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Visez l'or avec les STIM!

Stade Olympique national de Beijing

Stade Olympique national de Beijing (PhotoTalk, iStockphoto)

Stade Olympique national de Beijing

Stade Olympique national de Beijing (PhotoTalk, iStockphoto)

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Parlons sciences

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvrez le pouvoir des STIM derrière les coulisses des Olympiques d’hiver.

Savais-tu que lorsque tu regardes une épreuve olympique, tu observes la science en action? Les Jeux olympiques d'hiver de 2022 se déroulent à Pékin, en Chine, en février. Les Jeux paralympiques d'hiver se dérouleront également à Pékin en mars. Comment la science aide-t-elle les athlètes à décrocher l'or?

Sur la glace

De nombreux sports d'hiver se déroulent sur des surfaces glacées. Il s'agit notamment du patinage de vitesse, du hockey sur glace, de la luge, du bobsleigh, du patinage artistique, du curling, etc. Savais-tu que la chimie permet aux athlètes de patiner sur la glace?

L'eau est composée de deux molécules d'hydrogène et d'une molécule d'oxygène (H2O). L'extrémité hydrogène a une charge positive. L'extrémité oxygène a une charge négative. Les extrémités opposées attirent d'autres molécules d'eau et se fixent par des liaisons hydrogène. Lorsque les molécules d'eau liquide se déplacent, des liaisons hydrogène se forment et se brisent. Mais lorsque l'eau refroidit, les molécules ralentissent. Les liaisons hydrogène restent attachées, formant un réseau cristallin. C'est ce qui permet à la glace de rester dure.

 Disposition moléculaire des molécules d'eau dans la glace et dans l'eau liquide
Disposition moléculaire des molécules d'eau dans la glace et dans l'eau liquide (©2019 Parlons sciences)
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L'illustration montre la disposition moléculaire des molécules d'eau dans la glace et dans l'eau liquide. Les molécules d'eau sont représentées comme étant composées d'une sphère rouge reliée à deux sphères blanches plus petites. Les sphères rouges représentent l'oxygène. Les sphères blanches représentent l'hydrogène. La structure cristalline de la glace montre des molécules disposées selon une structure composée d'hexagones reliés entre eux. La structure liquide montre un fouillis de molécules plutôt qu'une structure organisée.

 

 

Cependant, cette disposition des molécules ne se forme que sous la surface. Sur le dessus, il y a encore une fine couche d’eau semi-liquide qui agit comme un lubrifiant. Cette glace semi-congelée est parfaite pour les objets glissants, comme les rondelles de hockey et les patins!

Des personnes jouant au hockey sur glace
Des personnes jouant au hockey sur glace (Berend Stettler [CC BY-SA 2.0] via Wikimedia Commons)
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On voit des personnes jouant au hockey sur glace. Les personnes jouent dans une patinoire intérieure et les estrades sont vides. Le gardien ou la gardienne de but est debout devant son filet. Trois autres joueurs ou joueuses sont visibles en train de défendre le but. Un entraîneur (ou une entraîneuse) et un autre gardien (ou gardienne) de but sont debout contre la bande.

 

Pour en savoir plus sur la science derrière l’entretien des patinoires.

Sur les pentes

Chaque fois que tu skies ou regardes du ski alpin, tu vois les lois de la physique à l'œuvre. As-tu déjà vu un skieur ou une skieuse s'élancer du portillon de départ au sommet de la colline? C'est la deuxième loi du mouvement de Newton. Cette loi stipule qu'une force exercée sur un objet produit une accélération. Dans ce cas, l'objet est le skieur ou la skieuse, et la force se produit lorsqu'il ou elle s'élance. La gravité entraîne alors le skieur ou la skieuse en bas de la colline.

La deuxième loi de Newton
La deuxième loi du mouvement de Newton (Parlons sciences utilisant des images de VectorMine via iStockphoto et nadia_bormotova via iStockphoto).
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Illustration des principes de la deuxième loi de Newton.

À la gauche, une femme porte un chandail vert et des pantalons orange. Ses cheveux sont en chignon. Elle a le regard baissé vers son panier d’épicerie vide. On aperçoit des lignes de mouvement devant ses mains, ce qui indique qu’elle a poussé le panier et qu’il s’éloigne rapidement d’elle. Cette image démontre qu’un objet avec une petite masse accélère vite lorsqu’on exerce une force donnée.

À droite, on aperçoit la même femme, mais cette fois-ci son panier est rempli de nourriture. Les lignes de mouvement indiquent que le panier s’éloigne lentement d’elle. Cette image démontre qu’un objet avec une masse élevée accélère moins lorsqu’on exerce une force donnée.

