ARTICLE DE RÉVISION
PINTO, Marcelo De Oliveira [1], CHIROLLI, Milena Julia [2], SOARES, Bruna Adamar Castelhano [3], PEREIRA, Suzana Matheus [4], ROESLER, Helio [5]
PINTO, Marcelo De Oliveira. Et al. Forces internes affectant le nageur : Revue systématique. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. 04 année, Ed. 11, vol. 05, p. 71-90. Novembre 2019. ISSN: 2448-0959, Linkk Access: https://www.nucleodoconhecimento.com.br/education-physics-fr/forces-internes
RÉSUMÉ
La vitesse dans la natation est déterminée par des facteurs biomécaniques et bioénergétiques, et il est nécessaire de moduler la quantité de force produite par le nageur. Il est d’une grande importance de comprendre les coûts mécaniques et la production d’électricité dans les mouvements aquatiques pour obtenir de meilleures performances. Cependant, il n’est pas encore bien défini quelles forces internes affectent le nageur pendant la natation. L’objectif de ce travail est d’élever, à travers une revue systématique de la littérature, l’état de l’art sur les forces internes de la natation. Les études indexées dans les bases de données suivantes ont été analysées : Web of Sience, Scopus, SciELO, Medline, PubMed, Lilacs et Cochrane. La systématisation de la recherche comprenait des titres de lecture, des résumés et des articles dans leur intégralité, trouvés à travers trois blocs de descripteurs qui combinaient les termes principaux et secondaires, comme indiqué à l’Annexe A. Des études ont été recherchées en quatre langues : portugais, anglais, espagnol et Français. Les résultats ont montré que les études portant sur les forces internes du nageur sont rares dans la littérature. Un total de 5 841 articles ont été trouvés, dans lesquels seulement 2 se réfèrent à cette variable dans la natation. Ces 2 études, incluses pour l’analyse qualitative, apportent dans leur méthodologie l’utilisation de la cinématique comme instrument d’évaluation et cinétique en conséquence, présentant les forces internes du palmateio et de la jambe du coup de sein comme objets d’étude. Bien que les deux aient présenté la qualité dans la méthodologie, aucune des études n’était judicieuse concernant le nombre d’échantillon. Toutefois, ces recherches démontrent une innovation et peuvent être considérées comme de la recherche fondamentale. Même avec une faible résistance de l’échantillon, ils ont été publiés dans une revue à fort impact pour la région. Les deux articles mentionnent l’absence d’études sur ce sujet. Cette condition se justifie par la difficulté avec laquelle le milieu aquatique est montré aux chercheurs, ce qui rend nécessaire le développement de technologies qui permettent de mesurer ces variables pendant la baignade, afin qu’il soit possible de faire progresser les connaissances sur ces phénomènes. Parmi les suggestions que cet examen systématique souligne, il est recommandé de quantifier la force réelle générée par le nageur au cours des différents types de natation, tels que le développement d’instruments de mesure pour le milieu aquatique.
Mots-clés: Natation, dynamique, performance.
1. INTRODUCTION
La force est une condition innée de l’homme (SHUMWAY-COOK; WOOLACOTT, 2001) pour permettre aux individus d’accomplir des tâches intrinsèques à leur vie quotidienne. La force, en tant que variable, est une valence difficile à définir (STONE et coll., 2002), parce qu’il est complexe et que son concept comporte de nombreuses facettes. Il peut être défini comme la capacité de provoquer des tensions dans un muscle (FLECK; KRAEMER, 2017). Certains auteurs (BEER et al., 2019; BEER; JOHNSTON; MAZUREK, 2019) le définit également comme la capacité d’accélérer ou de déformer le matériau. D’autres considèrent que la force est étroitement liée aux lois de Newton appliquées dans le sport (SAMSON et al., 2017).
En biomécanique, les analyses cinétiques se réfèrent à l’étude des forces qui causent le mouvement (ACKLAND; ELLIOT; BLOOMFIELD, 2011). Ces analyses peuvent inclure des forces internes et externes. Les forces internes proviennent de l’activité musculaire, c’est-à-dire de la tension sur les ligaments et les articulations ou de la friction elle-même dans les muscles (FLECK; KRAEMER, 2017), tandis que les forces extérieures proviennent du sol (action et réaction) et des charges externes (ACKLAND; ELLIOT; BLOOMFIELD, 2011). L’analyse cinétique permet donc de mieux comprendre les forces qui contribuent au mouvement.
