Ski : Biomécanique

Intro

La biomécanique explique les mouvements sportifs à l'aide des lois de la physique. Serais-tu déjà en mesure de répondre aux questions ci-dessous ?

Passe la souris sur les points d'interrogation ou tape dessus avec le doigt.

Cette séquence d'apprentissage répond à ces questions et à d'autres. Les connaissances relatives aux forces et au centre de gravité t'aident, en tant que moniteur, à mieux comprendre les mouvements de tes jeunes. Il est crucial d'utiliser son corps (mouvements clés) de telle manière à utiliser les skis (fonctions de l'engin) de manière optimale.

Basics

Forces physiques

Les lois et principes physiques fondamentaux s'appliquent au ski. Ils s'appliquent à toutes les disciplines du ski. Différentes forces agissent, qui seront décrites en détail par la suite.

L'image montre les forces physiques qui interviennent lors d'une descente en ski. Il y a la force normal, de gravité, la résistance de l'air et la poussée vers le bas.

Force de gravité

  • La force de gravitation est la force avec laquelle un corps ou un objet est attiré vers le centre de la terre.
  • En d'autres termes, c'est la force exercée par une personne sur une balance, par exemple.
  • Elle est également appelée force de pesanteur ou de gravité.
  • Elle dépend de la masse d'un corps ou d'un objet.

Force normale

  • La force normale est la composante de la force de gravité qui agit perpendiculairement au plan incliné supportant le corps ou l'objet.
  • C'est avec cette force que les skis respectivement la neige sont soumis à une charge (en supposant qu'il n'y ait pas de force additionnelle).

Force descensionnelle

  • La force descensionnelle est la composante de la force gravitationnelle qui agit sur un plan incliné vers l'aval.
  • Elle accélère les skieurs sur un terrain en pente vers l'aval.
  • Plus la personne est lourde et plus le terrain est pentu, plus la force descensionnelle est importante.

Force de frottement entre la neige et le ski et force de résistance de l'air

Deux forces de frottement agissent sur les skieurs : la force de frottement de l'air et la force de frottement entre les skis et la neige. En outre, cette dernière est encore divisée en friction entre la semelle et la neige et entre la carre et la neige.

L'image montre d'une part l'angle de prise de carre entre les skis et la neige, et d'autre part l'angle d'attaque entre la direction de déplacement et la direction longitudinale des skis
  • Le frottement entre la semelle du ski et la neige dépend des propriétés de glisse du ski (semelle, structure, fart).
  • Le frottement entre la carre et la neige dépend de plusieurs facteurs : plus les skis dérapent en travers du sens de déplacement (nous l'appellerons angle d'attaque), plus l'angle de prise de carre est important et plus la charge sur les skis est élevée, plus le frottement entre la carre et la neige est important.

Principes

Centre de gravité du corps (CGC)

La vidéo explique le concept du centre de gravité.
  • Pour simplifier, le CGC peut être considéré comme le point d'application central de toutes les forces en présence.
  • Le CGC est le centre de la masse corporelle et se situe à environ 5 cm au-dessus de l'axe de l'articulation de la hanche lorsque l'on se tient à la station debout avec les bras abaissés.
  • La position du CGC dépend toutefois de la posture du corps et des mouvements des parties du corps (voir dessins).
  • Le CGC peut également se trouver à l'extérieur du corps (par exemple en position inclinée en avant).
L'image montre la position du centre de gravité du corps dans trois positions différentes du ski. Le centre de gravité se trouve à chaque fois à peu près au niveau du nombril.

Principe d'inertie

Selon le principe d'inertie, chaque corps s'efforce de rester dans son état de mouvement actuel (vitesse et direction). Pour modifier cet état, il faut que des forces agissent sur le corps.

La vidéo illustre les bases de la force centrifuge.

