skieur-ski

Les mesures de terrain en ski alpin
François Antichan
Département Sportif et Scientifique
Fédération Française de Ski
Chamonix- 21 Juin 2012
Logique interne du ski alpin
Skier dans un tracé et un environnement variable dans le temps le plus
court possible
« Le déplacement performant des skis dépend du pilotage du système
skieur-ski par l’individu et des réactions de l’environnement sur celuici »
Gautier, 1993
Skieur
Environnement
Ski
Physiologie
Athlètes
Matériel
MétrologieDéveloppement
Biomécanique
Aérodynamique
Environnemen
t
Caractérisationproduction et
préparation de la neige
Fauve 2009
Enjeux de la mesure en ski alpin :
•Dispersion de la performance chez les meilleurs skieurs mondiaux < 1%
•Nécessité d’analyse fine des données objectives caractéristiques de la
performance
Objectifs:
Fournir aux entraineurs des données concrètes pour optimiser l’orientation
des contenus d’entrainement et la correction des athlètes.
Formation des cadres, orientations des directives nationales
Techniques majeures d’analyse du mouvement en ski alpin:
• Analyse cinématique ( imagerie, reconstruction 3D, capteur de vitesse, GPS,
centrales inertielles…)
• Analyse dynamique ( plateforme de force, jauges de contrainte, semelles de
pression …)
• Analyse musculaire (EMG…)
Force
Accélération
Vitesse
position
Vitesse
Accélération
Position
Force
CLIQBMP : modélisation filaire
ANIMAN3D : modélisation volumique
ANIMAN3D : modélisation volumique
La technologie de
navigation optique
Vlink en ski
Principe de fonctionnement
Développé par Hewlett Packard
Caractéristiques principales
Vitesse maximale: 44 m/s (160Km/h)
Précision: ± 0,5 mm
Fréquence : jusqu’à 6000 Hz
Principe de mesure de mouvement par
suivi de points.
3 : Installation en périphérie des fixations
(3 à 6 cm en arrière de la butée arrière)
Avantages:
- non invasif pour le ski (plaquette collée avec double
face).
-Permet la prise de carre sans perturbation de la gestuelle.
- peut être installé sur tout type de ski
- intérêt de mesurer une vitesse tangentielle identique à
celle de la chaussure de ski
- installation et désinstallation rapide.
Inconvénients:
• Perte possible de la navette (rare).
Collecte des données
Un système de mesure se compose de deux capteurs optiques placés en périphérie
des fixations et près des carres internes de chaque ski
Chaque enregistrement permet d’obtenir 7 paramètres de mesure :
6 paramètres mesurés :
• déplacement latéral ski gauche (X1)
• déplacement latéral ski droit (X2)
• déplacement latéral total (Xt Slip)
• vitesse tangentielle ski gauche (Y1 CT)
• vitesse tangentielle ski droit (Y2 CT)
• vitesse tangentielle totale (CR speed)
Un paramètre calculé :
•Angle de prise de carre (indice)
Validation sur plateforme tribomètre
( en collaboration Institut de recherche en neige et avalanche Davos)
Appareil de tribologie
Méthode:
 5 paliers de vitesse
(10,6 m/s; 21,2 m/s ; 31,8 m/s
; 42 m/s ; 53 m/s)
Les 2 navettes sont
appliquées mais sur
un rayon différent. La
vitesse totale est prise
en compte.
Mean_Speed
_Vlink
1,68
2
3,65
5,45
6,6
7,3
Speed tribo
10,6
10,6
21,2
31,8
42,4
53
Résultats
Comparaison Speed VLINK-Speed Tribometer
60
Speed tribo
50
40
y = 7,2089x - 3,7888
R² = 0,9734
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Validation sur tapis roulant
Méthode:
 7 paliers de vitesse
(10 ; 15 ; 20.1 ; 25.2 ; 30 ; 34 ;
40 km / h)
La même vitesse
est appliquée aux 2
navettes.
