Améliorer les performances en minimisant les risques de blessure

Des sports en manque de données objectives

Les athlètes de haut niveau ont besoin d’être évalués et guidés pour parfaire leur technique, et développer la force et l’endurance nécessaires à l’atteinte de performances de calibre olympique. C’est souvent sur les épaules de l’entraîneur ou de l’entraîneuse que reposera la tâche de détecter les points à améliorer et de suggérer des changements dans la préparation physique, la technique ou l’équipement, en se basant sur ses observations et son expérience. Malheureusement, pour plusieurs sports, peu de métriques objectives sont mesurées faute de moyens. Une équipe de recherche du Laboratoire en imagerie et en orthopédie (LIO) de l’ÉTS veut y remédier.

Des techniques de mesures adaptées au terrain

En laboratoire, les données cinématiques sont souvent obtenues par capture de mouvement 3D (motion capture). Cette technique est toutefois impossible à appliquer sur le terrain puisqu’elle nécessite le port d’une combinaison bardée de capteurs qui gêne souvent l’athlète dans ses déplacements. Dans le cadre de nos recherches avec l’équipe nationale canadienne de paranatation, notre groupe a mis au point une technique ne nécessitant qu’un seul capteur inertiel placé au bas du dos des athlètes, afin de mesurer le profil de vitesse des cycles propulsifs de ces athlètes. Ce type de capteur permet de mesurer les accélérations linéaires et les vitesses de rotation dans les trois plans de l’espace.

Figure 1 : A) Positionnement du capteur inertiel et de la ceinture de velcro (encodeur linéaire utilisé pour valider la méthode) sur une athlète paralympique. B) Départ de la même athlète au 50 m nage libre.

La technique employée consiste à traiter les signaux du capteur inertiel à l’aide de filtres optimisés pour obtenir la distance exacte d’une longueur de bassin, typiquement 25 m ou 50 m. Une fois le signal bien interprété, l’acquisition des métriques se fait de façon totalement automatique.

Évaluation de la charge d’entraînement

Notre équipe s’est également penchée sur l’entraînement des gardiennes de but de l’équipe canadienne de water-polo féminin. Ces athlètes sont souvent mises de côté durant les entraînements, d’où la difficulté d’estimer l’intensité de ces derniers. Durant un match, les gardiennes de but sont constamment en train de rétropédaler sous l’eau (eggbeater) en attendant d’avoir à effectuer un arrêt. Lorsqu’une balle parvient à leur filet, elles doivent se propulser hors de l’eau à force de coups de pied puissants pour bloquer la balle.

Lors de ces efforts intenses, la vitesse de rotation du bassin des gardiennes augmente drastiquement. À l’aide des signaux captés, encore une fois à l’aide d’un seul capteur inertiel placé sur le bassin, il est donc possible de définir des seuils de repos et d’activité élevée, et ainsi caractériser le niveau d’intensité – faible, moyen ou élevé – des entraînements.

Figure 2 : Répartion des niveaux d’activité d’une gardienne de but de water-polo lors d’un entraînement et d’un match sur une même journée.

La méthode proposée permet de calculer automatiquement le nombre de sauts, de passes et de coups de pied effectués, et de donner un score d’intensité global des entraînements et des matchs. Ces métriques de charges externes fournissent l’information nécessaire aux entraîneurs et aux entraîneuses pour moduler l’entraînement, et ainsi limiter les risques de blessure due au surentraînement.

Évaluation des performances

Notre équipe a aussi effectué beaucoup de recherche sur l’équipe canadienne de patinage de vitesse courte piste. Nous arrivons à caractériser chacun des coups de patin : début et fin de la poussée, accélération durant la poussée et le repositionnement… Quatre paramètres principaux ont été retenus pour évaluer la performance (voir figure 3) : l’efficacité de la poussée (%Eff_Push), l’efficacité du repositionnement (%Eff_Repos), le gain de vitesse durant la poussée (Area+) et l’accélération maximale pendant la poussée (Max Push).

En établissant des valeurs moyennes de ces paramètres sur un groupe de patineurs élites, pour chacun des coups de patin, il est possible de montrer les forces et les faiblesses de chaque athlète et ainsi aider à la mise en place d’une stratégie personnalisée (technique, équipement, exercice, préparation physique…). Mais il y a plus. Les mêmes mesures reprises un peu plus tard permettraient de mesurer concrètement l’efficacité de la stratégie adoptée.

Figure 3 : Paramètres de performance de chacun des 16 coups de patin d’un athlète. Les cases en rouge représentent les performances à améliorer.

Projets à venir en patin de vitesse

Nous démarrerons prochainement un projet visant à estimer le centre de masse et la répartition de la charge dans les pieds au moyen de semelles de pression placées dans les patins. Ces semelles permettront de mieux comprendre les effets du décentrage des lames et de leur courbure sur le patron de charge et les performances des athlètes.

Une combinaison inertielle sera aussi employée pour mesurer l’influence de la flexion dorsale de la cheville sur les performances des athlètes. En effet, il est souvent demandé aux athlètes de patiner le plus bas possible pour minimiser la résistance à l’air et augmenter la durée de la poussée. Les combinaisons permettront de mesurer de façon objective l’efficacité de cette stratégie.

Le taux de chute étant assez élevé dans ce sport, nous voulons aussi analyser les impacts des athlètes et les risques commotions. Dans un premier temps, nous voulons quantifier l’accélération de la tête par analyse vidéo. Par la suite, cette analyse servira à vérifier si les casques utilisés offrent vraiment une protection adéquate.

Le défi du transfert technologique

Les méthodes utilisées jusqu’à maintenant se sont avérées justes et concordent avec les observations des entraîneurs et des entraîneuses, et des athlètes. Par contre, elles représentent un changement important dans les manières de faire et leur acceptation dans le milieu du sport prendra nécessairement du temps. Les métriques obtenues ont le potentiel de mesurer concrètement des problèmes plus fins, non observables à l’œil nu. De plus, elles rendent possible l’évaluation objective de la pertinence et de l’efficacité des stratégies proposées. L’amélioration des performances de nos athlètes passe par l’acquisition et l’analyse de ces métriques.