Les systèmes d’enregistrement et d’analyse quantitatifs dans le football

Les systèmes d’enregistrement et d’analyse quantitatifs dans le football

N. Bekraoui a, G. Cazorla b, L. Léger a,∗
a Département de kinésiologie, université de Montréal, CP 6128, succursale Centre-ville, 2100, boulevard Éduard-Montpetit, Canada
b Service des épreuves d’effort, hôpital cardiologique du Haut-Lévêque, université de Bordeaux 2, 33604 Pessac, France
Recu le 7 janvier 2010 ; accepté le 16 mars 2010



Résumé

Objectifs. — Recensement des différents systèmes d’enregistrement et d’analyse utilisés dans le football.

Actualité. — Les systèmes d’enregistrement et d’analyse du football permettent aux entraîneurs d’obtenir des informations précises et complètes afin d’optimiser la préparation des joueurs.

Perspectives et projets. — Le football se cherche toujours une technologie valide et fiable pour son analyse. Le GPS en est une qui peut dans un avenir proche remplacer ou complémenter des systèmes existants. Aucun système d’enregistrement et d’analyse n’est parfait pour étudier in situ la totalité des actions du football. En revanche, la combinaison de deux ou plusieurs systèmes permet d’obtenir une image plus complète et représentative de la réalité.

Conclusion.—Aucun système d’analyse ne peut mesurer tous les paramètres d’un match de football. Un outil qui combinerait Vidéo et GPS à haute fréquence d’échantillonnage (> 5 Hz) serait probablement la meilleure voie d’avenir à tester et à valider.

1. Introduction

L’objet de la présente revue de littérature porte sur les moyens techniques utilisés pour observer, analyser et quantifier les efforts au cours de matchs de football. S’appuyant sur de nombreuses techniques qui ont évolué au fil des années, cette première phase d’observation a permis de mieux comprendre les exigences et la logique interne du match conduisant à une meilleure définition de charges d’entraînement subséquentes.

Couplée à l’analyse des évènements du match, d’archaïques ces techniques d’observation ont pu bénéficier d’avancées technologiques relevant de la recherche pour devenir aujourd’hui des instruments de plus en plus sophistiqués à la disposition des entraîneurs résolument tournés vers le progrès.

L’intérêt grandissant de la recherche, plus particulièrement pour le football, est mis en évidence par l’organisation d’une série de six congrès World Congress of Science and Football. Les actes de ces congrès, sous le titre Science and Football (I, II, III, IV,V et VI) [1—6] permettent non seulement de découvrir nombre des techniques d’analyses utilisées en football, mais aussi d’en suivre l’évolution entre 1987et 2007, dates des premiers et derniers congrès.

D’une certaine manière, l’ensemble de ces recherches ont contribué aussi et continue de le faire, à l’évolution du football. En effet, elles ont permis et permettent de mieux connaître l’évolution des besoins physiologiques de ce sport et ainsi de mieux planifier, éviter ou limiter les états de fatigues, voire de surentraînement des joueurs.

Pour autant, toutes ces techniques n’ont pas le même niveau de fiabilité. Chacune présente des avantages et des inconvénients qu’il importe de connaître pour tenter d’identifier les meilleures d’entre elles, voire d’en développer de nouvelles et ce, afin d’obtenir une analyse le plus proche possible de la réalité tant au plan tactique que technique, physique ou statistique.

L’objet de cet exposé est donc de tenter de réaliser un bilan critique de ces différentes techniques.

1.1. Importance de l’observation et de l’analyse du match

L’évolution d’un sport passe par une «analyse critique» c’est-à-dire l’interprétation de données recueillies au moyen d’une technique d’observation particulière. Cependant, pour qu’une technique soit fiable, elle doit répondre à des conditions métrologiques de validité et de reproductibilité bien précises. Citant Clarke (1964) Reilly [7] définissait le degré de fiabilité d’une méthode comme étant « le degré de consistance avec laquelle l’outil de mesure peut être utilisé ». Par exemple, un outil qui sert à mesurer la distance, peut être fiable dans le sens qu’il donnera toujours la même distance, mais pour qu’il soit valide, il faut que la distance mesurée reflète aussi la réalité.

Deux types d’analyses, qualitatives et quantitatives doivent être utilisés. L’une complète l’autre, mais le degré de difficulté dans la réalisation est différent. En effet, l’analyse qualitative est plus difficile et plus compliquée à réaliser car elle demande une formation spécifique des observateurs qui peut s’avérer aussi bien avantageuse que handicapante. Comme le rapporte Franks [8] qui, après avoir demandé à des novices et à des experts d’analyser la performance de gymnastes, a trouvé que les experts sont plus enclins à commettre des fautes de jugement, car ils se sentent obligés de trouver « la faute ». Il a aussi trouvé que la trop grande spécialisation des connaissances des entraîneurs et leur excès de confiance sont des facteurs à ne pas négliger, car ils ne sont pas portés à remettre en question leur compétence à analyser et à juger.

