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ENTRAÎNEMENT Les maths aquatiques

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trajets moteurs. Pour Thorpe, la moitié de la dépense musculaire sert réellement à avancer. Quant à Marcel, il pourra précisé- ment évaluer son score grâce à notre petit logiciel. Comment fonctionne-t-il? C’est assez simple. Il suffit d’avoir en tête l’exemple des bateaux à vapeur avec des grandes roues à aubes comme ceux qui descendaient le Mississipi dans les romans de Mark Twain. Sur ces embarcations, les pales vont plus vite que l’eau. Elles créent de ce fait beaucoup de remous pour pas grand-chose. Le rendement de la propul- sion est donc assez faible. On peut l’éva- luer précisément grâce aux équations de l’ingénieur anglais William Froude (1810- 1878) qui se basent sur deux critères: la vitesse de déplacement des pales dans l’eau et celle du bateau. Quand les pales vont exactement à la même vitesse que le navire, le rendement de propulsion vaut 100%. Lorsque les pales tournent plus vite, le rendement baisse. Dans le crawl, cela se passe quasiment de la même manière. Certes, on utilise les bras à la place des grandes roues. Mais cela ne change pas fondamentalement le mode de propulsion. En s’appuyant sur cette analogie avec les machines hydrauliques, une équipe de chercheurs italiens a récemment proposé une méthode d’évaluation de l’efficacité de propulsion à partir des seules données de vitesse de déplacement et du nombre de cycles de bras effectués pour une distance donnée (1). Prenons l’exemple d’un champion qui se déplace à la vitesse de 5 km/h (soit 1,4 m/s) en faisant 33 cycles de bras par minute (33/60 = 0,55 hertz). Introduisons à présent ces données dans l’équation. On obtient le
rendement de propulsion. En l’occurrence 45%. C’est bien! Ce nageur est proche des meilleurs champions qui flirtent avec la barre des 50%. Et vous? En utilisant la petite feuille de calcul téléchargeable gratuitement sur le site de Sport et Vie (sport-et-vie.com) vous pouvez dès à présent évaluer votre propre score. Il suffit de connaître votre vitesse de dépla- cement, le nombre de cycles de bras sur 50 mètres. Et le tour est joué.
Pour nager vite, nagez lentement Pour devenir un bon nageur, on doit abso- lument mettre l’accent sur ce paramètre technique avant toute considération de volume d’entraînement ou de renforce- ment musculaire. Le Russe Alexandre Popov et son entraîneur Guennadi Touretski avaient parfaitement saisi cette subtilité. Lorsque le nombre de cycles de bras de Popov excédait 23 ou 24 mouve- ments par 50 mètres, ils considéraient l’un et l’autre que l’efficacité de propulsion se
Vous souvenez-vous de cousin Marcel et des pensées profondes qui jalonnaient sa découverte de la natation? Surprenons-le dans le deuxième volet de ce dossier nata- tion, alors qu’il s’abandonne dans un nouvel et bel effort de conceptualisation. “On peut facilement améliorer l’eau avec du pastis”, marmonne-t-il. “Mais pour optimiser le déplacement aquatique, c’est une autre paire de manches.” Encore une fois, il résume fort bien la situation. Pour nager plus vite, il n’existe que deux solu- tions: soit on améliore la propulsion, soit on réduit les frottements. Pour ne pas encombrer l’esprit de notre cher parent, proposons de scinder la matière. Dans cet article, nous explorerons le premier para- mètre de l’équation, c’est-à-dire les facteurs qui conditionnent la propulsion. Dans le numéro suivant, nous clôturerons cette trilogie aquatique en abordant toutes les questions relatives aux résis- tances dans l’eau. A la suite de quoi, chacun aura les clés pour fendre les ondes comme un dauphin.
Tout est dans la moitié Première chose à retenir: l’efficacité de la propulsion se définit par le rapport entre le travail utile et le travail total. En d’autres termes, on regarde quelle part de l’énergie dépensée sert réellement à la progression. Chez les nageurs de l’élite, cette proportion atteint presque 50%. Un chiffre remarquable! Pour d’autres, moins doués, elle se situe nettement plus bas. On fait des vagues. Mais on n’avance pas. Finalement, la grande différence entre Ian Thorpe et le cousin Marcel réside précisé- ment dans cet aspect-là: l’efficacité des
Dans un article du précédent numéro, nous mettions en exergue les piètres aptitudes aquatiques de l’homme par rapport à celles de nombreux animaux. Voyons à présent comment nous pouvons améliorer notre sort et apprendre à nager mieux.
Les maths aquatiques
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Le geste du crawl peut être comparé à celui d’une roue à aubes.
