mercredi 6 mars 2013


Bienvenue, nous sommes trois élèves en 1ère S du lycée St Stanislas à Nîmes. Nous allons vous présenter notre TPE sur les prothèses sportives. 

Nous nous appuierons sur la personnalité d'Oscar Pistorious pour retracer son parcours qui est un exemple pour les invalides, bien qu'il soit actuellement accusé du meurtre de sa compagne, Reeva Steenkamp.






Perdre un membre est l'une des choses la plus bouleversante et traumatisante qu'une personne puisse vivre, et marque l'individu psychologiquement et physiquement. Cela est particulièrement difficile dans le cas où le ou les membres en question sont les jambes, l'individu n'a plus la capacité de courir ou marcher et cela modifie aussi l'image de soi.

Les athlètes ayant des prothèses sont souvent victimes de discriminations dans les jeux. 

Effectivement, Oscar Pistorius, un athlète sud-africain spécialisé dans le sprint qui a des prothèses athlétiques, a été le sujet d'un débat sur la prothèse dans la course et de ses avantages par rapport au pied organique car il a été le premier athlète handisport à se qualifier aux Jeux Olympiques de Londres de 2012.



En quoi l'évolution des prothèses sportives a-t-elle permis à Oscar Pistorius de participer aux jeux-olympiques avec les athlètes valides ?

Pour répondre à cette problématique, nous étudierons les prothèses sportives : les Cheetah Flex-Foot et ses matériaux utilisés, nous comparerons une prothèse à une jambe saine, puis, nous détaillerons son évolution de la préhistoire à nos jours. Pour finir, nous nous appuierons sur le parcours d'Oscar Pistorius pour évoquer la polémique qu'il a suscité.  








I - Les prothèses sportives


     1) La prothèse Cheetah Flex-Foot :

La Cheetah Flex-Foot est une prothèse sportive, conçue par Van Phillips beaucoup utilisée par les athlètes professionnels du monde entier. Elle est en forme de L, attachée à une semelle relevée formant un talon en dessous, et à une emboîture dans sa partie supérieure. Lorsque le porteur applique un poids sur talon, celle-ci agit comme un ressort, et convertit le poids en énergie. Ainsi l’athlète peut courir et sauter comme une personne non-handicapée.


La prothèse Cheetah Flex-Foot
                                                                                                             




La prothèse peut-être décomposée en trois grandes parties :

• L’emboîture : trois fonctions principales, la suspension de la prothèse, appui de celle-ci sur le moignon, elle sert notamment à la transmission des forces au cours de l’appui et activation de la prothèse par le moignon lors de l’exercice prothétique. L’emboîture est destinée à recevoir le moignon directement. La qualité de sa conception et de sa réalisation est importante pour le résultant fonctionnel : en effet l’emboîture doit être confortable, facile à chausser et avoir une tenue sur le moignon, pour ne pas le perdre en pleine activité. Celle de la cheetah est solidarisée par un accrochage distal ou un vide virtuel.

• le manchon :  c'est l’interface entre la peau et l’emboîture. Il assure le confort et améliore la performance. Quelle que soit la qualité des autres composants de la prothèse, un manchon de mauvaise qualité engendra moins de confort et peu de contrôle. Il est le plus souvent en silicone. Il a aussi pour fonction de facilité la mise en place du moignon dans la prothèse.


• le pied prothétique : il constitue la pièce terminale de la prothèse. Il assure le contact au sol. Les pieds des cheetah sont dits de « propulsion », ils ont comme caractéristique d’être constitués en fibre de carbone, la disposition, la longueur et la largeur des lames en carbone permettant une restitution d’énergie lors du pas prothétique.


Schéma de la Cheetah Flex-Foot



     2) Les matériaux :


Une prothèse sportive doit être plus légère pour diminuer les dépenses d'énergie d'un athlète. Les principaux matériaux utilisés pour la fabrication d'une prothèse sportive sont : 

          • le kevlar : fibre synthétique qui possède de très bonnes propriétés mécaniques, il possède un réseau de liaisons hydrogènes entre les chaînes polymères qui lui donne une grande rigidité. Il existe plusieurs formes de Kevlar : le Kevlar 29, le Kevlar 49 etc. 
       
