La science dans le sport

Le terme de « sport » en vieux français « desport » signifiait : divertissement, plaisir physique ou de l’esprit. Selon la charte européenne du sport (2001), le « sport » correspond à toutes formes d’activités physiques et sportives qui, à travers une participation organisée ou non, ont pour objectif l’expression ou l’amélioration de la condition physique et psychique, le développement des relations sociales ou l’obtention de résultats en compétition de tous niveaux ». Dans notre code du sport « les activités physiques et sportives constituent un élément important de l’éducation, de la culture, de l’intégration et de la vie sociale. Elles contribuent notamment à la lutte contre l’échec scolaire et à la réduction des inégalités sociales et culturelles, ainsi qu’à la santé. La promotion et le développement des activités physiques et sportives pour tous, notamment pour les personnes handicapées, sont d’intérêt général » (Article L. 100-1 modifié en 2017 – art 202).

Les principales disciplines sportives sont : les sports de ballon (football, basket, rugby,..), l’athlétisme, le cyclisme, l’haltérophilie, l’alpinisme et l’escalade, la spéléologie, les sports aériens, les sports aquatiques, les sports de balle ou de raquette (tennis), les sports de combat (boxe), de lutte et de défense, les sports de neige et de glace, les sports de rue, les sports de tir, les sports équestres, les sports extrêmes, les sports gymniques, les sports mécaniques, les sports multiples et les sports nautiques.

Les sports peuvent être individuels ou collectifs, de plein air ou en salle. On distingue les sports terrestres (alpinisme, football, BMX…), les sports aquatiques (natation, water-polo…), les sports aériens (parachutisme, vol à voile…), les sports nautiques (aviron, surf…).

La pratique du sport est universelle et ancienne, il était déjà pratiqué dans la Grèce antique, la Rome antique, l’occident médiéval, l’Amérique précolombienne et l’Asie. Notre mode de vie actuel et la sédentarisation entraînent un manque d’activité sportive néfaste pour la santé, augmente les risques d’hypertension, de maladies cardio-vasculaires, de diabète, de cancer, d’obésité, de dépression et de chute. Si l’amélioration de la santé peut se faire par une activité sportive, celle-ci doit se pratiquer avec précaution. Par ailleurs, le dopage, à savoir l’utilisation de substances qui augmentent la performance ou la résistance à la douleur, est illicite et dangereuse pour la santé du sportif.

Depuis que le sport existe, l’amélioration des performances est recherchée. La production d’une performance relève de nombreuses dimensions dont la combinaison est spécifique à chaque sport : qualités physiques, coordination, technique, tactique… Le recours à la science, meilleure connaissance du corps humain et avancées technologiques, permet cette amélioration. Les recherches portent sur la physiologie de l’exercice, les analyses biomécaniques du mouvement, la recherche de matériaux, les analyses sociales et économiques, la psychologie du sport… En France, les recherches sur la performance ont lieu principalement à l’INSEP (Institut national du sport, de l’expertise et de la performance, 1975) et dans la filière universitaire STAPS (Sciences et techniques des activités physiques et sportives, 1984).

Sport et sciences

L’activité sportive nécessite l’intervention des muscles. Ces muscles qui peuvent se contracter et se relâcher sont constitués de fibres. La contraction musculaire est déclenchée par une augmentation du calcium intracellulaire et le relâchement par un retour à la concentration calcique initiale. Chaque fibre contient deux protéines : l’actine et la myosine, la contraction résulte du glissement des filaments d’actine sur les filaments de myosine. C’est l’ATP (adénosine triphosphate) contenu dans les cellules musculaires qui fournit l’énergie qui assure le fonctionnement des fibres. L’alimentation fournit des nutriments apportés aux organes par le sang, cette énergie chimique est convertie en énergie mécanique et permet le mouvement. Le stock d’ATP est peu important et nécessite une production permanente et rapide, le renouvellement de l’ATP est lié au métabolisme aérobie, présence d’oxygène et à la glycolyse anaérobie, sans apport d’oxygène : à partir de créatine phosphate ou de glycogène.

