Les trampolinistes repoussent continuellement les limites de leur sport en présentant de nouvelles acrobaties lors des compétitions. La complexité de la biomécanique impliquée dans les acrobaties complique la création de nouvelles acrobaties qui soient à la fois réalistes et sécuritaires. Malheureusement, l’essai-erreur de techniques acrobatiques innovantes comporte des risques pour les athlètes. Pour éviter les blessures, les entraîneurs commencent souvent par enseigner des techniques génériques à leurs athlètes, puis les guident empiriquement dans une personnalisation ou une amélioration étape par étape de ces techniques. Cette méthode peut être chronophage et ne pas toujours produire des résultats optimaux. La simulation prédictive est une alternative numérique sécuritaire, offrant aux entraîneurs des techniques acrobatiques performantes, sécuritaires et innovantes. À ce jour, les études qui ont investigué les techniques acrobatiques en utilisant la simulation prédictive n’ont considéré que quelques degrés de liberté, n’ont pas pris en compte le besoin d’information visuelle des athlètes et n’ont pas évalué l’impact de la morphologie des athlètes sur les techniques acrobatiques, limitant le transfert des techniques vers le terrain. Cette thèse visait à approfondir la connaissance sur les techniques acrobatiques aériennes pour améliorer la performance des trampolinistes canadiens grâce à un projet MITACS impliquant À nous le podium, Gymnastique Canada et l’Institut National du Sport du Québec. Cinq objectifs spécifiques ont été définis : (1) évaluer l’amélioration de la performance de vrille apportée par l’utilisation de mou- vements de bras tridimensionnels (3D) au lieu de bidimensionnels (2D), (2) identifier les techniques les plus efficaces pour les saltos vrillés se terminant en position carpée en incluant des contraintes de non-collision, (3) évaluer l’impact des caractéristiques anthropométriques sur les techniques acroba- tiques optimales, (4) évaluer le comportement visuomoteur des trampolinistes élites et sous-élites lors de saltos vrillés en utilisant un oculomètre et (5) identifier des techniques acrobatiques efficaces et sécuritaires en incluant des objectifs visuels. La première étude a comparé la vrille créée en utilisant des mouvements de bras optimaux 2D et 3D. Un problème de commande optimale a été formulé pour maximiser la vrille lors d’un salto arrière tendu en utilisant l’abduction/adduction des bras avec (3D) et sans (2D) changements de plan d’élévation. L’utilisation de mouvements de bras 3D a permis de générer jusqu’à 4,9 vrilles au lieu de 2,94 avec les techniques 2D. Pour des performances similaires, nous avons également observé que les techniques 3D étaient plus simples et nécessitaient moins d’efforts que les techniques 2D. Cette étude a introduit un principe d’entraînement : une performance de vrille optimale peut être atteinte en déplaçant le bras dans un plan formé par les axes de vrille et du moment cinétique, appelé best tilting plane. Dans une deuxième étude, des techniques de durée minimale pour une, deux ou trois vrilles avant de carper ont été générées avec et sans contrainte de non-collision. Nous avons montré que les contraintes de non-collision modifient les techniques optimales sans augmenter de manière significative la durée des mouvements (une vrille : p=0,69, deux vrilles : p=0,85, trois vrilles : p=0,07). Cette étude suggère que les athlètes pourraient générer jusqu’à trois vrilles lors d’un salto avant de terminer en position carpée, une acrobatie qui n’a encore jamais été réalisée en compétition. Cette étude a mis en évidence une stratégie de vrille 3D efficace : un mouvement circulaire des hanches. En testant cette stratégie avec une athlète élite féminine, nous avons observé une amélioration significative de sa performance. Dans une troisième étude, nous avons évalué les techniques optimales de double salto avant en position carpée se terminant avec 11/2 ou 21/2 vrilles générées en utilisant les paramètres inertiels des segments de 18 athlètes acrobatiques. Cinq, trois et deux stratégies de vrilles ont été identifiées à partir de la cinématique du bras droit, du bras gauche et des hanches, respectivement. L’utilisation de ces stratégies différait dépendamment de l’anthropométrie considérée et l’amplitude d’exécution des stratégies a varié jusqu’à 27%. Cette étude a introduit une méthode pour estimer le potentiel de vrille de chaque athlète afin d’aider les entraîneurs à faire des choix éclairés de techniques acrobatiques et à fournir des instructions appropriées à des athlètes