La philosophie et le vécu de l’observateur doivent aussi être pris en considération. Par exemple, lorsque jugé par un spécialiste anglais, un joueur d’Amérique latine ou un joueur africain évoluant dans le championnat de football anglais sera considéré comme très doué techniquement (dribble et touché de balle). En revanche, entouré de nombreux joueurs jouissants de capacités techniques similaires, il n’apparaîtra qu’ « ordinaire » dans son championnat national. L’atteinte de résultats objectifs et généralisables à partir de l’analyse qualitative est donc très difficile. En revanche, une analyse quantitative est beaucoup plus facile, ou tout au moins plus objective à réaliser et les résultats ne sont pas affectés par la subjectivité de l’observateur [9]. Par exemple, une étude qui porte sur les qualités physiques d’un joueur durant un match ou sur les charges externes observables (nombre d’actions, distances parcourues, types de déplacements) et leurs répercussions internes (coût énergétique, fréquence cardiaque, etc.) n’est pas mise en cause par la subjectivité de l’évaluateur puisque les protocoles à suivre sont similaires pour chaque sujet.

L’analyse engendre un phénomène important d’informations et de rétroactions pour le footballeur. En effet, qu’il soit qualitatif ou quantitatif, le bilan des performances obtenues permet au sportif de mieux se connaître. L’information et la rétroaction qui en résultent, se manifestent de deux facons. Intrinsèque, elle correspond à l’information obtenue grâce à la proprioception de sportif sur les différentes réactions de son corps par rapport à l’exercice et à l’effort fourni, mais aussi extrinsèque par l’information obtenue grâce aux observations vidéo et de l’analyse de l’entraîneur, information qui dans la plupart des cas permet de déterminer les limites technico tactiques du sportif [10]. La combinaison de ces deux types d’informations/rétroactions permet donc de dresser un bilan qualitatif et quantitatif de la performance de l’athlète et de mettre en place un travail plus spécifique lors de sa préparation physique.

Sans pour autant nier l’importance de l’analyse qualitative, nous limiterons l’objet de notre étude aux différentes approches utilisées pour l’analyse quantitative. Selon les ressources et le personnel disponibles, les moyens utilisés peuvent parfois être rudimentaires (crayon et papier), ou très sophistiqués (vidéo informatisée). Les coûts sont bien sûr différents et les résultats ne sont pas toujours garantis.

Certains entraîneurs se passent de l’enregistrement systématique (notes écrites, symboles ou enregistrement électronique), se référant à leur seule mémoire pour se sou- venir des évènements d’un match ou s’appuyant sur des programmes informels basés strictement sur la mémorisation. Ces programmes apprennent non seulement à retenir plus d’informations, mais aussi à distinguer l’information utile de l’information secondaire. De même, contrairement au spectateur qui ne suit que le ballon, l’entraîneur expert aura une vision plus périphérique du jeu et essaiera d’en retenir les éléments clefs. Avec l’expérience, il arrivera aussi à retenir une quantité étonnante d’informations.

Même si beaucoup d’entraîneurs se fient à leur capacité de mémorisation, cette fa ̧con de procéder est malgré tout loin d’être suffisante. Ainsi, il a été démontré que même pour un entraîneur de niveau international, seul 45 % de ce qui se passe lors du match ne sont retenus et que la proba- bilité de se rappeler tous les moments critiques d’un match n’est que de 42 %. En fait, les entraîneurs se rappellent avec plus de précision des situations de balles arrêtées que des situations de jeux fluides [11]. Par exemple, lorsqu’il y a un coup franc ou un coup de coin, non seulement le jeu est arrêté, ce qui permet à l’entraîneur d’analyser tout ce qui passe autour, mais aussi de ne se concentrer que sur une seule situation de jeu à la fois. Toutefois, lorsque le ballon est remis en jeu, l’entraîneur se trouve face à une multitude d’actions prenant place simultanément (porteur du ballon, défenseur, attaquants réalisant des courses. . .). Le meilleur moyen d’obtenir un nombre plus important d’informations est donc d’utiliser un moyen d’observation formelle.

L’observation rapportée n’est pas une technique nouvelle. Bien que les systèmes d’observation existent depuis plusieurs milliers d’années, elle ne fut vraiment établie qu’au xie siècle, avec les notes de musique. Aujourd’hui, l’observation vidéo informatisée est un outil indispensable auquel font appel tous les domaines. Cet outil facilite l’enregistrement et le stockage de grandes quantités de données. L’information enregistrée dépend non seulement du système utilisé mais aussi du but de l’analyse. Par exemple, un système qui donne accès à de l’information sur les schémas tactiques ne donne pas nécessairement de l’information sur l’aspect physiologique.