          • le kevlar 29 : il a de nombreuses qualités, il résiste a la traction (mode de travail d'un corps soumis à l'action d'une force qui tend à l'allonger), il a aussi une excellente résistance aux chocs.
     
Molécule du Kevlar


          • la fibre de carbone : matériau composé de fibres extrêmement fines, de 5 à 15 micromètres de diamètre, et composé principalement, d'atomes de carbone. Ce type de matériau est utilisé dans toutes les applications exigeant une grande résistance mécanique pour une masse réduite.




Formule topologique de la fibre du carbone



          • la fibre de verre : elle permet des réductions de masse en améliorant les performances, l'inertie chimique, la résistance aux chocs, l'isolation...


Ces matériaux sont très coûteux excepté la fibre de verre.







II - Comparaison entre une prothèse et une jambe saine



     • La dépense énergétique peut être définie comme étant la quantité d'énergie consommée par l'organisme au cours d'une unité de temps pour réaliser une action ou remplir une fonction déterminée. Il faut savoir que ce qui fait courir un athlète rapidement, est la force d'impact de son pied sur le sol. Cette force est accumulée dans la musculature et réutilisée lors de la détente musculaire.
     • Chez les personnes valides, les fibres musculaires baignent dans un liquide visqueux. Sans lui, elles ne pourraient tout simplement pas glisser entre elles. Cette viscosité musculaire participe à la dispersion et à la perte d'une partie de cette force restituée par le sol. Chez l’athlète équipé d’une prothèse, la structure rigide en fibre de carbone de celle-ci lui permet de profiter d'une plus grande part de restitution de force, les seules pertes pouvant être attribuées aux frottements des pièces mécaniques qui constituent sa prothèse.
Cela explique la différence très nette de 60% de restitution de force profitables pour les athlètes valides et 90% pour l’athlète amputé.
     • L'un des principaux avantages d'une prothèse par rapport à une jambe saine est la durabilité d'un effort. En effet, après la répétition continue d'une course, l'athlète valide subit une usure plus ou moins importante en fonction de la durée au niveau de ses muscles. Ce phénomène est aussi présent chez un athlète invalide ayant une prothèse, néanmoins l'usure se fera beaucoup moins ressentir et ainsi permettre au coureur de prolonger son effort plus longtemps. 
Schéma comparatif des performances







III - Evolution de la prothèse sportive





     • Préhistoire : L'instinct de survie étant primordiale, les hommes ont trouvé de quoi remplacer leurs membres amputés.




                                          
     • L'Antiquité : D'après des chercheurs allemands, les Égyptiens étaient capables d'amputer et de concevoir des prothèses. Ils appuient leur théorie sur la momie d'une femme morte il y a environ 3000 ans. Elle fut amputée de son orteil droit qui fut remplacé par une prothèse en bois sculpté. Les grecs et les romains utilisent de nouveaux matériaux et une technologie plus avancée pour l'époque.


L'orteil droit de la momie


                                   
• Le Moyen-Âge : Les prothèses n'ont qu'un but fonctionnel comme les crochets, elles étaient utilisées pour les combats. L'inconvénient était le poids et l'uni-fonctionnalité, si bien que seuls certains chevaliers ont choisi de s'en encombrer.


L'amputation au Moyen-Âge
                                                                                                          


• La Renaissance : L'appareillage est désormais constitué de nouveaux dispositifs, comme l'armature métallique. C'est un nouvel essor depuis l'antiquité.




Les prothèse à la Renaissance





• Les Temps Modernes à nos jours : La science prothétique a considérablement évoluée, on assiste à une réelle révolution des prothèses et des méthodes d'appareillage. Les prothèses se modernisent, elles sont de plus en plus légères, de plus en plus résistantes. La science prothétique prend de plus en plus place dans l’esthétisme. Les prothèses sont encore majoritairement faites à la main, bientôt le marché de la prothèse sera dominé par l'industrie prothétique.



