Sciences du sport
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La résistance élastique est utilisée depuis plus d’un siècle dans l’entraînement en force.1 Aux Etats-Unis, au début du 20ème siècle, les élastiques «Whitely exerciser» (image ci-contre) promettaient « Santé, force, grâce et forme : comment les avoir, comment les garder » pour les enfants, les femmes et les hommes. Jusque dans les années 60 et 70, la résistance élastique (sous forme de tubes chirurgicaux ou de chambre à air) était utilisée pour le renforcement musculaire dans les milieux sportifs mais également pour la rééducation par les kinésithérapeutes.
En 1978, Hygenic Corporation a été la première société à concevoir et à distribuer massivement des élastiques avec des niveaux de résistances différents. Ces élastiques étaient destinés principalement à des fins thérapeutiques. Aujourd’hui, les bandes élastiques se déclinent sous de nombreuses formes et répondent à différents objectifs : la rééducation musculaire et articulaire, l’amélioration de la condition physique et l’augmentation de la force musculaire.
Ce dossier a pour but de vous présenter les principes scientifiques qui sous-tendent la résistance élastique, l’intérêt de ce type de résistance et ses applications dans le domaine de la rééducation ou de l’entraînement sportif.
Pour bien comprendre la particularité de la résistance élastique, nous devons nous intéresser brièvement aux différents types de résistance. Il en existe trois : la résistance externe constante, la résistance avec adaptation et la résistance variable.2 Notez que de nombreux points seront éclaircis et développés dans de futurs dossiers et dans le cours sur la biomécanique du sport et de l'exercice.
La résistance externe constante : La charge déplacée reste la même tout au long de son déplacement. Si vous soulevez un haltère de 10 kg avec le bras, quelque soit la position dans l’espace de votre bras, l’haltère pèsera toujours 10 kg.
Les résistances avec adaptation : Ce type de résistance consiste à adapter la résistance pour permettre à l’athlète de développer des forces maximales à différentes vitesses sans être affecté par les propriétés inertielles de la charge.3 L’isocinétisme est un exemple de résistance avec adaptation. La résistance est adaptée grâce à une machine en fonction de la force exercée par l’athlète pour maintenir la vitesse choisie constante. En résumé, pour une articulation isolée, à chaque angle, l’athlète fournira un effort maximal. Les résistances hydrauliques et pneumatiques sont des exemples de résistance avec adaptation, même si leur classement oscillerait plutôt entre résistance avec adaptation et résistance variable.
Les résistances variables : Ce type de résistance a pour objectif de modifier la résistance externe lors de la trajectoire d’un exercice pour simuler les différentes relations force - angle articulaire rencontrées chez l’homme. On retrouve dans cette catégorie les systèmes de cames et de leviers popularisés par Nautilus® et Universal®, les chaines et les bandes élastiques. Dans le cas des bandes élastiques, plus celles-ci sont étirées et plus la résistance augmente.
Figure 1. Vue schématique d'un polymère linéaire amorphe. D'après Ashby and Jones (1991).
La plupart des bandes élastiques sont réalisées à base de polymères. Le type de polymère le plus souvent utilisé est l'élastomère, comme par exemple le caoutchouc issu du latex naturel. Mais il est possible de trouver des bandes élastiques composées de thermoplastiques, c'est le cas lorsqu'il est annoncé que les bandes élastiques ne contiennent pas de latex.
Les polymères sont composés de macromolécules (i.e., une chaîne de monomères plus ou moins longues) qui s'enroulent les unes aux autres à la manière d'une assiette de spaghettis (Fig. 1).4 Dans le cas des élastomères, une chaîne contient plus de 10 000 monomères. Des ponts d'origine chimique relient les chaînes entre elles, et dans le cas des élastomères, le nombre de ponts est faible : environ 1 pour 100 monomères.
Les polymères ont une large gamme de comportements mécaniques dépendants principalement de la température. À basse température, ils sont fragiles et deviennent plastiques, puis viscoélastiques, caoutchoutiques, et enfin visqueux à mesure que la température augmente. Entre -20 et 200°c, un polymère peut passer par tous ces comportements mécaniques.
