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    La biomécanique du Football

    1. INTRODUCTION

    La biomécanique traite des principes de construction du corps humain et des relations entre les structures et les fonctions du corps. Leurs complexités exigent des approches analytiques spécifiques et complexes pour décrire, analyser et modéliser le système biomécanique.

    Les principaux objectifs de la biomécanique sont axés sur les applications pratiques et peuvent se définir ainsi :

    • Comprendre les lois de la mécanique et formuler les principes biomécaniques sous-jacents aux mouvements humains,
    • Identifier les facteurs susceptibles d'influencer les fonctions motrices et les facteurs physiologiques limitant leur réalisation,
    • Améliorer les fonctions motrices, et à tous les niveaux, les performances accomplies par ces fonctions.

    Ainsi, les connaissances de la biomécanique appliquées au football permettent une meilleure compréhension de l'efficacité mécanique des gestes lors de leur exécution et aident à l'étude des compétences nécessaires pour la pratique.
    Un joueur de football doit disposer d'une multitude de compétences. Il doit savoir tirer au but, faire une remise en touche, faire un dégagement (gardien), faire une passe, contrôler la balle, etc,..

    La compétence est constituée par le système de connaissances théoriques et pratiques qui influence l'habileté d'un joueur à réaliser une tâche : tirer au but, faire une passe, etc,..

    Chaque footballeur possède donc une panoplie d'habiletés motrices qui sont acquises par apprentissage et qui lui permettent d'atteindre des résultats, fixés à l'avance, avec un maximum de réussite en un minimum de temps c'est à dire avec un minimum d'énergie. Une habilité c'est par exemple tirer au but en cadrant 9 tirs sur 10, c'est faire des passes qui sont utilisées par un partenaire dans 9 cas sur 10. Plus le joueur sera habile, plus il sera performant.

     

    2. CONTROLE DE L’HABILETE DU MOUVEMENT

    Les mouvements dans le football sont "monitorés" à l'intérieur du corps par le Système Nerveux Central. Les organes sensitifs dans les muscles, les nerfs et les tendons fournissent des informations au système de traitement central au sujet des mouvements. Ceci s'appelle généralement la kinesthésie.

      Le joueur lors d'un match prend des décisions sur le plan global, aidé par les stimulus perceptifs venant de diverses sources. Selon ses expériences antérieures, les informations mémorisées et sa perception visuelle, les stimulus peuvent n’avoir aucune signification. Un processus de choix élimine toutes les informations non pertinentes. Le joueur est réceptif seulement aux stimulus perceptifs importants qui viennent de sa proximité immédiate. Tous les éléments perceptifs qui pourraient fournir des signes pour sa décision, tel que donner un coup de pied dans le ballon ou pas, ou dans quelle direction aller etc... sont acceptés comme information. L'information appropriée est alors traitée dans le système nerveux central. Les habiletés dans le football incluent tous les domaines qui dépendent du système de commande de l'homme.

      Pour l'étude des habiletés, les actions en boucles, les rétroactions externes et internes sont importantes.

      Dans la boucle interne
      1) les terminaisons nerveuses sous la peau renseignent le footballeur sur sa touche de balle,
      2) les récepteurs Kinesthésiques dans les articulations commandent l'angle du membre,
      3) les stries du muscle se chargent du changement de longueur du muscle,
      4) le Golgi de la tension dans les tendons,.
      La qualité de ce mécanisme est évidemment héréditaire. Dans le système externe de rétroaction les systèmes visuels et auditifs jouent le rôle le plus important.
         
        3. LES FACTEURS INFLUENTS SUR LA COMPETENCE

        La compétence individuelle globale n'est pas un élément qui peut être expliqué en termes quantifiés par des équations du moins pour la partie pratique. La compétence en football se développe constamment et il n'y a aucune forme d’habileté individuelle qui soit universellement valide pour tout le monde.

        Néanmoins on peut dresser un tableau des différents facteurs qui influencent les compétences d'un footballeur. On trouve :

        La psychomotricité

        • Motricité :
        • Locomotion : courir, sauter, ramper
        • La manipulation : pied , main
        • L'équilibre : les appuis, les changements de direction, les bocages
        • La latéralisation : droite , gauche
        • Discrimination auditive et visuelle
        • Mémoire auditive , visuelle
        • L'équilibre dynamique
        • La coordination : dissociation segmentaire, structure spatio temporelle, maîtrise des états de contraction et relâchements.