Force centrifuge

Pour amener un corps sur une trajectoire circulaire (courbe ou transition), une force de déviation (force centripète) est nécessaire. Celle-ci est générée par la prise de carre et/ou en appuyant sur les skis. Pour que le CGC suive la trajectoire circulaire, cette force de déviation doit être générée activement par les jambes et le tronc en utilisant la résistance de la neige. La force qui en résulte et qui pousse les skieurs vers "l'extérieur" est appelée force centrifuge, ainsi directement opposée à la force centripète.

La force centrifuge augmente :

  • Lorsque le rayon du virage est réduit (à condition que la vitesse reste la même)
  • Lorsque la vitesse augmente (à condition que le rayon du virage reste le même)

Dans les virages, la règle est donc la suivante : plus le rayon est petit et plus la vitesse est élevée, plus l'amplitude des mouvements clés bascule/angulation est grande.

Tâche : force centrifuge dans les virages

Pourquoi le mouvement clé de la bascule/angulation est-il plus important chez le skieur de droite que chez celui de gauche ? Passe la souris sur les images ou tape dessus avec le doigt pour obtenir la réponse.

Il n'y a pas que le rayon sur le plan horizontal (virage), il y a aussi le rayon sur le plan vertical (transition). Là aussi, il y a une force centrifuge, mais on parle plutôt de compression et de déviation par le terrain. Là aussi, l'ampleur de la force centrifuge dépend fortement du rayon et de la vitesse.

Tâche : force centrifuge lors de la conduite de transition
(creux, sauts, halfpipe)

Une skieuse de 60 kg effectue une transition de 10 m de rayon aux deux vitesses suivantes :

L'image montre comment la force centrifuge varie en fonction de la vitesse. Deux exemples de vitesses et de forces centrifuges sont inscrits sur l'image. Ceux-ci sont expliqués en détail dans la section suivante.

Discute avec tes collègues et évalue la charge totale en kg au point le plus bas de la transition. Tu découvriras la solution en retournant les flipcards.

Sur l'image se trouve une personne skiant à une vitesse de 18m/h qui est égale à 5m/s.

Sur l'image se trouve une personne skiant à une vitesse de 36m/h qui est égale à 10m/s.

La force centrifuge se calcule comme suit :

Force centrifuge = masse du corps en kg * (vitesse en m/s)^2 / rayon en m = force en N (Newton) -> force en N / 9,81 = charge en kg.

Le carré de la vitesse est utilisé dans la formule. Ainsi, la force centrifuge augmente de manière exponentielle lorsque la vitesse augmente.

Équilibre dynamique

Pour que les skieurs soient en équilibre dynamique, la résultante des forces (somme de la force gravitationnelle et de la force centrifuge) doit passer par la surface d'appui. 

Surface d'appui = surface encadrée par toutes les surfaces de contact des deux skis et/ou des bâtons/bras.

Interaction entre le centre de gravité du corps et la surface d'appui

Une technique efficace et sûre se caractérise par :

  • un haut du corps stable = centre de gravité stable,
  • un travail agile des pieds et des jambes = positionner les skis comme surface d'appui sous le centre de gravité.

Une stabilité maximale est atteinte grâce :

  • au centre de gravité du corps bas,
  • à une large surface d'appui,
  • à une forte tension corporelle (statique).

Une agilité maximale est obtenue par :

  • un centre de gravité élevé,
  • une surface d'appui étroite,
  • une légère tension du corps (dynamique).

Impulsion de rotation

Pendant un saut, l'impulsion de rotation est principalement générée  à partir du haut du corps. La résistance de la neige nécessaire à cet effet est induite par la prise de carre et le lestage des skis à partir des jambes.