2. Description, utilité et limites des techniques d’enregistrement

2.1. Enregistrement manuel

L’enregistrement manuel est une technique peu coûteuse, accessible à tous et sans difficulté matérielle importante (transport d’équipement lourd, installation et étalonnage d’équipements électroniques sophistiqués, accès a l’électricité. . .). En général, le matériel requis se limite à des crayons et du papier. Cette technique a été l’une des premières utilisées pour enregistrer de l’information.

Malheureusement, elle ne présente pas que des avantages. Elle nécessite plusieurs heures de formation des observateurs et d’analyse des données recueillies ; de plus, chaque observateur ne peut suivre qu’un seul joueur à la fois afin d’enregistrer toute son activité du début à la fin du match ; à cela, vient s’ajouter le travail que doit faire la personne chargée de l’analyse des données [10,12,13].

Éviter les erreurs l’enregistrement manuel directement en cours de match, requiert une grande simplicité dans le choix des symboles ou codes de notation et un nombre limité de types d’actions à enregistrer. En effet, plus les codes sont simples, plus facile sera la tâche de l’observateur et moins d’erreurs seront commises. Aussi le nombre de types d’actions à enregistrer ne doit pas être trop élevé, surtout si l’information est recueillie durant le match et non durant une rediffusion vidéo qui permet le ralenti ainsi que le visionnement répétitif d’actions que l’observateur aura manquées. Goubet [14], Farhi [15] et Zazoui [16] ont utilisé cette technique d’analyse manuelle durant le visionnement vidéo de matchs, avec pour but une analyse quantitative combinée avec une analyse qualitative.

L’un des problèmes que pose l’enregistrement manuel vient aussi du fait que certaines données comme la vitesse de déplacement et la distance totale ne sont pas obtenues en temps réel et demande donc des heures supplémentaires de calcul avant de passer à la phase de l’analyse.

À titre d’exemple, les observateurs utilisés par Sander- son [10,17] dans l’analyse d’un match de squash d’une durée d’une heure ont eu besoin de cinq à huit heures de formation et de 40 heures de travail pour organiser les données obtenues. Les observateurs ont eu aussi besoin de 20 à 30 feuilles pour enregistrer l’information recherchée.

Avec l’évolution technologique, l’analyse quantitative fait de moins en moins appel à la l’enregistrement manuel. La vidéo informatisée a, en effet, pris le relais et est utilisée de plus en plus par les clubs de football.

2.2. L’enregistrement audio

L’enregistrement audio a très peu été utilisé dans l’analyse quantitative du football. Reilly et Thomas [7] et Yamanaka et al. [18] ont fait appel à l’enregistrement audio lors de leurs analyses respectives sans l’utiliser de façon similaire. Ces derniers ont utilisé cette technique afin de mettre en mémoire les actions que leur système ne pouvait pas enregistrer comme, les sauts, les contacts avec le ballon, les têtes et les tacles, alors que Reilly et Thomas ont enregistré les différents types de déplacements préalablement classifiés grâce à la longueur et la fréquence des foulées et en s’aidant de repères spatiotemporels : échelle réduite sur papier du terrain et traces de la tondeuse sur la pelouse des stades où les matchs analysés ont eu lieu. Reilly et Thomas [7] ont aussi démontré que comparée à l’analyse vidéo, la technique pouvait être précise. En effet, lors de leur étude de validation, ils ont obtenu un bon degré de fiabilité moyen pour toutes les activités qu’ils ont recensées, marche arrière, marche avant, course lente, course rapide et sprint (r = 0,95).

L’enregistrement audio présente l’avantage d’enregistrement d’un nombre important de données, mais demande beaucoup de temps pour convertir ces données verbales en informations utiles pour l’analyse. La compilation des données recueillies par enregistrement audio ainsi que leur analyse ne peut donc se faire qu’en différé.

2.3. Enregistrement vidéo non informatisée

L’enregistrement vidéo non informatisée est aujourd’hui le moyen le plus utilisé par les entraîneurs et chercheurs. La vidéo permet un accès illimité à tout ce qui se passe sur le terrain. L’observateur contrôle les limites temporelles puisque l’analyse des données ne se fait pas en temps réel. En effet, l’avantage du visionnement en différé de l’enregistrement est de permettre des retours en arrière ou encore le ralenti. In fine, l’enregistrement vidéo non informatisé sert de sauvegarde et augmente la fiabilité et le nombre des données recueillies mais doit être complété d’une compilation et d’une analyse manuelle réalisée en différé. Cette technique passe par l’utilisation de caméras vidéo dont le nombre varie selon les systèmes utilisés, informatisés ou non.