Figure 2. Effet de la déformation sur la tension... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
À température ambiante, la figure 2 montre que plus une bande élastique est allongée, plus la tension est grande. Lorsque qu'une bande élastique est chargée, les macromolécules se déplient, s'allongent puis s'alignent. Lorsque les macromolécules sont totalement alignées et allongées, la courbe Force / Déformation montera verticalement jusqu'à la rupture. Les ponts d'origine chimique entre les chaînes et les ponts d'enchevêtrements (E) procurent aux macromolécules leur mémoire de forme : Tirez un élastique, il se déforme, relâchez-le il reprendra sa forme initiale.
Au-delà de 50 %, le comportement des bandes est presque linéaire, c'est-à-dire que lorsque la bande est étirée d’au moins la moitié de sa longueur initiale de repos, la relation entre l’étirement et la tension est constante. Plus vous étirerez l’élastique, plus sa tension sera forte et ce, de manière proportionnelle. Une phase linéaire peut être expliquée par la loi de Hooke (voir encadré). Néanmoins, comme vous pouvez le constater, le comportement des polymères est loin d'être aussi simple. Mais dans les plages d'utilisation communes en sport (env. 200-400%), il est assez commun de trouver cette référence à la loi de Hooke même pour les bandes élastiques.
C’est une loi utilisée en mécanique des matériaux pour caractériser la tension d’un matériau en fonction de son allongement. Dans le cas des bandes élastiques, la tension des bandes (F, en Newton) est égale au produit de la raideur (k), une constante propre au matériau et de l’allongement, c'est-à-dire la différence entre la longueur initiale (l0, en mètres) et la longueur après étirement (l, en mètres):
Il est possible de faire abstraction des dimensions des pièces pour pouvoir les comparer. Ainsi la tension (F, en Newton) est divisée par l’aire de section (A, en m²), ce qui donne la contrainte (σ, en Pascal) :
L’allongement sera exprimé en pourcentage, on parlera de déformation ou d’allongement relatif (ε, sans unité ou en pourcentage) :
Et enfin la raideur k est analogue au module Young (E, en Pascal) qui caractérise les propriétés élastiques d’un matériau. La loi de Hooke s’exprime alors :
Il faut également prendre en compte que la quantité de matière joue un rôle dans la tension. En effet, deux élastiques de longueurs égales n’auront pas forcément la même tension à une déformation de 100 %. Cette différence viendra de l’aire de section (voir figure ci-dessous). La bande d'aire de section A1 possède une tension moins grande que celle d'aire de section A2. Ainsi, si vous doublez une bande élastique, vous aurez deux fois plus de tension. De même que l'addition de différentes bandes élastiques permettra d'augmenter la résistance.
Enfin, les processus de polymérisation lors de la conception des bandes vont déterminer le nombre de ponts entre les chaînes de monomères. Ce processus influencera également la tension des bandes élastiques.
Plus je tire sur la bande élastique, et plus la difficulté augmente... Très bien, mais jusqu’à quel point puis-je tirer ? La bande élastique ne va-t-elle pas rompre ?
Les bandes élastiques ont une très grande élasticité… Oui, cela peut paraître stupide à dire, mais l’élasticité est une propriété mécanique propre à chaque matériau (et elle est caractérisée par le module Young, voir l’encadré ci-dessus). Le béton, l’acier, le caoutchouc, etc. possèdent tous une certaine élasticité.
L’élasticité est la capacité d’un matériau à se déformer plus ou moins et à revenir à sa position initiale sans dommage une fois relâché. Passé un certain seuil, le matériau subira des dommages et ne reviendra plus tout à fait à sa forme d’origine (ce sera la déformation plastique), une trop grande déformation peut également conduire à la rupture.
Dans le cas des bandes élastiques, l’élasticité est très importante. La plupart des études ont mesuré les tensions de bandes élastiques correspondant à des allongements supérieurs à 150 % de la longueur initiale de repos.1, 7, 8 Page et al.5 et Patterson et al.6 ont testé des bandes élastiques jusqu’à 250 % de la longueur initiale de repos. Selon la composition des bandes élastiques, elles pourraient ne pas subir de dommage jusqu’à plus de 300 % de déformation.2 Chez Sci-Sport, nous avons testé les bandes élastiques à plus de 600 % sans qu'elles subissent de dégâts (Voir l'article).
