

0,07

0,07

0,13

0,03

17Globalement, l’amplitude, la vitesse, la durée de la suspension et les indices de sautillement augmentent, alors que la fréquence diminue et la durée des appuis diminuent. Les performances sont améliorées avec l’augmentation du niveau et l’amélioration de la vitesse est due à une augmentation plus importante de l’amplitude qui compense la diminution de la fréquence.

3. 2. Paramètres angulaires

18Le tableau III présente les valeurs des différents angles à différents moments du cycle de course lente, pour les 3 classes déterminées.

19Les valeurs du t de student sur les différentes valeurs angulaires obtenues pour les 3 classes nous montrent que les différences ne sont pas significatives (inférieures à 1.98) pour l’angle du bras en flexion, l’angle moyen oreille hanche, angle de la cheville au posé, l’angle maximal de la cheville pendant l'appui, l’angle de la cheville en flexion pendant l'appui, l’angle maximale de la cheville en flexion pendant la suspension, l’angle minimum du genou pendant l'appui, l’angle maximum du genou pendant l'appui. Pour les autres valeurs angulaires, les différences sont significatives.

20Globalement, avec l’augmentation du niveau d’habileté, nous constatons :

  • Une augmentation de l’amplitude des mouvements du bras

  • Une augmentation de l’extension de la cheville au quitté

  • Une diminution de l’angle du genou au posé et une augmentation au quitté

  • Une augmentation de la flexion de la cheville pendant la suspension

  • Une augmentation sensible de la flexion du genou pendant la phase de retour de la jambe libre

  • Une augmentation de l’extension de la hanche au quitté, et pendant la suspension.

Tableau III. Tableau des résultats angulaire par niveau

Angles en degré

Niveau 1

Niveau 2

Niveau 3

T de student

Angle du bras en extension

56,8

53,0

60,9

3,98

Angle du bras en flexion

-2,6

-4,7

-1,3

1,68

angle moyen oreille hanche

16,3

14,2

15,0

1,07

angle de la cheville au posé

79,3

78,9

80,9

1,08

angle de la cheville au quitté

104,8

107,2

109,3

2,29

Angle maximal de la cheville pendant l' appui

86,5

87,3

88,6

1,05

Angle de la cheville en flexion pendant l'appui

62,2

61,1

60,9

0,66

Angle maximal de la cheville en extension pendant la suspension

106,0

110,4

113,2

3,61

Angle maximal de la cheville en flexion pendant la suspension

67,3

70,5

67,9

1,69

Angle du genou au posé

153,2

153,4

148,8

2,62

Angle du genou au quitté

151,0

152,2

154,8

1,98

Angle minimum du genou pendant l'appui

131,8

131,8

129,1

1,56

Angle maximum du genou pendant l'appui

160,9

161,6

161,3

0,37

Angle minimum du genou pendant la suspension

85,9

65,2

38,5

21,01

Angle de la hanche au posé

141,6

145,3

138,8

3,26

Angle de la hanche au quitté

175,0

177,7

180,1

2,54

Angle minimum de la hanche pendant l'appui

139,0

140,8

135,5

2,68

Angle maximum de la hanche pendant la suspension

178,2

180,3

184,8

3,41

21Un certain nombre de variations angulaires sur les 3 niveaux ne sont pas univoques, c’est le cas de l'angle moyen oreille hanche, angle de la cheville au posé, angle maximal de la cheville en flexion pendant la suspension, angle du genou au posé, angle de la hanche au posé, angle minimum de la hanche pendant l'appui.

3. 3. Répartition de la population

3. 3. 1. En fonction du sexe

22Le tableau ci-dessous présente les répartitions des élèves dans les 3 niveaux en fonction du sexe.

Tableau VI. Nombre de filles et de garçons par niveau d’habileté

 

Filles

Garçons

Niveau 1

12

8

Niveau 2

43

41

Niveau 3

3

9

23Les 3 classes sont d’inégales compositions. Si le nombre de filles et de garçons est sensiblement équivalent dans les niveaux 1 et 2, la classe 3 montre un nombre significativement plus élevé de garçons. Pour mieux comprendre la distribution nous nous sommes intéressés à la répartition des individus pour chaque niveau en fonction de leur âge.

3. 3. 2. Dans chaque classe de l’école primaire

24Le graphique ci-dessous présente en pourcentage de chaque niveau l’effectif des différentes sections de l’école pour chaque niveau de course identifié.

Figure 3. Pourcentage de chaque niveau d’habileté.

Figure 3. Pourcentage de chaque niveau d’habileté.

25Il apparaît que dans chaque classe de l’école, un certain nombre d’enfants sont de niveau 1, 2 ou 3. Si la grande majorité quelle que soit la classe est de niveau 2, on peut constater avec l’âge une diminution du nombre d’enfants de niveau 1 et une augmentation du nombre d’enfants de niveau 3, même si en CE2 il y a moins d’enfants de niveau 3 qu’en CE1.

3. 4. Modélisation

26Nous proposons de reprendre une modélisation similaire à celle utilisée en course de vitesse (Gérard 2003, 2005) à l’aide d’un viseur. Les éléments retenus sont l’inclinaison moyenne du tronc, le compas et la remontée de la jambe libre.