La prise d'élan (phase de préparation)

Permettre l'impulsion de rotation (mouvement de rotation préparatoire, contre-rotation)

  • Plus le mouvement de contre-rotation est important, plus il sera possible de créer une impulsion de rotation importante.
L'image montre la phase de prise d'élan d'un saut

L'appel (phase de déclenchement)

Générer une impulsion de rotation (pré-rotation)

  • Une impulsion de rotation élevée est obtenue en faisant tourner rapidement une grande partie de la masse corporelle autour de l'axe de rotation du corps et loin de celui-ci.
  • A la fin de la pré-rotation, l'impulsion de rotation est transmise au reste de la masse corporelle (jambes/pieds/skis) par un blocage du tronc.
L'image montre la phase de déclenchement d'un saut

La phase de vol

Contrôler la vitesse de rotation (co-rotation)

  • La vitesse de rotation peut être modifiée en changeant la position du corps.
  • Plus la masse (parties du corps et skis) est proche de l'axe de rotation, plus la vitesse de rotation est grande.
L'image montre la phase de vol d'un saut

La réception (phase d'atterrissage)

Ralentir la vitesse de rotation, réduire l'impulsion de rotation

  • Avant le contact avec le sol, la vitesse de rotation peut être ralentie par une ouverture ou une extension du corps.
  • L'impulsion de rotation ne peut être réduite qu'après le contact avec le sol à l'aide de la résistance de la neige.
L'image montre la phase de réception d'un saut

Good Practice

Des critères de qualités techniques généraux peuvent être déduits des principes décrits ci-dessus. Nous te montrons ici comment tu peux, en tant que moniteur(-trice), travailler avec tes enfants et tes jeunes sur ces points clés.

Position de base dynamique

Critères de qualités 

  • Position du corps centrale, stable et prête à bouger dans toutes les directions au-dessus du ski.
  • Maintenir la position ou la retrouver rapidement.
  • Les principales articulations du corps (pied, genou et hanche) légèrement fléchies.
L'image montre la position de base dynamique

Formes d'entraînement

Différentes répartitions du poids dans la chaussure de ski

  • Sentir la pression sur la plante des pieds (orteils), sur les bords du pied, sur les talons ou sur tout le pied
  • Sentir la pression sur le tibia, le mollet ou pas de pression sur le bas de la jambe.

Skier avec différentes positions de ski (méthode différentielle)

  • Position de ski large, flexion/extension alternée intensive des jambes (pédalo)
  • Position de ski étroite, skier grâce à une bascule avant/arrière
  • Pointes des skis à la même hauteur ou décalées (position de marche)
  • Conduite des skis parallèle, position de cisaillement, stemm aval

Exercices avec différentes pressions sur les chaussures

  • Descente avec une pression sur les chaussures élevée/faible
  • Descente dans des creux avec une pression sur les chaussures constante

Skier avec un autre matériel

  • Skier avec des chaussures de ski ouvertes (développer la sensibilité de la cheville)
  • Skier avec un seul ski
  • Skier avec des skis très courts ou des snowblades
  • Skier sur des pistes faciles avec des skis de fond

Agir plutôt que réagir

Critères de qualité

  • Ski adapté au terrain avec un contact constant avec la neige.
  • Exploitation et anticipation conscientes des irrégularités du terrain.
  • Mouvement indépendant des deux jambes l'une de l'autre (gauche, droite).
L'image montre une personne en position pro-active et une autre avec un position trop en arrière

Formes d'entraînement

Descendre en se concentrant sur le travail indépendant des jambes :

  • Les mains sur les genoux (sentir le travail indépendant des jambes).
  • Effectuer de petits virages en fléchissant la jambe intérieure et en tendant la jambe extérieure en position de chasse-neige.
  • Effectuer un pédalage volant sur le nouveau ski extérieur en sautant sur le ski extérieur (changement à la volée).

Le terrain comme aide :

  • Suivre le petit chemin dans la forêt tout en gardant les deux skis en contact avec la neige.
  • Skier un parcours de creux et bosses et l'utiliser consciemment pour accélérer.
  • Piste de bosses accessibles, tout en gardant un contact permanent avec la neige.
  • Parcours ou tracé en neige molle, garder le contact avec la neige malgré les "baignoires".