        Technique individuelle

        • La Frappe pour : Passe, Tir, Volée
        • La Maîtrise du ballon : Contrôles, Conduite, Dribbles,
        • Les Techniques défensives: Tacle, Interception
        • Le Jeu de Tête

        Les qualités physiques

        • Morphologiques : Age , poids
        • Vitesse, endurance, force, souplesse, détente
        • Vivacité

        Les qualités psychologiques

        • motivation
        • concentration, maîtrise de soi
        • confiance en soi : coping # anxiété
        • la patience
        • la mobilité d'attention

        Les connaissance théoriques

        • les lois du jeu
        • la connaissance du football
        • la culture
        • l'éducation

        Tableau 1. Différents facteurs influençant les compétences dans le football

        Le développement des habilités motrices fait appel à des capacités psychiques, physiologiques et physiques. Il inclue tous les domaines qui dépendent du système de commande de l'homme.

        Lors d'une séance d'entraînement, l'entraîneur doit s'assurer que les joueurs travaillent toutes les facultés motrices interdépendantes (vitesse et force, vitesse et agilité, . ) et les connaissances théoriques

        Les différentes habiletés individuelles dépendent de la perception, de la morphologie, de l'intellect des joueurs.

        La motivation dans l’entraînement aux habiletés individuelles dépend de la façon dont l’entraînement proposé est complexe ou simple, réel ou artificiel.


         
        4. LES DEPLACEMENTS DU FOOTBALLEUR 

        L’observation informatisée des matchs facilite l'analyse détaillée des compétences nécessaires dans le football lors des compétitions et des entraînements.

          Il est donc possible d'obtenir des informations sur les déplacements et les techniques ou les habiletés ainsi que leurs fréquences (contacts avec la balle, passes, dribbles, tacles, sauts, demi-tours etc...), les distances et les temps de course, les intensités (élevée, faible), le rythme des foulées et le nombre de sprints, le jeu avec ou sans la balle), les durées des périodes de travail à basse intensité (marche, jogging, ) le sens de déplacement vers l’avant, vers l'arrière,. latéral ,etc..

          Les différentes études, concernant les déplacements de base des joueurs du haut niveau, montrent que la distance moyenne couverte dans un match par un joueur est d’environ 8,6 km et peut aller jusqu’à 14 km. Les différents types d’effort se répartissent en moyenne en :

            Marche.....

            3026 m

            jogging.....

            5140 m

            grandes foulées

            1506 m

            sprints

            666 m

            course à reculons

            875 m

            déplacements latéraux

            218 m

            déplacements avec ballon

            218 m

            Si l'on veut être complet il faudrait ajouter à ces chiffres les différentes charges dues à l'entraînement mais j'ai trouvé très peu d'analyses concernant l’entraînement dans la littérature.

            A partir de ces données, nous avons évaluer les efforts produits par les joueurs de haut niveau lors d'une saison en prenant comme hypothèse que le joueur participe à 60 matchs et 220 séances d’entraînements soit 5 entraînements pendant 44 semaines dans l’année.

            On peut de la même façon estimer les charges de joueurs amateurs à partir des observations effectuées sur des équipes de différentes catégories.

            Suivant ces hypothèses, la distance totale couverte par un joueur dans une saison est supérieure à 3000 Kms pour un total de plus de 2.5 million foulées.

               

              Efforts produits en match

              Efforts produits à l’entraînement

              Total des efforts fournis

               

              Par match

              Par saison

              entraînement

              saison

              Total saison

               

              Type de calcul

              Distance (km)

              Distance (km)

              Distance (km)

              Distance (km)

              Distance (km)

              Nombre de Foulées

              Marche

              3

              180

              2

              440

              620

              890 000

              Jogging

              5

              300

              4

              880

              1180

              980 000

              Foulées rapides

              1,5

              90

              3

              660

              750

              420 000

              Sprints

              0,7

              42

              1,5

              330

              372

              190 000

              autres

              1

              60

              1,5

              330

              390

              400 000

              Total

              11,02

              672

              12

              2640

              3312

              3 000000

              Avec ballon

              0,2

              12

              0,4

              88

              100

               

              Tableau 2. Une évaluation des efforts de travail entre matches et entraînement sur une saison par un joueur de haut niveau

              Ces chiffres montrent toute l'importance pour le joueur de travailler l'efficacité de l'acte moteur. On notera aussi l'importance qu'il faut accorder à l'état de la surface sur laquelle il joue et s’entraîne et de la qualité de ses chaussures.