Au delà de la physiologie du muscle, la compréhension du fonctionnement mécanique du corps est nécessaire et c’est la biomécanique qui l’étudie. La biomécanique examine les relations qui existent entre structures et fonctions de la molécule aux organes. Elle s’intéresse aussi aux matériaux biologiques fluides comme le sang, solides comme le cartilage ou les os par exemple. La biomécanique est un domaine qui fait donc appel à de nombreuses disciplines scientifiques telles la physique voire les mathématiques.

La Physique sert à observer les phénomènes qui se produisent sur un terrain de sport comme la dynamique d’un membre en identifiant les caractéristiques musculaires à partir d’un mouvement ou les trajectoires d’un ballon, d’une balle ou d’un volant de badminton. Par exemple, il est démontré que seule la vitesse du pied compte dans la vitesse du ballon de football.

Les mathématiques interviennent également dans l’activité sportive, course d’orientation et repérage, comparaison de temps individuels ou cumulés lors d’un relais, vitesse moyenne…. Les études permettent d’optimiser les trajectoires, la collecte de données permet de réaliser des statistiques des joueurs et donc optimiser leurs performances. D’autant qu’avec les nouvelles technologies, les analyses de la performance sont immédiates. Des capteurs portés par les sportifs transmettent instantanément les informations ( rythme cardiaque, vitesse, calories brûlées…) traitées par des logiciels.

Une branche spécifique de la médecine s’adresse au sport, la médecine du sport qui étudie la physiologie et la biologie du sportif : métabolisme énergétique, la fatigue, la nutrition, le dopage…, la pratique sportive selon l’âge, l’état se santé du sportif, le matériel utilisé, l’environnement, s’il s’agit d’un amateur ou d’un sportif de haut niveau. Avec les connaissances acquises, il est possible de définir les profils les mieux adaptés pour le sport de compétition. Elle permet de prévenir les accidents, d’améliorer la prise en charge des traumatismes, d’améliorer l’alimentation, de surveiller la prise de substances pour augmenter les performances.

Le sport a un poids économique de plus en plus important. Des chercheurs en sciences économiques étudient l’incidence du sport amateur et professionnel sur l’économie du pays. En effet, le sport nécessite de lourds investissements et a donc un impact dans l’économie et l’emploi. De plus, le développement du sport loisir entraîne une plus grande consommation de vêtements et d’articles de sport, de services, commerciaux ou non, d’enseignement et d’animation, sans oublier le sport spectacle qui lui aussi impacte l’économie.

Les sciences sociales étudient les activités et le comportement des êtres humains et donc au sport. Elles s’intéressent en particulier à l’intégration par le sport, aux politiques sportives des territoires et aux entreprises en relation avec le sport.

L’aspect mental est important chez les sportifs, le sport apporte une confiance en soi et une conscience de soi. Aussi la psychologie est devenue importante dans le milieu sportif en particulier de haut niveau pour augmenter les performances.

Sport et équipements

Les activités sportives nécessitent des équipements tant individuels que collectifs. Pour améliorer sa performance le sportif peut avoir recours à du matériel ou des équipements sportifs composés de matériaux nouveaux fabriqués artificiellement, de substances chimiques (médicaments, boissons énergisantes), de logiciels… De nombreuses disciplines scientifiques interviennent dans la recherche de ces nouveaux produits.

* Les nouveaux matériaux ou matériaux composites doivent être résistants, souples ou rigides et légers. Ils se composent de fibres de verre ou de carbone associées à une colle ou polymère, c’est le cas de la fibre de carbone pour la raquette de tennis, la perche pour le saut en hauteur… Afin de concevoir le matériel, il est nécessaire d’étudier les phénomènes physiques impliqués lors de l’utilisation du matériel, de déterminer les caractéristiques recherchées et de proposer un modèle avant la réalisation finale

* L’habillement a un rôle important dans le sport. Il peut intervenir sur le confort, la performance et la sécurité du sportif.

