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L`OPTIMISATION DE LA PERFORMANCE 2nde PARTIE
M. DURAND, Equipe : « Sport. Adaptation, Santé ». Centre d'optimisation de la performance motrice, UFR STAPS, 700, avenue du Pic Saint Loup, 34090 Montpellier. L'optimisation de la performance Deuxième partie Etude dans des tâches constituant une sollicitation non optimale INTRODUCTION Cet article analyse les modalités d'optimisation activées par les pratiquants face à deux types de contraintes des tâches. Le premier correspond à une sollicitation optimale qui détermine de façon très directe la meilleure modalité d'adaptation du point de vue de l'efficacité et de l'économie (ceci a fait l'objet de la première partie de ce texte publiée dans le numéro précédent de cette revue). Le second correspond à une sollicitation non optimale et impose des modalités d'adaptation visant à économiser les coûts associés à la réalisation de la tâche (au prix d'une diminution de la performance potentielle) et/ou la réalisation de réponses de compromis face à des contraintes incompatibles entre elles. Le cas d'un marcheur qui a pour objectif de gravir le plus rapidement possible un sommet, illustre en première approximation, cette notion de sollicitation non optimale et contradictoire. Cette tâche est non optimale dans la mesure où le sujet doit adopter une vitesse de marche qui correspond à une dépense énergétique élevée (la vitesse de déplacement, pour aller le plus vite possible est nettement supérieure à la vitesse optimale). Elle est contradictoire dans la mesure où le marcheur doit gérer cette vitesse. Marcher très vite correspond à court terme à l'objectif de rapidité mais s'accompagne d'un épuisement précoce des ressources énergétiques tel que cette vitesse élevée ne peut être entretenue. A l'inverse une allure lente permet de préserver ces réserves mais empêche d'atteindre l'objectif de vitesse. Par ailleurs, d'autres choix doivent être faits, qui portent sur la ligne de pente à adopter (une pente très raide permet de déniveler rapidement mais au prix d'une dépense énergétique élevée) et sur le «réglage du pas» (il s'agit, compte tenu de la vitesse et de la pente adoptées, de choisir le meilleur rapport amplitude/fréquence). Enfin, si la course est longue. le marcheur doit emporter des provisions, ce qui alourdit son sac, ralentit son allure ou accroît sa consommation d'énergie, augmente la durée de la course, etc. Bref, une tâche en apparence aussi simple que gravir une pente pose une quantité de problèmes. Les modalités d'adaptation à ces contraintes contradictoires ne sont pas toutes de même nature, mais ont le même but : aboutir au meilleur compromis possible du fait de l'incompatibilité entre les différentes contraintes de la tâche. Un autre exemple permettra d'amorcer l'analyse de ces contraintes contradictoires. Le sauteur en longueur se trouve placé devant le dilemme suivant : pour sauter très loin il faut qu'il soit animé des plus grandes vitesses horizontale et verticale possibles (en accord avec la deuxième loi de Newton). Mais s'il arrive sur la planche d'appel avec une vitesse de déplacement horizontal maximale, il ne peut pas produire une impulsion maximale. En effet, il lui faut modifier la direction du déplacement du centre de gravité et plus il est animé d'une grande quantité de mouvement, plus il doit exercer une force élevée pour opérer cette modification. Or, la durée du dernier appui est très brève : de l'ordre de 115 ms (C. Bosco, P. Luthanen et P.V. Komi, 1976). Cette durée ne lui laisse pas le temps d'exercer une force verticale maximale. D'ailleurs, ces auteurs trouvent une corrélation de -0,89 entre l'accélération verticale et horizontale au cours de la première phase de l'impulsion en saut en longueur qui illustre bien cette incompatibilité. Les athlètes sont donc conduits à adopter une solution de compromis comme le montre G.H. Dyson (1965). Les meilleurs sauteurs en longueur actuels sont capables de courir à une vitesse instantanée de 11 m/s et de produire une élévation de leur centre de gravité de l'ordre de lin à 1,20 m. Si l'on calcule dans l'absolu, à partir de ces deux valeurs, le meilleur saut possible, on aboutit à une distance théorique de 11 m, soit 2,10 m de plus que le record du monde. Ce décalage s'explique par le fait que les sauteurs sont contraints de trouver la moins mauvaise solution (compte tenu de leurs qualités individuelles) face à ces contraintes incompatibles. Le compromis consiste à réduire la vitesse instantanée au moment de l'impulsion (d'où le ralentissement et l'abaissement du centre de gravité que l'on observe sur les dernières foulées). Le rapport vitesse horizontale-vitesse verticale qui en résulte change selon les caractéristiques des sauteurs. Ainsi, J. Duparc (1991) montre que pour des performances comparables Beamon en 1968 (8,90 m) et Lewis en 1988 (8,58 m mais avec une prise de planche médiocre et un « ramener » de jambes défectueux) ont fait des choix différents : 9,2 m/s de vitesse horizontale et 3,9 m/s de vitesse verticale pour le premier, 9,3 m/s et 3,5 m/s pour le second. Comme cela a déjà été relevé, les systèmes activés pour faire face aux demandes des tâches sont fonctionnellement très simples et limités en regard de la complexité et de l'intensité des contraintes auxquelles ils sont confrontés. De fait, les contraintes qui s'exercent sur le sujet ont un caractère contradictoire parce que les systèmes musculaire, énergétique et de traitement de l’information ont une capacité limitée. La contradiction est indirectement liée aux propriétés fonctionnelles de ces systèmes. A l'analyse, et sans prétendre à l'exhaustivité, il nous paraît que l'essentiel des contradictions auxquelles sont confrontés les pratiquants tient à la dimension temporelle et particulièrement à deux variables fondamentales des tâches : la durée (le pratiquant s'engage dans un effort physique ou mental prolongé) et la contrainte temporelle (le pratiquant