              De la place des joueurs dans l'équipe et de leur rôle dans le jeu dépendent la distance parcourue et le type de mouvements.

              Ainsi, ces études permettent de mieux connaître la charge de travail que doit assurer un joueur durant toute une saison et aident l'entraîneur à mieux appréhender les qualités nécessaires à la performance.

              Le football est un sport de déplacement ou la motricité (locomotion, manipulation, équilibre) est importante. Il est donc capital d'analyser du point de vue biomécanique le déplacement des joueurs. Nous avons vu qu'un joueur de haut niveau fait plus de 3 millions de pas c'est à dire de foulées dans une saison. Le bilan énergétique et la recherche de l'économie d'énergie deviennent des paramètres fondamentaux que tout entraîneur quelque soit le niveau doit prendre en compte. A chaque niveau, la recherche de l'efficacité améliore la performanc
               

              5. LES HABILITES MOTRICES SPECIFIQUES

              Dans le football le joueur a aussi besoin d'utiliser des habilités motrices spécifiques pour tirer au but , faire une passe, maîtriser le ballon, ) à partir des gestes utilisant la technique spécifique pour lancer avec le pied , recevoir (contrôle) et manipuler (conduite, dribble) le ballon.

                  De la même façon, l'observation permet de dénombrer, d'évaluer les habilités utilisées par un joueur de haut niveau.

              Actions produites en match

              Actions produites à l’entraînement

              Total des actions fournies

              Habilité

              Par match

              Par saison

              Entraînement

              Saison

              Total par saison

              Passes

              35

              2 100

              100

              22 000

              24 000

              Conduite

              7

              420

              50

              11 000

              11 420

              Dribbles

              20

              1200

              30

              6600

              7800

              Têtes

              6

              360

              15

              3 300

              3 700

              Tirs

              1

              60

              10

              2 200

              2 300

              Tacles

              7

              420

              15

              3 300

              3 700

              Sauts

              9

              540

              15

              3 300

              3 900

              Demi tours

              7

              420

              30

              6 600

              7 000

              Tableau 3. Une évaluation des actions techniques en matches et à l’entraînement durant une saison

              Comme il existe un nombre limité d'analyse disponible sur les actions à l’entraînement, le contenu d'une séance d’entraînement a été estimé en tenant compte de la différence entre le match et l’entraînement où l' intensité de l'effort est plus élevée dans les petits jeux qui sont inclus dans une séance d'entraînement et où il y a un plus grand nombre des contacts avec la balle, plus de passes et de courses avec ballon et plus de démarrages, demi-tours, sauts, tacles.

              Dans le football le joueur utilise la frappe dans 70% de ses actions pour passer, centrer, tirer au but et pour conduire le ballon, nous allons donc analyser la technique de la frappe. Toutes ces frappes ne sont pas effectuées avec la même surface de contacts. Le choix de cette surface rentre dans l'habilité du joueur a choisir la bonne technique.

               

              6. Exemple d'analyse biomécanique : la frappe

              La coordination est nécessaire pour réaliser des mouvements cohérents par rapport à des objectifs préalables.

              Analyse biomécanique

              a) La prise d’élan

              La course permet au joueur d’acquérir une vitesse horizontale. Elle s'obtient par une poussée complète de la jambe d’appui. Le joueur doit se propulser vers l’avant. L’action des bras semi - fléchis à 90° est vers l’avant. Il y a gainage de bassin en rétroversion avec un déplacement du Centre de Gravité en sinusoïde.

              b) L’ajustement

              Les petits pas d’ajustement vont permettre un placement adéquat de la chaîne d'appui en vue de la préparation du geste mais l’on observera une diminution de la vitesse et un ralentissement du centre de gravité. La chaîne d'appui doit être très stable.

              c) L’armé

              Cette phase intervient juste avant la frappe de balle et correspond à la mise en position et à la sollicitation des muscles utilisés lors du tir.