d’une grande diversité corporelle. Dans une quatrième étude, nous avons caractérisé le comportement du regard des trampolinistes en comparant les stratégies utilisées par huit élites et neuf sous-élites lors de quatre acrobaties. Les trampolinistes étaient équipés de 17 centrales inertielles et d’un oculomètre portatif. Nous avons observé que le comportement visuomoteur des deux groupes était similaire, avec seulement une différence révélée : les élites ont fait plus de fixations que les athlètes sous-élites (p=0,033). Cette étude a également révélé une stratégie visuelle spécifique au sport que nous avons appelée détection du mouvement propre, qui consiste à ne pas bouger les yeux pendant les rotations rapides de la tête. La stratégie de détection du mouvement propre était principalement utilisée durant la phase de vrille des acrobaties. Enfin, dans la cinquième étude, nous avons généré des techniques acrobatiques optimales qui permettraient aux athlètes d’utiliser l’information visuelle pour corriger leurs erreurs d’exécution. Pour atteindre ce but, des objectifs imitant le comportement du regard des trampolinistes identifié dans la quatrième étude ont été inclus dans la fonction coût du problème de commande optimale. La pertinence de ces objectifs a été confirmée puisque les techniques acrobatiques générées étaient similaires à la technique d’une athlète élite. Cette étude a révélé que les athlètes modifient l’instant d’initiation de leur vrille pour permettre de voir plus longtemps la toile du trampoline. Dans cette étude, nous avons été les premiers à solliciter l’avis d’entraineurs et de juges pour évaluer la pertinence des techniques simulées. Les juges ont préféré les techniques optimales a la technique dune athlete elite (salto arrière tendu incluant une vrille : -0.13 contre -0.22, double salto arrière carpé incluant 2 vrilles : -0.13 contre -0.43 point de déduction selon le code de pointage). En conclusion, cette thèse a contribué à augmenter le réalisme des techniques générées par simulation prédictive en incluant un degré de liberté supplémentaire à l’épaule, des contraintes de non-collision, des objectifs visuels et les paramètres inertiels des segments de plusieurs athlètes. Des implications pratiques pour l’entraînement ont été extraites des tech- niques optimales générées pour le salto arrière vrillé tendu, le salto vrillé avant se terminant en position carpée et le double salto avant carpé se terminant en vrille. Des principes d’entraînement émergeant des simulations ont été testés sur des athlètes réels avec succès. Ces principes seront transférés sur le terrain au cours du prochain cycle olympique. / Trampolinists continuously push the sport’s limits by presenting novel acrobatics in com- petitions. The complex biomechanics involved in trampoline acrobatics makes it challenging for coaches to create new, feasible, and safe acrobatics. Unfortunately, trial-and-error of innovative acrobatic techniques is risky for athletes. To avoid injuries, coaches often start by teaching established generic techniques to their athletes and then empirically guide them in a step-by-step personalization or enhancement of the techniques. This method can be time-consuming and may not always yield optimal results, as safety must be ensured at each step. Predictive simulation is a safe numerical alternative, providing coaches with efficient, safe, and innovative acrobatic techniques. Currently, studies investigating acrobatic techniques using predictive simulation have considered only a few degrees of freedom and have not considered the athletes’ need for visual feedback nor the impact of the athletes’ morphology on the acrobatic techniques, limiting the transferability of the techniques to the field. This thesis aimed to deepen the knowledge relative to aerial acrobatic techniques to increase trampolinists’ performance, especially in Canada, thanks to a MITACS project involving Own the Podium, Gymnastics Canada and Institut National du Sport du Québec. Five specific objectives were defined: (1) assess the twist creation performance improvement brought by using three- dimensional (3D) instead of two-dimensional (2D) arm movements; (2) identify the most efficient techniques for twisting somersaults ending in pike position by including non-collision constraints; (3) assess the impact of anthropometry characteristics on optimal acrobatic techniques; (4) assess the visuomotor behavior of elite and sub-elite trampolinists during twisting somersaults using eye-tracking; and (5) identify efficient and safe acrobatic techniques by including