Le barefoot running : stop ou encore ?

Des études récentes jettent une nouvelle lumière sur la biomécanique de la course à pied. Décryptage et analyse de notre journaliste scientifique, au demeurant coureur de fond de haut niveau.

La force d’impact : une notion à laquelle je m’intéresse depuis que j’ai découvert le travail de Daniel Lieberman, coureur aux pieds nus et chercheur en biologie évolutive à Harvard. En 2010, il publie avec des pairs une étude déterminante dans la revue Nature : ils y comparent les “forces de collision” entre le pied et le sol lorsque le coureur est chaussé ou pied nu, en attaque talon ou en foulée médio-pied. Les courbes sont édifiantes et ces preuves scientifiques viennent à l’époque nourrir le mouvement du running minimaliste. Rebondissement aujourd’hui avec une nouvelle étude qui remet en cause les premières interprétations des études conduites par Lieberman.

Ce nouveau travail de recherche, publié dans le Journal of Applied Physiology, a été réalisé par des chercheurs en biomécanique dirigé par un ancien élève de Peter Weyand, Andrew Udofa, ainsi que Ken Clark et le physicien Laurence Ryan. Une nouvelle lecture qui décortique enfin le rôle de la chaussure en tant qu’amortisseur et ouvre la porte à une culture du bon équipement pour tous. Mais revenons un instant sur le travail de Lieberman.

La force exercée au sol

En faisant courir un individu sur un tapis de course (pas n’importe lequel, un modèle qui coûte plusieurs centaines de milliers d'euros, capable de mesurer la pression exercée) ou une plateforme de force posée au sol, on obtient une courbe typique montrant la force exercée au sol verticalement par le coureur à chaque pas (et inversement, la force renvoyée par le sol – merci monsieur Newton pour la découverte). Voici un graphique tiré de l’article original de Daniel Lieberman (2010), pour un coureur pied nu en attaque talon :

On s’intéresse avant tout au plus petit des deux pics, à gauche sur chacune des courbes : il correspond à l’impact d’appui du talon au sol.
L’analyse partagée par une majorité d’experts en biomécanique est que la probabilité de traumatisme ne dépend pas de la force à pleine puissance (qui atteint ici 2,4 fois la masse corporelle), mais de la rapidité de l’impact, ou taux de charge. Le pic d’impact du talon fait grimper en flèche la force d’impact globale. Un phénomène possiblement synonyme de blessure.

Focus sur l'attaque

Observons à présent la courbe d’impact dans le cas d’une attaque par l’avant du pied : 

Le pic a disparu : le taux de charge est plus faible, et par voie de conséquence le risque de blessure aussi. Du moins en théorie.

La nouvelle étude montre en effet que ce fameux pic d’attaque est encore là… Il est simplement masqué par la grande courbe. En 2014, Weyand, Clark et Ryan ont proposé un “modèle bi-masse” pour expliquer la variation de la force d’impact en fonction des cas. La courbe d’impact est invariablement composée de deux éléments distincts : un premier pic correspondant à l’appui du pied et de la jambe, et qui s’arrête net, suivi d’un second, plus élevé et plus lent, illustrant l’impact du reste du corps en fin de mouvement. La force totale d’appui est simplement la somme de ces deux pics.

Voici à quoi cela ressemble :

La courbe présentée ici ressemble beaucoup à celle de Lieberman dans le cas d’une attaque talon. Dans une étude sortie en 2017, le groupe de jeunes chercheurs en biomécanique sous la houlette de Peter Weyand a démontré qu’on obtient à peu près la même courbe avec des sprinteurs de haut niveau — en foulée médio-pied. Le premier pic ne serait donc pas fonction de la pose du pied en tant que telle. Une découverte de taille. Il serait en effet fonction de la rapidité avec laquelle cette force est appliquée au sol. Cette dernière dépend certes du type d’attaque, mais aussi de la vitesse globale de course, du modèle de chaussure dont le coureur est équipé et d’autres facteurs.

"L'anomalie de la force d'impact"

Pour cette nouvelle étude, les chercheurs ont comparé les données de huit volontaires. À leurs pieds, un modèle minimaliste (la Vibram FiveFingers KSO), un modèle à semelle plate (Nike Zoom Waffle Racer VII), un modèle à coussinets (la Gel Cumulus-14 de chez Asics) ou rien du tout. À travers une telle étude, les scientifiques ont avant tout voulu se frotter au mystère de “l’anomalie de la force d’impact” : les chaussures à système d’amortissement intégré ne semblent pas réduire le taux de charge subi par les coureurs. Un résultat pour le moins contre-intuitif.

Voici un aperçu des résultats. On y distingue le petit pic de l’impact de la jambe (J1) et la force totale, somme des deux pics, à deux vitesses différentes (4,16 min/km et 2,10 min/km). L’axe des ordonnées est, comme précédemment, celui de l’impact (mesuré en masses corporelles). L’axe des abscisses indique la durée en secondes.