Par définition, l’enregistrement par vidéo non informatisée est un enregistrement vidéo combiné avec une analyse manuelle. Mais il existe deux types d’analyse manuelle, une se servant de papiers et d’un crayon [7] et l’autre utilisant un clavier codifié [9].

L’enregistrement manuel avec vidéo et sans ordinateur peut être affecté par la technique d’analyse. Par exemple, Bangsbo et al. [19] ainsi que Mohr et al. [20] utilisèrent un système similaire à celui retenu par Goubet [14], Farhi [15], Zazoui [16], Cazorla et al. [21] et par Reilly et Tho- mas [7] pour catégoriser les intensités de course, mais avec une technique différente pour y parvenir. À la différence de Bangsbo et al., Mohr et al. ont utilisé un ordinateur pour codifier les différents types de course sans pour autant que les données soient traitées et classées par une technique informatisée. Ainsi, ces auteurs ont pu mesurer les vitesses moyennes de déplacements des différents types de courses sans recourir à la mesure de la longueur des foulées. Les sujets réalisèrent des déplacements filmés à différentes vitesses de course sur une distance connue. Ces enregistrements ont ainsi permis à Bangsbo et al. d’analyser en détail les vitesses avant de les classifier en différentes catégories. L’enregistrement du match a été projeté sur écran de télé et visionné par un observateur muni d’un chronomètre qui reconnaissait et enregistrait les différentes vitesses grâce à des marqueurs préalablement placés sur le terrain. La distance totale est obtenue en multipliant les différentes vitesses par leurs durées respectives avant d’en faire la somme.

Dans le cas de l’utilisation de la longueur des foulées [7,15], les vitesses sont calculées selon la fréquence de foulées mesurées, les sujets se déplaçant à différentes vitesses entre deux points sur une distance connue. La longueur de la foulée pour chaque vitesse est alors calculée en divisant le nombre de foulées par la distance. On peut raisonnablement se demander si les différences observées entre les résultats rapportés par ces auteurs (Tableau 1 ) sont dues à la technique de mesure utilisée ou à de réelles différences.

Avec l’utilisation de l’enregistrement manuel par clavier d’une unité informatique, le problème se situe au niveau de l’entrée très complexes des données comme le décrivent Hughes et Franks [10], chaque action porte un code spécifique (Tableau 2), ce qui peut s’avérer très complexe pour l’observateur. L’usage du clavier QWERTY est le plus commun, mais dans certains cas, des claviers spécifiques aux besoins de l’étude sont utilisés. En général, le clavier est adapté aux besoins et est divisé en différentes parties, chaque partie correspondant à un type d’action spécifique. Cette méthode a pour but d’enregistrer un maximum de données et de faciliter la tâche de l’observateur.

Enfin, rappelons que même si les enregistrements vidéo permettent de visionner plusieurs fois le déroulement du jeu et ainsi, d’apporter plus d’exactitude aux analyses effec- tuées tout en augmentant le nombre d’actions à analyser, la saisie même des données, réalisée en différé à partir de l’enregistrement vidéo, prend beaucoup plus de temps que le simple enregistrement manuel en temps réel.

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2.4. Enregistrement par vidéo informatisée

Il existe des systèmes de vidéo informatisés qui permettent simultanément l’enregistrement et le traite- ment de l’activité sans l’intervention d’un observateur. L’enregistrement vidéo est directement traité par un logiciel. L’objectivité de la personne chargée de l’analyse ne peut affecter la valeur des données obtenues sauf dans le cas des calculs par trigonométrie. Dans ce dernier cas, chaque joueur participant à l’étude est suivi par deux caméras montées sur des trépieds munis d’un potentiomètre [22—25] (Fig. 1) et dirigées manuellement. Au moyen d’un convertisseur analogique—digital un étalonnage sur des variations angulaires connues permet de convertir les données du potentiomètre (volts) en données angulaires (degrés). Les données sont mises en mémoire au 0,1secondes puis, par calcul trigonométrique, la distance parcourue entre deux points peut être calculée ainsi que la vitesse de déplacement avec le temps mis pour aller d’un point à l’autre grâce à l’horloge interne des caméras-vidéos.

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Avec ces techniques, les déplacements sur le terrain peuvent aussi être enregistrés en continu. Mais le fait que la vitesse soit obtenue à partir du mouvement de la caméra, la concentration et l’agilité de la personne qui filme peuvent affecter la valeur des données enregistrées. Ces erreurs sont minimisées en compilant la moyenne mobile de cinq secondes. Si le joueur disparaît du champ de vision de la lentille, cela peut aussi être corrigé en tracant les graphes de déplacement et de vitesse en fonction du temps mesuré de minute en minute et en corrigeant au besoin.

