Le squat : Biomécanique, Cinématique et Moment de force

Cet article fait référence à l’introduction du mémoire de Migüel ARMANGAU réalisé du son Master II STAPS – EOPS à l’Université de Montpellier (2022/2023)

Titre du mémoire : Importance des adaptations des ischio-jambiers sur appareil excentrique dans la force au squat

Introduction

L’étude que nous avons menée a pour but d’améliorer les méthodes de renforcement musculaire pour la performance en squat d’athlète de haut niveau (Kritz, Cronin, et Hume 2009).

Grâce à une meilleure connaissance de la biomécanique de l’ischio-jambier sur ce mouvement (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a, mcl), il est possible d’envisager le renforcement de ce muscle de la loge postérieure de la cuisse, et d’espérer une amélioration des charges soulevées lors d’un squat.

Ce renforcement se fait grâce à l’utilisation de la modalité de travail en excentrique à charge modérée (Hody et al. 2019, hod).

Cette étude va comparer deux méthodes de renforcement musculaire des ischio-jambiers en excentrique modéré : l’une classique à l’aide du « Romanian deadlift » (Delgado, 2017a) (Soulevé de terre excentrique en jambe tendue) et l’autre à l’aide d’un prototype d’ergomètre à pédalage excentrique « Musclus ». Ce travail permet de tester ce prototype d’ergomètre en conditions réelles de terrain.

Biomécanique du squat

Le « Squat », est un mouvement polyarticulaire impliquant une flexion des genoux et des hanches, suivie d’une extension de ces mêmes articulations (Kritz, Cronin, et Hume 2009).

Ce mouvement peut être effectué avec le poids du corps seul (squat à vide ou « air squat ») ou avec une charge additionnelle (squat avec résistance ou lesté) (Wretenberg, Feng, et Arborelius 1996).

Dans le domaine de la Force-Athlétique (Powerlifting), sport reconnu par le Comité International Olympique mettant en valeur les performances réalisées dans ce mouvement, le squat en est l’un des trois mouvements clés. En conséquence, des règlements ont été établis pour standardiser l’exécution du squat, entraînant des adaptations et des spécificités techniques dans le but d’améliorer les performances (Smith, 2023).

Ainsi, différentes techniques d’exécution du squat ont émergé, notamment le squat avec « barre haute » et le squat « barre basse » (Murawa et al. 2020). Selon la technique choisie, ces variations influencent le bras de levier qui s’applique sur l’articulation de la hanche. D’un côté, le squat avec la barre haute se caractérise par le positionnement de la barre sur le haut des épaules, juste en dessous de l’apophyse épineuse de la vertèbre C7 (Glassbrook et al. 2017). 

Cette variante sollicite principalement la chaîne antérieure des membres inférieurs car le dos est le plus droit possible pour limiter les mouvements de flexions et extensions de hanches où le bras de levier de la barre est défavorable au mouvement.

D’un autre côté, le squat de compétition avec la barre basse implique le positionnement de la barre sur les deltoïdes (Glassbrook et al. 2017). Cette variante recrute davantage la chaîne postérieure des membres inférieurs, ce qui permet de changer la longueur du bras de levier le rendant plus favorable à une flexion et extension de hanches permettant à l’athlète de recruter ces masses musculaires (« Low Bar Squats vs. High Bar Squats » 2016). 

Il existe également une différence sur l’équilibre, les muscles recrutés ainsi que la longueur du trajet et du bras de levier de la barre (Wretenberg, Feng, et Arborelius 1996). Ces facteurs expliquent pourquoi le squat avec la barre basse est plus fréquemment utilisé lors des compétitions (Wretenberg, Feng, et Arborelius 1996).

Cependant, lorsqu’il s’agit de transférer les bénéfices du squat vers d’autres disciplines sportives, en particulier dans le cadre de la préparation physique, ces avantages peuvent être plus limités (Wretenberg, Feng, et Arborelius 1996). 

Analyse cinématique du squat

Pour la réalisation de cette étude le squat a été découpé en 7 phases distinctes pour mieux identifier les actions mécanique et musculaire (voir figure 2). (1) droit au démarrage, (2) entame de la flexion de hanche, (3) parallèle au sol, (4) les genoux en dessous des hanches, (5) parallèle au sol, (6) redressement final du tronc, (7) droit à la fin du mouvement (Gerepanov 2016, fs).