Les prothèses actuelles







IV - Oscar Pistorius


Oscar Pistorius est né le 22 novembre 1986 à Johannesburg. C'est un athlète Sud-Africain amputé des deux pieds a l'âge de 11 mois, a cause d'une maladie congenital. Il est né sans fibula (péronés). Spécialisé dans le sprint, Oscar Pistorius participe aux jeux paralympiques d'été 2004 et obtient un classement honorable : 3ème au 100 mètres. Il remporte également la finale du 200 mètres. Il est le premier athlète amputé à concourir dans un championnat du monde pour les valides. En effet, le 4 juillet 2012, il devient le premier athlète amputé à se qualifier aux épreuves d'athlétisme pour les Jeux Olympiques, grâce a ses prothèses en carbone spécialement conçues pour la compétition handisport.



Oscar Pistorius






V - La polémique sur l'athlète


     • Une enquête a été ouverte pour vérifier qu'Oscar Pistorius ne violait pas la règle 144.2 de l'IAAF (International Association of Athletics Federations).

Règle 144.2: "Elle interdit l'utilsation de tous dispositif technique incluant des ressorts, des rouages, ou tout autre élément qui confère un avantage à un athlète par rapport a celui qui n'en n'utilise pas."



     • Il y a également eu un article dans le journal Le Figaro : "des chercheurs ont estimé que ses prothèses lui donnent un avantage indéniable, quand l'acide lactique se fait sentir en fin de course dans les mollets de ses concurrents".

     • Concernant Oscar Pistorius, trois grands éléments sur ses prothèses sportives étaient remis en causes : 

   - D'abord, l'on soupçonnait que ce type de prothèse était fabriqué dans le but de restituer une plus grande quantité d'énergie que celle rendue par les muscles d'un athlète  valide.
   - Puis, que la longueur était peut-être trop grande. Une prothèse plus longue qu'un membre inférieur normal (jambe + pied) constituerait un avantage incontestable. 
   - De plus, on observe que la cause de la restitution d'énergie est essentiellement liée aux matériaux utilisés et aux forces misent en action lors d'un sprint par exemple.

     • On peut noter clairement qu'une lame en fibre de carbone s'écrase sous la force du poids. Celle-ci jouant un rôle de ressort compressé, va, suite à un écrasement maximal, procurer une restitution d'énergie beaucoup plus importante qu'un membre sain. C'est à dire une restitution de 90% contre 60% pour un athlète valide. Cette force (ressort) est donc plus grande qu'une force (membre) produite par une jambe saine.







L'étape d'une course avec prothèse




     • Certains pensent que ces lames de carbone confèrent à l'athlète un avantage sur ses rivaux valides, notamment en fin de course. L'IAAF (International Association of Athletics Federations) avait donc décidé de l'interdire de participer aux J.O. de Pékin en 2008.

     • Cependant, une autre étude révèle que les prothèses ne procurent aucun avantage à Oscar Pistorius sur ses concurrents valides, contrairement à ce que prétendait une étude précédente. L’étude a également déterminé qu’avec ces membres artificiels il fallait 25% de dépense d’énergie en moins pour atteindre des vitesses similaires sur des jambes. En plus une expérience a été menée sur la distance de 400 mètres et montre que la taille de sa foulée est "normale".

     • Le Sud-Africain, devenu un symbole et soutenu par de gros sponsors, comme son équipementier Nike, avait saisi le Tribunal arbitral du sport (TAS) qui déjuge l'IAAF. 
     
     • Ainsi, en 2011, après avoir examiné ces différentes études a alors décidé d'accorder à Oscar Pistorius le droit de courir les qualifications du 400 mètres avec les valides aux Championnats du monde de Daegu (Corée du Sud).




VI - Conclusion

Ainsi l’évolution technique de la prothèses permet une réduction de l'handicap, et donne au invalide la possibilité de marcher ou courir comme un individu valide. Les prothèses Cheetah Flex-Foot ont aussi permis à des individus d’intégrer le monde sportif de haut niveau, comme les jeux paralympiques ou même olympiques pour l’athlète Oscar Pistorius, qui a été jusqu'en demi final du 400m. Aujourd'hui plus de 90% des athlètes amputés utilisent des Flex-Foot. Cependant le coût de ces prothèses est de 20 000 euros, ce qui crée un problème d'accessibilité à cette discipline. L’évolution des matériaux utilisés est très importante car les prothèses sont de plus en plus légères et confortables. On peut donc se demander jusqu’où ira cette évolution, et est-ce qu'un invalide pourra courir plus vite qu'un valide ?





VII – Sources