Il existe des systèmes d’enregistrement par vidéo qui sont indépendants dans leurs prises de données comme par exemple le system Analyseur modalisateur, informatique des sports collectifs (Amisco) [26] La personne chargée de l’analyse des données n’a aucun contact avec les caméras. Les données sont affichées sur l’écran d’un ordinateur pour une analyse en temps quasi réel, du moins avant corrections. Pour avoir les résultats de chaque joueur, il faut autant de paires de caméras avec potentiomètre et de cameramen que de joueurs, ce qui représente un travail colossal surtout s’il faut faire un contrôle de qualité pour apporter d’éventuelles corrections.

Une autre technique, est celle qui consiste en la projection des matchs enregistrés sur vidéo sur un plan bi-axial (xy) [27]. Les vitesses prédéterminées de déplacements sont les mêmes que celles décrites dans le Tableau 1 et utilisées par Bangsbo et al. [19] Prise aux deux secondes, la position du joueur est représentée par (x1 et y1 pour la position 1et x2 et y2 pour la position 1+1s). La distance D, est calculée grâce à la formule « D = ((x1x2)2 + (y1y2)2) ».

Remarquons cependant que, malgré la précision apparente des calculs proposés, aucune vérification expérimentale de leur validité n’a été proposée par les concepteurs et les utilisateurs.

Un des systèmes de vidéo informatisée surtout utilisé en Europe et commercialisé sous le nom Amisco, (http://www.sport-universal.com) permet de suivre et d’analyser la totalité des actions de match de tous les joueurs d’une équipe. Contrairement aux systèmes pré- cédents, celui-ci ne suit pas un seul joueur à la fois, mais possède un ensemble de caméras (entre six et huit) capables de suivre l’activité des 22joueurs. Ce système enregistre 25 images par seconde et donne une vitesse de déplacement toutes les 0,6 secondes. Les données enregistrées sont traitées par un logiciel qui permet d’en faire une analyse qualitative ou quantitative selon les besoins du chercheur. Amisco est un système très évolué qui donne une foule de statistiques individuelles et collectives en temps quasi réel et en continu sous forme de valeurs instantanées ou de courbes en fonction du temps, depuis le début du match. Amisco est un service géré par une firme privée qui fait l’analyse entière d’un match et qui livre un produit sur DVD. Le contenu de cette analyse est fort varié. Outre les distances, déplacements et vitesses, avec ou sans balle, il donne des statistiques individuelles et collectives sur les tirs au but et les passes réussies ou non avec leur trajectoire et distance, les déplacements de groupuscules de joueurs sélectionnés afin de vérifier et corriger les schémas tactiques, les évènements (nombre de hors-jeu, fautes, coups francs, jets de coin, touches et tirs),

Les distances parcourues peuvent être réparties en marche (0—7km/h), jogging (7à 14km/h), course rapide (14 à 21 km/h) et sprint (+21 km/h). L’état physique en cours est différencié en rouge. Ces seuils par défaut sont modifiables dans le mode options.

Pour souligner le haut niveau d’évolution du système, on peut détailler quelques éléments de l’analyse effectuée au niveau des transmissions de balle par exemple.

La « liste des transmissions » détaille chaque transmission de balle effectuée pendant la partie. La table indique : le joueur qui l’a réalisée ;la période et le temps exact de la transmission ; si celle-ci a été faite en remise en jeu, et si oui sur quelle remise ; son résultat( l’événement suivant);sa longueur;son effet et sa zone d’arrivée (pour les centres uniquement, cf. concepts) ;le nombre de joueurs dépassé vers l’avant ou vers les

côtés.

Le « tableau joueur » offre un résumé des transmissions des joueurs sélectionnés, à partir des champs suivants :ombre de transmissions sur la période sélectionnée de temps ;nombre de,transmissions réussies sur la période sélectionnée de temps ;pourcentage de réussite sur la période sélectionnée de tempspourcentage de transmissions sur la période sélectionnée, par rapport au total du match ; longueur moyenne ;vitesse du ballon;ballons perdus;moyenne de joueurs dépassés.

Enfin, les paramètres analysés sont répertoriés en trois grandes catégories, c’est-à-dire les transitions, les positions de jeu, l’analyse de jeu et l’implication physique (Tableau 3).