L’étude des forces imposées au corps humain, par différentes formes de mouvement, est pertinente pour les professionnels et les chercheurs qui subventionnent ce domaine (LOSS et al., 2002). Dans le sport, cette qualité est grandement explorée et, selon certaines modalités, comme l’enquête olympique et le powerlifting, le résultat final de la performance de l’individu est obtenu (GARHAMMER, 1993). En outre, dans d’autres sports tels que la lutte et l’athlétisme, la force peut être décisive dans la poursuite de la maîtrise (AMADIO; SERRÃO, 2011; MOURA, 2003). Ainsi, la force maximale peut être un facteur important qui influence la performance dans divers sports. Toutefois, parmi les entraîneurs et les chercheurs, il n’y a toujours pas de consensus quant à la quantité de force requise pour une performance optimale dans la plupart des sports (STONE et al., 2002).
Si dans l’environnement terrestre la force est difficile à mesurer et à classer, dans le milieu aquatique ce phénomène devient encore plus obscur. On sait donc que la vitesse d’un nageur est déterminée par des facteurs biomécaniques et bioénergétiques (WILLEMS et al., 2014) et que l’optimisation de la natation est importante dans les performances compétitives (CONNABOY et al., 2016). Pour ce faire, le nageur doit moduler la production de force en réponse aux changements dans les exigences mécaniques associées à différentes tâches (LAUER; ROUARD; VILAS-BOAS, 2017). Ainsi, l’évaluation de la natation est l’un des sujets les plus complexes, extraordinaires et intéressants de la biomécanique du sport (MARINHO et al., 2009).
Pour se déplacer dans le milieu aquatique, les nageurs font l’expérience de forces qu’ils n’éprouvent pas sur terre (MAGLISCHO, 2013). Par exemple, les nageurs de différentes nages effectuent différentes tâches motrices pour se déplacer magistralement, en appliquant des forces dans différentes directions pour créer de l’élan (GUIGNARD et al., 2015; SAMSON et al., 2017). En conséquence, il y a des nageurs qui éprouvent de plus grandes forces résistives hydrodynamiques pour se déplacer, qui se produit habituellement dans ce que l’on appelle des « nages à base de chalut », qui comptent sur des forces résistives hydrodynamiques pour nager (MAGLISCHO, 2013). Alternativement, d’autres nageurs peuvent s’adapter à des mouvements de natation optimisés (CONNABOY et al., 2016), avec une propulsion accrue découlant de forces de traînée plus faibles.
Cette appréciation s’est avérée être une nécessité pour promouvoir et élargir les connaissances sur le phénomène de la force. Une meilleure compréhension du flux d’énergie entre les segments du corps et l’environnement est nécessaire pour vérifier la dépendance possible entre le travail interne et externe. Cela sera essentiel pour mieux comprendre les déterminants des coûts mécaniques de la natation et de la production d’électricité dans les mouvements aquatiques (LAUER et al., 2015).
Ceci est soulevé: Quelles forces internes affectent le nageur pendant la natation? Pour répondre à cette question, des subventions devraient être accordées aux scientifiques et aux professionnels travaillant dans ce domaine afin de prévenir les blessures, de calculer les charges dans la période ou de rechercher des conditions optimales pour améliorer les performances. Pour cela, il est destiné à comprendre comment les études actuelles abordent ce thème. Ainsi, l’objectif de cette œuvre est d’élever, à travers une revue systématique de la littérature, « l’état de l’art » sur les forces internes qui affectent le nageur pendant la natation.
1.1 MATÉRIAUX ET MÉTHODES
1.1.1 TYPE DE RECHERCHE
Cette étude est caractérisée comme un examen systématique de la littérature. Il a donc l’intention, dans son objectif, d’élargir l’état de l’art sur le thème des forces internes qui affectent le nageur au cours de sa pratique. Pour cela, l’instrument utilisé était l’examen systématique, car il fournit une synthèse rigoureuse de toutes les études liées à la question de l’étude. Sa base tient compte, principalement, des études expérimentales et généralement des essais randomisés (CORDEIRO et al., 2007). En outre, il est de nature bibliographique, puisqu’il est basé sur l’élaboration des données déjà publiées, telles que des articles de revues et d’autres documents (GIL, 2008). Cette étude peut également être qualifiée de recherche qualitative (SILVA; MENEZES, 2005, p. 20), qui est due à la qualification des études trouvées dans les recherches.