              Le regard est centré sur le ballon se dirige vers le but, la ceinture scapulaire est orientée en direction du but, il y a une dissociation entre la ceinture pelvienne 'épaule) et la ceinture scapulaire(bassin), L'angle de " rotation " est d’environ 40°C.

              Cet angle de " rotation " est dû à une mise en tension de la jambe de frappe. Cela permet d’augmenter la force de frappe. La position du pied d’appui est parallèle au ballon et se trouve à environ 20 cm de celui-ci, le pied d'appui est orienté dans la direction du but.

              Pour la jambe de frappe on observe une ouverture de la cuisse sur le tronc, une fermeture de la jambe sur la cuisse et une extension du pied. Cette phase correspond à l’ARME DE LA JAMBE DE FRAPPE.

                       

                      - Ceinture scapulaire (épaule)

                      - Ceinture pelvienne (bassin)

                      - angle de ROTATION (40°C)

               

               

               

              Lors de l'armé de la jambe de frappe, deux paramètres peuvent être mis en avant :

              - La vitesse angulaire : l’amélioration de la vitesse angulaire va permettre une puissance supérieure sans pour autant augmenter la force.

              - L’utilisation de la capacité élastique du muscle avant d’utiliser sa capacité contractile : notion de cycle étirement – renvoi c’est-à-dire lorsque le muscle se contracte, son antagoniste s’étire ainsi plus la capacité d’étirement d’un muscle est élevée meilleure sera la capacité de contraction de son antagoniste.

              Cet armé correspond à un lancement vers l’arrière de la jambe de frappe, en même temps il y a blocage de la jambe d’appui et donc création d’un point d’appui dynamique. Ainsi l’énergie cinétique acquise lors de la course peut-être transmise à la jambe de frappe (au segment libre).

              d) La frappe

              Pour ce qui est de la jambe de frappe on passe d’une flexion à une extension complète de la jambe sur la cuisse mais aussi à une flexion de la cuisse sur le tronc. On passe progressivement d’une vitesse nulle à une vitesse optimale. Le pied frappe le milieu du ballon pour transmettre au mieux l’énergie apportée par la jambe de frappe. (il faut " traverser le ballon "). L’énergie cinétique acquise par le blocage du pied d’appui est transmise au tronc qui va lui même la transmettre à la jambe de frappe ce qui explique la fermeture de l’angle de déclinaison. Une fois au niveau de la cuisse cette énergie va être transmise au niveau de la jambe et du pied par l’extension de celle-ci par rapport à la cuisse. En effet, il y aura eu un " blocage " au niveau du genou permettant de transmettre cette énergi.

               

              Conclusion

              La frappe (80% des actions du footballeur) est un élément technique complexe dans sa réalisation qui nécessite beaucoup de ressources autant mentales que physiques et physiologiques. Il est donc nécessaire de travailler sans cesse chaque technique à l'entraînement afin d'obtenir un acte moteur efficace.

               

               7. LES ELEMENTS DE L'HABILETE EN FOOTBALL

              Le contenu des habiletés peut être défini comme un produit de quatre éléments biomécaniques différents :

                              Habileté = Force x Vélocité x Précision x Détermination

               

              LA FORCE :

              La force totale est la somme de plusieurs forces produites en interne (force musculaire) et externe (force de réaction, force de l'impact, résistance de l'air, etc.).

              Si cette qualité peut, avec beaucoup de précautions, vu les inconvénients physiologiques (incidence possible sur la croissance) ou psychologiques (difficulté à s'astreindre à des tensions musculaires d'une durée trop longue), être améliorée par des exercices dynamiques ou statiques de courte durée. Elle demeure au départ chez les jeunes peu développée

              Le développement de la force chez le jeune joueur fait appel aux exercices qui développent surtout la force dynamique, en se rappelant que les jeunes supportent plus aisément les exercices de vitesse que de force pure. Cet entraînement de la force peut néanmoins se concevoir en tenant compte des données morphologiques relatives à la croissance, s'ils sont exécutés avec prudence par suite du danger d'accidents possibles, donc avec des exercices judicieusement choisis en fonction des possibilités de chaque âge et associés à des temps de repos suffisamment longs.

