Les moments cinétique et d’inertie du corps en mouvement

Avant de parler de cette notion de physique appliquée en remise en forme, j’en dirai un mot sur son exploitation en gymnastique aux agrès (sport que j’ai pratiqué puis enseigné entre l’âge de 8 et 22 ans)… Cela me parait plus évident pour les explications.

En physique et par extrapolation en biomécanique appliquée au sport ; l’étude d’un mouvement s’assimile à l’étude du déplacement du centre de gravité. Celui-ci suit une trajectoire repérée dans les 3 directions de l’espace (3 degrés de liberté).

Mais un corps peut se mouvoir aussi autour de son centre de gravité. Pour comprendre prenons le cas d’un avion : Son nez peut se lever ou s’abaisser (tangage), ses ailes peuvent s’incliner (roulis), son fuselage peut changer de cap (lacet)

En tout il y a donc 6 degrés de liberté

L’analyse du mouvement selon 6 degrés de liberté a été particulièrement bien appréhendée en gymnastique aux agrès. Une rondade flip-flap salto vrillée est en fait une succession de transfert d’énergie de translation en énergie de rotation et vice-versa. Un gymnaste doit jongler en quelques fractions de secondes avec les variables physiques (accélération, moment d’inertie, vitesse angulaire…) mais surtout il doit transférer de l’énergie d’un axe de rotation du mouvement à l’autre.

Les solutions techniques en gymnastique sont souvent destinées à faciliter le tranfert du moment cinétique. En salto vrille, par effet gyroscopique, l’inclinaison de l’axe transversal (rotation en salto) de quelques degrés déclenche une rotation longitudinale (vrille selon l’axe du tronc). Cette façon de générer une vrille permet de conserver un tronc aligné sans effet tire-bouchon (retard des pieds par rapport à la tête)

Au passage, il y a 3 façons différentes de déclencher une vrille en gymnastique: quelques techniciens aux Camps de Gymnastique du Québec ont bien analysé le phénomène

  • La vrille du chat (ou « cat-twist » en anglais).
  • La vrille par orientation du point distal (ou « tork » en anglais).
  • La vrille par effet gyroscopique (ou transfert du moment cinétique, ou « tilt » en anglais).

Mais revenons à la remise en forme

Contrairement à la gymnastique sportive, la prise en compte du moment cinétique est rare en remise en forme.. Pourtant son incidence peut-être importante compte-tenu de la manipulation de charges selon des axes de rotation.

Si l’on cherche à visualiser un mouvement on constate d’ailleurs qu’il peut quasiment toujours être décomposé en gestes angulaires (de rotations autour d’un axe) en plus de ceux linéaires (translations). Les gestes angulaires s’opposent toujours à une résistance : le moment d’inertie pour la rotation (analogue à la masse pour la translation)

Le Moment cinétique est lié au moment d’inertie (résistance à la rotation) selon la formule suivante

Moment cinétique (quantité de mouvement de rotation) = Moment d’inertie x Vitesse angulaire.

Le Moment d’inertie dépend de la distribution des masses autour du centre de masse. Plus elles sont proches de cette dernière, plus l’accélération est facilitée, plus elles s’éloignent plus l’effet freinage s’amplifie. Par exemple, certains exercices d’entretien peuvent s’inspirer de ceux de la patineuse qui accélère sa rotation sur la glace en rapprochant ses bras du corps et freine en les écartant !

L’exploitation en remise en forme des réalités physiques comme les moment d’inertie ou cinétique a des avantages

Elle permet :

  • de créer des efforts de même intensité avec des charges plus légères (ce qui limite les risques d’accidents et de blessures)
  • de faire varier sans s’arrêter l’intensité en cours de mouvement (par exemple, il suffit d’éloigner les centres de gravité des charges du centre de masse du système (corps + charges)
  • de travailler les sens proprioceptif et kynesthésique
  • d’élaborer des exercices de préparation physique spécifique notamment dans les sports avec des phases aériennes (saut en hauteur, plongeons, … ou de lancer (javelot, disque)…

etc…