dispose de peu de temps pour agir et réagir). DURÉE DE LA TÂCHE, LIMITATIONS FONCTIONNELLES ET OPTIMISATION La contradiction porte sur l'impossibilité de produire simultanément un effort intense et prolongé tant du point de vue physiologique que cognitif. Limitation des systèmes musculaire et énergétique et optimisation Une des limitations fondamentales est schématisée dans la figure 1, à partir de la relation établie par H. Monod et J. Scherrer (1964) entre la force et la durée de l'exercice. Ces auteurs montrent (avec d'autres) que lors d'un effort statique intermittent, plus la force exercée est élevée (proche du maximum), moins le sujet est capable de réaliser un effort prolongé. Inversement, lorsque l'effort est faible, la durée s'allonge. Si bien que, lorsque la tâche exerce simultanément cette double contrainte, le sujet est tenu d'adopter une solution de compromis. La relation est comparable pour un travail dynamique ou lorsqu'on s'intéresse aux limitations intrinsèques de l'intensité de l'effort (capacité aérobie, anaérobie...). FIG. 1. - Relation entre la durée de l'effort (exprimée en % de la durée maximale) et la force exercée (exprimée en % de la force maximale) au cours d'un effort statique (d’après H. Monod et J. Scherrer, 1964). Tous les pratiquants connaissent cette nécessité de gérer le niveau des ressources énergétiques en fonction de la durée de l'effort. Elle apparaît nettement lorsqu'on exprime la vitesse moyenne de course en athlétisme en fonction de la durée de ces courses (figure 2). Cette relation nous paraît exemplaire dans la mesure où les caractéristiques des performances sportives sont strictement isomorphes aux propriétés fonctionnelles d'un système biologique. Les réserves énergétiques ne sont donc pas inépuisables et les compétiteurs sont amenés à ajuster l'intensité de leur engagement en fonction d'objectifs contradictoires : il faut s'économiser au maximum tout en satisfaisant l'exigence de rapidité. FIG. 2. - Relation entre la vitesse moyenne et la distance de course en athlétisme lors des records mondiaux masculins. La durée des courses va de 9,90 s (100 m), à 1h 29 mn 19s (30 km). La question se pose notamment lorsque la course est longue (demi-fond ou fond), de la meilleure façon de répartir son effort. Même si les données expérimentales ne sont pas entièrement convergentes, à notre avis, une modalité de répartition de l'effort apparaît la plus efficace : la régularité. W. Adams (1966) a observé que la dette d'oxygène, à l'issue d'une course sur 1 mile en 4 mn 37 s, est fonction de la stratégie de répartition de l'effort adoptée. Trois modalités ont été comparées qui correspondent à des répartitions des vitesses sur l'ensemble de la distance, divisée en quatre fois 440 yards. La stratégie « Régularité » se révèle la moins coûteuse (4 x 440 yards en 69,25 s) par rapport à la stratégie « Rapide-lentrapide » (64 s, 73 s, 73 s, 67 s) et la stratégie « Lent-rapide » (71s, 71s, 67,5s, 67,5s). Des résultats comparables ont été obtenus par D.K. Matthews (1963) lors d'un effort de 6 mn sur cyclo-ergomètre. Le rendement (V02/travail produit) est meilleur lorsque la résistance est constante que lorsqu'elle est augmentée ou diminuée. Ces résultats paraissent en accord avec ceux présentés par G. Camus (1983) et valides pour toutes les tâches correspondant à des efforts supra maximaux. Néanmoins, dans un travail déjà ancien, S. Robinson (1958) observait pour une course sur 1 245 m en 3 mn 37 s, que la stratégie la plus économique exprimée en termes de consommation d'oxygène et concentration en lactate sanguin, est la stratégie « Accélération » (21,7 km/h au début puis 24 km/h pendant la dernière minute), par rapport à la stratégie « Régularité » (22,4 km/h pendant toute la course) et « Décélération » (24 km/h au début puis 21,7 km/h pendant la dernière partie). Il conviendrait d'envisager les raisons de ce désaccord, néanmoins, notre opinion est que le choix de la régularité est le plus approprié, ce que confirme l'analyse à partir des modèles d'optimisation (J.B. Keller, 1973). A ces données de base, s'ajoutent d'ailleurs des considérations d'ordre tactique pendant les compétitions : il faut garder le contact avec l'adversaire, ou émousser sa «pointe de vitesse» ... si bien que les courses tactiques se soldent rarement par des «temps» intéressants, et que les records sont souvent battus lors de courses planifiées précisément, en l'absence d'affrontement compétitif. La planification dans ce cas, consiste généralement en une répartition homogène de l'effort comme c'est le cas par exemple pour le « record de l'heure » en cyclisme. En compétition, les objectifs des sportifs peuvent être variés : réaliser « un temps », se qualifier, assurer une place... Si bien qu'on observe des répartitions extrêmement variables, que ce soit en athlétisme ou en natation. Sur un échantillon peu important de courses (800 et 1500 m), nous avons observé des disparités très grandes (de l'ordre de 1 à 5 s), lorsqu'on analyse la course en la décomposant en deux, quatre ou huit parties. Des données recueillies en natation confirment ces résultats. Dans cette discipline, la répartition des efforts est également très individualisée et semble dépendre largement des choix des entraîneurs, puisque par exemple, à l'occasion d'un meeting international, deux nageurs appartenant au même club présentent des profils originaux et identiques (D. Chollet et C. Tourny, 1992). Limitation du système de traitement de l'information et optimisation Une propriété fonctionnelle du même ordre caractérise le système de traitement de l'information. Parmi de multiples exemples, la loi du décrément de vigilance (A. Craig et W.P. Colquhoun, 1975; N.H. Mcworth, 1961) mérite une mention. Dans des tâches très simples, une succession de stimuli identiques apparaissent de manière régulière; de façon imprévisible, un stimulus différent ou anormal que le sujet doit détecter est inséré dans la série. Comme l'indique