1 – Introduction

1La particularité du pénalty au hand-ball tient au fait qu’il faut battre un adversaire et pour cela il ne suffit pas de donner au ballon la plus grande vitesse possible. Il faut tirer simultanément le plus vite possible en étant le plus précis possible. Il faut donc adopter une stratégie afin de trouver un compromis entre la vitesse et la précision. L’ensemble des études portant sur le tir en suspension ou avec élan au hand-ball rapporte des valeurs de vitesse de balle de 18 m/s pour des novices (Wagner, Buchecker, Von Duvillard, &Müller, 2010) et de 22 m/s à 26,8 m/s pour des experts (Wagner et al., 2010; Fradet, 2003 ; Van Den Tillaar &Ettema, 2007).

2Le penalty au hand-ball est décomposé en trois phases : une phase d’armer jusqu’à l’atteinte de l’angle de rotation externe maximale du bras du membre tireur, une phase d’accélération du ballon jusqu’à l’instant du lâcher et une phase de décélération du membre tireur (Fig. 1) (Van Den Tillaar & Ettema, 2007). Chez des sujets experts les variations de durée du geste dépendent de la durée de la phase d’armer. En effet, la durée de la phase d’accélération est identique entre les sujets (Fradet, 2003).

Fig. 1

Les phases du pénalty (Van Den Tillaar & Ettema, 2007)

Les phases du pénalty (Van Den Tillaar & Ettema, 2007)

3Wagner et al. (2010) s’est intéressé à l’organisation du tir au hand-ball et a montré qu’il existe des différences dans les aspects cinématiques du tir au hand-ball en suspension entre des experts et des novices pour un tir dans une cible centrale.

4Seule la thèse de Fradet (2003) s’est intéressée à la dynamique du tir au hand-ball qui permet d’estimer les moments résultants aux articulations. Le moment résultant d’une articulation quantifie l’aptitude qu’a un groupe musculaire à accélérer ou ralentir un mouvement par le biais des forces musculaires. Le moment résultant d’une articulation permet d’identifier l’utilisation qu’un individu fait de son articulation au cours du mouvement. Ce moment se détermine par le biais de la dynamique inverse (Zatsiorsky, 2002). Fradet (2003) a rapporté que les moments résultants sont similaires entre les individus. Cependant, il a montré que la variabilité interindividuelle augmente à l’approche du lâcher. Certains experts exercent un moment de rotation externe (moment freinateur) du bras à l’instant du lâcher alors que d’autres exercent un moment de rotation interne (moment accélérateur) du bras.

5Aucune étude n’a envisagé d’analyser les variations des aspects mécaniques du pénalty au hand-ball en fonction du niveau d’expertise et de la zone ciblée. C’est dans ce cadre que se situe l’objectif de cette étude. Il s’agit de comparer les aspects cinématiques et dynamiques du geste des experts avec celui des novices, lors de tirs ciblant des zones différentes de l’embut afin d’intégrer une notion de précision. La comparaison de la cinématique et de la dynamique permettrait de mettre en évidence une organisation du penalty différente selon le niveau d’expertise et la zone ciblée. Cette organisation différente du geste pourrait nous faire dégager des comportements optimisés. Par la suite l’intervention dans le sport de haut niveau pourrait s’appuyer sur des critères cinématiques et dynamiques autres que la vitesse de balle.

