La Nature
Revue des sciences et de leur application à l'art et à l'industrie
N°1455 du 13 avril 1901
La chronophotographie et les sports athlétiques
E.-J. MAREY, de l'Institut.
A l'occasion des concours de
gymnastique et de sports athlétiques, l'administration de l'Exposition
de 1900 a nommé une Commission de physiologie et d' hygiène chargée de
suivre ces divers concours et de tirer de cette réunion exceptionnelle
des meilleurs athlètes du monde l'enseignement qu' elle comportait.
La tâche était vaste; il s'agissait, en effet, de déterminer physiologiquement l'action des divers sports sur les fonctions organiques, la respiration, la circulation du sang, la digestion et enfin sur la santé générale. D'autre part, la Commission devait étudier les divers sports en eux-mêmes, essayer d'en comprendre le mécanisme et de surprendre le secret de la supériorité de certains athlètes
Ces dernières études se prêtent mieux que les autres à un exposé sommaire ; nous allons essayer de le présenter.
Nos lecteurs connaissent déjà la méthode qui a permis d'analyser dans tous leurs détails les actes les plus rapides et les plus complexes des divers exercices du corps : la chronophotographie. Elle donne sur un long ruban qui se déroule une série d'images photographiques instantanées dont le nombre varie de 15 à 50 par seconde et même davantage au besoin, de sorte que toutes les phases d'un mouvement soient parfaitement représentées.
échelonnées en série sur une longue bande, ces figures sont difficilement comparables entre elles; il est déjà plus commode de les disposer, comme dans la figure 3, sur trois colonnes parallèles; on lit la succession des images sur chaque colonne de haut en bas en commençant par celle de gauche.
L'acte représenté est le lancement du poids par l'américain Sheldon , champion du monde pour ce genre de sport. Le poids, uniforme pour tous les concurrents, était un boulet de 7kg.250 et la distance à laquelle, il a été lancé, de 14m,02. La figure 3, réduite aux actes essentiels, montre l'athlète au moment où il prend son élan sur la jambe droite pour faire un saut sur cette jambe. A la fin de ce saut, et au moment où le pied gauche touche le sol, commence la détente du bras droit qui pousse le boulet en haut et en avant en lui imprimant la plus grande vitesse possible.
L'élan que peut prendre le gymnaste est limité par le règlement à un parcours de 2 mètres: à cet effet on a tracé sur le sol un carré de 2 mètres de côté dont il ne doit pas sortir.
Pour apprécier la vitesse des différents mouvements exécutés, il faut introduire dans les images la double représentation du temps et de l'espace. Le temps se mesure au moyen du chronographe visible seulement dans les cinq dernières images. C'est un cadran noir portant des divisions et que parcourt une aiguille blanche, à raison d'un tour par seconde. L'espace angulaire parcouru par l'aiguille, entre deux images consécutives, mesure le temps écoulé.
Un bon moyen de mesurer ces intervalles est de rechercher combien d'images sont contenues en un tour, un demi-tour ou un quart de tour du cadran. Ainsi (fig. 3), pendant la durée des cinq dernières images, l'aiguille a parcouru exactement un quart de son tour; il y a donc. eu 5 images en un quart de seconde, soit 20 images à la seconde.
Il s'ensuit que, entre deux images consécutives, le déplacement que l'on constate pour un point quelconque du corps s'est fait en un vingtième de seconde; il en est de même pour le boulet.
Reste à connaitre l'étendue réelle du déplacement constaté ; c'est à cela que sert une échelle métrique placée dans chaque figure. On dispose sur le sol une règle d'un mètre portant des divisions ; cette règle se photographie en même temps que chacune des attitudes de l'athlète; elle sert d'échelle pour évaluer le chemin parcouru par chacun des points considérés pendant un temps connu. (Dans la figure 3, p. 312, l'échelle métrique n'est pas visible, car il a fallu rogner les images pour les rapprocher les unes des autres, c'est même pour cette raison que le cadran du chronographe a été enlevé, sauf pour les cinq dernières images.)
Nous voici donc pourvus de tous les éléments nécessaires pour mesurer avec précision l'étendue et la vitesse de tous les mouvements de l'athlète. Mais cette mesure n'est pas encore très facile; il faut, sur des figures agrandies, porter continuellement le compas d'une image à l'autre afin de mesurer le déplacement de chaque point. Une nouvelle simplification s'impose ; voici en quoi elle consiste.
