5.1.1 Concept général de l’étude
La saison de compétitions des skieurs de fond ayant participés à l’étude s’est terminée à la fin mars 2012. L’étude présente a été réalisée immédiatement au retour à l’entrainement, en juin, durant la « saison morte » des skieurs. Les entraineurs caractérisent cette période de période de « préparation générale ». L’étude était composée de deux tests, qui ont été répartis sur un total de deux jours selon un horaire précis établi par les entraineurs et les chercheurs impliqués. Les deux tests furent réalisés en ski à roulettes. Chaque athlète devait participer aux deux tests le même jour. Le premier test était un contre-la-montre en style libre sur une distance de 2,19km sur un terrain standardisé de topographie connue. Le deuxième test, réalisé dans la même journée, était un contre-la-montre en style classique sur une distance de 1,08km sur le même terrain.
Afin de quantifier la performance des skieurs lors des 2 tests, les mesures spatio-temporelles de position (longitude, latitude, altitude), de temps, de vitesse et de fréquence cardiaque étaient enregistrées simultanément avec une image vidéo du skieur tout au long du parcours.
L’objectif principal de l’étude était la quantification de la performance de skieurs de fond en utilisant un GPS (système de positionnement global) et des enregistrements vidéo durant un contre-la-montre. Ceci fût possible grâce à l’analyse de la vitesse, de la fréquence de cycle, de l’amplitude de cycle, de la
59
fréquence cardiaque, du choix technique et leur relation à la performance (soit le temps total).
5.1.2 Sujets
11 athlètes canadiens en ski de fond (8 hommes et 3 femmes, âge moyen de 22±4 ans) ont été sélectionnés pour participer à cette étude, tous membres du Centre National d’Entrainement Pierre Harvey (CNEPH). 3 de ces athlètes étaient membres de l’équipe nationale canadienne sénior ou de développement junior. Un athlète était membre de l’équipe nationale canadienne et participait au circuit FIS de coupes du monde (niveau international). Tous les sujets dont les résultats sont exposés dans ce document ont signé un formulaire de consentement approuvé par le Comité d’éthique de la recherche de l’Université Laval.
5.1.3 Matériel
Le sac à dos moulant de marque Salomon pesait 1.24kg (matériel inclus). Le sac contenait un GPS et son antenne, un cardiofréquencemètre, un microcontrôleur ainsi qu’un mini-ordinateur (Figure 17). Le GPS (Ublox Xbee) était cadencé à 4Hz. L’antenne reliée au GPS était positionnée sur le haut du sac à dos, aimantée à une petite plate-forme métallique cousue à cet effet. La position de l’antenne correspondait approximativement à la position des vertèbres thoraciques T1 à T4 de l’athlète. Cette position assurait un minimum de distorsion des signaux lors des mouvements, ainsi qu’une visibilité optimale de l’antenne aux satellites. Des tests de validation ont montré que la variabilité des données de vitesse était de ±0.1 km/h. La variabilité des mesures spatiales de cet appareil a été testée lors de tests incrémentaux (décrit plus bas) et a été évaluée comme étant inférieure à 0.5 m. Le GPS était branché à un mini- ordinateur sans écran (fit PC2). Au moment des tests, l’athlète portait en tout
60
temps une ceinture thoracique de marque Polar WearLink Coded afin d’enregistrer des données de fréquence cardiaque (200 Hz). Un cardiofréquencemètre de marque Polar fût intégré dans le boîtier d’un microcontrôleur (Parallax Propeller) et les données étaient acquises à une fréquence de (200 Hz) à l’aide du même mini-ordinateur via une connexion USB. Le mini-ordinateur, le GPS et le microcontrôleur (parties les plus lourdes du système) étaient placés dans la partie la plus basse du sac à dos, se situant au niveau des vertèbres thoraco-lombaires de l’athlète. Ceci assurait une répartition du poids ainsi que la stabilité du sac, une fois fixé à l’athlète. La performance de chacun des athlètes était aussi filmée de dos à l’aide d’une caméra digitale (Point Grey Research, Firefly MV FMVU-03MTM). La caméra était fixée à l’aide d’un mini trépied portable sur le capot avant d’une voiture qui suivait l’athlète durant tout le parcours. Un ordinateur portable installé à l’intérieur de la voiture permettait l’acquisition des images à une fréquence de 30 Hz. L’enregistrement des données se faisait en temps réel à l’aide d’un logiciel d’acquisition développé sous l’environnement Matlab. Un ensemble de quatre diodes électroluminescentes était également connecté au mini- ordinateur. Afin de synchroniser l’acquisition des données GPS et de fréquence cardiaque avec les images vidéo, les diodes étaient allumées pour une brève période lors du début de l’acquisition des données sur le mini ordinateur. La première image montrant les diodes allumées correspondait à la première donnée acquise par le mini ordinateur lors de la performance.