Pour chaque vitesse, la courbe montante de la force globale – le taux de charge – est relativement identique quelle que soit le cas. En revanche, cela bouge du côté des données relatives à la jambe (J1) : plus l’amortissement est grand, plus la courbe monte haut et à pic. Quelles conclusions en tirer ?

Ces nouveaux résultats suggèrent que nous sommes câblés pour adapter notre biomécanique de façon à conserver un taux de charge relativement constant. Ici, les coureurs ont ajusté l’angle de leur appui au sol dans un effort automatique de maîtriser la durée avant impact J1. Pieds nus, ils ont préféré une foulée médio-pied. Elle prolonge et atténue le mouvement. Les muscles du mollet et le talon d’Achille absorbent le choc. Chaussés de modèles à semelle épaisse, ils n’ont pas hésité à présenter le talon d’abord. La courbe J1 grimpe en flèche mais le taux de charge global reste inchangé.

Coussinets vs mollet et talon d’Achille

Au centre de ces résultats, la durée du pic d’impact. Si le pic initial est suffisamment différé, il est masqué par la courbe principale, comme dans l’étude de Lieberman de 2010. Si on diffère ce pic, le second, plus lent et correspondant à la force du reste du corps, et bien plus élevé. En d’autres termes, on réduit l’une des forces mais on augmente l’autre. La force totale reste inchangée.

Dézoomons un peu pour comprendre la signification de ces résultats. Premier apport concret : d’après cette étude, le simple fait de s’équiper différemment n’a pas d’effet sensible sur le taux de charge. L’amortissement se fait soit par les coussinets intégrés, soit par mobilisation du mollet et du talon d’Achille. À chacun donc de choisir, puisque le résultat – du moins dans les conditions de l’expérience – sera le même.

Le principe n’est pas pour autant infaillible. Si on se lance pieds nus et talon en premier – soit par habitude après des années en chaussures de running soit parce que le laborantin nous a demandé de le faire – on génère un taux de charge élevé car aucun mécanisme de protection (coussinets de la chaussure ou attaque de la pointe du pied) n’a alors pris le relai.

Des traumatismes prévisibles

Réciproquement, si on passe soudainement en appui médio-pied après des années d’attaque talons, les mollets endossent le rôle d’amortisseurs et subissent une pression qu’ils n’avaient pas connue jusque-là. “On peut vraisemblablement s’attendre alors à des traumatismes, annonce Peter Weyand. On l’a vu avec les coureurs devenus adeptes du pied nu qui se sont blessés au niveau du talon d’Achille.”

Mais le chercheur hésite, à juste titre, à généraliser. Il s’agit d’une étude réalisée sur un nombre restreint de volontaires mis à contribution dans des conditions bien spécifiques. Elle ne dit en aucun cas quel modèle de chaussure ou type de course il est nécessaire d’adopter. Ni le type de blessures qui peuvent naître de ces forces d’impact. Peter Weyand se réjouit cependant d’apporter, à travers ces nouvelles études, quelques éléments de réponse.

La simplicité du modèle bi-masse rend accessoire l’utilisation des tapis de course hors de prix. On peut obtenir les données utiles (force d’impact et taux de charge) en connaissant simplement la vitesse du mouvement de la jambe au moment de l’appui au sol et la durée de chaque foulée. Ces paramètres peuvent être enregistrés à l’aide d’une caméra à grand vitesse ou même d’un petit accéléromètre fixé à la jambe. Un branchement à l’équation du modèle bi-masse plus tard, il en ressort une courbe. Quand la technologie se fait simple et nomade, il devient possible de s’en équiper même en magasin pour essayer des modèles et prendre ces mesures en temps réel.

Réduire l'impact, ou pas

Pour les coureurs de fond, on imagine un objectif d’atténuation de l’impact. À l’opposé du besoin des sprinteurs. On court plus vite quand (notamment) on attaque le sol plus fort. “Réduire l’impact et le taux de charge devient à cet égard antinomique avec l’objectif de prise de vitesse.”, schématise Peter Weyand. Cela explique en partie les différences notables entre les chaussures de sport et les chaussures de course. Là encore, un test qu’il est possible de réaliser en magasin pour évaluer la force de l’appui selon les modèles.

S’il y a une chose que j’ai apprise depuis que l’étude de Daniel Lieberman est sortie il y a 10 ans, c’est qu’une courbe ne s’interprète pas à la va-vite. Ne pas verser dans l’analyse généralisée à la vie courante (notamment en termes de probabilité de blessure, vitesse de course…) sans plus de questions. Le même principe de précaution s’applique au nouveau modèle bi-masse. Ce dernier présente cependant l’avantage de pouvoir potentiellement répondre à des enjeux très actuels, à savoir l’application de la biomécanique à un niveau concret et le recueil en masse de données utiles grâce aux devices connectés accessibles à tous. Espérons qu’il y ait bientôt une application pour ça.