C’est Daniel Lieberman, le biologiste évolutionniste spécialiste de la course pieds nus de Harvard, qui m’a fait réfléchir pour la première fois aux forces d’impact. En 2010, lui et ses collègues ont publié une étude très influente dans Nature, qui comparait les « forces de collision » des pieds frappant le sol chez les coureurs avec et sans chaussures lors de l’atterrissage sur le talon ou l’avant-pied. Les différences frappantes dans les courbes de force de l’article ont fourni un lest scientifique crucial pour le mouvement de la course minimaliste – mais une nouvelle étude suggère que nous avons peut-être interprété ces courbes de manière tout à fait erronée.
La nouvelle étude, qui apparaît dans le Journal of Applied Physiology, provient du groupe de biomécanique de Peter Weyand à la Southern Methodist University, dirigé par son ancien étudiant en doctorat Andrew Udofa, avec Ken Clark (qui est maintenant à la West Chester University) et le physicien Laurence Ryan. En repensant ce que nous disent les courbes de force de la course, ils sont en mesure de résoudre un mystère de longue date sur le rôle de l’amortissement des chaussures et d’offrir potentiellement un moyen accessible et individualisé de tester les chaussures qui vous conviennent le mieux. Pour comprendre pourquoi, nous devons d’abord revenir sur les courbes de Lieberman.
Si vous demandez à quelqu’un de courir sur un tapis de course fantaisie mesurant la force (qui coûte plusieurs centaines de milliers de dollars) ou une plaque de force installée dans le sol, vous pouvez obtenir une courbe caractéristique qui vous indique la force que le coureur applique verticalement au sol à chaque pas (et inversement, comme Isaac Newton l’a compris, la force que le sol envoie dans votre corps). Voici, tiré de l’article de Lieberman de 2010, l’exemple typique d’une personne qui court pieds nus et atterrit sur son talon :
La caractéristique clé à remarquer est le petit pic sur le côté gauche de la courbe. C’est votre talon qui s’écrase sur le sol, une fraction de seconde avant que toute la force du reste de votre corps ne s’appuie sur le sol. L’opinion dominante chez les biomécaniciens est que ce n’est pas l’ampleur de la force (qui atteint environ 2,4 fois le poids du corps) qui détermine le risque de blessure, mais la rapidité avec laquelle la force est appliquée, autrement dit le taux de charge. Grâce au mini-spike de la frappe du talon, la force dans cette image grimpe très rapidement, ce qui est vraisemblablement mauvais.
Comparons maintenant l’aspect de la force lorsque vous atterrissez plutôt sur votre avant-pied :
Le petit pic a disparu ! Cela signifie que le taux de charge est plus faible, et que vous risquez moins de vous blesser. Du moins, c’est la théorie.
En vérité, selon la nouvelle étude, le petit pic est toujours là ; il est juste masqué par le plus grand. En 2014, Weyand, Clark et Ryan ont proposé ce qu’ils ont appelé un « modèle à deux masses » pour expliquer comment ces sortes de courbes de force varient dans différentes conditions. Dans ce modèle, la courbe de force se compose toujours de deux éléments distincts : un petit pic qui correspond au choc du pied et du bas de la jambe contre le sol et à l’arrêt presque immédiat ; et un pic plus grand et plus lent qui correspond au fait que le reste du corps atteint le point le plus bas de son mouvement de haut en bas. La force globale est simplement la somme de ces deux pics.
Voici à quoi cela ressemble :
La courbe présentée ici ressemble beaucoup à la courbe talon-frappe de Lieberman. Mais dans une étude de 2017, le groupe SMU a montré que vous obtenez un double pic très similaire lorsque vous regardez les sprinters de classe mondiale – même s’ils atterrissent sur leur avant-pied. C’était un indice important que le mini-spike n’est pas une fonction de la partie du pied qui touche le sol en premier. C’est plutôt une fonction de la rapidité avec laquelle vous appliquez la force au sol, ce qui dépend non seulement de la frappe du pied, mais aussi de la vitesse, des caractéristiques de la chaussure et d’autres facteurs.
Dans la nouvelle étude, l’équipe de SMU a comparé les données de force de huit volontaires dans quatre conditions de chaussures différentes : pieds nus, minimaliste (Vibram FiveFinger KSO), plat de course à semelle fine (Nike Zoom Waffle Racer VII) et chaussure de course à semelle épaisse (Asics Gel Cumulus-14). Ils voulaient explorer un mystère de longue date appelé « anomalie de la force d’impact », à savoir que le fait de mettre plus d’amorti dans les chaussures ne semble pas réduire le taux de charge que les coureurs subissent – un résultat apparemment contre-intuitif.
Voici à quoi ressemblent leurs données, montrant à la fois le mini-pic associé à la jambe inférieure (J1) ainsi que la force globale qui est la somme des deux pics, pour deux vitesses (~6:40 par mile et ~3:50 par mile). L’axe vertical, comme précédemment, est la force en poids de corps, et l’axe horizontal est le temps en secondes.
La première chose à remarquer est que pour chaque vitesse, la pente ascendante de la courbe de force globale – le taux de charge – est à peu près la même dans toutes les conditions. Mais la composante du bas des jambes (J1) change : plus elles sont amorties, plus ce pic est raide et élevé. Alors que se passe-t-il ?