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Ce qui est moins évident avec de système Amisco est la technologie utilisée pour parvenir à un tel niveau d’analyse ainsi que la marge d’erreur des faits rapportés. Par exemple, les caméras doivent suivre les déplacements individuels des joueurs qui se distinguent par leur numéro alors que divers algorithmes permettent de départager les joueurs lors du croisement fréquent de ceux-ci en situation de jeu, quitte à apporter des corrections en cours d’enregistrement par l’entremise d’opérateurs qui observent continuellement le jeu. Bien que les rapports fournis apparaissent cohérents, on ne connaît pas encore toutes les sources d’erreurs du système et leur ampleur. Mais quelques études nous en donnent un apercu. Retenons que les distances totales parcourues sur un match sont en moyenne nettement plus importantes que celles rapportées dans les études antérieures ayant utilisées d’autres approches toutes catégories de joueurs confondus (14 versus 10 km) [26]. Une étude sur ce système montre qu’il n’est valide que pour la marche, les courses lentes et rapides avec et sans ballon mais non pour les sprints avec et sans ballon [28]. Les courses dans le football sont beaucoup plus variées, des courses croisées, des duels à deux ou plus dans certains cas. Dans la continuité des travaux déjà initiés [26], le système Amisco devra être validé à partir de parcours normalisés ou balisés (distances parcourues et vitesses moyennes par segment de course avec croisements de joueurs) reproduisant hors match des actions qui se déroulent habituellement au cours d’un match.

Des tests de validation plus poussés sont nécessaires afin de déterminer l’utilité et les limites de ce système étant donné que les distances répertoriées sont largement supérieures à celles rapportées dans la littérature.

En résumé, la vidéo informatisée est un moyen qui facilite l’enregistrement d’un très grand nombre de données. Néanmoins, elle demande du personnel qualifié. Les résultats obtenus ne sont pas automatiquement justes et valides et surtout ne peuvent pas être immédiatement vérifiés car ils demeurent la propriété de la firme distributrice, la taille du matériel limite la mobilité, rend le transport difficile ou bien requiert l’équipement fixe de certains stades. À cela viennent s’ajouter des coûts élevés du matériel (30000 $) et des services d’analyse qui doivent être réalisés par la firme distributrice de ce genre de système d’enregistrement et d’analyse.

2.5. Système de navigation par satellites

Le système de navigation par satellites Global Positioning System (GPS) est une technique qui permet de déterminer avec précision,la position d’un sujet sur terre ainsi que, sa vitesse de déplacement instantanée, sa direction, la distance parcourue et la durée du déplacement [29]. La précision est directement affectée par plusieurs facteurs comme la qualité de l’unité, l’heure de la journée durant laquelle les mesures sont prises, la présence de bâtiments à proximité, l’emplacement de l’unité sur le corps du sujet et la qualité des signaux qui sont mieux reçus quand les satellites sont à l’horizon plutôt qu’au zénith.

Le GPS a été initialement conçu en 1970 pour servir l’armée et le système américain de défense. Jusqu’en mai 2000, le département américain de défense a volontairement brouillé les signaux satellites limitant ainsi la précision des mesures à ±30 m (selective availability ou SA). La disparition du SA a permis de réduire l’erreur à moins de 15 m. Par la suite, grâce à l’introduction du «Differential Global Positioning System » (DGPS) qui s’appuie sur l’utilisation de stations fixes (voir plus loin), l’erreur a été réduite à ±5 m. Enfin, l’introduction du Wide Area Augmentation Sysem (WAAS), qui grâce à 25 stations références fixes à travers les États-Unis d’Amérique et deux stations dites principales, l’une sur la côte Est et l’autre sur la côte Ouest, permet d’améliorer la précision à moins de 3 m et ce à 95 % du temps du temps d’utilisation (Fig. 2).

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Toutes ces nouvelles options sont gratuites pour les usagers et accessibles aux unités GPS vendues au public. Notons cependant que le WAAS n’est accessible que pour les applications en Amérique du Nord.

Le GPS est intéressant puisqu’il donne de fa ̧con instan- tanée accès aux vitesses de déplacements et à la distance parcourue. Essayons maintenant de simplifier le processus par lequel le GPS obtient ces informations.

Le GPS détermine la position en calculant le temps que mettent les signaux radio transmis par chaque satellite pour atteindre le récepteur sur terre. Les signaux sont envoyés de fa ̧con synchronisée par 27satellites en orbite. Chaque satellite offre une multitude de positions possibles qui font un tracé sphérique autour celui-ci. Pour cette raison, il est nécessaire d’utiliser plusieurs satellites à la fois dont l’intersection des sphères représente la position sur terre (Fig. 3).

Une très bonne réception de 11 Satellites est requise pour que le système de navigation fonctionne sans trop d’erreurs vu que les satellites gravitent autour de la terre et se relaient pour envoyer les signaux vers le récepteur.