2 – Méthode

2.3 – Matériel, traitement et analyse des données

8Chaque participant était équipé de 17 marqueurs réfléchissants afin de déterminer la cinématique tridimensionnelle du ballon, du membre supérieur dominant, du tronc et du bassin. La reconstruction tridimensionnelle de la position des marqueurs a été réalisée par le système VICON à l’aide de neuf caméras optoélectroniques échantillonnées à 200 Hz. Selon les recommandations de la Société Internationale de Biomécanique (Wu et al., 2002, 2005), les marqueurs ont été placés sur les deux épines iliaques antérieures, les deux épines iliaques postérieures, la dixième vertèbre thoracique, la septième vertèbre cervicale, le complexe xiphoïde, le creux sternal. Au niveau du membre tireur les marqueurs ont été placés sur l’acromion, l’épicondyle médial, l’épicondyle latéral, le styloïde radial, le styloïde ulnaire, le deuxième métacarpe, le cinquième métacarpe, la troisième phalange du majeur ainsi que sur le troisième métacarpe de la main non tireuse pour identifier le début du mouvement. Notre modèle tridimensionnel comprenait cinq segments : le bassin, le tronc, le bras, l’avant-bras et la main. Nous avons considéré chaque segment comme des solides rigides indéformables étant liés les uns aux autres par des liaisons rotules parfaites. Un repère propre à chaque segment a été défini, comme le recommande la Société Internationale de Biomécanique. Les axes X, Y et Z représentent respectivement les axes antéropostérieur (de l’arrière vers l’avant), longitudinal (de l’articulation proximal à distal) et médio-latéral (de la gauche vers la droite). Les ^données cinématiques ont été filtrées par un filtre butterworth passe-bas à 6 Hz afin de supprimer partiellement les artéfacts dues aux mouvements de la peau (Winter, 1990). L’intégralité du traitement des données a été réalisée avec le logiciel Scilab 5.3.0.

2.3.1 – Aspects cinématiques

9Les positions angulaires du segment distal par rapport au proximal ont été déterminées par la méthode des angles d’Euler qui nous a permis de déterminer des variations d’angle autour d’axes mobiles par le biais de trois rotations successives (Zatsiorsky, 1998). La séquence XYZ a été choisie pour la rotation du bassin et de la main, la séquence ZXY pour la rotation du tronc et de l’avant-bras (Wu et al., 2005) et la séquence XZY pour la rotation du bras afin d’éviter les phénomènes de blocage articulaire (Phadke, Braman, LaPrade, & Ludewig, 2011).

10Les vitesses et les accélérations linéaires ont été obtenues par dérivation pas à pas de la position des marqueurs réfléchissants. Les vitesses et les accélérations angulaires ont été obtenues par dérivation pas à pas des angles tridimensionnels.

2.3.2 – Aspects dynamiques

11Les caractéristiques anthropométriques des segments de chaque sujet ont été déterminées pour la main, l’avant-bras et le bras à l’aide de tableaux moyennés (Zatsiorsky, 2002).

12La dynamique inverse (Zatsiorsky, 2002) consiste, en croisant les données cinématiques et anthropométriques, à déterminer les forces et les moments résultants aux articulations. En déterminant ces variables à l’articulation du poignet, dans un premier temps, nous sommes remontés, segment par segment, à l’articulation du coude puis de l’épaule. Pour chaque articulation, les forces résultantes F ont été déterminées selon les lois de Newton (Éq. 1) où m_(S) représente la masse du segment S et a^G (S) l’accélération du centre de gravité du segment S. Pour chaque articulation, les moments résultants ont aussi été déterminés selon l’équation 2 où la somme des moments M^P au point P (centre articulaire où le moment résultant est déterminé) est égale au moment dynamique K^P du segment S au point P (Bône, Morel, & Boucher, 1994).

13

3 – Résultats

3.1 – Vitesse de balle et temps de mouvement

15La vitesse d’envol du ballon a été plus grande pour les experts (20,2 ± 0,5 m/s) que pour les novices (16,2 ± 0,2 m/s). Cette vitesse a varié avec la position de la cible. En effet la vitesse de balle a été plus élevée pour les cibles situées en bas (18,6 ± 0,7 et 18,4 ± 0,8 m/s contre 17 ± 0,6 et 17,5 ± 0,7 m/s pour les cibles du haut) (Fig. 2).