Il ne s'agit pas de la fatigue de l'individu qui utilise les bandes élastiques. En mécanique des matériaux, la fatigue est un processus qui va modifier la structure d'un matériau sous l'effet de contraintes ou déformations variables répétées. Cela pourra entraîner des dégâts au matériau voire même aller jusqu'à la rupture. Et pourtant ce phénomène de fatigue peut survenir sans que les déformations répétées soient d'une intensité très fortes.
La fracture de fatigue chez le sportif est liée à ce phénomène. L'os subit des contraintes répétées, des micro-fissures naissent au niveau de l'os, et les sollicitations répétées finiront par mener à la fracture.
Les bandes élastiques réagissent également à la fatigue. Durant toute la durée de vie d'une bande élastique, elle subira de nombreux cycles d'étirement-relâchement. Il n'y a aucun moyen d'empêcher ce phénomène, les bandes élastiques devront être remplacées. Quelques études se sont intéressées au comportement d'une bande élastique sous l'effet d'une sollicitation répétée.6, 8
Simoneau et al.8 ont testé lors de 501 cycles d'étirement-relâchement 6 bandes élastiques de différentes résistances. Pour cela, un petit moteur étirait les bandes élastiques à une vitesse constante de 0,018 m·s-1. C'est à dire qu'un cycle étirement-relâchement durait 22 secondes, ce qui correspondrait à une exécution d'exercice très lente. Ces chercheurs ont testé les 6 bandes élastiques pour deux déformations : 100 % (Fig. 3) et 200 % (Fig. 4) de leur longueur initiale. Un capteur de force mesurait les tensions provoquées par la déformation.
Sur les 501 cycles, les chercheurs ont observé une diminution de la tension de 5 à 12 % pour une déformation de 100 % de la longueur initiale, et une diminution de la tension de 10 à 15 % pour une déformaiton de 200 % de la longueur initiale. Néanmoins cette baisse de tension est intervenue lors des 50 premiers cycles, et la tension est ensuite restée constante sur les cycles suivants.
Figure 4. Tension moyenne de bandes élastiques étirés à 200%. (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 3. Tension moyenne de bandes élastiques étirés à 100%. (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Patterson et al.6 ont également étudié le comportement en fatigue des bandes élastiques. Deux échantillons d'une même bande ont subi environ 5800 cycles d'étirement-relâchement. Un cycle correspondait à une variation entre 100 % et 200 % de la longueur initiale de l'échantillon. Ces auteurs n'ont pas observé de différences significatives entre le premier cycle et le dernier cycle. La différence moyenne de tension entre le premier et le dernier cycle était d'environ 0.31 Newton, soit 0.031 kg...
Admettons qu'une personne utilise les bandes élastiques dans le but d'un renforcement musculaire. Elle s'exerce 5 fois par semaine. Chaque jour d'entraînement, elle exécute 4 exercices à raison de 3 séries de 10 répétitions par exercice. On considère qu'une répétition est équivalent à un cycle étirement-relâchement. Cette personne aura étiré ses bandes élastiques 5800 en presque 10 semaines :
Pour une journée d'entraînement :
4 exercices × 3 séries × 10 répétitions = 120 répétitions
Pour une semaine d'entraînement :
5 séances × 120 répétitions = 600 répétitions
Soit en 10 semaines d'entraînement :
600 répétitions × 10 semaines = 6000 répétitions
Cette équipe a également constaté qu'il existait une différence de tension entre une bande étirée 20 fois manuellement avant d'être testée et une bande neuve. Néanmoins, ils ont constaté que même si la longueur de repos initiale de la bande augmente, la tension relative à la déformation reste la même.
Les bandes élastiques laissées dans une position d'étirement constant peuvent subir des dommages irréversibles. C'est ce qui est appelé le fluage. C'est à dire que sous l'action d'une charge constante ou d'une tension constante, des déformations irréversibles interviennent sur la matériau. Il est donc recommandé de ne pas laisser les bandes élastiques dans une position étirée trop longtemps.
La vitesse d'étirement a également une influence sur les bandes élastiques. En effet, les polymères sont sensibles à la vitesse de déformation. Plus la vitesse d'étirement des bandes élastiques est grande, et les plus bandes élastiques seront rigides et fragiles. A l'inverse, plus la vitesse d'étirement est faible et plus les bandes élastiques seront souples et ductiles. Patterson et al.6 ont testé deux vitesses différentes d'étirements sur des bandes élastiques (0.085 cm·s-1 et 0.009 cm·s-1) et n'ont observé aucune différence au niveau de la tension. Néanmoins, les vitesses testées ne représentent absolument pas des vitesses d'étirements normales observées lors d'exercices (entre 10 et 50 cm·s-1).