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dégradait trop pour pouvoir continuer à une telle intensité et ils réduisaient nette- ment la cadence. Au bout du compte, Popov faisait un gros volume d’entraîne- ment à vitesse modérée alors qu’il visait des performances en sprint! Cela étonnait beaucoup de monde. Mais c’est tout à fait logique. Le travail technique qui vise à augmenter la distance couverte par cycle peut difficilement être réitéré longtemps à vitesse élevée sans s’accompagner d’une altération massive de l’efficacité de la propulsion (2). En compétition, la distance par cycle s’effondre sous l’influence de la fatigue et la vitesse suit le même cours, sauf pour les meilleurs nageurs qui réussis- sent à compenser la perte de longueur par une augmentation de la fréquence (3). On doit d’ailleurs s’inspirer de l’exemple de Popov et, dans l’apprentissage de la nata- tion, s’efforcer de diminuer le nombre de mouvements de bras pour une distance
donnée afin d’améliorer le rendement du geste. Les études montrent effectivement une corrélation assez fine entre la perfor- mance et la distance par cycle (4). En clair, pour le néophyte, il faut apprendre à bien nager à une vitesse modérée avant d’être capable de maintenir le bénéfice d’une longueur de cycle élevée à des intensités plus importantes. C’est même une particularité des bons nageurs, comme vient de le rappeler Paola Zamparo. Entre 3,6 et 6,5 km/h, ils sont capables d’ajuster leur vitesse presque uniquement en jouant sur la fréquence de bras alors que la distance par cycle reste à peu près constante. De ce point de vue, la natation diffère de la course à pied où l’on augmente la vitesse de déplacement en accroissant la fréquence et la longueur de la foulée, ou comme en cyclisme lorsqu’on joue sur la fréquence de pédalage et le choix du développement.
Des nageurs aux bras longs Retrouvons Marcel au milieu de sa piscine qui compte ses mouvements de bras et qui râle à chaque extrémité du bassin. “44, 45, 46: je veux bien faire des longueurs de bassin en 24 mouvements de bras comme Popov. Mais si on ne me dit pas comment!…” Patience, Marcel. Les secrets
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1) Un groupe de chercheurs italiens a utilisé cette analogie avec la roue à aube pour établir cette petite équation: Rendement Propulsif = 0,90 v / (2 π F L) (2 π). -La constante 0,90 correspond à la part de la propulsion assurée par les membres supérieurs. -v symbolise la vitesse exprimée en m/s -F désigne la fréquence des mouvements de bras en cycles par seconde (Hz). -L est la longueur moyenne des membres supé- rieurs lors de la phase de propulsion. Les auteurs lui accordent une valeur moyenne de 0,52 mètre pour un nageur de gabarit moyen.
Et maintenant il faut encoder!
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d’une propulsion efficace sont au nombre de deux. D’abord, il faut faire des mouve- ments amples: entrer la main très loin devant soi et la sortir très loin derrière. Cela exige une organisation motrice complexe du haut du corps. Les muscles très puissants du tronc sont d’ailleurs recrutés et participent à la propulsion. Tout cela sans se tortiller! Effectivement, il ne faudrait pas que cette recherche d’amplitude et de recrutement d’une large masse musculaire s’effectue au détriment des résistances hydrodyna- miques. On doit continuer à fendre l’eau en perturbant le moins possible l’écoule- ment et gagner les centimètres en travaillant la souplesse d’épaules et la coordination de l’ensemble du haut du corps. Voilà la première règle d’or. La seconde? Dans les livres techniques sur la natation, elle vous est généralement exposée à grand renfort de schémas et de longues descriptions de la trajectoire sous- marine du bras. Tout cela paraît très rigoureux. Mais de faible utilité pratique. Aussi envisagerons-nous la question en partant de l’application d’un simple prin- cipe mécanique que l’on pourrait résumer par cette morale bien connue: rien ne sert de courir vite, il faut partir à temps. Rassurez-vous, nous n’allons pas refaire ici une version aquatique de la fable du lièvre et de la tortue. Il s’agit plutôt d’insister sur l’importance de déployer toute sa force seulement lorsque les segments sont bien orientés. Sinon, cela ne sert à rien! En cyclisme, par exemple, on peut appuyer comme un forcené sur ses pédales lorsqu’elles sont à la verticale. Aucune force ne sera transmise par la chaîne à la