Fig. 2

Vitesse initiale selon le niveau et selon la cible (* différences significatives)

Vitesse initiale selon le niveau et selon la cible (* différences significatives)

16Les durées de tir ont été équivalentes pour les deux groupes. La phase d’accélération du ballon a été plus courte chez les experts que chez les novices. À partir de la rotation externe maximale du bras, les experts ont lâché le ballon après 0,09 ± 0,02 s contre 0,13 ± 0,02 s pour les novices (Fig. 3).

Fig. 3

Durée du geste selon le niveau (* différences significatives)

Durée du geste selon le niveau (* différences significatives)

3.2 – Aspects cinématiques et dynamiques

17À l’instant du lâcher, les experts ont exercé un moment de flexion de la main et d’extension de l’avant-bras alors que les novices ont exercé un moment d’extension de la main et de flexion de l’avant-bras. Les valeurs des moments maximaux de rotation interne entre les experts et les novices ont été identiques alors que les vitesses angulaires maximales de rotation interne et de rotation externe du bras ont été plus grandes pour les experts. La vitesse angulaire maximale de rotation externe a été atteinte pour tous les essais pendant la phase d’armer (Tab. 1).

Tableau 1

Aspects mécaniques variant avec le niveau d’expertise. Différence significative entre les deux groupes (*)

Experts (SD) Novices (SD) Moment de flexion de la main 1,1 Nm –0,4 Nm à l’instant du lâ cher * (0,6) (0,3) Moment d’extension de l’avant-bras 7,9 Nm –10,5 Nm à l’instant du lâ cher * (5,9) (7,3) Moment max de rotation 35,7 Nm 32,9 Nm interne du bras (6,4) (6,8) Vitesse angulaire max –414 deg / s –51,4 deg / s de rotation externe du bras * (187) (95) Vitesse angulaire max 1895 deg / s 1552 deg / s de rotation interne du bras * (266) (254)

Aspects mécaniques variant avec le niveau d’expertise. Différence significative entre les deux groupes (*)

18La vitesse angulaire maximale d’extension du tronc a été plus grande pour les cibles supérieures. Cette vitesse angulaire maximale est apparue uniquement pendant la phase d’armer. La vitesse angulaire d’adduction horizontale du bras à l’instant du lâcher a été plus importante pour les cibles du côté opposé au bras tireur (Tab. 2).

Tableau 2

Aspects mécaniques variant avec la position de la cible. Différence significative entre * et †

Cible 1 (SD) Cible 2 (SD) Cible 3 (SD) Cible 4 (SD) Vitesse 92,8 91,4 44 59,7 angulaire max deg / s deg / s deg / s deg / s d’extension (61) (56) (47) (48) du tronc * * † † Vitesse angulaire à 107,3 98,4 128,4 93,3 l’instant du lâcher deg / s deg / s deg / s deg / s d’adduction horizontale (62) (64) (92) (85) du bras * † * †

Aspects mécaniques variant avec la position de la cible. Différence significative entre * et †

19Enfin on note que les novices ont exercé un moment d’abduction horizontale du bras à l’instant du lâcher pour les quatre cibles et que ce moment a été moins important pour les cibles décroisées. Les experts ont exercé un moment d’adduction horizontale du bras pour les cibles supérieures et un moment d’abduction horizontale du bras pour les cibles inférieures (Fig. 4).

Fig. 4

Moment d’adduction horizontal du bras à l’instant du lâcher selon le niveau d’expertise et la zone de tir ciblée

Moment d’adduction horizontal du bras à l’instant du lâcher selon le niveau d’expertise et la zone de tir ciblée

4 – Discussion

20La valeur moyenne de la vitesse de balle mesurée est cohérente avec les études de Fradet (2003), Van Den Tillaar and Ettema et al. (2007) et Wagner et al. (2010) qui rapportent des valeurs allant de 22 à 26,9 m/s pour les experts et des tirs en suspension à 18 m/s pour des novices (Wagner et al., 2010). Dans notre étude les experts tirent en moyenne à 20,2 m/s et les novices à 16,2 m/s. Quel que soit le groupe les vitesses du ballon sont plus élevées pour les cibles du bas.