Comme nous l'avons vu dans le chapitre précédent, plus une bande élastique s'allonge plus la résistance augmente. C'est pour cela que ce type de résistance est dit variable. L'intérêt principal d'une résistance variable est de s'adapter au mouvement humain, et plus précisément aux courbes de forces qui sont générées par nos leviers articulaires lors d'un mouvement.
Une courbe de force représente la capacité de production d'un moment de force (i.e., la relation entre l'angle articulaire et la force développée) pour un exercice donné. Les courbes de force sont réparties en 3 catégories : Ascendante, descendante et parabolique.
Il faut noter que quelque soit le type de contraction (e.g., concentrique, excentrique ou isométrique), la forme de la courbe de force restera identique pour un même mouvement.
La courbe de force ascendante correspond à des exercices où le système de levier est capable de développer de plus grandes forces en fin de mouvement, lorsque l'extension est presque complète. Il est possible de citer comme exemples le squat, le développé couché et le soulevé de terre.
La courbe de force descendante correspond à des exercices où le système de levier est capable de développer de plus grandes forces au début du mouvement, lorsque la flexion est presque complète. Il est possible de citer comme exemples les tractions ou les rowings.
La courbe de force parabolique correspond à la plupart des exercices mono-articulaires comme la flexion du coude ou l'extension du genou. La production de force est maximale aux environs de la moitité de l'amplitude.
Certains entraîneurs ou chercheurs ont décrié, à tort, le mode d'entraînement avec résistance variable en affirmant que celui-ci n'était pas adapté à la contraction musculaire et à la production de force.9 L'argument principal utilisé était que la relation tension-longueur du muscle humain décrit une parabole et que l'augmentation "linéaire" de la résistance avec élastique ne correspond pas du tout.
Pourtant, comme vous venez de le voir, les courbes de force ne sont pas uniquement paraboliques, car les mouvements réalisés par le corps humain ne sont pas uniquement mono-articulaires. Par exemple, en squat, la courbe de force est ascendante. L'intérêt d'une résistance variable sera alors d'augmenter la résistance à mesure que les leviers deviennent plus favorables. Ainsi, il sera possible de générer de la force sur une plus grande partie du mouvement.
Et enfin, même sur des mouvements où la courbe de force est parabolique, l'ajout d'une résistance variable ne modifie pas celle-ci. En effet, Hughes et al.7 ont illustré ce point lors d'une abduction (i.e., une élévation) latérale du bras (Fig. 5). Chez 15 sujets, ils ont comparé les moments de force au niveau de l'épaule lors de l'élévation latérale avec un haltère et des bandes élastiques. Le résultat est illustré en Figure 6. Que la résistance opposée au mouvement soit constante ou variable, le moment de force articulaire au niveau de l'épaule évolue de la même façon.
Figure 6. Relation Moment de force - Angle articulaire bras-tronc... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Figure 5. Illustration de la détermination du moment de force... (Cliquez sur l'image pour l'agrandir)
Le moment d'une force est l'aptitude d'une force à produire la rotation d'un système autour d'un axe. Plus concrètement, lorsque vous vissez ou dévissez un écrou à l'aide d'une clé, vous appliquez une force sur la clé, ce qui génère une rotation de l'écrou autour de son axe. Le moment de force est dépendant de la force appliquée sur le bras de levier (F, en Newton) et perpendiculaire à celui-ci et de la longueur du bras de levier (d, en mètres). Seule la composante perpendiculaire de la force appliquée au bras de levier provoque un moment de force.
Le moment de force (MF, en Newton·mètres) s'exprime donc comme :
Pour une même force, le bras de levier est déterminant. C'est pour cela qu'il est plus facile de dévisser un écrou avec une clé très grande, sans être plus fort, en faisant varier la longueur d, vous augmenterez le moment de force appliqué à l'écrou, et vous dévisserez cet écrou plus facilement.