visual objectives. The first study compared the twist rotation created using optimal 2D and 3D arm movements. An optimal control problem was stated to maximize the twist rotation during a straight backward somersault using arm abduction/adduction with (3D) and without (2D) changes in plane of elevation. Using 3D arm movements allowed for generating up to 4.9 twists instead of 2.94 using 2D techniques. For similar performances, we also observed that 3D techniques were simpler and required less effort than 2D techniques. This study introduced a coaching principle: optimal twisting performance can be achieved by moving the arm in a plane formed by the twisting and angular momentum axes, termed as the best tilting plane. In a second study, minimum duration techniques for one, two, or three twists before piking were generated with and without a non-collision constraint. We showed that non-collision constraints modified the optimal techniques without significantly increasing movement duration (one twist: p=0.69, two twists: p=0.85, three twists: p=0.07). This study suggests that athletes could generate up to three twists during a forward somersault ending in pike position, an acrobatic that has never been performed in competition. This study highlighted an efficient 3D twisting strategy, namely, a circular motion of the hips. When we tested this strategy with one elite female athlete, we saw a significant performance improvement. In the third study, we assessed the differences in optimal techniques of double forward somersault in pike position ending with 11/2 or 21/2 twists generated using the segment inertial parameters of 18 acrobatic athletes. Five, three, and two twisting strategies were identified from the kinematics of the right arm, left arm, and hips, respectively. The usage of these strategies differed depending on the anthropometry considered, and the execution amplitude of the techniques varied up to 27%. This study introduced a method to estimate each athlete’s twist potential to help coaches make enlightened choices regarding acrobatic techniques. This study should help coaches provide appropriate instructions to athletes on a wide range of body diversity. In the fourth study, we characterized the gaze behavior of trampolinists by comparing the strategies used by eight elites and nine sub-elites during the execution of four acrobatics. Trampolinists were equipped with 17 inertial measurement units and a wearable eye-tracker. We observed a similar visuomotor behavior between both groups, with only one difference revealed: elites did more fixations than sub-elite athletes (p=0.033). This study also revealed a unique sport-specific visual strategy that we termed self-motion detection, which consists of not moving the eyes during fast head rotations. Self-motion detection was mainly used during the twisting phase of the acrobatics. Finally, in the fifth study, we generated optimal acrobatic techniques that would allow athletes to use visual feedback to correct execution errors. To achieve this goal, objective terms mimicking the gaze behavior of trampolinists identified in the fourth study were included in the optimal control problem cost function. The relevance of these objective terms was confirmed as the acrobatic techniques generated were closer to an elite athlete’s technique. This study revealed that athletes modify the timing of their twist rotation to allow seeing the trampoline bed longer. In this study, we were the first to seek the opinions of coaches and judges to evaluate the relevance of the simulated techniques. Judges preferred the optimal techniques to an elite athlete’s technique (straight backward somersault including one twist: -0.13 vs -0.22, piked double backward somersault with two twists: -0.13 vs -0.43 point deducted according to the code of points). In conclusion, this thesis helped increase the realism of techniques generated through predictive simulations by including an additional degree of freedom at the shoulder, non-collision constraints, visual objectives, and segment inertial parameters from multiple athletes. Practical implications for coaching were extracted from the optimal techniques generated for the straight backward twisting somersault, the forward twisting somersault ending in pike position, and the double forward pike somersault ending with twists. Some coaching principles emerging from the simulations were successfully tested with real athletes. These principles will be transferred to the field during the upcoming Olympic cycle.

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