Résultats
(fréquence produite par chaque navette)
640
La même vitesse est mesurée par les deux navettes
620
r = 0,975
600
P < 0,001
580
560
fréquence navette2
540
fréquence navette1
520
500
500
520
540
560
580
600
620
640
GPS
anten
na
ME
MSIMU
Centrales Inertielles:
•Accéléromètre tri-axes
•Gyromètre tri-axes
•Magnétomètre
Les trajectoires:
Trajectoire collectée par le GPS
Portes
Afin de calculer des trajectoires complètes, il est nécessaire,
selon les cas de figures, de synchroniser les données de
navigation GPS et les données provenant des centrales
inertielles.
Trajectoire
vraie
Trajectoire reconstruite avec
le GPS + Centrales inertielles
Gps centimétrique différentiel:
•Antenne GPS mobile(casque)
•Antenne GPS de référence fixe
FFS0
9
6 Centrales Inertielles:
•Le casque lié à l’antenne mobile GPS (1 capteur)
•Hanches (2 capteurs)
•Chaussures (2 capteurs)
•Le ski droit prêt de la fixation (1 capteur)
FFS1
0
FFS0
5
FFS0
7
FFS0
6
FFS0
8
Résultats
Le capteur de pression plantaire: Système Pedar
Système permet:
• d’enregistrer les variations de pression et de force
(force de réaction normale)
• d’associer celles-ci à des mouvements en les couplant
aux images vidéo
Semelles de pression comportent chacune 99 capteurs de
force( jauges capacitives)
Découpage des zones du pied:
Avant latéral
Milieu latéral
Talon latéral
Avant médial
Milieu médial
Talon médial
Les semelles sont directement placés dans la chaussure
Acquisition des résultats:
Logiciel Pedar-x-Measurement
• visualise, quantifie et enregistre
la répartition des force
Traitement des résultats:
•Synchronisation vidéo
• identification des différentes
phases d’appui.
•Obtention de l’empreinte orthopédique
3D
•Développement de l’orthèse:
• Podologue
Synchronisation Logiciel Vidéo Mesure
Physiologie
Athlètes
Matériel
MétrologieDéveloppement
Biomécanique
Aérodynamique
Environnement
Caractérisationproduction et
préparation de la neige
Fauve 2009
Mesures en soufflerie
Soufflerie de Genève:
Soufflerie subsonique à veine fermée
Vitesse de 0 à 80 m/s (290 km/h)
Etude du comportement aérodynamique:
•Force de Trainée
•Force de Portance
5.Amélioration du comportement aéro
Mesure sur skieur avec position contrôlée par
feedback visuel 2 plans.
Mesure sur mannequin anthropométrique.
Evolution de la trainée pour différentes recherches de position de vitesse
Position spontanée
F Trainée = 89 N
Position plus basse en flexion
F Trainée= 86 N
Position Coude intérieur
F Trainée = 83 N
Optimisation du comportement aérodynamique de l’athlète
Comparaison du comportement aérodynamique de différentes combinaisons
Trainée
15
L4
*
14
L 26
L 26 t
Trainée en kg
13
*
12
11
*
L4t
L4
L Swiss
L 4 ref
L4
10
0
*
2
4
LOlympic
L27 ref
L27
6
L27traitée
8
L27traitée
10
* = essais avec mannequin en position mi relevée
12
XL55
14
16
Analyse Musculaire par EMG
Principe:
Enregistrement activité musculaire produite par les fibres musculaire lors d’une
contraction
Obtention d’un tracé => quantité d’unités motrices
recrutées par le muscle lors d’une contraction
Intérêts de l’analyse musculaire
Caractériser la contraction musculaire (intensité) :
Caractériser le mouvement:
Coordination intermusculaire lors du geste sportif (compréhension des chaines
d’appui et d’impulsion en ski)
 comparaison de différentes stratégies gestuelles.
Synchronisation EMG-Vidéo
Conclusion
Mesures de terrain en ski alpin
Améliorer la connaissance des phénomènes mécaniques
Déterminer les facteurs discriminant de la performance
Merci de votre attention