Une force est une valeur vectorielle, c'est à dire qu'elle est déterminée par une direction, un sens, une norme et un point d'application. Reprenons l'exemple de l'abduction de l'épaule avec une bande élastique (Fig. 4 et 5). Le bras de levier est représenté par le bras du sujet et la bande élastique exerce une force que nous nommerons R (comme résistance). Or le moment de force est provoqué au niveau de l'articulation de l'épaule par une force perpendiculaire au bras de levier, nous la nommerons F.
La force R, dans le cas des bandes élastiques, est mesurée grâce à un capteur de force. Pour déterminer F, il suffit d'un petit calcul trigonométrique. Puisque une force peut être décomposée en deux vecteurs orthogonaux, et F est la composante verticale de R :
Le moment de force sera détaillé le cours de biomécanique du sport et de l'exercice, prochainement en ligne.
Il nous a paru important d'éclaircir ce point avant même de discuter de l'incidence des bandes élastiques sur la performance. En effet, il est primordial que chaque entraîneur puisse s'assurer que les outils qu'il utilise dans un but précis permettent réellement d'atteindre cet objectif.
Maintenant que nous avons constaté que la résistance variable offerte par les bandes élastiques est tout à fait adaptée aux mouvements humains, nous allons voir si elle offre des bénéfices en terme de performance sportive.
La cinématique est la partie de la mécanique qui s'attache à décrire le mouvement en s'intéressant à l'accélération, la vitesse, et le déplacement en fonction du temps.
La cinétique est la partie de la mécanique qui s'attache à décrire les causes du mouvement provoqué par les forces, les moments de force, l'énergie, le travail, la puissance.
La vitesse, la force, la puissance et l'explosivité sont des qualités physiques clés dans la performance sportive. L'amélioration de ces paramètres cinématiques et cinétiques est l'un des moteurs principal de la recherche scientifique et de l'entraînement. Depuis plusieurs dizaines d'années, la musculation est devenue un outil de choix pour ce travail spécifique. Néanmoins, les entraîneurs et les chercheurs ont toujours tenté d'améliorer ces entraînements et de les rendre plus efficients.
C'est ainsi que l'entraînement avec résistance élastique a été de plus en plus utilisé dans la préparation des athlètes. Avant cela, les bandes élastiques étaient principalement utilisées en rééducation et pour la remise en forme. Les types d'élastique utilisés opposaient une très faible résistance, contrairement à ceux employés par les sportifs qui sont plus gros et qui fournissent une tension beaucoup plus importante.
Cependant, plusieurs questions se sont posées : Les paramètres cinématiques (i.e., accélération et vitesse) et cinétiques (i.e., force et puissance) sont-ils affectés ? Et si oui, de quelle manière ? Et enfin, est-ce réellement efficace en comparaison à un entraînement traditionnel ?
Pour tenter de répondre clairement à ces questions, quelques dizaines de recherches ont été effectuées sur les bandes élastiques et l'amélioration de la performance cinématique et cinétique chez des sportifs de tout niveau. Voici les résultats :
Concernant la vitesse
Figure 7. L'entraînement avec bandes élastiques permet d'augmenter la vitesse de frappe.
Concernant la vitesse d'exécution lors d'un mouvement avec bandes élastiques, Israetel et al. (2010)18 ont montré que la vitesse d'exécution en squat avec bandes élastiques était significativement supérieure au début de la phase excentrique et à la fin de la phase concentrique en comparaison à un squat avec charge constante. En début de mouvement, la tension élastique permet d'accélérer le début de la descente. En fin de mouvement, l'athlète doit compenser la tension croissante par une accélération supplémentaire. Ce que certains nomment l'accélération compensatoire.
Néanmoins, il n'est pas tout à fait évident de savoir si la vitesse peut être améliorée grâce à l'utilisation de bandes élastiques. Car certaines recherches, comme celle de Stevenson et al. (2010)19 n'ont pas montré de gains en vitesse lors de squats avec bandes élastiques. Ils ont même mis en évidence une diminution de la vitesse d'éxécution comparé à un squat avec charge constante. Le problème est que cette étude a comparé 2 conditions inégales. En effet, ils ont choisi de comparer un squat avec une charge constante de 55% du 1RM et un squat avec une charge constante 55% du 1RM ET 20% supplémentaire de résistance élastique... Ce qui signifie qu'une fois debout les athlètes avaient une résistance plus importante dans la condition avec élastique. C'est donc normal que cette étude n'ait pas trouvé de différences significatives.