Sous l’illustration, on peut lire « Le principe de force et d’accélération » et un encadré qui se lit « La force subie par un objet est proportionnelle au produit de sa masse par l’accélération ».

 

T'es-tu déjà demandé pourquoi les skieurs et skieuses inclinent leur corps lorsqu'ils skient? C'est dû à la résistance de l'air, lorsque les molécules de gaz qui composent l'air ralentissent un objet en mouvement. Plus tu te fais petit, moins il y a de résistance à l'air. Tu as peut-être déjà ressenti la résistance de l'air en faisant du vélo.

Australian skier Shannon Dallas competes in the slalom event at the Vancouver Paralympic Games in 2010
Le skieur australien Shannon Dallas participe à l'épreuve de slalom aux Jeux paralympiques de Vancouver en 2010  (Source : Comité paralympique australien  [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).
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Le skieur australien Shannon Dallas participe à l'épreuve de slalom aux Jeux paralympiques de Vancouver en 2010. Le skieur est assis sur un ski adapté. Le skieur porte un casque rouge, une chemise à manches longues verte et un dossard de compétition bleu et vert. Le ski adapté est un ski simple attaché à une fixation noire pour les jambes du skieur. Le skieur tient des bâtons et ils sont attachés à ses bras. Il skie à entre un poteau bleu et un poteau rouge qui marquent le parcours à suivre.

 

Le savais-tu?

Ton corps utilise davantage d'oxygène lorsque tu fais de l'exercice. Tes poumons doivent aspirer jusqu'à 15 fois plus d'oxygène qu'au repos pour soutenir l’effort physique. 

Dans les airs

 

Outre les grands exploits physiques des athlètes, ce sont également d'impressionnantes prouesses d'ingénierie qui rendent ces sports possibles. Dans le saut à ski, les rampes doivent être parfaitement formées pour maximiser la capacité du skieur ou de la skieuse à prendre de la vitesse sur la rampe, puis à s'élancer dans les airs. Certains volent jusqu'à 100 m de haut ! De même, pour les épreuves de planche à neige et de demi-lune en ski acrobatique, la hauteur et l'angle du tube ont un impact énorme sur la hauteur de saut potentielle des athlètes. 

Snowboarding at the 2020 Winter Youth Olympics
Athlète de planche à neige dans une piste demi-lune aux Jeux olympiques de la jeunesse d'hiver de 2020  (Source : Martin Rulsch [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).
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L'image montre une épreuve de demi-lune en planche à neige aux Jeux olympiques de la jeunesse d'hiver de 2020. Une femme sur une planche à neige est dans les airs après avoir effectué une figure sur le mur de la demi-lune. La femme porte un manteau blanc, un casque noir, un dossard rose, un pantalon noir et une planche au dessous noir. La demi-lune est une piste en fore de U couverte de neige blanche et lisse avec une ligne bleue au sommet.

 

Les athlètes utilisent également de nombreuses autres techniques pour se déplacer plus rapidement dans les airs. Les surfeurs et surfeuses des neiges, par exemple, pompent les muscles de leurs jambes pour prendre de la vitesse. Les patineurs ou patineuses artistiques rentrent leurs bras  pour accélérer la rotation, ou les écartent pour obtenir le contraire. Quelles autres techniques peux-tu repérer lorsqu'un ou une athlète défie la gravité?

Figure skating spinning in the air at the 2020 Winter Youth Olympics
Patinage artistique - vrille dans les airs aux Jeux olympiques de la jeunesse d'hiver de 2020  (Source : Sandro Halank [CC BY-SA 4.0] via Wikimedia Commons).
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On voit une patineuse artistique qui tourne dans les airs aux Jeux olympiques de la jeunesse d'hiver de 2020. La patineuse artistique a les jambes croisées et les bras collés contre son corps. La patineuse artistique a des cheveux bruns droits attachés en queue de cheval avec un nœud rouge. Elle porte un maillot rouge avec une jupe qui se déploie sous l'effet de la force de sa rotation. Elle atterrira sur la patinoire d'un aréna entourée d'un muret bleu clair.

 

Dans le cerveau des athlètes

Beaucoup d'entre nous regardent les athlètes olympiques et se disent : « Comment leur corps fait-il cela? » Mais il y a souvent beaucoup de psychologie en jeu, aussi. La visualisation d'un résultat positif est un moyen puissant d'améliorer les performances sportives. Mais ces performances s'améliorent encore plus si la visualisation se fait en contexte. Une étude a comparé des skieurs et skieuses qui visualisaient leur réussite lors de leur départ au sommet d'une pente à des skieurs qui ne le faisaient pas. Les skieurs et skieuses qui visualisaient en haut de la pente avaient des temps plus rapides. 