Trois satellites au moins sont nécessaires pour obtenir la vitesse, la distance parcourue et la localisation, alors qu’un quatrième satellite permet d’obtenir l’altitude. Les trois ou quatre satellites offrant la meilleure réception sont retenus puis, la distance séparant le satellite et le récepteur GPS, est estimée à partir du temps mesuré que met le signal pour parvenir au récepteur et de la vitesse connue de propagation de l’onde radio. Par trigonométrie, la position terrestre du récepteur GPS est ensuite calculée à partir des trois distances récepteur/satellite préalablement calculées. La position obtenue à partir des calculs, est corrigée grâce à la présence de stations références immobiles (DGPS), qui sont en fait des récepteurs GPS de très haute performance, dont l’emplacement est connu. Les changements successifs de position permettent alors de déterminer la distance parcourue, la trajectoire suivie et la vitesse de déplacement, et ce, de fa ̧con absolue ou dans chacun des trois axes (longitude, latitude et altitude) [30].

Pour l’utilisation de cette technique, les unités les plus adaptées au football par leur taille et leur poids (pas plus grand qu’un téléphone cellulaire) ont une fréquence d’échantillonnage de 1 Hz (une mesure par seconde) et ont une mémoire avec assez d’espace pour contenir plus que les 5400 secondes nécessaires pour un match de football au complet. Selon notre propre expérience, les sujets équipés d’une unité GPS (MAP76s, Garmin États-Unis) peuvent jouer leur match sans gêne. L’unité est légère (200g) et est placée dans un mini sac à dos avec bande élastique et velcro pour limiter le ballottement lors du déplacement du joueur. Auparavant, nous avons vérifié avec succès, la capacité du GPS à déterminer: la vitesse de déplacement, les changements de direction et la distance totale couverte par l’intermédiaire de parcours balisés et de tests à vitesses prédéterminées (course progressive sur tracé navette de 20 m, test progressif Léger-Boucher de course sur piste de 400m et parcours zig zag sur 20m) [31—33] nos résultats rapportent une sous-estimation moyenne de la vitesse de 0,5 km/h. Avec une fréquence d’échantillonnage similaire de 1Hz, Lep et al. [34] ont validé la capacité à acquérir les vitesses de déplacements et ont obtenu une corrélation (r = 0,97) entre la vitesse donnée par le GPS et la vitesse dérivée à partir du temps ainsi qu’une précision de positionnement égale à 1,41 m avec Differential Global Positioning System (DGPS). En ce qui concerne la précision dans la détermination du positionnement, Larsson et al. [35] ont trouvé que leur unité donnait une erreur de positionnement de 2 m et une erreur moyenne de 0,80 m sur la distance totale parcourue par rapport à la distance réelle du parcours utilisé. À titre comparatif, l’unité utilisée dans cette étude pesait 1100 g ce qui représente presque six fois le poids de l’unité que nous avons utilisée pour notre étude de validation [31] et n’échantillonnait qu’une fois toutes les cinq secondes (0,2Hz). Avec une fréquence presque similaire (0,16Hz), Schutz et Herren [36] ont obtenu une variabilité de ±0,2 km/h, ce qui dans ce cas, est très négligeable lorsque l’on calcule les coûts énergétiques de fa ̧con indirecte à partir des vitesses, surtout que les vitesses atteintes étaient de l’ordre 25 km/h dans cette étude.

En utilisant une unité GPS qui donne les vitesses moyennes sur une minute, Schutz et Chambraz [29] ont obtenu une corrélation (r = 0,99) entre les vitesses GPS et les vitesses calculées manuellement, avec une erreur systématique égale à 1,1 km/h pour la marche, 0,7 km/h pour les déplacements à pied à des vitesses comprises entre 2 et 20 km/h et 0,8 km/h pour le vélo sur des vitesses inférieures à 40 km/h.

Edgecomb et Norton [37] ont comparé la mesure de la distance rapportée par GPS et par vidéo informatisée (CBT). Par rapport à des distances respectives de 125 et 1386 m mesurées par un podomètre à roue préalablement calibré, ces auteur ont trouvé des corrélations (r = 0,998) avec le GPS et (r = 0,999) avec le système informatisé.

Les fortes corrélations et les erreurs systématiques négligeables obtenues, permettent de conclure que la technique du GPS est prometteuse pour mesurer des vitesses modérées. Le GPS s’avère donc être un outil utile dans la mesure des distances, des vitesses et dans la détection des changements de direction. À partir de ces résultats et aussi, sachant que les joueurs de football dépassent très rarement les 25 km/h (entre 0,7 et 3 % du temps) [19,21,27,38], le GPS paraît idéal pour obtenir les vitesses de déplacements et les distances parcourues dans le football [26].

Contrairement à l’analyse par vidéo, les données mises en mémoire par le GPS sont obtenues immédiatement après la fin de l’activité en téléchargeant le contenu de la mémoire du GPS (±10s) vers un ordinateur. Ces données peuvent aussi être obtenues en temps réel par télémétrie,malheureusement cela est beaucoup plus complexe et coû- teux.