la figure 3, les performances se dégradent avec le temps (erreurs dues à des omissions ou des fausses détections). Les comportements dans cette tâche ont été théorisés de diverses manières, et récemment D. Gopher (1986) et M. Loeb et E.A. Alluisi (1984) ont avancé l'idée que des stratégies de gestion des ressources attentionnelles pouvaient en rendre compte. FIG. 3. - Relation entre la durée de la tâche et le pourcentage de réponses correctes dans une tâche de détection (d'après A. Craig et W.P. Colquhoun, 1975). En d'autres termes, le sujet peut choisir d'économiser ses ressources en réduisant l'intensité de son « effort mental » (D. Kahneman, 1973), au prix de performances moins élevées à court terme, mais avec la perspective d'un investissement prolongé dans la tâche. Ces stratégies permettent d'atténuer le différentiel de performance entre le début et la fin de la tâche, et d'améliorer la performance moyenne. En sport, à notre connaissance, aucun programme systématique de recherche n'a porté sur cet aspect. Même si les tâches sportives diffèrent de ces situations de vigilance, on peut néanmoins considérer que certaines activités sont analysables par analogie avec elles. Le tennis, par exemple, peut être conçu comme une succession de tâches discrètes qui nécessitent une attention intense et soutenue sur un fond de vigilance. Cependant, tous les coups ne demandent pas la même allocation d'attention : certains sont réalisés de façon routinière alors que d'autres sont le résultat de calculs et de choix complexes correspondant à un « pic élevé de traitement de l'information à court terme » (D. Gopher, 1986; G. Heemstra, 1986). Des entretiens informels avec des joueurs de haut niveau suggèrent que, dans certains cas, le résultat dépend du niveau des ressources attentionnelles des joueurs qui sont parfois épuisés en fin de partie et incapables de réaliser un traitement profond. Certains joueurs adoptent même des stratégies d'économie et de répartition de l'effort mental sur la durée d'une rencontre ou d'un tournoi. CONTRAINTE TEMPORELLE, LIMITATIONS FONCTIONNELLES ET OPTIMISATION Dans de nombreuses situations, le sportif est contraint de s'adapter très rapidement dans la mesure où le temps qui lui est accordé est très réduit. Cette contrainte temporelle élevée est à l'origine de deux sortes de conflits liés aux limitations fonctionnelles du système effecteur (conflit force/vitesse) et du système de traitement de l’information (conflits vitesse/précision). La relation classique entre la force maximale de raccourcissement du muscle strié et la vitesse de ce raccourcissement (A.V. Hill, 1938) met l'athlète en présence d'une incompatibilité. Plus la force exercée est grande, plus la vitesse de raccourcissement est petite et inversement (figure 4). Hormis dans le cas des étirements forcés, on ne peut concilier grande force et vitesse élevée. L'allure de la courbe force-vitesse obtenue pour différents muscles (A.V. Hill, 1938; K. Jorgensen, 1976; H.J. Ralston et. alii., 1947; D.R. Wilkie, 1950) peut être interprétée comme exprimant une limitation du système musculaire non encore élucidée et qui restreint les possibilités physiques de l'athlète lorsque des contraintes de foi-ce et de vitesse s'imposent simultanément à lui. FIG. 4. - Relation entre la vitesse du mouvement (contraction du grand pectoral) et la force exercée contre une résistance (d'après J.-J. Ralston et. Al., 1947). Un deuxième type de limitation fonctionnelle est lié à la capacité restreinte du système de traitement de l'information. Il a été démontré depuis longtemps que l'opérateur humain est incapable de traiter simultanément un grand nombre d'informations et que, de plus, ce traitement prend du temps. Si bien que, pour être précis, le système consomme beaucoup de temps. La conséquence est que le sujet est en situation conflictuelle dès lors que la tâche lui impose d'être à la fois précis et rapide. Les travaux classiques (P.M. Fitts, 1966; R. Ollman, 1966; R.W. Pew, 1969; J.F. Schouten et A.M. Bekker, 1967; J.I. Yellott, 1971) montrent que les propriétés fonctionnelles du système de traitement de l'information rendent impossible la satisfaction des contraintes de vitesse et de précision. Comme l'indique la figure 5, dans une tâche de temps de réaction de choix multiples, le sujet ne peut satisfaire cette double contrainte : soit il est rapide et commet des erreurs, soit il est précis et prend beaucoup de temps. FIG. 5. - Pourcentage de réponses justes en fonction du temps de réaction au choix (d'après J.F. Shouten et A.M. Bekker, 1967). Concrètement, il est contraint d'adopter une solution de compromis, ou fonction d’échange ou bien, comme on le verra plus loin de développer des stratégies plus risquées ayant pour but de « sauver » ou « gagner » du temps. De même, l'homme est incapable d'exécuter des mouvements simultanément rapides et précis (E.R. Crossman et R.J. Goodeve, 1963; P.M. Fitts, 1954; S.W. Keele, 1968; D.E. Meyer, J.E. Smith et C.E. Wright, 1982) (figure 6). FIG. 6. - Relation entre la grandeur de l'erreur et la vitesse du mouvement dans une tâche de pointage (après R.A. Schmidt et. al., 1979). La nature du conflit est la même que pour les réactions de choix, mais il s'exerce sur des processus de traitement de l'information différents : choix de la réponse à produire dans le premier cas, ajustement du mouvement en cours d'exécution dans le second. Il faut donc, comme dans les cas précédents, adopter une modalité de réponse qui soit une adaptation la moins mauvaise possible aux contraintes de la tâche, compte tenu de ses propres capacités. Cette imprécision proportionnelle à la rapidité d'exécution ne porte pas seulement sur les paramètres spatiaux des ajustements moteurs : on peut ainsi décliner toutes les relations entre la précision exprimée en termes d'erreur temporelle (timing), ou de variabilité inter-essais (force, timing, précision spatiale). A quelques exceptions près que nous analyserons plus