Ce que les nouveaux résultats suggèrent, c’est que nous sommes câblés pour ajuster automatiquement notre biomécanique afin de garder le taux de charge global à peu près le même. Dans cette étude, les coureurs ont ajusté l’angle de leur frappe du pied pour contrôler la durée de cet impact J1. Lorsqu’ils étaient pieds nus, ils atterrissaient sur l’avant-pied, ce qui prolonge et adoucit l’atterrissage, les muscles du mollet et le talon d’Achille agissant comme un amortisseur. Dans la chaussure de sport à semelle épaisse, la présence d’un amorti leur a permis de claquer directement sur leur talon, ce qui a conduit à une courbe J1 plus nette sans modifier le taux de charge global.
Ce qui est clé ici, c’est le moment de ce pic d’impact. Si le pic initial est retardé suffisamment longtemps, il disparaît effectivement dans le pic principal, comme dans les données de Lieberman en 2010. Mais en retardant ce pic, il finit par se produire à un moment où l’autre composante, plus lente, de la force provenant du reste du corps est beaucoup plus importante. En d’autres termes, vous réduisez l’une des forces mais augmentez l’autre, et vous vous retrouvez avec une force totale similaire.
Je réalise que nous nous enfonçons dans les mauvaises herbes biomécaniques ici, alors faisons un zoom arrière pour examiner ce que cela signifie. La plus grande perspicacité pratique : dans le nouvel ensemble de données SMU, changer vos chaussures, en soi, ne change pas significativement votre taux de charge. Soit l’amorti de vos chaussures adoucit l’impact, soit vous adaptez votre atterrissage pour que votre mollet et votre Achille amortissent l’impact. Faites votre choix, car le résultat final – du moins dans ces conditions particulières – est le même.
Cela ne signifie pas que ce système est infaillible. Si vous partez pour une course pieds nus et que vous atterrissez sur vos talons – soit parce que c’est ce à quoi vous êtes habitué pour avoir couru toute votre vie dans des chaussures, soit parce que, comme dans l’expérience de Lieberman, le gars du laboratoire vous a dit de le faire – alors vous allez générer des taux de charge vraiment élevés, parce qu’aucun des deux mécanismes de protection (amortissement de la chaussure ou frappe de l’avant-pied) n’est activé.
A l’inverse, si vous passez soudainement à une frappe de l’avant-pied après une vie de frappe du talon, vous imposerez un stress inconnu à vos mollets, car ils assumeront le rôle d’amortisseur. « Il y a probablement des implications en termes de blessures », dit Weyand, « et celles-ci concordent avec les adaptateurs de pieds nus enthousiastes qui se blessent au niveau du talon. »
Weyand hésite à juste titre à généraliser, cependant. Il s’agit d’une petite étude portant sur quelques volontaires courant dans des conditions très spécifiques à des vitesses rapides. Elle ne nous donne pas les réponses définitives sur les chaussures ou les styles de course qui conviennent le mieux à tout le monde, ou sur la façon exacte dont ces forces se traduisent par un risque de blessure – mais il pense que cela nous donne une meilleure façon de répondre à ces questions.
Crucialement, la simplicité du modèle à deux masses signifie que vous n’avez plus besoin d’un tapis roulant de mesure de force prohibitif pour évaluer les forces d’impact et les taux de charge. Au lieu de cela, tout ce dont vous avez besoin est de savoir à quelle vitesse votre jambe inférieure se déplace lorsqu’elle touche le sol, combien de temps votre pied reste au sol et combien de temps prend chaque pas. Vous pouvez obtenir ces paramètres à l’aide d’une caméra vidéo à haute vitesse ou, de nos jours, à l’aide d’un petit accéléromètre monté sur la jambe. Il suffit de les intégrer dans l’équation du modèle à deux masses pour obtenir la courbe de force. Ainsi, avec une technologie portable assez simple, vous devriez pouvoir vous rendre dans un magasin de chaussures, essayer cinq paires de chaussures et connaître en temps réel les forces d’impact et les taux de charge que vous générez avec chacune d’elles.
Pour les coureurs de distance, l’objectif serait vraisemblablement de minimiser les forces d’impact. Mais il convient de noter que l’inverse est vrai pour le sprint. La principale façon dont les gens courent plus vite est de frapper le sol plus fort : plus vous pouvez labourer le sol avec force, plus vous irez vite. « À cet égard », souligne Weyand, « minimiser l’impact et le taux de charge est directement en conflit avec l’augmentation de la vitesse. » C’est l’une des raisons pour lesquelles les chaussures d’entraînement et les chaussures de course sont si différentes – et c’est quelque chose d’autre que vous pouvez tester avec ce modèle, en essayant différentes chaussures et des ajustements de forme pour voir ce qui maximise votre production de force.
S’il y a une chose que nous avons apprise au cours de la décennie qui s’est écoulée depuis les premiers résultats de Lieberman, c’est que nous devons être prudents lorsque nous regardons les courbes de force en laboratoire et que nous supposons que nous comprenons comment elles se traduisent dans les résultats du monde réel, comme les blessures et les temps de course. Cela s’applique également aux nouvelles données de la SMU. Mais le modèle a le potentiel de résoudre deux problèmes très actuels : sortir la biomécanique de l’environnement raréfié du laboratoire pour la mettre en pratique dans le monde réel, et extraire des informations utiles du déluge de données personnalisées générées par les nouvelles technologies portables. Espérons qu’il y aura bientôt une application pour cela.
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