roue arrière et toute l’énergie sera perdue en déformation du cadre. Même remarque en ski de fond: on peut pousser comme une mule sur les bâtons juste après le planté dans la neige. La force de réaction sera essentiellement orientée vers le sommet des sapins. Et cela ne vous fera pas gagner un centimètre. En natation, c’est pire encore! Si l’action motrice est orientée vers le haut ou vers le bas, les oscillations verticales perturberont la glisse. Et l’influence sur l’avancement sera nécessairement négative. Le bon nageur sent précisément à quel moment il doit fournir l’effort et à quel autre moment, il doit s’abstenir. Or, ces sensations ne sont pas évidentes dans un milieu où les appuis se dérobent systématiquement et où l’on se trouve en outre contraint d’utiliser les bras qui, en termes de surface, consti- tuent de bien piètres rames, commandées qui plus est par des muscles modestes en regard des membres inférieurs. Ne fais pas cette tête, Marcel! Il existe différents trucs pour compenser ces handicaps et apprendre à orienter les forces motrices dans l’axe du déplacement. Première- ment, il faut se débarrasser du souci que constitue le travail des jambes. Nous l’avions déjà mentionné dans l’article précédent, seul 10% de la propulsion en crawl est assurée par les membres infé- rieurs. Leurs mouvements exercent seule- ment une fonction d’équilibration. Les jambes participent au maintien de la posi- tion horizontale qui optimise la glisse. Mais il ne sert à rien de leur prêter trop d’at- tention. Pour s’en persuader, pensez à Tarzan et à ce torse fantastique qui fit de lui une gloire d’Hollywood. Pour être un
bon nageur il faut effectivement être costaud au niveau des bras, des épaules, des abdominaux et des dorsaux. Costaud, mais pas dénué de sensibilité kinesthé- sique. Très tôt dans le mouvement, il faut positionner la surface motrice représentée par la main et l’avant-bras dans une posi- tion perpendiculaire au déplacement. Pour cela, il importe de casser le poignet puis le coude au cours du trajet moteur. Toute la difficulté réside précisément dans ce mélange de force et de technique. Car de la force il en faut énormément aussi pour stabiliser les segments et trouver l’appui dynamique dans l’eau. On remarquera au passage que l’apprentissage de la coordi- nation spécifique à la natation s’effectue plus facilement dans l’enfance. La préado- lescence surtout constitue une période particulièrement propice aux acquisitions de coordinations complexes. A cet âge-là, tout se met en place facilement, sans doute en raison de la très grande plasticité des réseaux neuronaux. Voilà pourquoi il importe de multiplier les activités spor- tives avec les gosses et de les emmener régulièrement à la piscine. Plus tard, il sera toujours temps, s’ils le souhaitent, de se spécialiser en affinant une coordination particulière et en stabilisant quelques réseaux de neurones spécifiques. “Et moi, je ne suis plus un enfant”, hurle Marcel de l’autre côté de la piscine. “Est-ce que ma cause est définitivement perdue?” La réponse est Non! On peut apprendre à nager à tous les âges de la vie. Le travail s’avère simplement un petit peu plus diffi- cile. En témoigne l’expérience concluante de nombreux triathlètes qui se sont mis à la natation sur le tard.
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Ce schéma montre l’augmentation des
résistances hydrodynamiques en fonction
portions dans le graphique. La première
correspond à des vitesses modestes avec
de faibles résistances hydrodynamiques.
à l’entraînement lorsque les nageurs
accumulent des kilomètres. La deuxième
zone correspond à une augmentation
marquée des résistances, due
importante dans le sillage du nageur.
Ici toute augmentation de vitesse n’est
obtenue qu’au prix d’une débauche
d’énergie considérable. Cette gamme de
vitesse correspond aux exercices intenses
réalisés en compétition. Remarquez
par deux flèches). Elles correspondent
à des interférences particulièrement
passe par un maximum pour un nombre
de Froude de 0,42, c’est-à-dire le moment
précis où la longueur de la vague est
égale à celle du nageur. On se trouve alors
littéralement coincé dedans et il faut
déployer une puissance phénoménale
on pénètre une troisième zone où l’on
s’affranchit progressivement du principe
d’Archimède pour se hisser véritablement
au-dessus de l’eau. C’est le cas du hors-
bord qui rebondit sur les vagues ou du
multicoque qui ne touche quasiment plus
l’eau grâce à ses foils. Les forces de
frottement augmentent alors moins vite
que la vitesse. On peut enfin accélérer.
Evidemment, cette troisième zone
pour accéder au paradis des exocets.
>>>> LLaa bboossssee ddeess vvaagguueess
Référence: Vennell R, Pease D, Wilson B. Wave drag on
human swimmers. J Biomech. 2006; 39(4): 664-71.