21La durée de la phase d’accélération du ballon est plus courte chez les experts que chez les novices pour une vitesse de balle augmentée même si la phase d’armer est légèrement plus longue pour les experts. Fradet (2003) en comparant trois populations d’experts, différentes en âge, trouve des accélérations identiques et une vitesse de balle relativement proche entre les trois groupes.

22Les vitesses angulaires et les moments résultants sont plus importants chez les experts que chez les novices. Ces résultats vont dans le sens de ceux de Wagner et al. (2010). En effet, lors de tirs en suspension, il rapporte des valeurs de vitesse angulaire maximale de rotation interne et de flexion du tronc supérieures chez des sujets experts. Parallèlement dans notre étude, nous mettons en avant des valeurs plus importantes pour les experts pour la vitesse angulaire de rotation interne du bras, les moments d’extension de l’avant-bras et de flexion de la main au lâcher. La taille moyenne des groupes est différente, et comme les sujets experts sont plus grands ils possèdent des segments corporels plus grands et obtiennent donc une vitesse linéaire du segment le plus distal plus grande. Cependant la différence de vitesse de balle n’est pas uniquement due à la différence de taille dans le sens où les experts, en plus d’être plus grands, parviennent à développer des vitesses angulaires plus importantes que les novices. Les moments résultants des experts sont plus importants que ceux des novices, cela s’explique en partie par le fait que pour atteindre une vitesse angulaire identique, les experts doivent produire une force musculaire plus grande pour accélérer un segment de plus grande taille qui a une inertie plus importante. D’un autre côté les moments résultants de signes opposés entre experts et novices, comme le moment de flexion de la main et de l’extension de l’avant bras à l’instant du lâcher, mettent en évidence une organisation du mouvement différente selon le niveau d’expertise.

23Nous mettons ainsi en évidence des modifications d’organisation du geste notamment pour les vitesses angulaires et les moments résultants. En effet, certaines variables dépendent de la hauteur de la zone ciblée et d’autres du côté de la zone ciblée. Pour les deux niveaux d’expertise, la vitesse angulaire maximale d’extension du tronc est plus grande pour les tirs en haut. De plus, la vitesse angulaire d’adduction horizontale du bras à l’instant du lâcher est plus importante pour les tirs croisés. Certaines rotations ont des rôles différents selon la position de la cible pour les deux groupes. Selon le positionnement de la cible, les individus ne vont pas utiliser leurs articulations avec le même objectif.

24Il apparaît que le moment résultant d’adduction horizontale du bras au lâcher dépend de la zone ciblée et du niveau d’expertise. Les variations de valeurs vont dépendre du groupe. Les experts et les novices vont s’adapter de différentes manières aux zones ciblées. En effet, pour les novices le moment résultant d’adduction horizontale est plus faible pour les cibles croisées, alors que pour les experts il est plus faible pour les cibles du bas. Les novices exercent un moment d’abduction horizontale du bras pour les quatre cibles, ce moment est plus grand pour les cibles croisées (?9 ± 7 et ?16, 7 ± 6 N.m contre ?2,7 ± 7 et ?7, 1 ± 8 N.m). Pour les experts, le moment résultant est positif pour les cibles supérieures (21,7 ± 24 et 22,3 ± 18 N.m) et négatif pour les cibles inférieures (?17,8 ± 13 et ?0,6 ± 17 N.m), même s’il apparaît une grande variabilité pour la cible inférieure décroisée. Ils exercent un moment d’adduction horizontale pour les cibles du haut et un moment d’abduction horizontale pour les cibles inférieures. Les experts continuent d’accélérer le mouvement du bras jusqu’au l â cher pour les cibles supérieures et freinent le mouvement au lâcher pour les cibles inférieures. Ces résultats mettent en évidence que selon le niveau d’expertise, la rotation d’un segment par rapport à un autre ne va pas avoir le même rôle sur la vitesse et la direction d’envol du ballon. Dans le même sens, le niveau d’expertise joue un rôle particulier dans l’adaptation du geste de l’individu à la zone ciblée.

