Equilibration

La difficulté principale de l’équilibration en natation tient du passage de la verticale à l’horizontal. Les processus d’équilibration du nageur sont différents de ceux du terrien en cela que sur Terre, nous nous déplaçons avec le corps en position verticale et sur nos pieds. Notre position verticale est soumise à l’action de la pesanteur. Le terrien maintient son équilibre verticale grâce à divers mécanismes (à lire aussi dans « Prise d’information »). Le réflexe myotatique, les réflexes d’origine cervicale et vestibulaire, les réflexes d’origine plantaire et autres récepteurs cutanés, les propriocepteurs et récepteurs articulaires, et enfin les réflexes d’origine visuel (prépondérant à la vertical) nous maintiennent dans notre posture antigravitaire. Ces réflexes nous permettent de contrôler notre équilibre.
Par quels mécanismes l’équilibre horizontal du nageur est-il obtenu ?

Pour diminuer les résistances à l’avancement, le nageur doit confondre l’axe du corps avec l’axe de déplacement. Cependant lorsque l’on demande à un terrien de s’allonger sur l’eau, il s’ensuit une perturbation des mécanismes responsables de l’équilibration. L’oreille interne, qui elle, flirte habituellement avec la gravité, est complètement déséquilibrée, les muscles extenseurs de la nuque reconnaissent une sensation d’étirement. Sans parler des repères visuels, tout à fait perturbés sous l’eau. Les pieds ne touchent même plus le sol, ce qui supprime une bonne partie des informations disponibles sur terre. Cet ensemble de sensations, perçu comme une « chute », provoque de manière réflexe l’extension de la nuque, une parade des bras qui s’étendent vers le bas et éventuellement, un replacement de la jambe sous le tronc pour parer la chute.

Le maintien de l'équilibre horizontal.

Le maintien d’une position horizontale suppose l’inhibition des différents réflexes de redressement du terrien afin de « libérer » la nuque » (avez-vous remarqué que le débutant conserve la tête à la verticale, nuque en extension ? C’est pour conserver son principal atout dans la prise d’informations : ses yeux). Ainsi, l’inhibition des réflexes passe par le passage d’une prépondérance extéroceptive (auditive et surtout visuelle) à une prépondérance proprioceptive.

Le changement d’équilibration vient aussi de la suppression des appuis plantaires. Les membres inférieurs ne sont plus essentiellement moteurs, comme sur terre, mais équilibreurs. C’est le rôle principal du battement.

Aussi fondamentale pour le maintien de l’équilibre horizontal, l’apnée ! L’immersion de la tête favorise la Poussée d’Archimède, que nous aborderons juste après.

La tonicité axiale du nageur permet une bonne transmission des forces à vocation propulsive, et la vitesse a toute son importance dans le maintien de la l’horizontalité puisqu’en augmentant sa vitesse, le nageur accroît la force de portance, relative à l’effet « ski nautique ».

Enfin, jouer sur la répartition des masses denses permet aussi de conserver une flottaison horizontale. Par exemple, en étendant les bras au-delà de la tête. Si vous n’êtes pas convaincu, essayez de faire la planche avec les bras aux cuisses et les bras allongés derrière la tête, la deuxième solution est indubitablement la plus aisée.

La flottabilité.

Etat d’équilibre à la surface de l’eau, sans parler d’horizontalité cette fois, la flottabilité rend compte de la capacité d’un corps à flotter. Elle résulte de l’application des forces de pesanteur (poids) et de la poussée d’Archimède.

P, ou la force de pesanteur est une force attractive terrestre, verticale, qui s’exerce de haut en bas, et dont la résultante s’applique au centre de gravité (CG). Le CG est décalé vers les parties les plus denses ; c’est à dire vers les jambes. Le poids, lui, est le résultat de l’action de la pesanteur sur la masse d’un corps.

 

Lorsque vous entrez dans l’eau, l’action de la P demeure constante mais est contrebalancée par PA, ou la Poussée d’Archimède, qui s’accroit proportionnellement au volume immergé. La PA est une force verticale, qui s’exerce de bas en haut, dont l’intensité est égale au poids du volume d’eau déplacée et dont la résultante s’applique au centre géométrique du volume immergé (le centre de poussée).

Autrement dit, si PA est supérieur à P, on flotte plus que nécessaire. Si PA = P, on flotte. Si PA est inférieure à P, alors la flottabilité n’est pas possible.

 

De quoi dépend la flottabilité d’un corps ?

  • Du volume pulmonaire : Les poumons constituent une véritable « bouée », ils augmentent le volume corporel du nageur et donc la PA si le corps est immergé. Après une inspiration maximale le volume pulmonaire est environ de 6litres. Le corps flotte mieux poumons remplis car le volume total du corps immergé augmente, ce qui diminue la densité du corps, et donc augmente la flottabilité.     
  • De la profondeur. Application de la loi de Mariotte [Pression (P) x Volume (V) = constante, à Température constante]. Au fur et à mesure de la descente, la compression des poumons provoque une diminution du volume corporel et donc une diminution de la PA ; si elle devient inférieure au poids du nageur, il coule.
  • De l’âge. 3 périodes de la vie sont favorables pour flotter mieux. L’enfance, du fait de l’abondance des cartilages. La préadolescence, car c’est une période d’augmentation des graisses, qui aident à la flottabilité. Et l’âge mûr, du fait de l’augmentation du tissus adipeux là aussi, et du fait de l’ostéoporose.
  • Du sexe. Et oui, les femmes sont avantagées sur ce point. La densité des femmes, de 0.87 (contre 0.98 chez les hommes) et le taux de masse grasse moyen de 23 % (contre 15 % chez les hommes) entraînent une meilleure flottabilité [1].
  • La densité. La flottabilité est déterminée par les densités relatives du milieu et du sujet. La densité est le rapport de la masse volumique d’un corps (rapport de la masse du corps sur le volume occupé par cette masse) sur la masse volumique d’un autre corps pris comme référence.  