1.1.2 SÉLECTION
Pour l’analyse des articles, des études ont été recueillies dans les bases de données suivantes : Web of Sience, Scopus, SciELO, Medline, PubMed, Lilacs et Cochrane. Chaque base de données reposait sur des stratégies de recherche individuelles. La configuration des descripteurs et des mots clés insérés dans les plates-formes se composait de trois blocs de descripteurs et est présentée à l’Annexe A. Pour la composition de chaque bloc individuel, le descripteur principal et ses termes secondaires respectifs ont été combinés par l’utilisation de boolean « OR », tandis que pour l’association des blocs le boolean « AND » a été utilisé.
1.1.2.1 CRITÈRES D’INCLUSION
Seules les revues indexées ont été incluses dans cette recherche, afin de garantir le critère de qualité de la production. Des études écrites en portugais, anglais, Français espagnol ont été incluses. Les études sélectionnées devraient répondre aux critères suivants : (1) être dans des revues indexées; (2) contiennent la conception expérimentale avec des humains ; (3) contiennent les résultats des analyses des forces internes dans la natation. Pour cela, il n’y avait aucune restriction quant à l’âge ou au niveau concurrentiel de l’échantillon.
1.1.2.2 CRITÈRES D’EXCLUSION
Les articles qui ne correspondaient pas aux critères d’inclusion mentionnés ont été exclus de l’étude. Les études portant sur : (1) les études portant sur d’autres sports nautiques ont également été exclues; (2) études d’examens, de lettres, de conférences, de résumés, d’opinions d’experts et d’études de cas; (3) études uniquement avec modélisation computationnelle; (4) études qui n’ont pas signalé les forces internes ou qui n’ont pas permis d’extrapoler les évaluations par ces forces.
1.1.3 PROCESSUS DE COLLECTE DE DONNÉES
Le premier auteur a recueilli les informations nécessaires à la sélection des articles. Le deuxième auteur a étudié toutes les informations recueillies pour confirmer l’exactitude. Tout désaccord à n’importe quel stade a été résolu par une réunion et un accord mutuel entre les trois examinateurs. Les quatrième et cinquième auteurs ont participé à la décision finale et à la préparation du manuscrit.
1.2 PROCÉDURES
Les stratégies de recherche seront décrites ci-dessous. La collecte de données a débuté le 5 août 2019 et la date finale de l’enquête était le 30 septembre 2019 et a été mise à jour et terminée le 11 octobre 2019.
Le système de recherche comprenait une hiérarchie d’évaluation avec la recherche d’articles. Toutes les références ont été gérées par le logiciel de gestion des références EndNote® X3. Ainsi, tous les doublons ont été supprimés dans ce programme. Les études ont d’abord été évaluées en lisant les titres, puis en lisant les résumés et enfin en lisant les articles dans leur intégralité, en effectuant l’inclusion ou l’exclusion d’articles à chaque étape. Toutes les études qui ne répondaient pas aux critères d’inclusion ont été rejetées.
Chaque étape avait deux évaluateurs qui ont effectué la sélection à l’aveuglette, il n’y avait aucune communication entre les évaluateurs pendant le processus d’inclusion des articles à chaque étape. Ensuite, un troisième évaluateur a regroupé les études en poursuivant l’analyse. Les articles qui ont été reproduits par les deux premiers évaluateurs sont passés à l’étape suivante de l’évaluation. Les articles qui ne coïncident pas ont été soumis à l’analyse par un troisième évaluateur et pourraient être examinés par un quatrième évaluateur. Pour élucider l’évaluation suit la figure 1.
À la fin des exclusions, les articles complets ont été laissés pour évaluation du contenu. La liste de référence de tous les articles inclus a été évaluée de façon critique par un examinateur.
