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Les joueuses de rugby s’exposent au risque de commotion cérébrale. La commotion aura peu de conséquences à long terme si la joueuse est prise en charge convenablement (repos, reprise progressive). Mais pour cela, il faut être capable de les détecter. Les sciences fondamentales se sont penchées sur ce sujet. Caroline Cohen, référente scientifique de Sciences 2024, nous explique où en est la recherche.

Comprendre et prédire les seuils de gravité d’un impact

Caroline Cohen, quel problème cherchez-vous à résoudre dans votre étude sur les commotions cérébrales ?

Les impacts subis par les joueuses et joueurs de rugby sont de plus en plus violents et les commotions cérébrales sont plus fréquentes.

Pour le moment, pour détecter une commotion, on utilise des critères empiriques (c’est-à-dire basés sur l’observation et l’expérimentation) comme la courbe de Wayne ou le HIC (Head Injury Criterion). Mais l’origine physique des dommages neurologiques et cognitifs, et les moyens de détection, restent encore assez flous aujourd’hui.

Notre but est donc d’étudier ce phénomène pour en dégager des lois permettant de comprendre et prédire les seuils de gravité d’un impact.

Photographie de Caroline Cohen avec la ministre des sports Roxana Maracineanu
Crédit photo : Jérémy Barande
La chercheuse Caroline Cohen en présence de la ministre des Sports Roxana Maracineanu

Détecter les commotions en se basant sur des lois scientifiques

A quoi va servir cette étude scientifique ?

La première exploitation est la mise en place de moyens de détection des commotions basés sur des lois et non plus sur une simple connaissance empirique du phénomène.

On peut aussi étudier l’efficacité des moyens de protection. Par exemple, l’utilisation d’un casque de protection peut, dans certains cas, avoir des conséquences plus graves que si on n’en portait pas. Cela est dû à la déformation des matériaux durs et mous du casque qui peuvent, en diminuant l’accélération ressentie par la tête, augmenter le temps du choc subi et donc le rendre plus dangereux. Dans un second temps, on pourrait donc développer des moyens de protection contre les commotions pour les joueuses et joueurs de rugby.

Si les bulles font des trous dans les hélices, on peut imaginer ce qu’elles font au cerveau

Quelle est votre hypothèse de départ ?

Savez-vous pourquoi on trouve souvent de petits trous sur les hélices des bateaux ? C’est parce que, dans certaines conditions, le mouvement des hélices entraîne la formation de petites bulles de vapeur due à une dépression. Ces bulles de vapeur nouvellement formées implosent violemment et détruisent les hélices au passage.

De la même manière, lors d’un choc à la tête, des bulles de cavitation peuvent se former à l’opposé du point d’impact. Et si ces bulles arrivent à détruire des hélices, on peut facilement imaginer ce qu’elles font au cerveau. Ce phénomène pourrait expliquer pourquoi certains joueurs de rugby, de football américain ou boxeurs développent des maladies neurodégénératives précoces.

Comme on ne peut pas taper sur des têtes, on utilise des vases

Série chronologique de 6 photographies représentant la formation de bulles de cavitation à l'opposé du coup porté
Expérience au LadHyX

Quelles expériences avez-vous réalisé pour vérifier votre hypothèse ?

La première étape en physique est l’observation du phénomène. Dans le cas des commotions, comme on ne peut pas taper directement sur des têtes, on a utilisé des vases en verre remplis d’eau sur lesquels on a donné des coups. En variant les critères d’accélération, de décélération et de temps de contact du coup, on a pu étudier et prédire la formation de bulles de cavitation.

L’étape suivante est de vérifier si les conditions observées en laboratoire se répètent dans la réalité. Et pour ça, on a besoin d’observer des commotions cérébrales sur des individus.

L’expérience est prévue et soutenue par la région Ile de France et le CNRS qui financent une thèse sur le sujet. On va équiper des joueurs de rugby du racing92, et des boxeurs, de casques munis de petits détecteurs qui permettront de faire le lien entre le coup subi et la formation d’une bulle de cavitation. En effet, lorsqu’une bulle implose, elle émet un son. On devrait donc être en mesure de l’entendre.

Sciences 2024 au service des athlètes de haut niveau

Caroline Cohen est chercheuse au LadHyx, le laboratoire d’hydrodynamique de polytechnique, qui travaille, entre autre, sur la physique du sport. Elle est également la référente scientifique de Sciences 2024, un collectif de chercheurs et d’étudiants de 13 grandes écoles, 1 université et 2 centres de recherche soutenus par le CNRS, le CNSD et l’INSEP. Leur objectif est de répondre aux problèmes posés par les sportifs de haut niveau et leurs fédérations pour les aider à améliorer leurs performances en vue des Jeux Olympiques et Paralympiques de 2024, et même au-delà de cette échéance.

Les études scientifiques sont également fondamentales pour améliorer la protection des sportifs et la prévention des blessures. Les recherches peuvent aboutir à des innovations techniques comme l’épaulière REVELIA, de la marque RÉVÈLE, spécialement conçue pour les femmes et dont nous avions présenté le projet.

Lancement du projet Science 2024 le 4 septembre 2018 en présence de la Ministre des Sports
Crédit photo : Jérémy Barande
Lancement du projet Science 2024 le 4 septembre 2018