La densité de l’eau douce à 4°C est de 1. Celle de l’eau de mer à 15°C est de 1,025, ce qui explique que nous flottons mieux dans l’eau salée que dans l’eau douce.

La densité du corps humain varie en fonction de sa composition (densité des muscles = 1.087 ; des os = 1.105 à 1.8 ; des graisses = 0.85 à 0.95). Si vous avez plus d’os qu’un autre, vous coulez plus. C’est le cas des sportifs qui subissent de nombreux chocs (gymnastes, boxeurs, footballers, …) à l’inverse des nageurs, qui ont les os plus spongieux [2]. La présence de graisse est donc favorable à la flottabilité (mais son excès provoque des formes qui sont nuisibles à l’avancement). C’est l’inverse pour les muscles, défavorables à la flottabilité, mais leur importance permet d’augmenter les forces propulsives.  

 

Application de la flottabilité à l’équilibration du nageur : la flottaison

C’est l’état d'un corps qui se maintient sans mouvements volontaires et sans artifices à la surface de l’eau. Cet équilibre spécifique est réalisé lorsque PA est supérieur à P, et peut être amélioré lorsque le volume pulmonaire et/ou le volume immergé sont augmentés.

D’autre part, et en l’absence d’appuis, l'orientation du corps résulte de l'alignement vertical du CG et du CP. Un Couple de redressement entraîne la bascule du corps de l’horizontale vers la verticale lorsque les points d’application du CG et du CP sont décalés. Plus ce décalage est important, plus le nageur se redresse vite.

Le test de flottabilité horizontale [3] consiste à chronométrer la durée mise par un nageur pour passer de la position horizontale à la position verticale. Ce test donne les valeurs suivantes : 3 secondes minimum pour se redresser ; 8 secondes en moyenne ; 20 secondes maximum. Essayez donc pour voir vos caractéristiques de flottabilité. Le corps se redresse jusqu’à ce que le poids et la PA soient alignés verticalement.

Le Test Speedo en est un autre. En inspiration bloquée avec les bras le long du corps, à la verticale, il s’agit de repérer le niveau de la surface de l’eau par rapport aux éléments du visage : 1 = tête immergée ; 2 = front ; 3 = nez ; 4 = menton ; 5 = tête émergée.

Les différentes formes de déséquilibre.

A l’image des bateaux ou des avions, il est possible de distinguer 4 formes principales de déséquilibre chez le nageur.

Ces déséquilibres peuvent avoir une incidence positive ou négative sur l’efficacité de la nage. Le roulis, par exemple, est recherché en crawl et en dos. Il permet :

  • de favoriser certains paramètres spatiaux de la propulsion : augmenter la profondeur des appuis et la longueur des trajets moteurs.
  • de diminuer les résistances de vague (en allongeant le bras devant : effet bulbe).
  • de respirer latéralement.

Malgré tout, le roulis entraîne aussi des déséquilibres et des résistances. Il doit donc être compensé par un battement efficace [4].

 

Le lacet et le tangage augmentent les résistances.

Le lacet est à éviter en crawl et en dos. Il est dû aux mouvements alternés des bras. En dos, où les trajets moteurs sont très éloignés de l’axe de déplacement, le battement de jambes contribue encore plus à réduire ces oscillations de lacet.  

Le tangage devrait être quasi inexistants dans les nages simultanées (papillon, brasse).

Bien que nécessaire à la respiration en brasse et en pap (redressement du haut du corps), le tangage augmente les résistances. Voici l’explication : en sortant la tête de l’eau, le volume du corps immergé diminue, donc la poussée d’Archimède aussi : le corps flotte moins. Aussi, le centre de poussé auquel s’applique la poussée d’Archimède se décale par rapport au CG, ce qui entraîne un couple de redressement : les jambes coulent. Le redressement du corps à la verticale augmente alors la surface du maître couple (projection orthogonale frontale de la surface corporelle sur un plan perpendiculaire à l’axe de translation), qui est une composante des résistances de formes.

Un bon alignement des segments corporels avec la direction du déplacement permet de réduire la surface du maître couple. Application : après la respiration, il s’agit donc de replacer le corps à l’horizontal, d’où le mouvement ondulatoire en brasse et en pap.

Bibliographie.

[1] Lätt and coll., Longitudinal developement of physical and performance parameters during biological maturation of young male swimmers, in Perceptual and motor skills n°108, 2009.

[2] Lanay et al., Bone Mineral Density in Collegiate Female Athletes: Comparisons Among Sports. In Journal of Athletic Training n°42, 2007.

[3] Cazorla (1993).

[4] Clarys, Electromyography of the frontcrawl, for discriminaiting training methods and re-modeling the arm-motion. Actes des 3èmes journées spécialisées de natation, Lille 19 et 20 juin 2003.