61
Les athlètes portaient tous les mêmes paires de ski durant les tests (marque F1 sprint skate pour les deux tests). Le choix des bâtons était laissé libre, et la longueur de ces derniers variait légèrement selon la grandeur de l’athlète et le test.
5.1.4 Évaluation de la précision du système GPS
Deux tests ont été réalisés avant les protocoles en ski à roulettes afin de déterminer la précision des données spatiales du système GPS. Ces tests ont été effectués à l’aide d’un vélo instrumenté de marque TREK 4500, permettant de mesurer des vitesses et des distances à l’aide d’un odomètre instrumenté. Pour chacun des essais, le testeur, assis sur le vélo, portait le sac à dos expérimental décrit ci-haut renfermant le même contenu, dont le GPS Ublox Xbee cadencé à 4Hz. Pour ce test, l’antenne du GPS était positionnée au dessus de la roue arrière sur un support conçu à cet effet. Deux aimants étaient placés sur la roue arrière, au niveau des rayons à 180 degrés l’un de l’autre. Lors d’une révolution complète de la roue, chacun des aimants croisait un senseur magnétique connecté au mini-ordinateur. Une impulsion électrique était enregistrée pour chaque croisement. La circonférence de la roue (CR) était de 210.3 cm. La variabilité des mesures de distance totale parcourue mesurée à l’aide de la circonférence de la roue du vélo instrumenté (DT CR) a été évaluée comme étant inférieure à une demi-circonférence de roue (soit, 105.15 cm). La distance totale mesurée par circonférence de roue était obtenue à l’aide de la formule suivante :
DT CR (m) = CR/2*(nombre impulsions magnétiques)
Une caméra (Hero GoPro, 60 Hz) était placée sur le support au-dessus de la roue arrière et filmait le parcours latéralement. Des marqueurs terrestres, capter par la caméra, marquait clairement le début et la fin du parcours ainsi que des repères positionnés le long du parcours. Une diode électroluminescente,
62
connectée au mini-ordinateur, était placée devant l’objectif de la caméra. La première image montrant la diode allumée correspondait à la première donnée acquise par le mini ordinateur.
Un premier test a été réalisé sur une piste d’athlétisme de 422.37m (distance exacte).
La variabilité des mesures spatiales du GPS acquises au même moment a été évaluée comme étant inférieure à 0.5 m, selon la distance connue de la piste et le nombre total de révolutions de la roue arrière du vélo instrumenté.
Tableau 3. Distance totale mesurée par GPS (DT GPS, m) et distance totale mesurée par circonférence de roue (DT CR, m) sur la piste de 422.37m selon les différents essais
Essai DT GPS (m) DT CR (m) 1 421.1 420.6 2 415.9 416.4
Le deuxième test a été effectué sur le site expérimental. Une distance de 2190 (±3.6) m pour le parcours « style libre » a été mesuré à l’aide du vélo instrumenté. La variabilité des mesures spatiales du GPS acquises au même moment, selon les mêmes marqueurs terrestres a été évaluée comme étant inférieure à 0.5 m.
Tableau 4. Distance totale mesurée par GPS (DT GPS, m) et distance totale mesurée par circonférence de roue (DT CR, m) sur le parcours « style libre » selon les différents essais
Essai DT GPS (m) DT CR (m) 1 2187 2187.3 2 2194 2194.1 3 2189 2188.5
En général, la littérature suggère qu’un GPS à fréquence d’acquisition plus élevée (ex : 10 ou 15Hz) fournie une meilleure validité sur la mesure des distances parcourues et de vitesse en minimisant les problèmes liés à l’échantillonnage (Jennings 2010, Aughey 2011et Varley 2012). Dans cette
63
étude, il sera intéressant d’analyser la validité des données recueillies par un GPS de 4Hz. Selon le théorème de Nyquist-Shannon, pour assurer la qualité des données d’un GPS 4Hz, une fréquence de cycle (nombre de poussées par seconde) de 2Hz ne peut être excédée. En général, comme vu ci-haut, les plus hautes fréquences de cycle enregistrées en ski de fond n’excèdent pas 1,5Hz en style libre et en technique double poussée style classique.