– Pour le confort, la respirabilité (capacité d’un tissu à évacuer la vapeur d’eau), le séchage rapide, la régulation hygrothermique, la légèreté du vêtement sont recherchés. Pour éviter le développement des bactéries lié à la transpiration, des textiles anti-bactériens sont développés.

– Pour la performance, des fibres textiles élastiques peuvent par compression augmenter le flux sanguin, donc l’apport d’oxygène et augmenter le rendement musculaire ; les mouvements sont facilités grâce à l’ergonomie du vêtement; l’aérodynamisme et l’hydrodynamisme sont recherchés.

Les nombreuses innovations sont liées à la recherche dans le domaine de la chimie, les fibres synthétiques à base de polymère présentent de plus grandes possibilités que les fibres naturelles. Les fibres utilisées sont : le polypropylène, fibre légère et hydrophobe ; les polyéthylènes résistant aux tentatives de perforation ; les aramides (polyamides aromatiques) qui protègent contre le feu comme le kevlar. Ces différentes fibres permettent de fabriquer des surfaces de différents types, des structures composites complexes. Les textiles peuvent aussi être plus performants après des traitements de surface comme la déperlance. Depuis peu le textile connecté permet de connaître l’état de santé et les performances des sportifs.

Sport et dopage

Si les disciplines scientifiques tentent d’améliorer l’état de santé et les performances des sportifs, dans certains cas, elles peuvent entraîner des pratiques néfastes, ceci peut se concrétiser avec le dopage qui touche non seulement les sportifs professionnels mais aussi les amateurs. Le dopage consiste à absorber des substances ou à utiliser des procédés de nature à accroître artificiellement les capacités physiques.

Les produits interdits sont :

* Les stimulants qui diminuent la sensation de fatigue physique : amphétamines, cocaïne, caféine…

* Les narcotiques, naturels ou synthétiques, qui diminuent la sensation de douleur : diamorphine (héroïne), méthadone, morphine… et substances apparentées.

* Les agents anabolisants qui augmentent la force et la puissance des muscles, ce sont les stéroïdes anabolisants androgènes (SAA) : testostérone, nandrolone … et les bêta-2 agonistes.

* Les diurétiques pour perdre du poids et diluer les produits dopants ingérés.

* Les hormones peptidiques et glycoprotéiniques et analogues qui favorisent le développement de la masse musculaire : gonadotrophine chorionique (HCG), gonadotrophine chorionique humaine, corticotrophine (ACTH), hormone de croissance (hGH), somatotrophine.

Les méthodes interdites sont :

* Le dopage sanguin, administration de sang, d’érythrocytes (globules rouges) ou de produits apparentés. L’érythropoïétine ou EPO est la plus connue, cette substance hormonale régule la production de globules rouges et intervient donc dans le transport de l’oxygène du sang, elle est naturellement produites par les reins et un peu par le foie.

* Toutes manipulations qui modifient les échantillons d’urine collectés pour les contrôles.

Les classes de substances soumises à certaines restrictions sont : l’alcool, la marijuana, les anesthésiques locaux, les corticostéroïdes qui diminuent les inflammations et qui peuvent être utilisés localement ou par injection intra-articulaire et les bêtabloquants qui diminuent le rythme cardiaque.

La difficulté de démasquer le dopage est liée à la nature du produit, au mode d’administration, à certains produits qui peuvent masquer la prise de substances illicites, par exemple la ventoline masque les amphétamines.

Le sport loisir ou de haut niveau fait appel à de nombreuses disciplines scientifiques pour améliorer la santé et les performances des sportifs. Plusieurs disciplines peuvent être impliquées dans un même but.