Résistance maximum par rapport
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La politique de l’alternance Pour terminer cette seconde partie du dossier consacré à la propulsion, voici quelques exemples des nombreux éduca- tifs pour apprendre à optimiser la trajec- toire des surfaces motrices en cours de mouvement. A tout seigneur, tout honneur: commençons par les plaquettes déjà évoquées dans notre premier volet sur la natation. L’accroissement de la surface d’appui permet en effet de sentir plus facilement les défauts d’orientation et de mieux tester la solidité des appuis. On peut aussi nager contre un élastique en prévoyant l’utilisation d’un pull boy au niveau des jambes pour conserver la posi- tion horizontale. En restant sur place, on augmente la perception d’appui dans l’eau, ce qui justifie l’expression “ramer en eau dure”. Cela vous étonne? Vous ne saviez pas que l’eau peut se montrer plus ou moins dure? Demandez alors à un kaya- kiste en rivière de vous en toucher un mot. Lorsqu’il se trouve subitement stoppé par un contre-courant derrière un rocher, sa vitesse par rapport à l’eau devient nulle. Chacun de ses efforts lui donne alors l’im- pression que sa pagaie est plantée dans du béton. C’est aussi ce que ressent le nageur au bout de son élastique. Autre avantage de la méthode: on peut s’entraîner sur place sans risque d’éborgner ses voisins de couloir d’un coup de plaquette mal ajusté; quitte à programmer des séances dans les toutes petites piscines privées de 10 ou 20 mètres cubes où barbotent habituelle- ment les enfants. On attache l’élastique à la ceinture, l’autre bout à un arbre du jardin… et c’est parti pour une séance d’écume! Au rayon des éducatifs qui visent à optimiser la trajectoire des actions motrices, la corde mérite aussi qu’on lui réserve une place de choix. Elle sera tendue sous la surface de l’eau entre les extrémités du bassin. On apprend alors à se haler horizontalement comme on le ferait verticalement avec une corde à nœuds sous un portique. Cet exercice ne requiert pas de grandes habiletés motrices. Néanmoins, il permet aux novices de sentir les bonnes trajectoires de propulsion. On s’efforcera ensuite de mettre tout cela en pratique. C’est d’ailleurs une constante dans l’apprentis- sage. Après chaque exercice, on switche avec la situation réelle pour faciliter le transfert des acquisitions. Ensuite, il faut découvrir le bon timing des activités musculaires. Car il n’y a pas que la forme du geste qui compte. Toute la dynamique interne du mouvement doit être peaufinée
et notamment l’alternance de phases de relaxation et des temps forts de la propulsion. Pour rappel, un muscle qui se contracte n’est plus perfusé. Il suffit d’exercer une force égale ou supérieure à 20% du maximum pour que les capil- laires soient écrasés et que le sang reste bloqué en périphérie. Le muscle doit donc obligatoirement attendre la fin de la contraction pour se refaire une santé. D’où cette nécessité d’être le plus relâché possible dans la phase aérienne de retour des bras vers l’avant. Cette remarque
l’axe du déplacement, alternance des temps forts et faibles. Voilà les secrets d’une bonne propulsion. Cette fluidité s’obtient à force de kilomètres et d’exer- cices avec de fréquents changements de rythme, toujours dans une optique de relâchement maximum. Encore faut-il que tous ces efforts ne soient pas contra- riés par un hydrodynamisme désastreux. Dans le prochain numéro, nous clôturerons cette petite trilogie aquatique avec un regard spécial sur la glisse. Encore quelques longueurs, Marcel! Robin Candau
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vaut d’ailleurs pour tous les groupes musculaires impliqués dans la nage. Les temps forts doivent alterner avec des périodes de relaxation, toujours dans ce même souci de travail à l’économie. Dans ce domaine aussi, on remarque des diffé- rences entre experts et novices. L’enre- gistrement de l’activité électrique des muscles des membres supérieurs révèle une dynamique d’actions motrices plus contrastée chez les premiers, alors que les seconds ne présentent quasiment aucune phase de relâchement. Ce qui explique aussi pourquoi ces derniers sont plus vite fatigués. Amplitude du geste, orientation des actions motrices dans
Références 1) Zamparo P, Pendergast DR, Mollendorf J, Termin A, Minetti AE. An energy balance of front crawl. Eur J Appl Physiol. 2005 May; 94(1-2): 134-44. 2) Cette distance est facile à calculer. Il suffit de diviser la longueur du bassin par le nombre de mouvements de bras. Par exemple, 50 mètres parcourus en 23 cycles de bras = 2,171 mètres. (50/23) 3) Zamparo P,Bonifazi M,Faina M,Milan A,Sardella F,Schena F,Capelli C. Energy cost of swimming of elite long-distance swimmers. Eur J Appl Physiol. 2005 Aug; 94(5-6): 697-704. 4) Termin B, Pendergast DR (2000) Training using the stroke frequency-velocity relationship to combine biomechanical and metabolic paradigms. J Swimming Res 14: 9–17
Le nageur à l’entraînement doit avoir l’obsession d’être fluide.
Ici la triathlète Kate Allen.
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