loin, la précision décroît avec l'augmentation des exigences de vitesse et de force du mouvement (R.A. Schmidt, 1982). Dans les activités sportives, l'athlète est très souvent soumis à ces types de contrainte temporelle. A titre d'exemple, nous limiterons notre analyse à deux sortes de tâches : d'une part celles imposant un compromis amplitude/fréquence, notamment lors de la réalisation d'habiletés cycliques, et d'autre part celles imposant un compromis vitesse/précision. Contrainte temporelle et optimisation dans les habiletés cycliques Nous étudions successivement : les modalités de gestion du rapport amplitude/fréquence lors de la course de vitesse, les facteurs affectant ce rapport et son évolution en cours d'apprentissage. Rapport amplitude/fréquence des pas dans la course Dans la course de vitesse, la durée réduite de l'effort ne rend pas nécessaire une économie d'énergie. Pour courir vite il faut théoriquement des foulées d'une amplitude et d'une fréquence maximales, mais, du fait des propriétés du système musculaire, le coureur doit choisir un compromis amplitude-fréquence. M. Grundlach (1963) montre que lors d'une course de 100 m les sportifs adoptent très vite après le départ une fréquence régulière, l'amplitude des foulées s'accroissant par la suite (cette fréquence est de l'ordre de 4,5 à 4,8 par seconde pour les sprinters de très haut niveau). Cette importance de la fréquence gestuelle (ou de la structure rythmique) apparaît clairement dans l'élégante expérience de P.R. Cavanagh et R. Kram (1989). Ces auteurs ont analysé la manière dont des sujets modifient leur foulée lorsque la vitesse de la course sur tapis roulant passe de 12 km/h à 15 km/h environ (ce qui est loin des vitesses maximales atteintes en sprint). A 12 km/h, la foulée est en moyenne de 2,27 m pour une fréquence de 1,38 c/s. L'accélération peut se faire de diverses manières circonscrites par deux modalités extrêmes, l'une consistant à n'augmenter que la fréquence (de 30% pour atteindre une fréquence théorique de 1,80 c/s), l'autre à n'augmenter que l'amplitude des foulées (de 32% pour atteindre l'amplitude théorique de 3,00 m). En réalité, on observe une modalité mixte puisque les sujets augmentent leur fréquence (de 4%, passant de 1,38 c/s à 1,44 c/s) et leur amplitude (de 28%, passant de 2,27 m à 2,85 m). Cependant, la modification de la fréquence est minime en regard de l'augmentation de l'amplitude et, dans la zone de variation étudiée ici, les sujets semblent ajuster leurs foulées par rapport à la fréquence ou rythme de course. L'adoption de ce rapport amplitude/fréquence correspond à un choix qui, s'il n'est pas conscient ou rationalisé chez les sportifs de haut niveau, renvoie néanmoins à une gestion de ce compromis. Un travail réalisé dans notre laboratoire (R. Donnadille, 1991) montre que même chez des adolescents débutant en athlétisme, la relation fréquence/amplitude est modifiée selon le type de course auquel ils participent. Les corrélations entre la fréquence et l'amplitude moyennes, chez des sujets de 13 ans, sont de -0,42 sur une course de 20 m, -0,30 sur un sprint de 50 m, et 0,10 sur 400 m. Ceci démontre l'existence de deux modalités d'adaptation différentes. De plus, les corrélations entre les fréquences de course dans ces diverses épreuves sont respectivement de 0,91 entre des sprints de 20 et 50 m, 0,65 entre des courses de 50 et 400 m, 0,66 entre des courses de 20 et 400 m. Ces données confirment l'importance de la fréquence comme variable organisatrice de la course ou variable «macroscopique» (W.H. Warren, D.-S. Young et D.-N. Lee, 1986). Cependant, il n'est pas probant que cette stratégie soit optimale, dans la mesure où certaines observations laissent penser que l'amélioration de la vitesse de course pourrait être plus importante si les sprinters s'efforçaient d'accroître la fréquence de leurs foulées au lieu de l'amplitude (R. Ballreich, 1976). Par ailleurs, la course de haies constitue un cas intéressant à étudier. En effet, le réglage de l'amplitude des foulées sur la base d'une certaine invariance de la fréquence est contrarié : les meilleurs spécialistes sont contraints de réduire leur longueur de foulée (du fait de l'écartement entre les haies) alors que les débutants sont contraints de l'augmenter. Pour un expert, le problème est donc symétrique de celui du sprint : il lui fait gagner de la vitesse en augmentant la fréquence de ses foulées. P. Schoebel et L. Hay (1990) montrent que là encore, des athlètes ne modifient que modérément leur rythme de course, même si l'on apporte des changements importants à la tâche, notamment en réduisant l'intervalle entre les haies (7,5 m au lieu de 8,5 m) et en leur demandant de réaliser un parcours au ralenti. Dans ces deux cas, ces athlètes adoptent une structure invariante qui serait d'ordre rythmique et leur permettrait de faire « l'économie » du contrôle de l'ensemble des paramètres de la course. Enfin, il est intéressant de noter (tableau I) que ce compromis évolue au cours du développement de l'enfant essentiellement sur la base d'une augmentation de l'amplitude des foulées (Y. Amano et. al., 1987; A. Balsevich, 1978; V.L. Fortney, 1981; M. Miyamaru et. al., 1987; J.R. Thomas, 1985). Cette stabilité de l'organisation rythmique de la foulée contraste avec l'importance de l'évolution liée à l'âge concernant les performances dans des tests de tapping (M. Miyamaru et. al., 1987) et les capacités de contrôle rythmique. Cette absence de lien (ainsi que d'autres arguments) a conduit certains chercheurs à attribuer l'évolution de ces patterns locomoteurs aux seules propriétés biomécaniques du système ostéomusculaire (par exemple M.-A. Roberton et L.