Un cinquième auteur, avec une vaste expérience dans la natation et les activités aquatiques, a suivi la sélection et l’analyse d’articles et a opiné sur les décisions quand il y avait des controverses dans une décision finale. Tant la sélection des articles que la lecture, les corrections et l’élaboration du manuscrit ont eu la participation des cinq évaluateurs/auteurs de l’ouvrage.
1.3 RÉSULTATS
La forme de sélection des études est présentée par le débit de la figure 1 ci-dessous. En cela, il est décrit et identifié comme le processus d’inclusion et d’exclusion des études au cours des phases.
Figure 1 – Systematization flowchart and search criteria, adapté des éléments de rapport préférés pour les revues systématiques et les méta-analyses (PRISMA).
Au total, 5 841 articles ont été trouvés après retrait des doublons. De ce nombre, il n’en restait que 168 après avoir lu les titres. Par la suite, 150 études ont été exclues pour différentes raisons en lisant les résumés. En exclusivité, 18 articles ont été sélectionnés pour une lecture complète. De ce nombre, seize ont été exclus pour des raisons explicites à la figure 1. Seulement 2 articles ont finalement été inclus dans l’étude qualitative.
Sur les deux études sélectionnées, les deux ont été publiées dans la même revue en 2015 et 2016. Ceux-ci avaient également la même paternité, ne différeciant que quelques coauteurs et leurs pays d’origine. Dans les deux études, il a été possible d’observer la complexité des analyses et la participation des nageurs expérimentés en tant que groupe témoin. Cependant, un petit échantillon de 7 et 8 individus est également observé dans chacune des études.
Tableau 1 – Synthèse des résultats des études.
Bien que tous aient eu la qualité dans la méthodologie, en décrivant les variables et en expliquant comment l’étude a été développée, aucun des articles n’était judicieux concernant le nombre d’échantillon. Toutefois, ces études démontrent une innovation et peuvent être considérées comme de la recherche fondamentale. Même avec une faible résistance de l’échantillon, ces études ont été publiées dans une revue à fort impact pour la région, servant de base à d’autres études. Les deux articles mentionnent la nécessité et le manque de développement de ce thème. Ces études apportent également dans leur méthodologie l’utilisation de la cinématique comme instrument d’analyse et de cinétique en conséquence, présentant les forces internes du palmateio et de la jambe de la brasse comme objets d’étude.
1.4 DISCUSSION
Cette revue visait à comprendre « l’état de l’art » au sujet des forces internes qui affectent le nageur pendant la natation. Pour cela, nous avons identifié, dans un premier temps, de nombreux articles évaluant les effets des différentes forces qui affectent le nageur au cours de sa pratique. Dans cette recherche, il a fait face à une avancée croissante dans la science pour la compréhension de ces forces. Toutefois, la plupart des articles (qui ont été exclus dans cette étude) avaient des forces extérieures comme thème (BARBOSA et al., 2018; BIXLER; PEASE; FAIRHURST, 2007; COHEN et al., 2018; KEYS; LYTTLE, 2008; POPA et al., 2014; ZAIDI et al., 2008).
Une question fondamentale dans la locomotion est de comprendre comment la force produit le mouvement. C’est apparemment complexe, surtout quand il s’agit des mouvements des humains dans l’eau (BHALLA; GRIFFITH; PATANKAR, 2013). Avec cela, de plus en plus d’auteurs recherchent des analyses conçues pour comprendre comment les variables affectent les nageurs (BARBOSA et al., 2010).
Les études de locomotion en natation de compétition sont fortement conditionnées aux caractéristiques des fluides, puisque les nageurs utilisent ces propriétés pour se stimuler (GUIGNARD et coll., 2017). En ce sens, il est essentiel que les scientifiques et les professionnels du sport identifient les interactions qui émergent entre le nageur et les propriétés d’un milieu aquatique, puisque l’évaluation de la natation est l’un des sujets les plus complexes, frappants et fascinants de la biomécanique (MARINHO et al., 2010).
