Les forces s'exerçant sur la prothèse

Pour comprendre les forces s'exerçant sur la prothèse de course, il faut étudier les différentes étapes de la course. Pour cela, nous avons décomposé la foulée en deux phases:

                     

-La première étape est la phase d'appui : cette étape peut être décomposée en 3 moments successifs. 

  Tout d'abord, l'amortissement : le coureur pose son talon sur le sol, sa tête et son tronc sont droits, le bassin est en rétroversion et légèrement en arrière de l'appui du sol. 

  Ensuite, on observe la phase de soutien pendant laquelle l'appui du coureur est vertical par rapport à son centre de gravité, les triceps absorbent l'impact créé par l'amortissement. Pendant cette étape la force tout entière est utilisée à soutenir le centre de gravité. 

  Enfin, la dernière étape est la phase de poussée  : les forces sont orientées dans le sens de déplacement du coureur. L'énergie emmagasinée pendant les deux phases précédentes est libérée par une impulsion complète, le genou de l'athlète monte à un niveau proche de l'horizontale. Au contraire, chez un individu portant une prothèse, cette phase est brève et la restitution d'énergie est faible. Celle-ci se termine lorsque le pied quitte le sol.

Le temps de contact au sol du pied doit permettre au bassin de parcourir une distance équivalente à la longueur de la jambe, tout en cherchant à avoir une trajectoire la plus horizontale possible.

-La seconde étape est la phase de suspension commençant à partir du moment où le pied quitte le sol et se termine quand celui-ci reprend appui. Pendant cette étape, le coureur n'a plus aucun point de contact avec la piste, son centre de gravité décrit une trajectoire qu'il ne peut plus modifier. Cette trajectoire dépend essentiellement de la vitesse initiale de l'athlète et de l'angle d'envoi.

La fréquence va en augmentant alors que le temps de contact avec le sol diminue. Elle passe de deux à presque cinq pas à la seconde à la vitesse maximale. De plus, pour les coureurs de 100 mètres, l'amplitude des foulées croit très rapidement du départ au 30 mètres atteignant son maximum à la fin de la course. Elle dépend de la force élastique, de la technique de course et de l'élasticité musculaire.

Pour avancer, un athlète handicapé prend appui sur le sol. Sa prothèse (P) exerce sur le sol (S) une force que l'on peut noter FP/S. Lors de la phase de soutien, celle-ci est perpendiculaire au sol, dirigée vers le bas et lors de la poussée elle est dirigée vers le bas et vers l'arrière, enfin, lors de la phase de l'amortissement elle se dirige vers le bas et vers l'avant. 

De plus, il est à noter que la force de réaction du sol s'oppose à chaque instant à la force FP/S de l'athlète sur le sol, soit : R=-FP/S. On peut alors décomposer la réaction du sol en ses composantes : Ry et Rx.

Ry est perpendiculaire au sol et suit l'axe des ordonnées. Elle est dirigée vers le haut et empêche la prothèse de s'enfoncer dans le sol. On peut l'appeler la force de soutien.

Rx est parallèle au sol et suit l'axe des abscisses. Elle est dirigée dans le sens du mouvement, et permet de propulser l'athlète vers l'avant lors de la poussée (force accélératrice) et de ralentir l'athlète lors de l'amortissement (force frénatrice).

On peut alors écrire que R=Ry+Rx.     
Pour représenter les forces s'exerçant sur la prothèse lors de la course, nous avons élaboré le schéma ci-dessous:

  

Afin de comprendre chaque étape et les forces mises en jeu pour chacune d'entre elles, nous avons également représenté quatre schémas différents, chacun correspondant à une étape:

On peut donc remarquer que l'énergie s'accumule lors de l'amortissement, se déplace lors de la phase de soutien et est ensuite libérée lors de la poussée.

                                     
De plus, on peut conclure qu'un athlète handicapé fait travailler ses fessiers deux fois plus pour compenser l'absence de mollets. Sa prothèse se plie sous son poids lors de l'amortissement et se détend ensuite comme un ressort lors de la propulsion, procurant ainsi un supplément d'énergie.