-E. Halverson, 1988). Tableau I. - Evolution de la longueur, fréquence, et durée des foulées selon l’âge des sujets (traitement secondaire à partir des données de A. Balsevich, 1978) Facteurs affectant le rapport amplitude/fréquence Divers auteurs ont tenté de déduire les propriétés de la foulée à partir des caractéristiques individuelles. Les plus anciennes hypothèses visaient à s'assurer que le choix de cette fréquence ne correspond pas à une limite du système musculaire. Ainsi, A. Slatter-Hammel (1941) a comparé les fréquences maximales en course à pied et en cyclisme. Il a montré que les fréquences des pas de course (3,1 à 4,85 c/s) sont nettement en dessous des fréquences de pédalage (5,6 à 7,1 c/s). Cette observation sert d'argument à l'auteur pour affirmer que ce ne sont pas des limites physiologiques qui dictent le «choix» de ces fréquences de courses, mais la masse corporelle à déplacer à chaque cycle. Par ailleurs, des tentatives ont été faites pour corréler ces rapports amplitudefréquence avec des paramètres morphologiques tels que la taille ou la longueur des membres inférieurs (K. Hoffman, 1965), le poids des sujets (B.P. Den Brinker et. al., 1984) et/ou les caractéristiques élastiques des muscles (T.A. Mcmahon et G.C. Cheng, 1990). Ces tentatives ne donnent pas toujours des résultats très convergents. De même, la prise en compte de paramètres fonctionnels ne livre pas de résultats plus consistants. Un travail dans ce sens, effectué au sein de notre laboratoire montre que les corrélations moyennes entre les fréquences en course et dans un test de fréquence gestuelle des membres inférieurs sont faibles (0,35). A l'inverse, P.F. Radford et A.R. Upton (1977) considèrent ces fréquences de tapping comme fortement corrélées avec les comportements en course. Apprentissage et optimisation dans les taches cycliques Certaines situations de laboratoire imposent aux sujets la mise en oeuvre de mouvements cycliques qui se caractérisent par l'ajustement d'un rapport optimal amplitude/fréquence du mouvement. C'est le cas notamment de la tâche de simulation des mouvements de ski étudiée par H.T.A. Whiting et son équipe (B.-P. Den Brinker et M.-F. Hekken, 1982; B.-P. Den Brinker et, al., 1984; H.T.A. Whiting, 1988; H.T.A. Whiting, M.J. Bijlard et B.P. Den Brinker, 1987). Dans cette tâche les sujets doivent réaliser des mouvements correspondant à la plus grande amplitude et à la plus grande fréquence. Les différentes expériences apportent des résultats nombreux parmi lesquels nous retiendrons les faits suivants. Il existe pour tous les sujets, un « rythme spontané », adopté dès la prise de contact avec la tâche. Les sujets conservent cette fréquence (avec de légères fluctuations) tout au long de l'apprentissage, les progrès se situant essentiellement au niveau de l'amplitude (figure 7). FIG. 7. - Amplitude et fréquence de mouvements cycliques au cours d'un prétest et de quatre sessions d'apprentissage sur un ergomètre de type « simulateur de ski » (d'après B.P. Den Brinker et, al., 1986). H.T.A. Withing et ses collaborateurs ont comparé différentes conditions d'apprentissage dans lesquelles ils atténuent ou modifient la contradiction qu'ont à résoudre les sujets. Ainsi, s'il leur est demandé d'adopter une cadence différente de leur cadence spontanée, les apprentissages sont modifiés. Lorsque le rythme à suivre est plus lent que le rythme spontané, l'augmentation d'amplitude du mouvement n'est pas très importante. De même, si l'augmentation des exigences de la tâche polie sur la fréquence (on impose aux sujets un rythme plus rapide que le rythme spontané), les progrès par rapport au critère d'amplitude ne sont pas significatifs : les sujets réduisent l'amplitude de leurs mouvements pour suivie la cadence imposée par le métronome. La condition d'apprentissage qui semble provoquer les progrès les plus importants par rapport aux deux critères est celle où il est proposé aux sujets de suivre leur rythme spontané au début de l'apprentissage, puis d'augmenter cette fréquence de 21% à chaque session. Ceci signifie qu'en cours d'apprentissage, la condition la plus efficace est celle qui consiste en un conflit d'intensité objective croissante. De cette succincte réflexion sur les contraintes appliquées au système musculaire, il ressort que l'une des modalités d'adaptation la plus répandue consiste à contrôler une des variables de la tâche. Ceci correspond à un besoin d'économie au plan du contrôle moteur et détermine une sorte de base sur laquelle se fondent les modifications en cas d'accentuation de la demande de la tâche et les apprentissages. Cette base est essentiellement rythmique. Elle est probablement l'expression des propriétés mécaniques du système, sans que l'on sache, là encore, si ces propriétés influencent les paramètres cinématiques du mouvement à la manière d'oscillateurs et de systèmes dotés de propriétés élastiques jouant comme des attracteurs, ou bien si un processeur central intervient dans la programmation de ces paramètres. Contrainte temporelle et optimisation dans les tâches discrètes On peut, à la suite de E.C. Poulton (1957), distinguer deux types de tâches en fonction de la présence ou de l'absence d'incertitude dans le milieu. Si l'incertitude est nulle, le sujet peut prévoir ses modalités d'adaptation et, après apprentissage ou entraînement, réaliser des réponses extrêmement standardisées, sélectionnées et programmées à l'avance. Si l'incertitude est importante, le sujet doit attendre d'avoir acquis suffisamment d'informations pour lancer la réponse qui lui semble adaptée : il se trouve dans une situation contradictoire puisqu'il doit attendre pour être certain (et donc être lent) ou réagir tôt (au risque de commettre des erreurs). Optimisation en l'absence d'incertitude Dans ces tâches, la pression temporelle porte sur l'exécution motrice, tandis que le sujet décide seul du moment où déclencher sa réponse. C'est le cas en golf, en lancer ou saut athlétiques, en gymnastique... Cependant, il faut encore distinguer deux types de tâches : celles dans lesquelles le mouvement produit est suffisamment lent et long pour permettre des corrections, et celles dans lesquelles les mouvements très courts et rapides empêchent le sujet de corriger en ligne ses ajustements