Parmi les différentes méthodes appliquées à la natation, il y a la dynamique des fluides computationnelle (CFD) (XIE; LI; YAN, 2018). Cette technique est capable d’observer et de comprendre les mouvements de l’eau autour du corps humain et son application pour améliorer les performances de natation. Le CFD est appliqué dans de nombreuses études (BANKS et al., 2014; BIXLER; RIEWALD, 2002; LAMAS et al., 2011; MANTHA et al., 2014; POPA et al., 2014) pour tenter de comprendre en profondeur la biomécanique bases de la natation. Ainsi, cette technique peut être considérée comme une nouvelle approche pertinente pour évaluer les forces hydrodynamiques en nage (GUIGNARD et al., 2017).
Cependant, dans la natation virtuelle, il y a habituellement une disparité entre le niveau de détail de la simulation du corps d’un nageur et celui du fluide qu’il déplace (JOHNSON; PHILIPPIDES; HUSBANDS, 2019). D’autre part, les approches classiques de la recherche biomécanique se sont concentrées sur les actions des nageurs, en décomposant les caractéristiques du cours pour analyse, sans explorer les perturbations dans les flux de fluides (GUIGNARD et al., 2017).
Cependant, avec la croissance technologique actuelle, il est possible de modéliser les nageurs à l’aide de corps pseudo-mous et de fluides à base de particules, qui ont suffisamment de réalisme pour étudier un plus large éventail d’interactions corps-environnement (JOHNSON; PHILIPPIDES; HUSBANDS, 2019). Un exemple de ceci est l’évaluation de la natation chez l’homme qui est maintenant exécutée utilisant la technique de CFD des particules lissées. Cette approche traite des défis de modélisation des nageurs, permettant des simulations plus réalistes qui sont obtenues à partir des balayages laser des athlètes et des images vidéo (COHEN; CLEARY; MASON, 2010). Toute cette technologie ouvre de nouveaux horizons pour progresser dans la recherche qui traite des forces et de la façon dont elles affectent le nageur, à l’extérieur et à l’interne.
D’autre part, il est nécessaire de bien réfléchir à certaines recherches en mécanique des fluides qui enregistrent des comportements fluides isolés des restrictions des environnements de natation compétitifs (p. ex., analyses bidimensionnelles ou flux de fluides étudiés passivement chez les mannequins/robots) (GUIGNARD et al., 2017).
Avec cela, et comme on le voit dans cette revue, la force et ses résultats dans le nageur finissent par être négligés. Sur les plus de 5000 articles trouvés qui traitaient de la force, seulement 2 se réfèrent à cette variable dans la natation.
À cet égard, plusieurs articles traitant de la force ont été trouvés, parmi eux, il convient de mentionner la contribution relative de la force des bras et des jambes dans la natation liée (TOR; PEASE; BALL, 2015), ainsi que des études sur les taux d’AVC de la natation liée (SANTOS et al., 2016). Dans une autre étude, avec la natation liée, l’objectif était d’identifier les relations entre la performance compétitive et les forces d’amarrage en fonction de la distance, dans les quatre nages, et d’analyser si les valeurs relatives de la production de force sont plus déterminantes de la performance de natation que les valeurs absolues. Le test de natation lié semble être un protocole fiable pour évaluer la production de la force du nageur et un estimateur utile de la performance de compétition (MOROUCO et al., 2011). Cela peut indiquer que les forces internes affectant le nageur peuvent être extraites de ce type de protocole. Corroborant ce thème, dans une autre étude de Morouco et al., (2015), les résultats obtenus indiquent que les variables de force des membres inférieurs pendant la vague sous-marine peuvent jouer un rôle important pour le nageur.
Dans une tentative de comprendre les forces, le développement de la robotique bioinspirée a conduit à la structure évaluative des fluides liés au déplacement dans la natation. Toutefois, cette approche n’est pas tout à fait satisfaisante parce que la locomotion résulte de l’interaction de l’organisme avec son environnement (GROSS; ROUX; ARGENTINA, 2019). Compte tenu de l’étendue potentielle de la force, il est nécessaire de comprendre que le corps dans l’eau suggère une stratégie motrice générale de modulation de puissance cohérente dans les environnements physiques (LAUER; ROUARD; VILAS-BOAS, 2017).