Selon les auteurs dont : (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978b) le mouvement du squat fait intervenir 3 couples musculaires décrits de cette façon :

(1) Tronc avec pour fléchisseurs dominants : abdominaux et fléchisseurs de hanches et pour extenseurs dominants : fessiers, extenseurs du rachis et ischio-jambiers. 

(2) Cuisse avec pour fléchisseurs dominants : ischio-jambiers « semi-tendineux, demi membraneux, biceps fémoral » et pour extenseurs dominants : muscles quadriceps « droit fémoral vaste interne, vaste latéral, vaste médial ».

(3) Jarret avec pour fléchisseurs dominants extenseurs de chevilles et pour extenseurs dominants : ischio-jambiers et gastrocnémiens (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a). 

Selon Amarantini, Rao et Berton. (2010) ces muscles fonctionnent de manières coordonnées, il décrit ce phénomène par le terme de « co-contraction » (Amarantini, Rao, et Berton 2010). Dans son étude, il analyse les différents « moment de force » de l’articulation du genou durant la réalisation d’un squat.

Amarantini, Rao et Berton. (2010) met aussi en avant que lors de la co-contraction des muscles ischio-jambiers et des quadriceps, les fléchisseurs gênent le moment résultant et donc aussi la performance (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a; Amarantini, Rao, et Berton 2010). Le moment exercé par les antagonistes représente 40 % de celui exercé par les agonistes (Amarantini, Rao, et Berton 2010). 

Cependant ce moment antagoniste est nécessaire pour stabiliser l’articulation des genoux (Amarantini, Rao, et Berton 2010). L’action des ischio-jambiers dans le squat ne se borne pas à l’articulation des genoux mais participe d’une manière détournée à la performance, au niveau de celle des hanches dans la mesure où ils sont extenseurs de l’articulation de la hanche (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a). 

Les ischio-jambiers en tant que muscles bi-articulaires produisent une double action, lorsque le mouvement requiert le redressement simultané du buste et l’extension des genoux, ce favorise par exemple un levé de chaise fluide et continue (voir figure 3)(« Get an Inside View of the Anatomy & Biomechanics of Movement » s. d.). 

L’importance des ischio-jambiers durant le squat

Les ischio-jambiers, muscles majoritairement composés de fibres de « Type II » (fibre musculaire définie par leur contraction rapide, production de force importante mais peu endurante) sont un groupe musculaire décrit par quatre chefs musculaires, dont deux réunis en une seule dénomination (Biceps fémoral) car ayant la même terminaison sur le plateau tibial (Garrett, Califf, et Bassett 1984; Netter, 2015.; « Muscles Grands Glutéaux et Ischio-Jambiers (Biceps Fémoral,… » s. d.): 

le Biceps fémoral s’insère dans sa portion longue tendon sur la face postérieure de la tubérosité ischiatique, et son insertion courte contre la moitié distale du fémur sur la lèvre latérale ligne âpre du fémur. Il se termine sur la tête de la fibula, au niveau du condyle latéral du tibia. Il possède un tendon commun avec le court biceps(Netter, 2015). 

Le Semi tendineux part de la tubérosité ischiatique pour se terminer sur la face supérieure et médiale du tibia (Netter, 2015). 

Le Semi membraneux part de la tubérosité ischiatique et possède trois terminaisons musculaire (1) face postérieure du condyle médial tibia, (2) face médiale tibiale, (3) condyle latéral fémoral (Netter, 2015). Selon Netter (2015), le grand adducteur peut être considéré comme un muscle des ischio-jambiers inachevé, car il possède une certaine intimité avec le ligament collatéral du tibia (Netter, 2015).

Le travail des ischio-jambiers lors du mouvement de squat est donc spécifique par deux aspects : (1) le premier étant que l’ischio-jambier traverse deux articulations (Netter, 2015) et (2) que le travail de ces articulations se fait en chaîne « cinétique fermée » (l’extrémité distale de la chaîne musculaire étant en appui sur une surface stable, une chaîne ouverte de l’extrémité distale de la chaîne musculaire serait mobile) (Reed et al. 2018).

Cette spécificité a un impact sur le fonctionnement de l’articulation du genou et sur le couple musculaire de la cuisse (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a).