moteurs. La loi qui rend compte des limitations fonctionnelles d'exécution dans le cas des mouvements prolongés est la loi de Fitts (P.M. Fitts, 1954) : plus il y a de corrections à faire en cours d'exécution, plus les mouvements sont lents (S.W. Keele, 1968; D.E. Meyer, J.E. Smith et C.E. Wright, 1982). La lenteur pouvant, à certains égards être considérée comme une conséquence des corrections mais aussi comme une cause : le sujet ralentirait pour pouvoir corriger le mouvement en cours d'exécution. Dans ces conditions, un des moyens les plus efficaces pour réduire l'intensité du conflit vitesse/précision est d'atténuer le caractère indispensable des corrections. Cela est possible en augmentant l'importance de la composante de programmation dans le contrôle moteur. R.W. Pew (1966) a montré qu'en cours d'apprentissage, le sujet adopte des modalités de contrôle qui évoluent. Ceci a pour conséquence une diminution du nombre et de la durée des corrections d'erreurs, une réduction du temps d'exécution et une baisse de la demande attentionnelle (H.P. Bahrick et C.H. Shelly, 1958; C. Wrisberg et C. Shea, 1978). Dans un certain nombre de tâches, le sujet ne dispose pas du temps nécessaire pour corriger en ligne l'exécution du mouvement parce que la vitesse d'exécution est telle que les corrections sont inopérantes. C'est également le cas dans les tâches où les exigences de précision et de vitesse sont telles que des corrections désorganiseraient le mouvement dans ses propriétés cinématiques : tirs au handball, au football, swing en golf, coups de tennis et de base-ball... On peut admettre, pour les besoins de la réflexion que, dans ces tâches, les mouvements sont essentiellement de type balistique. Les travaux expérimentaux livrent des résultats contrastés à ce sujet. En laboratoire il a été observé des exceptions à la loi de Fitts : la précision, comme l'indique la figure 8 ne décroît pas toujours en fonction de la vitesse d'exécution et de la force (D.E. Sherwood et R.A. Schmidt, 1980; R.A. Schmidt et D.E. Sherwood, 1982). FIG. 8. - Erreur spatiale (exprimée par la variabilité inter-essais) en fonction de l'intensité de la force exercée (exprimée en % de la force maximale), dans une tâche de pointage spatio-temporel à un degré de liberté (d'après R.A. Schmidt et D.E. Sherwood, 1982). Il semble exister une relation complexe entre la précision et la vitesse du mouvement. Selon la théorie de Schmidt, la vitesse et la force produites sont une fonction quasi linéaire de la durée de l'impulsion motrice et de son amplitude. Cet auteur considère que la variabilité inter-essais (autre expression de la précision) augmente avec la vitesse (et/ou la force) jusqu'à une intensité correspondant à 60-65% de la force maximale, puis diminue (R.A. Schmidt, 1982; R.A. Schmidt et. al., 1985; R.A. Schmidt et. al., 1979). Des résultats quelque peu différents sont publiés par Newell et son équipe (P.A. Hancock et K.M. Newell, 1985; K.M. Newell, 1980; K.M. Newell, L.G. Carlton et M.J. Carlton, 1982; K.M. Newell et. al., 1980). Leurs recherches montrent que l'accroissement de la vitesse de mouvement a pour conséquence une diminution des erreurs de timing temporel et une augmentation des erreurs spatiales (figure 9). FIG. 9. - Erreur spatiale (exprimée en % d'essais ayant manqué la cible) et erreur temporelle (exprimée par l'erreur absolue rapportée au temps de mouvement), en fonction de la vitesse d'exécution du mouvement (d'après K.M. Newell, 1980). Dans les deux cas donc, le conflit entre les exigences de précision et de force/vitesse ne se pose plus dans les mêmes termes que par rapport à la loi de Fitts. Ceci est intéressant dans la mesure où des observations réalisées en situation plus ergonomique livrent des résultats contrastés. Dans la recherche de T. Asami et. al. (1976), il apparaît une relation différente de celles identifiées par R.A. Schmidt (1982) et K.M. Newell (1980) : la précision croît avec l'intensité de la force exercée jusqu'à un seuil correspondant approximativement à 85% de la force maximale, puis diminue ensuite en raison (pensent ces auteurs) d'une désorganisation du geste (c'est-à-dire de l'incapacité dans laquelle se trouve le footballeur de contrôler efficacement ses mouvements). Ces résultats sont eux-mêmes contradictoires avec ceux présentés par F. Mikkelsen et M.N. Olesen (1977) qui observent, chez des joueurs de handball de haut niveau, une amélioration de la précision à mesure que la force du tir augmente : la précision est maximale pour des tirs correspondant à une vitesse maximale de déplacement du ballon. De surcroît, lorsque les sujets sont libres de choisir l'intensité de leurs tirs tout en maintenant cette exigence de précision, ils adoptent un niveau correspondant à 95% de la force maximale. Ces résultats ne sont pas totalement convaincants dans la mesure où la gamme des contraintes analysées est très restreinte et où des faiblesses méthodologiques en atténuent la rigueur. Néanmoins, deux questions se posent : la relation observée en laboratoire n'est-elle plus valable dès lors que le sujet doit contrôler plus d'un degré de liberté? Et pour le cas où les résultats obtenus en football et en handball seraient également valides. existe-t-il des différences en fonction des groupes musculaires sollicités et des habiletés requises? Trois stratégies d'optimisation peuvent être identifiées, en fonction des réponses à ces questions. La première correspond à une utilisation optimale des propriétés du système identifiées par D.