Lorsque les géomètres veulent comparer deux figures ils les superposent entre elles; aussitôt apparaît la différence de leurs dimensions ou de leurs formes. Nous allons suivre la même méthode.
Projetons (fig. 1), sur une
feuille de papier, la première image d'une série, traçons sur ce papier
la ligne du sol et marquons-y la place d'un point de repère fixe r : un
petit béton fiché dans le sol.
Décalquons ensuite les contours du corps et des membres du gymnaste
aussi fidèlement que possible. Cela fait, projetons la seconde figure
de la série et pour la mettre dans sa position par rapport à la
première, déplaçons, s'il le faut, notre papier de façon à faire
coïncider la ligne du sol et l'image du point de repère avec la ligne
et le point déjà tracés dans le premier calque. Nous verrons que
l'image du gymnaste ne se superpose pas aux contours qui expriment sa
précédente attitude; c'est qu'un mouvement s'est produit et que chaque
partie du corps a changé de position. Nous fixerons, par un second
décalque, cette nouvelle attitude et nous procèderons de même pour
toute la série des images.
Il résultera de ces opérations une figure d'ensemble un peu confuse
peut-être, mais que l'examen des images séparées de la série permettra
d'interpréter facilement. Dans cette épure composite on n'a pas utilisé
toutes les images dont on disposait; la résultante eût été trop
touffue. On a éliminé deux images sur trois, ce qui en a réduit le
nombre à sept.
Dans les figures 1 et 3, les mêmes actes sont représentés : l'athlète
commence par un saut qui imprime au boulet une certaine accélération;
le bras, pendant ce temps, est inactif, puisque le boulet reste
constamment appliqué à l'épaule. Ensuite vient s'ajouter à la vitesse
acquise une accélération nouvelle qui tient à l'action du bras.
Pour pénétrer plus avant dans l'analyse mécanique de ce sport, pour
connaître, par exemple, la force qui pousse le boulet à chaque instant,
il faudrait représenter toutes les images de ce projectile (sans pour
cela multiplier les figures de l'athlète lui-même, ce qui ne ferait
qu'amener de la confusion). Une fois tracées sur le papier les
positions successives du boulet, il serait facile d'en déterminer les
accélérations et d'en construire la courbe; celle-ci exprimerait
précisément les valeurs de l'effort à chaque instant développé par
l'athlète.
La même méthode se prète à l'étude de tous les autres sports, courses,
sauts, etc., on en va voir encore quelques applications.
Du saut en longueur.
- La figure 4 rassemble en un seul tableau une série d'images
chronophotographiques disposées sur trois colonnes et dont la
succession se lit, cette fois, de droite à gauche et de haut en bas.
De, sorte que la première image se trouve en haut et à droite du
tableau; la dernière en bas et à gauche.
Comme dans l'exemple précédent, pour mieux faire suivre dans l'espace
tous les mouvements du gymnaste, on a, par des décalques successifs,
réuni plusieurs images en une figure unique, véritable à épure à des
mouvements (fig. 2) .
Cette fois, grâce à la translation rapide du sauteur, les images
avaient moins de tendance à se confondre entre elles par superposition;
il a suffi d'en éliminer une sur deux pour obtenir l'expression claire
et saisissante de tous les actes exécutés, actes que nul langage ne
pourrait traduire d'une manière aussi précise.
La connaissance de l'étendue et de la vitesse de ces mouvements est
aussi parfaite que possible. Le chronographe montre, en effet, que
l'intervalle entre les image est de un quatorzième de seconde, tandis
que l'échelle métrique assigne à la longueur du saut 4m,69.
Les mêmes éléments de mesure font voir que l'espace parcouru par le
sauteur en un quatorzième de seconde était de 52 centimètres et, pat
conséquent, la vitesse de 7m,28 par seconde.
Si l'on entre davantage dans le détail de la figure 2 on voit qu'un
point du corps du sauteur ne parcourt pas le même espace en des temps
égaux. La tête, par exemple, se déplace avec des vitesses inégales.
Cela tient à ce que les jambes et les bras se déplacent à chaque
instant et à ce 'lue la translation uniforme du centre de gravité du
corps implique une propulsion de la tête en avant quand les bras se
portent en arrière, et inversement.
De La course de haies.
