Lorsqu’on déambule dans les rues, on est frappé par les différences de vitesse entre les piétons. Mais de quoi dépendent ces variations d’allure?
Avant tout de la taille, mais aussi de l’âge. C’est comme ça que Nafissatou Thiam, troisième enfant d’une fratrie de quatre, a commencé sa carrière de double championne olympique d’heptathlon. «Je me rappelle que lorsque nous partions à l’école, je mettais son petit frère dans la poussette», nous expliquait sa maman. «Puis nous marchions d’un bon pas. Nafissatou qui était encore toute petite devait courir pour suivre le rythme. Parfois nous allions trop vite. Alors elle sautait en marche sur une plate-forme à roulettes accrochée à la poussette. La plupart du temps, elle préférait courir pour faire comme les grands.»
La difficulté qu’éprouvent les enfants à suivre les adultes s’explique en partie par la petitesse de leurs jambes. Mais pas seulement. La marche implique une gestuelle qui paraît simple de prime abord mais qui exige tout de même une certaine maîtrise. Notamment pour pré-activer les muscles responsables de l’amortissement du pas quelques millisecondes AVANT que le pied ne touche le sol. Pour cela, il faut de l’entraînement.
Ensuite, la vitesse de déplacement augmente avec la taille jusqu’à l’adolescence où elle plafonne le plus souvent autour de 5,4 km/h. Puis on reste sur un plateau pendant quelques années ou même quelques décennies. Et on ralentit inexorablement sur la fin. Pourquoi? Cela dépend beaucoup des individus (douleurs, souffle, etc.). Au-delà de 60 ans, on rencontre aussi les premiers signes de dégradation de la vue, de l’ouïe, de l’équilibre. On réduit d’abord la longueur de ses pas puis la fréquence. Aux extrêmes de la vie, c’est encore plus spectaculaire. De peur de chuter, les plus âgés réduisent la phase d’appui monopodal (sur un pied) et augmentent la phase bipodale (sur deux pieds). Ce mode de déplacement en glissant les pieds contre le sol est tout à fait caractéristique. Un phénomène similaire se vérifie en course à pied. Au-delà de 50 ans, on a tendance à buter plus fréquemment sur les obstacles: bordure de trottoir, pavé saillant, racines, route défoncée. Là encore, cela résulte d’une diminution inconsciente de la hauteur du pied lors de la phase aérienne de son déplacement.
En janvier 2011, une étude très intéressante faisait même la relation entre la vitesse à laquelle on marche spontanément et l’espérance de survie. Retrouvez son résumé dans l’article complet du magazine Zatopek n°62. Jamais une étude n’avait été aussi proche de démontrer la pertinence de cette célèbre devise attribuée à la Légion étrangère: «marche ou crève».
La foule, le stress et le froid, des accélérateurs.
Lorsqu’on a peur, on accélère le pas. C’est automatique. En se mettant dans cet état d’alerte, on place les mécanorécepteurs du muscle en situation de réagir de façon plus prompte à chaque fois qu’ils enregistrent un étirement de la structure. Par voie réflexe, cela entraîne une contraction et donc chez le marcheur, une augmentation de la fréquence des cycles. Voilà pourquoi on marche plus vite dans le noir ou lorsqu’on entend des bruits effrayants.
Plus bizarre: un phénomène similaire s’applique également aux déplacements de groupe. En sociologie, on a découvert que la vitesse de marche d’un individu est directement proportionnelle à la densité humaine du lieu où il se trouve. Plus il y a de monde, plus on marche vite.
Dernier élément: la vitesse de déplacement dépend aussi des conditions environnementales. On marche plus vite dans le froid. Lorsqu’il fait chaud, en revanche, on a tendance à réduire sa vitesse par ne pas se mettre dans un état d’hypersudation.
Un peu plus à l’ouest
La simple observation de la façon de marcher en dit long sur la personne: sur son âge, son stress et son cadre de vie. Sans même parler de toutes les influences culturelles. C’est flagrant dans le sport. Voyez la démarche caractéristique des gymnastes, jambes tendues et dos bien droit. Celle des basketteurs tout en élasticité. Celle des boxeurs ponctuée de mouvements de bras. Au-delà de ces différences, il existe cependant quelques caractéristiques communes. A commencer par la formidable efficacité énergétique du geste de marche.