Plus anguler, moins basculer = haut du corps plus stable

Critères de qualités

  • Stabilité du haut du corps versus flexibilité dans les jambes.
  • L'axe des épaules reste le plus horizontal possible.
  • Déplacer les skis sous le CGC au lieu de déplacer le CGC.
L'image montre une personne qui fait plus de bascule que d'angulation et une autre personne  qui fait plus d'angulation que de bascule.

Formes d'entraînement

Formes pour augmenter la tension du tronc :

  • Augmenter la tension du tronc en serrant de plus en plus fort les poignées des bâtons.
  • Placer les mains à gauche et à droite du tronc et accompagner/soutenir ainsi activement le travail de la musculature du tronc.

Matériel d'aide :

  • Tenir les bâtons en travers du torse, sur le dos de la main, et se tenir en équilibre.
  • Skier avec des petits poids (p. ex. bouteilles en PET avec de l'eau) dans les mains.

Skier avec des métaphores :

  • Métaphore "GoPro" sur la poitrine ou sur le casque : l'image de la prise GoPro doit toujours être calme et horizontale.

Générer et réduire efficacement les impulsions de rotation

Critères de qualité

Générer une impulsion de rotation :

  • Extension dynamique du corps accompagné simultanément d'une pré-rotation les deux bras, épaules comprises.
  • A la fin de la pré-rotation, transmettre l'impulsion de rotation au reste du corps en bloquant le tronc.

Réduire l'impulsion de rotation :

  • Atterrissage sur les deux jambes avec le haut du corps bien droit et centré.
  • Réduire l'impulsion de rotation à l'aide de la résistance de la neige par absorbtion des forces par les jambes et le tronc.
L'image montre toutes les étapes d'un saut avec rotation.

Formes d'entraînement

Valse (comme base et exercice préliminaire pour les spins) :

  • Exécuter le mouvement au ralenti et être conscient de chaque critère de qualité.
  • Orientation consciente du corps dans le sens de la rotation tout en regardant par-dessus l'épaule.
  • Arriver depuis la traversée, créer une résistance de la neige en utilisant les carres amonts.
  • Depuis la ligne de pente, générer une résistance de la neige en appuyant sur les carres intérieures des skis.
  • Valses sautées (p. ex. sauter à 90° et terminer la rotation en glissant sur les 270° restants).

Générer l'impulsion de rotation de manière variée (expériences des contraires) :

  • Depuis une surface d'appui large ou étroite.
  • Avec les bras relâchés ou tendus.
  • Avec ou sans bâtons de ski.
  • Avec les bras seulement ou avec les bras et les épaules.

180° ou 360° sur différents terrains :

  • Depuis la traversée ou la ligne de pente.
  • Par-dessus des petites bosses et des bords de piste.
  • Sur de petits sauts ou sur une box large.
  • Tester les deux sens de rotation, approche en normale et en switch.

Réflexion

Exercice de réflexion 1 

Parmi les critères de qualité mentionnés ci-dessus, quels sont les deux auxquels tu fais le plus souvent attention dans ta technique de ski personnelle ? Discute avec un/e collègue.

Exercice de réflexion 2

Quelles sont les formes d'entraînement de la section Good Practice que tu intégreras davantage à l'entraînement ou à l'enseignement à l'avenir ?

Quiz Test tes connaissance sur la biomécanique du ski

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Transfert

  1. Observe deux vidéos de (tes) enfants ou adolescents et analyse leur jeu de jambes et leur stabilité du haut du corps. Choisis si possible deux jeunes ayant des conditions très différentes en termes de morphologie, de matériel ou de technique. Parmi les formes d'entraînement présentées, avec lesquelles continuerais-tu à travailler avec ces deux enfants ou adolescents ?
  2. Avec quelles disciplines sportives ou formes d'entraînement pourrais-tu travailler les critères de qualité susmentionnés avec tes participants lors de l'entraînement hors neige ? Quand et où pourrais-tu organiser ces entraînements ?

Tu trouveras de nombreuses idées dans la brochure Off-Snow

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