              Chez un entant de 8 ans, la masse musculaire représente environ 22% du poids du corps alors que chez un adolescent de 15 ans, elle est de 33 % et s'approche ainsi du rapport caractéristique de l'adulte (36 à 44 %).

              Entre 11 et 16 ans, la force musculaire augmente de près du double.

              LA MUSCULATION AVEC CHARGES ADDITIONNELLES NE PEUT EN AUCUN CAS S'ENVISAGER CHEZ L'ENFANT .

              LA VELOCITE :

              La vélocité des différentes parties distales du corps (pieds, mains, tête) est produite par le système du levier humain qui comprend les segments et les articulations.

              La vélocité linéaire (la vitesse) de la partie distale du corps est dépendante de la longueur et de la vélocité anguleuse des leviers respectifs (tibia, cuisse, etc.).

              Les vélocités anguleuses relatives à chaque partie du corps sont produites à travers le groupe du muscle respectif (extenseurs du genou, fléchisseurs du dorsal, etc.).

                                                                Vélocité = Amplitude x Fréquence

                  Amplitude = 1,2 x Taille (longueur des leviers)

                  Fréquence = vélocité anguleuse 

                   

              Amplitude ou fréquence ?

              L'ambiguïté entre foulée longue et foulée courte vient du fait que chacune a ses avantages.

              La foulée longue

              • Principal argument en faveur de la foulée longue ; elle permet d'augmenter le temps de récupération pendant l'envol. L'augmentation de la durée du temps de suspension permet d'accroître le temps de récupération musculaire entre deux appuis. Si ce point est crucial c'est que la circulation dans les capillaires est complètement stoppée au moment de l'appui. Le transport des gaz et des métabolites ne semble possible que pendant la période d'envol.
              • A chaque pose de pied, la force appliquée au sol est importante ce qui permet, théoriquement, de récupérer davantage d'énergie élastique. Mais nous verrons que cet argument de la puissance de l'impact au sol est plutôt défavorable à la foulée longue.

              La foulée courte

              • Elle permet de diminuer les oscillations verticales
              • Le pied vient se poser moins en avant du centre de gravité ce qui réduirait le "freinage" au sol.
              • La force appliquée au sol étant moins importante, elle induirait moins d'effort pour résister à l'écrasement.
              • Le nombre d'appuis au sol est plus important ce qui permettrait de récupérer plus d'énergie élastique sur une distance fixe donnée.

              Pour le footballeur on développera plutôt la foulée courte avec augmentation de la vélocité de façon à garder le maximum d'appui au sol.

              La vélocité ne s'améliore de façon notable que vers la dixième année pour véritablement se développer vers 12-13 ans.

              Le développement intense de la vitesse, chez les adolescents, qui atteint son maximum plus tôt que la force et l'endurance, s'explique par la haute plasticité de l'organisme, la grande mobilité des processus nerveux, la formation et la transformation relativement faciles des liaisons conditionnées réfléchies.

              Certains auteurs estiment que l'âge le plus favorable pour le développement de la vitesse se situe entre 11 et 12 ans... D'autres le situent vers 13-14 ans...

              Nota : On notera que la plupart des actions et manœuvres dans les situations de match sont exécutées avec force submaximale et vélocité. Peu de manœuvres sont exécutées avec une force et vitesse maximales.

               

              LA DETERMINATION

              La détermination n'a ici rien à voir avec la fermeté d'une décision.

              Lors de l'exécution d'une habilité, le mécanisme interne de détermination fait appel à la dernière exécution pertinente dans une situation de match. Elles sont appel aux expériences motrices vécues et aux apprentissages antérieurs

              L'exécution des habiletés motrices met en jeu des mécanismes d'exécution et de contrôle moteur différentié qui s'appuie sur un double système de référence :
               
              - Une référence visuelle externe permettant au sujet de se situer par rapport aux repères physiques pertinents pour l'action envisagée (la prise d'information, la mobilité d'attention),

              - Une référence à un modèle gestuel appris.

              Ces mécanismes travaillent à pleine intensité quand un joueur entre en contact avec la balle par exemple lors de la passe, de courses avec balle, des tirs , etc.