-E. Sherwood et R.A. Schimdt (1980). C’est celle adoptée, par exemple, dans la tâche de lancer de fléchettes où les joueurs « bloquent » un certain nombre de degrés (le liberté pour exécuter un mouvement mobilisant le nombre le moins grand possible de muscles et d'articulations (au lieu de lancer la fléchette avec un mouvement impliquant tout le membre supérieur, ils n'utilisent que l’avant-bras et la main). Cette modalité aurait deux conséquences positives : le joueur ne contrôle qu'un nombre restreint de degrés de liberté, d'où une optimisation en tenue de coût, et le recrutement musculaire est proche du maximum, d'où une optimisation en tenue de précision. La seconde apparaît plus complexe. Si l'on admet. comme le montrent les résultats de T. Asami et. al. (1976), qu'il existe une zone optimale intermédiaire correspondant à un certain pourcentage de la force maximale. La meilleure modalité d'adaptation serait basée sur une modulation du recrutement musculaire à partir de cette zone optimale (K.M. Newell, L.G. Carlton et P.A. Hancock, 1984). La troisième, enfin, pourrait s'appuyer sur une quantification de l'utilité associée aux différentes erreurs analysées par Newell (spatiale, temporelle...) et déboucher sur une option dépendant de ces valeurs d'utilité. Mais il ne s'agit là que d'hypothèses qui demandent à être validées par des données expérimentales. Optimisation en présence d'incertitude La caractéristique de beaucoup d'activités sportives est que le sportif ne peut savoir à l'avance quel mouvement exécuter : il n'est pas le seul centre de décision et doit donc ajuster ses réponses aux comportements de l'adversaire ou aux irrégularités de la situation. Dans ces tâches, les sujets sont généralement confrontés à des exigences portant sur la précision et la rapidité d'amorce et d'exécution de la réponse. La tâche est donc extrêmement complexe et l'un des moyens de réduire la contradiction consiste pour le pratiquant à identifier d'éventuelles régularités dans les comportements de l'adversaire et à s'adapter en conséquence. Du point de vue de l'exécution, le problème se pose, en première analyse exactement dans les mêmes terrines que dans les tâches sans incertitude : le pratiquant peut développer des stratégies visant à réduire la contradiction, par automatisation du contrôle, par ajustement optimal de la vitesse d'exécution, etc. Par contre, deux modalités supplémentaires peuvent être identifiées. La première, décrite en détail par L. Proteau et Y. Girouard (1987), est de réduire le temps moteur par le biais d'ajustements préparatoires portant sur l'exécution de la réponse. Ceci se traduit par des postures ou des placements dissymétriques (L. Proteau et C. Dugas, 1982; L. Proteau et L. Laurencelle, 1983; L. Proteau, N. Teasdale et L. Laurencelle, 1983). Le sujet en tennis, ping-pong... se place de façon décalée, « couvre » son terrain de manière asymétrique, ce qui lui permet de maintenir relativement constante la vitesse d'exécution, voire même de la réduire, et de diminuer l'amplitude du mouvement. Cette stratégie correspond à une utilisation optimale des propriétés du système décrites par la loi de Fitts. Elle s'appuie sur l'adoption d'états d'ajustements préparatoires qui ne sont pas sans coût : lorsque l'événement déclencheur n'est pas celui attendu, la distance à couvrir est plus longue et le sujet est généralement pris en défaut. La seconde polie sur la vitesse de réaction. On sait que le temps de réaction en situation de choix peut être réduit lorsque le sujet se voit accorder un temps de réponse bref (C. Alain et L. Proteau, 1980; R. Ollman, 1966; R.G. Pachella et R.W. Pew, 1968; J.I. Yellott, 1971) et lorsque la probabilité d'apparition d'un stimulus est élevée (C. Alain et L. Proteau, 1980; P.M. Fitts, J.R. Peterson et G. Wolpe, 1963; R. Hyman, 1953; J. Theios, 1975). Dans ces conditions, les sujets parviennent à réduire leur temps de réaction en adoptant des états de préparation sélectifs. Ils attendent, en fonction des probabilités subjectives d'apparition de chaque événement, un stimulus plutôt que les autres et se préparent à réagir spécifiquement à ce stimulus. C. Alain (1991) et L. Proteau et Y. Girouard (1987) distinguent trois niveaux de préparation à réagir (et aussi à agir) : - une préparation neutre correspondant à une attente indifférenciée de l'ensemble des événements possibles (autrement dit une absence de préparation); - une préparation totale correspondant en la préparation exclusive d'une réponse à un événement considéré comme le seul susceptible de se produire (ce qui empêche toute possibilité de correction des erreurs de sélection dans les limites temporelles); - une préparation partielle correspondant à l'attente sélective d'un événement et la pré-sélection sans exclusive d'une réponse. Ces états de préparation sont subordonnés à l'adoption de stratégies plus ou moins risquées : une stratégie conservatrice revient à privilégier la précision au détriment de la vitesse, une stratégie risquée revient à privilégier la vitesse au détriment de la précision. Les auteurs qui analysent ces modalités d'optimisation sont ainsi amenés à postuler l'existence de processus de pondération des éléments des alternatives en fonction des valeurs d'utilité de chacun d'eux (C. Alain et C. Sarrazin, 1985; L. Proteau et Y. Girouard, 1987 par exemple). Cependant. il est fort probable que lorsque le nombre d'alternatives est élevé et la contrainte temporelle forte, les sujets ne sont pas totalement rationnels. Ils n'envisagent pas l'ensemble des solutions possibles et adoptent la première réponse qui leur semble satisfaisante, même si elle n'est pas la meilleure (H. Simon, 1974). De surcroît, ces calculs eux-mêmes peuvent être considérés comme sollicitant énormément le système de traitement de l'information et donc comme une contrainte supplémentaire que le sujet se donne dans la résolution de la tâche (d'où l'apparition de stratégies complémentaires visant à réduire le coût attentionnel associé à ces calculs). S'appuyant sur les résultats de J. Phillips et D. Glencross (1985) qui montrent qu'il est possible de contrôler séparément le temps de réaction de choix et le temps moteur, L. Proteau et Y. Girouard (1987), évoquent la possibilité de stratégies mixtes et d'ajustements préparatoires permettant simultanément une réduction du temps d'amorce et d'exécution de la réponse. En d'autres termes, en situation de choix dichotomique (comme le tennis de table), le joueur peut adopter une préparation à réagir et une préparation à exécuter simultanées et distinctes. Par ailleurs, si l'on poursuit l'analyse esquissée précédemment, il se pourrait que des stratégies que nous qualifierions de « doubles » soient adoptées. L'idée revient à R.A. Schmidt (1982) qui a analysé les comportements du batteur au base-ball à l'aide du modèle très classique des étapes de traitement de l'information. Selon ce modèle, entre le stimulus et la réponse, le sujet procède à un traitement des informations qui se fait pour l'essentiel par étapes. La première est une étape perceptive au cours de laquelle le sujet procède à l'analyse perceptive de la situation; la seconde une étape de décision au cours de laquelle le sujet choisit dans son répertoire une réponse appropriée à l'analyse qui précède; et la troisième est une étape de programmation et d'organisation de la réponse motrice au cours de laquelle le sujet paramétrise le programme moteur précédemment sélectionné. A.W. Hubbard et C.N. Seng (1954), ont montré que le batteur de base-ball dispose de peu de temps pour s'adapter : la durée de la trajectoire de la balle moins la durée du mouvement (environ 300 ms). Selon R.A. Schmidt, dans ces conditions, le joueur peut commettre deux types d'erreurs : des erreurs perceptives (première étape de traitement de l'information) et des erreurs d'exécution (troisième étape de traitement de l'information). La meilleure stratégie d'optimisation consiste à allonger la durée de la phase perceptive, ce qui minimise le risque d'erreur de lecture de trajectoire mais contraint le joueur à exécuter un mouvement très rapide. Dans ce cas le recrutement musculaire est proche du maximum, la variabilité minime et les erreurs spatio-temporelles faibles. Cette stratégie correspond à une utilisation optimale des propriétés du système telles qu'elles ont été décrites par D.E. Sherwood et R.A. Schmidt. On peut penser que cette stratégie est également valide pour l'étape de sélection de la réponse et que le sujet peut, dans les tâches où une incertitude sur la réponse à produire existe, choisir de prendre du temps pour cette sélection, ce qui le contraint à exécuter une réponse particulièrement rapide. Dans ce cas, les deux autres possibilités d'optimisation évoquées à propos des tâches dépourvues d'incertitude peuvent être envisagées. Les stratégies d'optimisation portent ici, sur la pondération des diverses étapes de traitement de l'information et l'échange du temps alloué à chacune d'elles, dans une perspective de traitement de l'information en série. CONCLUSION Cette revue de question, qui ne prétend pas à l'exhaustivité, montre que le terme optimisation fréquemment employé dans le domaine des activités physiques et sportives recouvre une pluralité de processus et de stratégies en fonction de la nature des sollicitations qui s'exercent sur le pratiquant. L'analyse de la tâche sportive en termes de contraintes non compatibles ou contradictoires constitue une approche heuristique pour aborder ces diverses modalités d'optimisation. Il va de soi que toutes ne se situent pas sur le même plan et l'on ne peut assimiler, par exemple, les modalités de contrôle de la fréquence des pas de course avec les calculs coût-bénéfice dans les tâches discrètes. Nous n'avons fait qu'esquisser cette réflexion qui correspond à des débats théoriques fondamentaux. Cependant, le fait de laisser dans l'ombre ce débat n'invalide pas ipso facto les conclusions auxquelles nous aboutissons dans la mesure où ce qui intéresse l'éducateur pour agir, c'est davantage la connaissance des propriétés fonctionnelles des systèmes que celle des structures impliquées. Nous n'avons pas épuisé le répertoire des processus ou des stratégies d'optimisation en sport et en éducation physique et l'analyse aurait pu se prolonger par l'étude de différents autres types de tâches. Mais surtout, nous n'avons pas envisagé les stratégies d'optimisation dans les sports d'opposition duelle ou dans les sports collectifs. En tennis, par exemple, le joueur est en situation conflictuelle entre la nécessité où il se trouve de provoquer une crise temporelle chez l'adversaire (en jouant vite et fort), sans se mettre lui-même en difficulté (plus il prive l'adversaire de temps, plus il devra lui-même jouer vite s'il n'a pas réussi à mettre son adversaire en difficulté). L'analyse devient encore beaucoup plus complexe lorsqu'elle porte sur des sports collectifs, c'est-à-dire lorsque chaque acteur agit en fonction de ses propres limitations fonctionnelles, mais aussi de celles de plusieurs partenaires et adversaires. Mais, plus que l'exhaustivité, notre propos visait l'identification de principes généraux permettant de dépasser l'étude des tâches individuelles simples pour aboutir à une analyse des activités et des techniques sportives, en vue de leur enseignement. Enfin, ces quelques réflexions ont aussi des répercussions sur l'analyse de la pédagogie (A. Berlak et H. Berlak, 1981; M. Lampert, 1986; R. Shavelson et P. Stern, 1981). L'enseignant peut être conçu comme un système à capacité limitée soumis à des contraintes multiples et contradictoires, c'est-à-dire comme quelqu'un qui adopte en permanence des solutions de compromis, dans des situations à envisager comme des dilemmes. RÉFÉRENCES - Adams W.C., « The effect of selected variations on the requirements of running a 4,37 mile » Proceedings of the National College Physical Edition Association for Men, Boston University Press, Boston, 1966. - Alain C., « La prise de décision en sport ». in J. Bilard et M. Durand (Eds.), Sport et psychologie. Editions SFPS et Revue EPS, Paris, 1991. - Alain C. et Proteau L., « Le temps de réaction au choix en fonction du temps accordé au sujet pour compléter la réponse appropriée». in C.H. Nadeau, W.R. Halliwell, K.M. Newell & G.C. Roberts (Eds.), Psychology of Motor behavior and sport. 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