- Cet exercice consiste à franchir en courant une piste sur
laquelle sont disposées des haies ou barrières espacées entre elles
d'un intervalle correspondant à la longueur de trois pas. Le coureur
doit franchir cette série d'obstacles sans rompre son allure. Les
divers gymnastes emploient des moyens très différents pour effectuer ce
genre de course.
Le champion français (dont l'épure n'a pas été représentée) tournait
les jambes de côté pour éviter l'obstacle, le pied droit ramené en
dedans par une rotation du fémur, la cuisse gauche en abduction et le
genou en dehors. Il tenait le buste droit, sa téte s'est élevée de 38
centimètres au moment oé il franchit la haie.
M. Kraenslein, américain (fig. 5), élève la jambe droite presque
horizontalement étendue et plie le torse en avant, en lançant les bras
en arrière; le menton touche presque le genou. Pendant ce temps, la
cuisse gauche est en abduction, le genou fléchi. Au moment oé il
franchit l'obstacle, la téte du sauteur ne s'est élevée que de 16
centimètres.
Voilé deux manières d'arriver au même résultat qui sont tout à fait
différentes. La première exigeait plus d'efforts de la part de
l'athlète qui faisait un saut bien plus élevé, car il élevait plus haut
son centre de gravité. La seconde manière implique plus de souplesse
des reins et des articulations de la jambe, mais elle exige un effort
moindre et peut se soutenir plus longtemps.
Les documents recueillis à la Station physiologique et analysés de
cette façon permettront de modifier entièrement les méthodes de
l'éducation physique et de les établir sur l'étude de la nature
elle-même et non sur des théories sans base expérimentale trop souvent
contradictoires entre elles.
Dans la plupart des exercices du corps, l'adresse et l'ingéniosité ont
souvent plus de part que la force physique; on en jugera par l'exemple
qui va suivre:
Du saut en hauteur.
- Dans ce genre de sport, les Américains ont surpassé leurs
concurrents des autres nations au moyen d'un artifice que les images
chronophotographiques font bien comprendre. Le saut représenté (fig. 6)
est, pour ainsi dire, un mouvement sur place; pour en construire
l'épure sans confusion, on a dé dissocier les images en les déplaçant
toutes vers la droite d'une quantité constante. L'étendue de ce
déplacement s'apprécie d'après l'écartement des images d'un des poteaux
fixes qui portent la corde à franchir.
Quand on suit, de gauche à droite, la série des images, on voit que le
sauteur aborde l'obstacle par le flanc gauche et s'enlève obliquement;
puis, quand il est arrivé à une hauteur telle que la corde soit un peu
au-dessous de ses ischions, il élève la jambe gauche, la passe
par-dessus l'obstacle, puis, abaissant cette jambe. élève la droite à
son tour, la passe sur la corde et retombe enfin sur ses pieds.
Dans ce même exercice, un Français eût abordé l'obstacle de face; en
sautant il eût tenu ses pieds rassemblés sous lui, à peu prés comme on
les voit dans le saut en longueur représenté figure 2. Mais alors, il
eût dé élever les ischions à une hauteur telle, qu'entre eux et la
corde il y eût eu place pour les pieds. Cela eût constitué un saut en
réalité bien plus haut, et exigé un effort bien plus grand.
L'ingénieux procédé employé par les gymnastes américains était
assurément légitime, puisqu'il n'était pas interdit par le règlement,
peut-être même n'était-il pas prévu. Il n'en est pas moins vrai que la
comparaison est bien difficile entre deux athlètes qui emploient des
méthodes si différentes pour atteindre le résultat proposé, En pareil
cas l'avantage appartiendra non pas au plus fort, mais au plus habile.
Ici encore, la chronophotographie détaille la succession et la vitesse
de tous les actes exécutés; elle permet la comparaison des divers
athlètes et de leurs méthodes.
Il entre dans le programme de la Station physiologique de continuer des
études comparatives sur les divers sports, et d'accumuler les
documents, jusqu'à ce que s'en dégagent les lois naturelles de
l'éducation physique.
Parallélement à ces études on analyse aussi les caractères des
mouvements dans les travaux professionnels; on mesure, pour chacun
d'eux, l'effort exercé et l'effet obtenu, afin de déterminer la
meilleure façon d'utiliser, en les ménageant, les forces musculaires de
l'homme.