La visualisation d'une action aide les athlètes à établir les connexions entre les neurones de leur cerveau. Cela permet aux neurones de se déclencher plus rapidement et d'obtenir de meilleurs résultats. 

As-tu déjà ressenti de la nervosité ou de l'inquiétude avant une compétition, un test ou une performance importante? Les athlètes subissent également beaucoup de stress pendant les Jeux olympiques. Lorsque tu es stressé(e),  la région de l'hypothalamus de ton cerveau demande à ton corps de réagir. Les athlètes font travailler leur cerveau et utilisent des stratégies pour rester calmes et concentrés(ées). Ils et elles peuvent le faire grâce au cortex préfrontal, qui est le centre de commande du cerveau. Le cortex préfrontal indique à l'hypothalamus qu'on n'est pas en danger. Cela permet de réduire la réaction de stress d'un athlète. 

Coupe transversale du cerveau montrant l'emplacement du cortex préfrontal cortex et de l'hypothalamus
Coupe transversale du cerveau montrant l'emplacement du cortex préfrontal cortex et de l'hypothalamus (Source: jambojam via iStockphoto).
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Coupe transversale du cerveau montrant l'emplacement du cortex préfrontal et de l'amygdale. La tête d'une personne est représentée de côté. Une illustration du cerveau avec des parties colorées et étiquetées est montrée. Le cortex préfrontal est représenté à l'avant du cerveau, juste derrière les yeux. L'hypothalamus est situé au centre du cerveau, au-dessus du tronc cérébral.

 

Même les athlètes les plus coriaces peuvent faire face à des problèmes de santé mentale. Récemment, les athlètes ont commencé à s’exprimer plus ouvertement sur ce sujet. Lors des Jeux olympiques de Tokyo de 2021, la médaillée d'or Simone Biles a choisi de se concentrer sur sa santé mentale. Elle a décidé de ne pas participer à plusieurs épreuves. D'autres athlètes, comme Naomi Osaka et Liz Cambage, ont également fait des pauses dans leurs compétitions. Tout comme le reste d'entre nous, les athlètes doivent s'assurer qu'ils ou elles sont en bonne santé mentale et émotionnelle. Prendre soin d'eux ou d'elles leur permet d'atteindre l'excellence.

Carrières pour les amateurs et amatrices de sport

Il n'est pas nécessaire d'être un ou une athlète pour vivre du sport! De nombreuses autres compétences sont nécessaires pour organiser des événements tels que les Jeux olympiques et paralympiques. Voici quelques exemples de carrières STIM dans le domaine du sport.

 

Les physiothérapeutes en sport aident les athlètes à se remettre de leurs blessures. Ils et elles doivent avoir une bonne compréhension de la biologie, de l'anatomie et de la physique. Cela leur permet de diagnostiquer et de traiter les patients.

 

Les diététiciens ou diététiciennes aident les athlètes à comprendre comment ce qu'ils ou elles mangent peut favoriser leurs performances. Ils ou elles doivent avoir une solide connaissance de la nutrition et de la biologie. 

 

Les techniciens ou techniciennes de glace utilisent les mathématiques et la physique pour garder la glace prête à patiner. Ils ou elles aident à construire et à entretenir les patinoires.

Technicien de glace au volant d’une surfaceuse Zamboni sur une patinoire extérieure

Les techniciens et techniciennes de glace : ces héros méconnus du hockey!

Les techniciens et techniciennes de glace se servent des mathématiques et de la physique pour préparer la glace pour le hockey.

 

Les chercheurs ou chercheuses étudient comment rendre les sports plus sûrs pour tous. Leurs recherches vont du traitement des blessures à la conception de meilleurs casques.

La prochaine fois que tu regarderas un événement olympique, garde l'œil ouvert pour découvrir certaines de ces connexions STIM. 

Amorces De Discussion

Faire des liens

●    Pratiques-tu l'un des sports qui se déroulent aux Jeux olympiques d'hiver? Sinon, lequel voudrais-tu essayer? Pourquoi?
●    Penses-tu que les techniques de visualisation peuvent fonctionner dans d'autres domaines de ta vie? Si oui, lesquels?
●    As-tu déjà ressenti du stress avant une compétition, un test ou une performance importante? Quelles sont les stratégies que tu utilises pour rester calme dans une situation stressante?

