Experiences :
1. Les forces : l'efficacité des prothèses dans le sport
Dans cette partie, nous nous sommes intéressées à la comparaison : prothèses bioniques et membres humains. Pour répondre à notre problématique, nous avons souhaité comparer la course d'une personne valide avec la course d'une personne portant une prothèse bionique. Durant cette expérience, nous avons pris le cas du coureur amputé des deux jambes Oscar Pistorius.
Les mécaniques du sprint d’un valide et d’un invalide sont similaires, car les prothèses sont élaborées de telle façon qu’elles reproduisent la fonction amortissement/ressort d’une jambe biologique. Mais celles-ci sont-elles vraiment de la même efficacité qu'un membre humain ?
Ces prothèses transforment-elles l'handicap en atout ?
Lors d'un départ, un coureur valide débute son sprint penché en avant, à la limite du déséquilibre, pendant plus de 30m. Toute la puissance de ses jambes le pousse alors vers l’avant, lui permettant d’accélérer et d’atteindre très vite sa vitesse de pointe avant de se redresser. Tandis que pour Pistorius par exemple, il n'est pas possible de rester dans une telle position. En effet le fait de rester penché causerait une déstabilisation et le déséquiliberait car il se propulserait alors sur la bordure de ses lames. Le coureur invalide va donc se redresser bien plus rapidemment qu'un coureur valide. Cette incapacité d’Oscar Pistorius à se pencher trop en avant pour accélérer rapidement constitue pour lui un lourd désavantage. Il serait alors question de créer des prothèses plus efficaces qui permettrait un équilibre constant.
départs d'un coureur valide et invalide
foulées d'un coureur invalide
Phase ascendante, propulsion :
Le genou du coureur invalide est remonté plus rapidement mais le début du mouvement reste lent en compensation.
Phase de suspension :
Le coureur a une foulée plus longue qu'un coureur valide d'après certaines études.
Phase de retour au sol :
Il n'y a pas de force d'ammortissement donc il n'y a pas de perte d'énergie : les prothèses absorbent l'énergie.
Chez pistorius, la structure rigide en fibre de carbone lui permet d'avoir une plus grande part de restitution de force. L'énergie est accumulée au niveau de la lame de la prothèse. Cette énergie est libérée à la fin du mouvement, ce qui permet à ce dernier d'avoir une impulsion plus importante que le coureur valide.
La compagnie de manufacture des lames "Ossur" déclare que la fibre de carbone des lames restitue approximativement 80 a 90% de l'énergie qu'ils accumulent pendant la compression. Alors que les tendons des coureurs valides restituent une énergie relativement moins importante (entre 30 à 70%, c'est à dire, 50% de moins que les prothèses).
Nous avons ci-dessous effectuer le pointage des genoux de deux coureurs à l'aide du logiciel pymecavideo (voir image de droite). Ces deux graphiques montrent l'évolution des foulées d'un valide (graphique de gauche) et d'Oscar Pistorius (graphique de droite) en fonction du temps.
pointage genoux coureur valide
pointage genoux coureur invalide
Durant la première phase le coureur valide est assez constant et lève son genou de manière régulière. Le coureur invalide a plutôt tendance à commencer lentement puis à se propulser plus rapidemment que le coureur valide. On pense que cela est dû à l’effet ressort de la prothèse qui reprend sa forme avec un temps de retard.
Oscar Pistorius a une foulée plus longue mais aussi une phase ascendante décomposée clairement en deux parties. Cette étude de la foulée semble donc bien indiquer qu’Oscar Pistorius a une course différente de celle d’un valide.
Au cours de la phase d’amortissement et la phase de soutien, l’athlète valide pousse sur le sol, avec une chaîne de muscle continue tout au long de sa jambe, de la hanche au mollet. Alors que chez un athlète invalide la lame se plie au contact du sol : nous parlons alors de "force ressort".
Dans cette partie sur les forces, nous avons déterminé qu’Oscar Pistorius est désavantagé au départ. Cependant sa technique de course n’est pas celle du sprint d'un athlète valide mais plutôt d’une « foulée bondissante ».