Mais Jakubiak et Saunders (2008)20 ont montré que l'entraînement avec bandes élastiques sur un mouvement sportif spécifique pouvait être bénéfique pour la vitesse d'exécution. Ils ont comparé l'entraînement de deux groupes en Taekwondo sur la vitesse du coup de pied circulaire en 4 semaines. Un groupe s'entraînait normalement, tandis que l'autre groupe attachait un élastique à résistance légère à la cheville de la jambe effectuant le coup. Ils ont observé des gains de vitesse allant de 5 à 17% pour le groupe avec élastique, et 0.1% de progression pour le groupe contrôle.
Les gains de vitesse semblent vraisemblablement dus à des améliorations neuromusculaires, c'est-à-dire des paramètres tels que le recrutement des unités motrices, la fréquence d'activation, la coordination intra-musculaire, etc.
Concernant la force
Plusieurs études ont observé une amélioration de la force à la suite d'un entraînement avec bandes élastiques ou simplement en comparant un exercice avec et sans bandes élastiques. 10,11,12,13,14 Anderson et al. (2008)10 ont observé un gain au 1RM de 8% en développé couché et de 16% en squat après 7 semaines d'entraînement. Rhea et al. (2008)11 ont mesuré un gain au 1RM de 9.5% en squat après 12 semaines d'entraînement. Et Bellar et al. (2011)13 ont obtenu après 3 semaines d'entraînement un gain de presque 10% en développé couché.
Comme nous l'avons expliqué plus tôt, les bandes élastiques gagnent en résistance à mesure qu'elles sont étirées. Donc lors d'un squat ou d'un développé couché, elles fourniront plus de résistance en fin de phase concentrique (i.e., en pleine extension). Et de part leur propriété "élastique", les bandes tendent à revenir à leur longueur initiale. Cette propriété laisse donc supposer que la phase excentrique (i.e., la flexion des jambes en squat ou celle des bras au développé couché) serait accélérée par les bandes élastiques, et cela se traduirait par une augmentation de l'énergie potentielle élastique stockées dans les muscles, ce qui augmenterait la force développée lors de la contraction suivante, la vitesse d'exécution et donc la production de puissance.
Pour faire simple, le muscle peut être comparé à un élastique. Au repos, il possède une certaine longueur. Tirez sur ses extrêmités en même temps, et le muscle s'allongera (1). Néanmoins lorsque vous faites cela vous sentez une certaine résistance. Et plus vous tirerez sur le muscle plus cette résistance va augmenter. Enfin, si vous le relâchez immédiatement après l'étirement, il reprend rapidement sa longueur initiale (2).
En se déformant, le muscle a emmagasiné de l'énergie potentielle élastique. Cette énergie est dite potentielle car elle peut être restituée et transformée en énergie cinétique. Cette énergie s'ajoutera au travail positif du muscle pour se contracter (et donc se raccourcir). Il y aura donc une production de force supérieure.
Cependant, si vous étirez un muscle et que vous le gardez trop longtemps dans sa position étirée, l'énergie potentielle élastique se dissipera sous forme de chaleur et il n'y aura aucun gain de force.
Cependant, Ebben et Jensen (2002)15 n'ont observé aucune différence lors d'une comparaison de squats traditionnel, avec chaînes et avec bandes élastiques au niveau de la production de force et de l'EMG, le tout exécuté lors de la même séance. Néanmoins, ils n'ont utilisé qu'un faible pourcentage de résistance apportée par les élastiques et les chaînes : 10%.
Figure 8. Quels bénéfices pour le squat ?
A l'inverse, Wallace et al. (2006)14 ont testé sur 2 journées, 3 conditions différentes en squat : avec uniquement de la fonte, avec de la fonte + bandes élastiques à hauteur de 20% et avec de la fonte + bandes élastiques à hauteur de 35%. Le première jour, ils ont testé un squat à 60% du 1RM et le deuxième jour, un squat à 85% du 1RM, dans chaque condition. Ils ont observé qu'à 85% du 1RM, les squats avec bandes élastiques permettaient de développer une force significativement supérieure.
Bellar et al. (2011)13 ont obtenu des résultats significatifs avec 15% de résistance élastique et Anderson et al. (2008)10 avec 20%. Il semblerait alors qu'il y ait un pourcentage minimal de résistance variable à utiliser pour bénéficier des avantages des bandes élastiques au niveau de la force.