              Car le temps de contact, mesuré, entre le pied et la balle est en moyenne de 10 millisecondes. Si un joueur a effectué approximativement 10.000 fois des passes et des tirs sur une année, le temps total travaillé dans l’habileté de la passe sur le plan neuromusculaire sera seulement de 10.000 x 0.01 s = 100 s = 1 minute 40s.

              Cet exemple met en valeur le rôle de l’entraînement individuel des habiletés comme indispensable et montre toute l'importance de la relation de Joueur-Ballon.

              Ces chiffres montrent aussi que le positionnement corporel, préalablement appris, avant la touche de balle doit être correct et anticipé de façon à favoriser une réponse correcte.

               

              LA PRECISION

              Etre précis c'est être bien adapté au but en distance, en hauteur. C'est savoir maîtrisé l'espace et le temps

              Pour être précis, le joueur doit apprécier les différents éléments qui constituent la relation corps - balle, en distance et en mouvement, c'est à dire l'éloignement, la hauteur, la vitesse, la direction.

              Le joueur doit apprécier les distances pour adapter la force déployée dans le lancer à la distance qu'il veut atteindre. La cible peut être fixe (but) ou variable (partenaire).

              Et, les lancers, auxquels au départ le contrôle visuel participe, devront s'effectuer ultérieurement avec les seules sensations kinesthésiques.

              En présence de cibles mobiles (généralement les partenaires), la forme des lancers varie. Le joueur doit associer distance et trajectoire, c'est-à-dire tenir compte de la direction de la hauteur et de la vitesse de la cible mobile. Il convient alors d'atteindre, non pas le partenaire assimilé à une cible, mais sa zone d'action, espace privilégié. Le joueur doit, lors du lancer, faire que le ballon arrive non pas dans l'espace où le partenaire se trouve dans le moment actuel, mais dans l'espace vers lequel ce dernier sollicite le ballon. Cette perception spatiale selon les trois dimensions (hauteur, longueur et profondeur), ne peut se comprendre que si elle est rattachée à son aspect temporel.

              La perception de l'espace ne peut pas être appréhendée comme la perception de différentes parties juxtaposées et coexistant séparément. Mais, le corps enveloppe dans une prise d'information unique l'espace dans sa totalité et le vit et l'habite pour y construire tout un système de significations qui va guider et orienter toute son activité.

              Référentiel à partir duquel s'organise toute la motricité, le corps réalise la synthèse de l'espace et du temps. Cette synthèse est toujours à recommencer puisque les situations vécues évoluent sans cesse.

              Il ne faut pas confondre la précision avec l'adresse qui est la faculté d'exécuter avec vitesse et efficacité un mouvement intentionnel pour résoudre une tâche concrète.

              Un mouvement adroit est un mouvement :

              • Précis, c'est à dire bien adapté au but
              • Rapide, exécuté dans le temps le plus court possible
              • Bien dosé en force, avec une dépense d'énergie la plus économique possible.

              L'adresse est un domaine où l'affectivité et motricité interférent. Ne dit on pas qu'un timide est maladroit. La conscience des difficultés que les enfants peuvent rencontrer augmente leur maladresse.

              L'adresse est la qualité psychomotrice par excellence.

               

              CONCLUSION

              Si le volume total de charges d'un joueur sur l’ensemble d’une saison est important (tableaux 2 et 3) Ces évaluations montrent donc, tout l'intérêt que le joueur et l'entraîneur doivent porter à la rentabilité des actions réalisées pour augmenter les performances individuelles et collectives.

              Et c'est en ce sens que la biomécanique aide l'entraîneur a améliorer les performances mécaniques, psychomotrices et par là les performances des joueurs.

              En réalisant des gestes corrects et efficaces, les joueurs vont utiliser un minimum d'énergie et garder suffisamment de réserve pour réaliser plus gestes, plus de courses et augmenter ainsi leur performance individuelle.

              Faire preuve d'efficacité et être performant aussi bien dans la frappe, dans la passe ou d'autres habiletés signifie que les quatre variables biomécaniques existent exactement dans la bonne combinaison et en même temps (coordination).

              Et les évaluations présentées montrent l'importance de la qualité des acquisitions motrices pour un joueur car il les répétera des milliers de fois lorsqu'il jouera et s'entraînera.

                  
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