Dans ce paragraphe, on propose de faire l’analogie entre le marcheur et un pendule. Pour les physiciens, le pendule illustre le processus de conversion des énergies, potentielle et cinétique. En oscillant, la masse pendulaire passe par une phase éphémère où elle est immobile mais en position haute (aux extrêmes du balancement). Ensuite, on la retrouve dotée d’une grande vitesse mais en position basse (lors du passage à la verticale). Dans un système parfait (sans résistance de l’air), ce genre de mouvement se poursuivrait éternellement. Sans atteindre ce degré de perfection, la marche humaine évoque ce balancement, avec ses phases d’accélération et de décélération du pied qui rappellent un peu celles du pendule.
L’oscillation d’un pendule permet de voir en direct la transformation d’une énergie potentielle (aux points A et C) en une énergie cinétique (au point B). Dans le premier cas, la vitesse est nulle mais le poids se trouve en position haute. Dans le second, la vitesse est maximale mais le poids est au plus bas.
Lorsqu’il passe à l’aplomb de son pied sur le sol, le marcheur se trouve en position haute. Il lui suffit alors de basculer vers l’avant pour retrouver la vitesse qui lui permettra de se hisser sur l’autre pied. Et ainsi de suite! Cette conversion d’énergie cinétique et potentielle constitue notre grande force.
Dans le cas d’un oeuf, les échanges d’énergie sont parfaits et, malgré les oscillations de sa vitesse, il roule presque aussi bien qu’une balle sur un plan incliné. Lorsqu’on évoque la marche, le résultat est plus heurté. A chaque pas, on perd un peu d’énergie dans la déformation des muscles et des tendons qui se mettent imperceptiblement à chauffer (*). Cette perte lors de la phase de freinage doit forcément être compensée pour entretenir le mouvement. Chez une personne jeune et active, on l’estime à environ 40% du total des forces mises en jeu. Cela paraît beaucoup. En réalité, c’est moins que le cheval qui perd 60% de son énergie à chaque pas et doit compenser par un travail musculaire proportionnellement plus important.
La marche ressemble à ce mouvement pendulaire, sinon que tout se passe à l’envers. Aux points A, C et E, la vitesse est grande mais le centre de gravité est bas. Aux points B et D, la vitesse est faible. Mais on a pris de la hauteur!
Le théorème du cheval à bascule
Lorsqu’on met un cheval sur un tapis roulant dont on accélère progressivement le déroulement, le cheval passera spontanément du pas au trot puis du trot au galop de façon à minimiser chaque fois sa dépense énergétique. Chez l’homme, le choix se restreint à deux allures: la marche ou la course. Mais le passage de l’un à l’autre dépend même principe. En laboratoire, on s’aperçoit en effet que la vitesse précise à laquelle on se met à courir correspond au point de basculement au-delà duquel la course demande moins d’effort que la marche.
La technique de jerzy
«La vitesse de marche est proportionnelle à la racine carrée de la longueur de la jambe», lit-on dans l’article. Pourquoi alors les petits marcheurs rivalisent-ils avec les grands en marche athlétique ? Tout repose sur une technique révolutionnaire découverte par Jerzy Hausleber : un déhanchement précis permettant d’atteindre des vitesses étonnantes tout en respectant les règles strictes de la discipline. En temps normal, la longueur dépend de la taille (voir formule) tandis que la fréquence s’adapte de façon à minimiser la dépense calorique. En marche athlétique, la fréquence prime et la longueur s’adapte. Mais cette prouesse a un coût énergétique élevé, rendant la marche athlétique encore plus éprouvante que la course.
Dans cette discipline, les meilleurs parviennent à effectuer 180, 190 voire 200 pas par minute grâce à la technique découverte dans les années 1960 par un Polonais émigré au Mexique, Jerzy Hausleber.
Retrouvez l’article complet et plus détaillé dans le numéro 62 du magazine Zatopek.