Concernant la puissance
Il en est de même au niveau de la production de puissance moyenne ou maximale. Plusieurs études ont en effet démontré une puissance significativement supérieure avec l'utilisation de bandes élastiques. 10,11,14 La puissance est le produit de la force et de la vitesse. Elle est donc influencée par ses deux paramètres. L'explication la plus probable concernant le bénéfice des bandes élastiques sur la production de puissance est que l'accélération lors de la phase de contraction dure plus longtemps, ce qui permet une production supérieure de force, et donc de puissance.
En effet, plusieurs recherches16,17 ont constaté que lors de mouvements comme le squat ou le développé couché, lorsque le but est de déplacer la charge le plus rapidement possible, une décélération importante de la charge est observée sur plus de 40% du mouvement avant d'arriver en pleine extension. Ce phénomène involontaire serait un mécanisme de protection des articulations. Pour contourner cette limitation, il est possible de projeter la charge en fin d'extension (cela se traduit par un saut dans le cas du squat). Cette projection permet d'accélérer la charge plus longtemps et de produire une puissance maximale et moyenne supérieure. Le seul problème de cette pratique est qu'elle est difficile à mettre en place puisque cela nécessite d'avoir un système sûr pour réceptionner les charges lancées.
Les bandes élastiques ajoutées à la charge permettent justement de passer outre cette limitation technique. Ainsi, grâce à la résistance qui augmente progressivement à mesure que les articulations approchent de la pleine extension (dans le cas d'exercices à courbe de force ascendante), les athlètes peuvent accélérer la charge sur une période plus longue, et ainsi produire une puissance plus importante.
En complément, nous vous recommandons la lecture de l'article suivant : Utilisation des bandes élastiques en squat et bénéfices sur la performance
Efficacité de l'entraînement avec bandes élastiques en comparaison à l'entraînement traditionnel
L'entraînement avec élastique permet un gain de vitesse, de force et de puissance, mais ce gain est-il supérieur à celui obtenu avec un entraînement à charge constante ? Il semble que la réponse soit positive, la plupart des études qui ont étudié la comparaison entre les deux types de résistance ont mis en évidence une amélioration supérieure grâce aux bandes élastiques, en squat et en développé couché. Ce gain est essentiellement du à un soulagement de la résistance lorsque le système articulaire humain est en position de faiblesse (e.g., en bas du mouvement en squat et au développé couché) et à une résistance accrue lorsque le système articulaire est en position de force (i.e., proche de la pleine extension).
Néanmoins, quelques études n'ont pas observé de différences. C'est le cas de Ebben et Jensen (2002)15 qui ont étudié le squat chez des athlètes universitaires de division I. Ils ont comparé le squat avec charge constante, avec chaînes et avec bandes élastiques à hauteur de 10%. Comme nous l'avons décrit plus haut, il semble que 10% de résistance additionnelle sous formes de résistance élastique soit insuffisant pour observer une amélioration des paramètres cinématiques et cinétiques. Ghigiarelli et al. (2009)12 ont réalisé la même comparaison mais pendant 7 semaines au développé couché avec des footballeurs américains. Eux non plus n'ont observé aucune différence significative. Néanmoins, les données montrent que la progression en vitesse, en force et en puissance était meilleure que pour le groupe contrôle. De plus, l'entraînement avec chaînes ou élastiques n'était réalisé qu'une seule fois par semaine et la valeur de la résistance élastique n'est pas mentionnée dans l'étude. Enfin, Stevenson et al. (2010)19 n'ont pas observé de différence en squat tout simplement car ils n'ont pas égalisé les charges de travail entre les conditions testées.
Il semblerait que des problèmes d'uniformisation des méthodologies scientifiques soient à l'origine des différences de résultats entre les études. Il convient donc de suivre quelques règles simples pour obtenir des résultats positifs lors de l'entraînement avec résistance élastique additionnelle :
Figure 9. Système VertiMax.
La performance en saut vertical est liée à plusieurs paramètres. Parmi les plus importants, il est possible de citer le cycle étirement-détente et l'énergie potentielle élastique (voir note plus haut) et la vitesse au décollage, lorsque les pieds quittent le sol. Enfin la hauteur de saut est corrélée significativement avec la production de puissance musculaire des membres inférieurs. Le saut vertical est donc un exercice très utilisé pour l'évaluation sportive des athlètes.
