Les contraintes auxquelles est soumise une barre olympique lors des principaux exercices

Département de mécanique, École polytechnique de Milan

Nous avons demandé au Département de Mécanique du Politecnico di Milano, en la personne du Prof. Francesco Braghin, de mesurer les contraintes auxquelles est soumise une barre olympique au cours des principaux exercices : développé couché, deadlift, squat, snatch et sprint. L'objectif est extrêmement pratique : définir des coefficients de multiplication simples et utilisables, même s'ils sont approximatifs, utiles à l'athlète pour considérer le stress des disques chargés sur la barre en fonction des exercices effectués.

Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano

L'activité consistait en la "détection" de trois modèles différents de balances olympiques (9015/4, 9015/5 et 9015/9) par des techniciens du département de mécanique du Politecnico di Milano qui sont qualifiés pour coller des capteurs à jauges de contrainte.

Considérant que les contraintes de flexion sur le culbuteur apparaissent :

par les forces de poids aux deux extrémités, correspondant au poids des manchons et des poids ;
les forces exercées par les mains de l'athlète pour soulever l'haltère

il a été jugé nécessaire d'instrumenter la barre en 4 sections différentes :

deux sections à l'extrémité du balancier, c'est-à-dire le point le plus proche possible du manchon, compatible avec les dimensions de la jauge de contrainte et de ses connexions électriques ; ces sections se trouvent donc entre le manchon et la poignée de l'athlète.
deux sections au centre de l'haltère et symétriques par rapport à celui-ci, c'est-à-dire à l'intérieur des points de préhension de l'athlète ; pour tous les haltères instrumentés, la distance entre ces sections a été fixée à 360 mm.

Comme on ne s'intéresse qu'à la flexion du culbuteur, il a été possible de réaliser un système de mesure de la déformation en utilisant deux ponts complets de jauges de contrainte pour chaque section :

Pont complet n° 1 dans le plan horizontal (XZ) ;
Pont complet n° 1 sur le plan vertical (XY).

L'utilisation de ponts complets de jauges de contrainte, réalisés avec deux jauges de contrainte orthogonales l'une à l'autre placées sur les deux générateurs d'équilibre appartenant à un plan diamétral, a permis de rendre la mesure insensible à l'action axiale et aux variations de température. Un schéma du positionnement des jauges de contrainte sur la section de mesure est présenté dans la figure. Chaque tache bleue de la figure contient la paire de jauges de contrainte orthogonales décrite ci-dessus.

Au total, huit câbles de 10 mètres de long (afin d'assurer un confort suffisant à l'athlète) correspondant aux huit canaux de mesure (courbés dans deux directions pour quatre sections de mesure) partent donc de chaque haltère.

Pour la mise à zéro des ponts de jauges de contrainte, un test simple a été effectué : la bascule a été placée dans une position verticale (c'est-à-dire la position correspondant à un moment de flexion nul sur les quatre sections de mesure), la sortie des ponts (offset) a été mesurée et cette valeur a ensuite été soustraite des mesures à prendre à partir de ce moment-là.

Chaque test a été acquis à une fréquence d'échantillonnage de 5 kHz, afin de mesurer non seulement les contraintes dues aux gestes de l'athlète, mais aussi celles de nature impulsive dues, par exemple, à la chute de l'haltère au sol.

Conclusions :

Les tests effectués sur les trois haltères ont permis de constater ce qui était attendu : les exercices les plus dynamiques, avec des accélérations plus importantes, ont donné lieu aux valeurs de contrainte les plus élevées. Le stress est évidemment le plus élevé et s'étend à tous les capteurs lorsque l'haltère tombe, bien que dans ce cas les valeurs maximales de déformation soient très différentes en raison de la façon dont l'haltère a touché le sol.

En ce qui concerne la définition des coefficients de multiplication, le test a montré :

arraché et élan x 3,0
squat x 1,8
développé couché x 1,7
stacco x 1,5

Ainsi, en prenant l'exercice de l'arraché et du sprint comme exemple, 100 kg de disques chargés sur la barre olympique exerceront une force pondérale correspondant à 300 kg.

Attention à la chute par le haut ! Le coefficient multiplicateur trouvé est x 3,25, mais comme nous l'avons dit, il est soumis à plusieurs variables.

L'exécution des exercices a également fait l'objet d'une attention particulière. Lors du test, nous nous en sommes tenus à des exécutions "standard", ou aussi standard que possible. Les squats et les deadlifts, mais aussi les bench press, peuvent être exécutés avec des accélérations élevées, de manière explosive, ce qui augmente inévitablement les coefficients de multiplication.

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