Dans le modèle animal, la définition de l’efficacité de propulsion montre que les considérations biomécaniques sont plus importantes que l’hydrodynamique, et que les poissons ajustent probablement leurs mouvements pour maximiser la relation entre l’énergie produite (le produit de l’impulsion et de la distance) et l’énergie chimique consommée par les muscles (IOSILEVSKII, 2017).
Cette condition est justifiée par la difficulté avec laquelle le milieu aquatique se présente aux chercheurs. Le fluide, en l’occurrence l’eau, dépend de forces telles que la flottabilité, la densité, la viscosité et la tension de surface, qui, lorsqu’elles sont placées dans l’équation des forces internes, provoquent de la confusion, conduisant de nombreux chercheurs de la région à se rassembler à de simples évaluations. Il existe également des déterminants biophysiques liés à la performance en natation, qui sont l’un des sujets les plus attrayants en sciences de la natation (MOROUÇO et al., 2018). En fait, la simulation mathématique, par le calcul de la mécanique des fluides, entraîne de lourdes quantifications de variables qui, jusqu’à il y a vingt ans, ne pouvaient même pas être considérées. Aujourd’hui, avec l’avancement de la recherche, on peut commencer à comprendre ces phénomènes dans leur complexité.
Par conséquent, les études fournissent des preuves convaincantes que, dans un proche avenir, comme dans le présent, le CFD fournira de nouveaux arguments pour définir de nouvelles techniques ou équipements de natation (MARINHO et al., 2010). Déterminer l’impact des mouvements de chaque nageur sur l’écoulement des fluides et vice versa est un défi majeur (GUIGNARD et al., 2017). Néanmoins, ces calculs n’ont toujours pas de validité écologique quant à leur production. Ainsi, une comparaison entre les simulations numériques, les expériences et la théorie est nécessaire de toute urgence pour observer si l’effet est significatif (VAN HOUWELINGEN et al., 2017).
Il est donc nécessaire d’utiliser les technologies émergentes et de les concatiser avec de nouvelles formes d’évaluation. Ainsi, le potentiel de nouvelles productions dans le domaine des forces internes, qui sont générés pendant la baignade, sont une demande actuelle, et cela peut être répondu en utilisant les méthodologies existantes.
1.5 CONSIDÉRATIONS FINALES
Comme le présente cet examen, il est possible d’observer que les études portant sur les forces internes générées par le nageur sont rares dans la littérature. Il est encore nécessaire de développer des technologies qui permettent de mesurer les forces du nageur pendant la natation, afin qu’il soit possible de faire progresser les connaissances sur ces phénomènes. Comme une suggestion pour de nouveaux travaux suit l’idée qu’il est nécessaire de quantifier la force réelle générée par le nageur. Et pour cela, comme une suggestion de brevet de produit, les sports nautiques manquent de technologie pour une telle quantification de la force, laissant une lacune pour les développeurs qui veulent investir dans les technologies pour quantifier la force dans l’eau. Certes, ce produit servira les chercheurs, les techniciens, les professionnels dans le domaine et les nageurs à comprendre cette variable qui est si importante, mais qui est tellement sous-estimée.
1.6 LIMITATION DE L’ÉTUDE
Cette étude a des limites quant au nombre de langues qui ont été suggérées dans la recherche. Et seuls les articles en portugais, espagnol, Français anglais sont entrés pour analyse finale. La base de recherche de l’EMBASE a également été un limiteur dans la préparation de cet examen. Cette base de données n’a pas d’accord avec les institutions liées à la recherche, ce qui rend son inclusion impossible.
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ANNEXES ET APPENDICES
Figure faisant référence au prisme en anglais.
Tableau des articles trouvés en anglais
Annexe 1 – Recherche
Appendix 1 – Search
[1] Doctorat en sciences du mouvement humain. Maîtrise en sciences du mouvement humain. Maîtrise en biologie des champignons, des algues et des plantes. Diplôme en éducation physique. Diplôme en génie aquacole.
[2] Diplôme en cours en physiothérapie.
[3] Maîtrise en sciences du mouvement humain. Diplôme en éducation physique.
[4] Doctorat en sciences du sport. Maîtrise en sciences du mouvement humain.
[5] Doctorat en génie mécanique. Maîtrise en génie civil. Diplôme en génie mécanique.
Soumis : Novembre 2019.
Approuvé : Novembre 2019.