25La vitesse angulaire de rotation externe du bras des experts est huit fois plus élevée que celle des novices. Cependant la phase d’armer n’est pas plus courte pour les experts. L’augmentation de la vitesse de rotation externe du bras chez l’expert va permettre de solliciter le grand pectoral en contraction excentrique avant de le solliciter en contraction concentrique. Cela se traduit par le passage d’un moment résultant de rotation externe à un moment résultant de rotation interne du bras dés que la contraction excentrique du grand pectoral va ralentir la rotation. C’est ce que Jöris, Vanmuyen, Scheneau, et Kemper (1985) expliquent par la restitution d’une part de l’énergie élastique emmagasinée. On peut émettre l’hypothèse que cette restitution de l’énergie élastique qui dépend directement des structures tendineuses du grand pectoral va permettre au muscle de produire un moment de rotation interne du bras à l’épaule en minimisant la force à produire par la composante contractile. En effet, la contraction excentrique du grand pectoral entraîne un allongement des tissus conjonctifs et des tendons. Cette déformation peut-être considérée comme un stockage de l’énergie élastique. Jusqu’à ce que les structures tendineuses retrouvent leurs longueurs initiales l’énergie élastique est restituée. Cette énergie restituée permet au grand pectoral de produire un moment de rotation interne à l’épaule en minimisant la part de la composante contractile du muscle par souci d’économie. Le moment résultant, de rotation interne du bras à l’épaule, équivalent entre les experts et les novices, suggère que les novices consomment plus d’énergie en étant limités par l’impact des structures tendineuses sur la production de force qui sont modifiés par l’entraînement.

26À l’instant du lâcher, les experts exercent un moment d’extension de l’avant-bras alors que les novices exercent un moment de flexion. Les experts accélèrent le mouvement d’extension de l’avant bras jusqu’à l’instant du lâcher alors que les novices le freinent. Il en est de même pour le moment résultant de flexion du poignet à l’instant du lâcher, en effet, grâce à un moment de flexion de la main, les experts continuent d’accélérer le ballon jusqu’au lâcher. En accélérant le ballon jusqu’au lâcher, ils augmentent la vitesse de balle alors que les novices la diminue. Les experts ont donc une organisation mécanique du mouvement, que l’on pourrait caractériser de plus fine, qui leur permet de maximiser la vitesse de balle. Concernant les novices, le manque de pratique et d’habitude à viser une cible peuvent expliquer une action sur le coude et le poignet contre-productive.

27Finalement, la vitesse de balle est plus grande pour les experts mais aussi pour les tirs ciblant la partie basse de l’embut chez les deux populations. L’accélération du ballon est plus grande chez les experts, c’est-à-dire qu’ils parviennent, dans un temps plus court, à augmenter la vitesse de balle jusqu’à une valeur plus importante que les novices. Ensuite, les moments résultants exercés au niveau du coude et du poignet permettent de différencier les experts et les novices. Aussi, nous avons pu mettre en évidence que l’organisation du mouvement est dépendante de la zone ciblée, du niveau d’expertise et de l’interaction entre ces deux facteurs.

28Une étude supplémentaire plus ciblée sur le rôle des doigts lors d’un tir à bras cassé, en faisant varier la position des zones ciblées, permettrait de savoir si le rôle des doigts est différent entre les cibles supérieures et inférieures et le niveau d’expertise. Cette étude pourrait permettre d’expliquer la différence de vitesse de balle entre les tirs du haut et les tirs du bas.