Le niveau 1

Figure 4. modélisation du niveau 1 d’habileté en course lente chez l’enfant chez l’enfant d’âge primaire

Figure 4. modélisation du niveau 1 d’habileté en course lente chez l’enfant chez l’enfant d’âge primaire

Le niveau 2

Figure 5. Modélisation du niveau 2 d’habileté en course lente chez l’enfant chez l’enfant d’âge primaire

Figure 5. Modélisation du niveau 2 d’habileté en course lente chez l’enfant chez l’enfant d’âge primaire

Le niveau 3

Figure 6. Modélisation du niveau 3 d’habileté en course lente chez l’enfant d’âge primaire

Figure 6. Modélisation du niveau 3 d’habileté en course lente chez l’enfant d’âge primaire

3. 5. Discussion et limites

27Les niveaux d’habileté sont très différenciés par leur vitesse moyenne et par l’amplitude qui augmentent avec le niveau d’habileté. Par contre même si les différences ne sont pas significatives pour les indices de sautillement, la fréquence et les durées de l’appui et de la suspension, le sens du progrès chez les enfants semble passer par une augmentation de la suspension, une diminution de la fréquence.

28La répartition des élèves dans les différents niveaux montre qu’une grande majorité est de niveau 2. On pouvait supposer la répartition en 3 niveaux peu discriminante et qu’une partition en 4 niveaux permettrait d’affiner la modélisation. Un essai avec 4 niveaux n’a pas permis de suffisamment distinguer les niveaux pour être retenu.

29Cette recherche montre qu’un grand nombre d’élève présente un niveau d’habileté moyen et que les changements ne sont très importants au cours de la scolarité primaire, même si le pourcentage de niveau 1 diminue en fonction de la classe de 28% en CE1 à 12 % en CM2), pour davantage d’élèves présentant le niveau 2, 62% en CE1 pour 73% en cm2, le pourcentage d’élèves présentant le niveau 3 d’habileté reste sensiblement identique (10% en ce1 pour 15% en cm2). Globalement les élèves ne semblent pas progresser en niveau d’habileté avec l’âge, les progrès en course longue (performance) proviennent certainement davantage de la maturation que de d’augmentation de l’expertise.

30On peut s’étonner de l’augmentation relative en pourcentage de niveau 1 entre le cm1 et le cm2. Cela rejoint les constats faits en course de vitesse (Gérard 2003), d’une éventuelle régression du niveau d’habileté pendant la dernière année de l’école primaire que nous supposons être dues à une diminution de l’activité physique chez les enfants en cm2 (diminution du nombre d’heures d’éducation physique et/ou diminution de l’activité en récréation et en dehors de l’école), mais celle-ci est moins évidente qu’en course de vitesse.

31Les résultats montrent également que le nombre de garçons de niveau 3 est supérieur au nombre de fille de même niveau.

4. Conclusion

32Cette recherche a permis d’identifier pour une population de l’école primaire des niveaux d’habiletés en course lente chez les enfants.

33L’analyse cinématique et le traitement statistique des valeurs angulaires et cinétiques de chaque coureur nous permettent de quantifier les observables construits par les enseignants et les entraîneurs. Cette méthode déjà appliquée en course de vitesse (Gérard 2003) semble pertinente pour l’analyse d’habiletés fermées et demanderait à être expérimentée pour des habiletés ouvertes. Nous pensons que la démarche initiée dans ce travail peut servir de base à la construction d’un ensemble de savoirs sur différentes disciplines sportives qui constitueront des critères de réalisation identifiés rigoureusement sur ces activités. Ces savoirs constitués permettront des interventions plus fondées aux différents praticiens (en éducation physique ou en sport).

34Le tri hiérarchique a permis de construire 3 classes identifiables et statistiquement différentes. On peut se demander si avec une population plus importante, nous pourrions affiner les résultats et proposer un découpage en 4 ou 5 niveaux.

35Sur cette population, le constat est fait des faibles progrès au cours de leur scolarité. La tendance à une diminution constatée en course de vitesse du niveau d’habileté en cm2 est moins évidente.

36Comme en course de vitesse, les modélisations obtenues peuvent servir également aux élèves pour mieux situer leur propre niveau de pratique mais également leur permet de voir si une période d’entraînement a conduit à une élévation de leur niveau d’habileté.

37A partir des niveaux établis, un outil pour apprendre « lire les foulées de course lente » peut être construit suivant le modèle établi pour la course de vitesse (Gérard 2005).

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Table des illustrations

Titre Figure 1. Schéma du dispositif de prise de vue
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Titre Figure 2. Angles prélevés pour l'analyse des courses
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Titre Figure 3. Pourcentage de chaque niveau d’habileté.
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Titre Figure 4. modélisation du niveau 1 d’habileté en course lente chez l’enfant chez l’enfant d’âge primaire
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Titre Figure 5. Modélisation du niveau 2 d’habileté en course lente chez l’enfant chez l’enfant d’âge primaire
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Titre Figure 6. Modélisation du niveau 3 d’habileté en course lente chez l’enfant d’âge primaire
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Jean-Paul Gérard, « Modélisation de l’évolution des niveaux d’habileté en course lente chez l’enfant grâce à une analyse biomécanique »eJRIEPS [En ligne], 12 | 2007, mis en ligne le 01 juillet 2007, consulté le 21 octobre 2021. URL : http://journals.openedition.org/ejrieps/6175 ; DOI : https://doi.org/10.4000/ejrieps.6175

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Auteur

Jean-Paul Gérard

IUFM de la Réunion Erté Calico

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