En effet bien que les ischio-jambiers soit les muscles considérés comme antagonistes direct des quadriceps sur le mouvement d’extension des genoux (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a), ils sont considérés comme agonistes « partiels » (ils ne participent pas à l’extension de l’articulation mais sont nécessaires pour faire un squat quand l’articulation de la hanche fait une extension conjointe avec celle du genou) du mouvement de squat (Rozendal 1994; Reed et al. 2018).

Il y a une action mécanique et une force produite par les ischio-jambiers pour ramener dans un même plan sagittal ces deux articulations (Reed et al. 2018).

Les analyses par « EMG » (électromyographie) de l’activité des ischio-jambiers lors d’un squat (Amarantini, Rao, et Berton 2010; Retailleau 2019) mettent en évidence une activité très importante des ischio-jambiers, sans que ceux-ci ne réalisent d’action concentrique car leur variation de longueur durant le mouvement est de ± 1 cm par rapport aux ± 6/7 cm du droit fémoral (Retailleau 2019). 

Les ischio-jambiers avec les fessiers ont surtout une action très importante lors de la sixième phase du squat pour réaliser l’extension de hanches (Wretenberg, Feng, et Arborelius 1996).

Moment de force au squat

L’explication du moment de force peut être nécessaire pour bien comprendre les actions mécaniques impliquées pour réaliser un squat, ainsi que les contraintes que ce mouvement amène (Thompson, 2008; Lynn et Noffal 2012).

Mathématiquement , (Équation 1) avec Mo norme du moment autour d’un axe o et  la force nécessaire pour initier le mouvement autour de cet axe  (rayon  de la rotation) qui deviendra par projection  après application de la force F (voir figure 4) (Thompson, 2008).

Dans la réalisation du squat en résistance grâce à une barre de squat, le vecteur   au niveau du genou est la distance genou – hanche, et au niveau de l’articulation de la hanche la distance hanche – barre de squat (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a). 

Le moment de force, qui s’exprime en « Nm » (Newton-mètre par radians ou « J/rad », Joules par radians), est lorsqu’on est en présence d’un couple de force : la somme algébrique de celles-ci (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a; Thompson, 2008).

Ce moment peut se calculer par  segment en rotation et θ l’angle de  à , on ne considère utile que la composante de force qui agit de façon perpendiculaire au segment [OP] d’intensité F.sin θ (Thompson, 2008). 

La définition que nous donne Silvi (2005) sur la norme M_O du moment par rapport à l’axe de rotation O d’une force appliquée sur un point P est proportionnelle à F.sin θ et à la distance OP (Silvi, 2005; Poinsot, 1803).  (Équation 2).

Grâce à l’étude des moments de force musculaire, il est important d’apporter quelques précisions quant à l’importance du travail des ischio-jambiers (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a). En effet la force produite par les ischio-jambiers est très importante, alors qu’Amarantini, Rao, et Berton (2010) considèrent qu’il ne sert qu’à stabiliser l’articulation du genou avec un travail que fournirait un muscle antagoniste. 

Sa participation au niveau du tronc et dans la suite du mouvement permet de requalifier son action comme un muscle synergiste au niveau du genoux et agoniste sur l’extension de hanche ce qui justifie qu’il n’est pas seulement nécessaire de le renforcer uniquement sur sa fonction d’extenseur de hanche, mais aussi de fléchisseur du genou (Amarantini, Rao, et Berton 2010; Rozendal, 1994).

Lorsque l’on rajoute une barre au niveau des épaules, la force que doit produire les ischio-jambiers au niveau du couple tronc est très importante, car le bras de levier est peu favorable pour redresser le dos (McLaughlin, Lardner, et Dillman 1978a).

Le squat barre basse paradoxalement permet de recruter ces masses musculaires de façon plus importante, car l’inclinaison du buste lors du départ de squat pour l’équilibre de la barre rend la part des muscles extenseur des hanches plus importante dans la réalisation d’un squat (Wretenberg, Feng, et Arborelius 1996; Reed et al. 2018).

Pour rappel, le présent article fait référence à l’introduction du mémoire. Pour plus d’informations, n’hésitez pas à vous adresser directement à l’auteur ci-dessous.

Migüel ARMANGAU

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