Faire des liens

●    Pratiques-tu l'un des sports qui se déroulent aux Jeux olympiques d'hiver? Sinon, lequel voudrais-tu essayer? Pourquoi?
●    Penses-tu que les techniques de visualisation peuvent fonctionner dans d'autres domaines de ta vie? Si oui, lesquels?
●    As-tu déjà ressenti du stress avant une compétition, un test ou une performance importante? Quelles sont les stratégies que tu utilises pour rester calme dans une situation stressante?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

● Comment les changements environnementaux, tels que ceux associés aux changements climatiques, pourraient-ils avoir des répercussions économiques et culturelles sur les sports d'hiver? Explique.
● Comment les athlètes parlant plus ouvertement des problèmes de santé mentale pourraient-ils avoir un impact sur notre société?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

● Comment les changements environnementaux, tels que ceux associés aux changements climatiques, pourraient-ils avoir des répercussions économiques et culturelles sur les sports d'hiver? Explique.
● Comment les athlètes parlant plus ouvertement des problèmes de santé mentale pourraient-ils avoir un impact sur notre société?

Explorer les concepts

●    Quel type de liaisons se forme entre les molécules d'eau lorsque l'eau gèle? Comment cette liaison a-t-elle une incidence sur la formation de la glace? 
●    Pourquoi le fait de s'accroupir aide-t-il les skieurs et skieuses et les patineurs et patineuses à aller plus vite?
●    Combien d'autres carrières liées au sport peux-tu imaginer? Choisis-en une qui t'intéresse pour faire des recherches. Qu'est-ce qui t'attire dans cette carrière? De quelles études aurais-tu besoin pour la poursuivre?

Explorer les concepts

●    Quel type de liaisons se forme entre les molécules d'eau lorsque l'eau gèle? Comment cette liaison a-t-elle une incidence sur la formation de la glace? 
●    Pourquoi le fait de s'accroupir aide-t-il les skieurs et skieuses et les patineurs et patineuses à aller plus vite?
●    Combien d'autres carrières liées au sport peux-tu imaginer? Choisis-en une qui t'intéresse pour faire des recherches. Qu'est-ce qui t'attire dans cette carrière? De quelles études aurais-tu besoin pour la poursuivre?

Suggestions pour l'enseignement

  • Les élèves pourraient explorer les options de carrière liées à l'athlétisme. Lorsqu'ils ou elles recherchent des profils de carrière pertinents, les élèves peuvent sélectionner le sujet « éducation physique ».
  • Pour en savoir plus sur les propriétés de la glace et les conditions de glace requises pour divers sports d'hiver, les enseignants et enseignantes pourraient faire visionner aux élèves la vidéo Comment fonctionne une patinoire ? .
  • Les élèves pourraient choisir un événement olympique à explorer en profondeur. Ils ou elles pourraient étudier les liens entre les STIM et cet événement. Les élèves pourraient ensuite créer une infographie pour partager ce qu'ils ou elles ont appris.

Suggestions pour l'enseignement

  • Les élèves pourraient explorer les options de carrière liées à l'athlétisme. Lorsqu'ils ou elles recherchent des profils de carrière pertinents, les élèves peuvent sélectionner le sujet « éducation physique ».
  • Pour en savoir plus sur les propriétés de la glace et les conditions de glace requises pour divers sports d'hiver, les enseignants et enseignantes pourraient faire visionner aux élèves la vidéo Comment fonctionne une patinoire ? .
  • Les élèves pourraient choisir un événement olympique à explorer en profondeur. Ils ou elles pourraient étudier les liens entre les STIM et cet événement. Les élèves pourraient ensuite créer une infographie pour partager ce qu'ils ou elles ont appris.

En savoir plus

 

Quelle est votre vitesse de réaction?

Les athlètes olympiques ont besoin de réflexes ultra-rapides pour exceller dans leur sport. Testez votre propre temps de réaction avec cette activité pratique de Parlons sciences.

Pourquoi les patinoires restent-elles gelées ?

Apprenez-en davantage sur la science qui se cache derrière les patinoires dans cet article de Parlons sciences.

Quelle quantité d’air respirez-vous?

Une capacité pulmonaire plus élevée peut aider les athlètes à réussir. Mesurez votre propre capacité respiratoire avec cette activité pratique de Parlons sciences.

Sélection pour les J.O d'Hiver
Cette émission vidéo (26 min. 4s.) de C'est pas sorcier présente la science derrière plusieurs sports olympiques.

Ski, surf & sun

Cette émission vidéo (26 min. 1s.) de C'est pas sorcier présente la science derrière les sports de glisse.