En tenant compte de cela, plusieurs études ont examiné l'influence de l'utilisation de bandes élastiques sur la performance en saut vertical chez des athlètes de tout niveau. Plusieurs études ont constaté l'augmentation de la vitesse au décollage lorsque le saut vertical était assisté par des bandes élastiques. 21,22,23,24 L'augmentation de la vitesse vient de l'énergie potentielle élastique libérée par les bandes élastiques mais également du fait que le poids corporel de l'athlète est réduit.
Tran et al. (2011)24 ont montré que la vitesse au décollage augmentait plus le pourcentage d'allègement du poids de corps était grand. Ces auteurs ont testé de 0 jusqu'à 40% d'assistance en bandes élastiques. Markovic et Jaric (2007)21 ont fait la même constatation avec un allègement de 30% du poids de corps.
Mais Argus et al. (2011)23 ont montré qu'un entraînement de 4 semaines en sauts verticaux avec une assistance élastique de 20% du poids de corps permettait une augmentation de la hauteur de saut de presque 7% chez des rugbymen de haut-niveau. Voir notre article détaillé
De plus, dans la même étude, Argus et al. (2011)23 ont montré également un gain en hauteur de saut de 4% pour le groupe de rugbymen qui utilisaient les bandes élastiques comme résistance. Contrairement à McClenton et al. (2008)25 qui n'ont pas observé de gains significatifs statistiquement après un protocole d'entraînement de 6 semaines avec le système VertiMax (Fig. 9) chez sujets sportifs. Cependant, la résistance élastique n'a pas été quantifiée clairement, et il semble que le nombre de sujets a peut-être influencé les résultats statistiques.
Figure 12. Saut avec assistance élastique
Figure 11. Saut avec résistance élastique
Figure 10. Saut normal
Pour améliorer la hauteur de saut vertical, les bandes élastiques semblent être une alternative supplémentaire pour l'entraîneur. En assistance ou en résistance lors du saut vertical, en facilitant la vitesse d'exécution ou en accentuant le travail excentrique, les bandes élastiques permettront de travailler sur les paramètres neuromusculaires, en améliorant la vitesse de contraction et/ou le cycle étirement-détente. Et enfin, l'assistance fournie par les bandes élastiques permet également de diminuer les forces de réception lors des sauts. Cela peut aider à diminuer la charge mais également aider à la rééducation des sportifs en retour de blessures.
Des élastiques de très grandes longueurs sont également utilisés dans les sprints d'une distance allant de quelques mètres à 20 mètres. La notion de "survitesse" est bien connue des coureurs et des cyclistes, lors de course en pente. Il est possible également d'utiliser pour cet objectif des bandes élastiques. Bartolini et al. (2011) 26 ont testé différents pourcentages d'assistance fournis par des bandes et mesurer les temps de courses sur environ 18 mètres. Ils ont constaté qu'au delà de 30% de poids de corps en assistance, il n'y avait plus de bénéfices au niveau du temps de course. Et au-delà de 13m, l'élastique ne fournissait plus d'assistance.
En 2003, Corn et Knudson27 ont montré que sur des sprints de 20m avec assistance élastique, la longueur de foulée augmentait, tandis que la fréquence de foulée n'augmentait pas. D'après ces auteurs, la modification de ces variables spécifiques au sprint pourrait être néfaste sur la technique de sprint. A notre connaissance, aucune étude n'a observé un protocole d'entraînement en sprint avec assistance élastique sur plusieurs semaines pour quantifier les bénéfices ou les pertes sur la vitesse de course réelle.
Enfin, en natation, des chercheurs français28 ont utilisé des bandes élastiques pour étudier les effets sur la performance en 100m. Pour cela ils ont répartis 37 nageurs en 3 groupes : un groupe contrôle, un groupe "survitesse" et un groupe "force". Des bandes élastiques étaient utilisées pour l'assistance ou la résistance. Le protocole a duré 3 semaines avec 3 sessions par semaine dédiées à l'utilisation des élastiques. Au final, les deux groupes ont vu leur performance s'améliorer, néanmoins, c'est le groupe "force" qui a obtenu les plus gros gains en force musculaire, en vitesse sur 100m, et en fréquence de cycles de bras, sans que l'amplitude de ces cycles ne soient affectés.
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