Eligibilité d'Oscar Pistorius lors des J.O pour les coureurs valides :
Le professeur Brüggemann a fourni un rapport en décembre 2007 et suivant ce rapport, l'IAAF a pris la décision de la non éligibilité d'Oscar Pistorius en compétition car le professeur avait conclu que les prothèses de Pistorius lui donnaient un avantage par rapport aux autres coureurs valides. Cependant, après des études complémentaires de différents experts, la décision a été revue. Il a été dit qu'il n'était pas prouvable scientifiquement d'un quelconque avantage concernant les prothèses d'Oscar Pistorius par rapport aux autres coureurs.
Il y a trois éléments qui limitent la vitesse durant la course :
1) la vitesse que prend le mollet à se repositionner pour le pas suivant
2) la distance parcourue du corps pendant le contact du pied au sol
3) la force appliquée sur le sol par rapport au poids du coureur
D’après l’étude de Herr et Weyand, deux scientifiques renommés, si Pistorius possédait des membres à la place des prothèses, son temps de course augmenterait de 12 secondes. Cette théorie dégage donc la possibilité que les prothèses sportives avantageraient Pistorius de 12 secondes.
Robert Gailey affirme ainsi dans une étude que l'efficacité (quantité d'énergie produite divisée par la quantité d'énergie absorbée) des prothèses de pied utilisées sur la piste est de 82 % contre 241 % pour le pied humain, notamment parce que les tissus mous qui permettent la jonction entre le moignon et les prothèses empêchent une restitution optimale de l'énergie. Cette déperdition oblige d'ailleurs Pistorius à solliciter davantage les muscles de ses hanches. Mais cela ne suffit pas à «disculper» les Cheetah. «Si le système du pied artificiel est un désavantage évident sur une courte distance, affirme Patrice Gergès, il permet une restitution d'énergie constante.» Dit autrement : le membre artificiel ne connaît pas la fatigue.
De plus, on ne peut pas vraiment dire que ses jambes artificielles constituent un avantage déloyal dans la mesure où, même si Oscar Pistorius a explosé les records handisports du 100m, 200m et 400m, ses performances sur 100m et 200m le placent loin des meilleurs mondiaux.
« Les muscles d’une jambe biologique, eux aussi, se dilatent et se contractent. Mieux, ils produisent leur propre énergie, alors que la prothèse ne sert qu’ à transmettre l’énergie qui la traverse ».
Knut letcher, le spécialiste de la recherche et du développement chez Ossür (le fabriquant des Cheetah)
«Ce type de prothèse est utilisé depuis quatorze ans par d'autres athlètes qui n'ont jamais réalisé mes performances. C'est la preuve que je dois mes résultats à mon talent et à mon travail»
Pistorius
De la confusion de cette querelle d'experts, émergent pourtant deux certitudes : d'une part, la morphologie de la lame en carbone étant différente de celle d'un pied humain articulé à la cheville, les mesures biomécaniques sont différentes, sans que l'on puisse déterminer si l'une est plus performante que l'autre. D'autre part, Pistorius est à l'abri des lésions musculaires aux tendons d'Achille et aux mollets, qui perturbent si souvent la préparation des sprinters. Ce dernier point constituant le seul avantage indéniable du "Blade Runner" sur ses concurrents.
Néanmoins l'inertie est génante au départ pour s'élancer et les virages sont plus compliqués à négocier à cause du déséquilibre de la prothèse. Ainsi, l'individu peut éprouver des sensations désagréables telles que des chatouillements, des picotements, et des faibles courants électriques. Ces sensations sont dites « fantômes» et sont ressenties chez 95 à 100% des personnes ayant fait l'expérience d'une amputation.
Actuellement, il n'existe aucun consensus scientifique sur le fait de savoir si la vitesse de course d'un athlète utilisant des prothèses en fibre de carbone est artificiellement élevée ou non.