Un exemple de fichier de données obtenues par GPS est présenté dans le Tableau 4. Nous pouvons remarquer que la distance est cumulative, et que chaque seconde d’enregistrement correspond à une vitesse, altitude, latitude et longitude. Ces deux dernières valeurs, sont importantes pour avoir le tracé des déplacements du joueur (Fig. 4).

Les systèmes d’enregistrement et d’analyse quantitatifs dans le football

Les systèmes d’enregistrement et d’analyse quantitatifs dans le football

Grâce à leur poids léger et leur programmation facile, les nouvelles unités GPS sont faciles à manipuler, mais ne peuvent suivre qu’un seul sujet à la fois à moins de posséder plusieurs unités. Contrairement à la vidéo à l’audio et à l’enregistrement manuel, le GPS permet d’obtenir le nombre d’arrêts complets d’un joueur mais sans en expliquer la cause. De même, on ne sait pas si le joueur se déplace en pas chassés, en course arrière ou avant. . . Malgré ces limites, comme les données sont prêtes à être analysées sans trop de manipulations, cela fait du GPS un outil intéressant dans l’étude des actions du football lors de la simulation de matchs ou de matchs d’entraînement puisque la réglementation ne permet pas le port de tels appareils en compétition officielle. Ajoutons que la mise en vente ou la mise en disponibilité d’unités petites et légères ayant des fréquences d’échantillonnage supérieures à 5Hz ou mieux de 30 Hz ou plus, permettrait de mieux capter les accélérations, changements de direction et sauts rapides qui ne peuvent être saisis à 1Hz. Actuellement, les unités possédant les fréquences désirées sont inutilisables en match officiel de football en raison de la réglementation ainsi que de leur poids et taille.


2.6. Utilisation de l’accéléromètre

L’accéléromètre est une technique très utilisée en biomécanique. Comme son nom l’indique l’accéléromètre détecte les accélérations du corps suivant différents axes. Certains accéléromètres sont triaxiaux et détectent donc le mouvement dans un espace tridimensionnel, avec trois axes orthogonaux indépendants (horizontal, vertical et latéral). La somme des trois vecteurs qui est le vecteur magnitude (VM), est obtenu en utilisant la formule VM =√(x2 + y2 + z2) Les données calculées s’expriment en unités de déplacement et en unités de dépense énergétique. La dépense énergétique est la somme du coût énergétique au repos plus le coût énergétique nécessaire pour faire un déplacement sur l’axe X, Y ou Z (pour les accéléromètres triaxiaux).

En général, l’accéléromètre est utilisé pour quantifier l’activité physique modérée, détecter les changements de vitesses importants, mais sur des parcours plats, sans pentes, car l’accéléromètre est insensible à ce niveau [39] tout comme ils sont insensibles aux déplacements à vélo lorsque qu’ils sont portés à la hanche.

Les fréquences d’échantillonnage vont d’une mesure par seconde (1 Hz) [39—41] à une centaine de mesures et plus par seconde (> 100 Hz) [42]. La fréquence utile varie selon les besoins de l’étude. Pour suivre et mesurer l’activité physique des sujets pendant une semaine ou même une jour- née, la mémoire des appareils limite souvent la fréquence d’échantillonnage. On se limite alors à des fréquences de 1 Hz en présumant que sur de telles périodes il sera possible de discriminer les plus actifs des moins actifs et aussi de quantifier la dépense d’énergie même si des actions brèves et soudaines (sauts, sprints) ne peuvent de toute évidence être détectées à cette fréquence. D’ailleurs, plusieurs études ont comparé et validé ce type d’accéléromètres par rapport à des questionnaires [43,44] la mesure de la dépense d’énergie par l’eau doublement marquée [45] ou même la mesure de V ̇O2 [39,41,46—48]. Pour des activités plus courtes (1—2heures), une fréquence plus élevée est appropriée pour obtenir une représentation plus juste de la réalité.

Dans le cas du football, l’accéléromètre peut être utile vu qu’il permet de détecter les activités en 3D. A priori et à fréquence élevée (>30Hz), l’accéléromètre placé à la hanche devrait permettre de quantifier les accélérations soudaines et courtes et même les sauts verticaux sans toutefois pouvoir les identifier de facon précise à moins de coupler cette mesure à une analyse vidéo. Porté au pied, l’accéléromètre devrait aussi être sensible aux frappes de balles. Malheureusement, les accéléromètres ne sont pas encore au point pour être utilisés dans le football. Les unités à haute fréquence n’ont été testées qu’en ligne droite et sur des distances courtes sans changement de direction. Or, comme nous connaissons la nature intermittente et aléatoire des vitesses de déplacement en football, l’utilité des accéléromètres apparaît donc bien restreinte pour l’analyse de ce sport. De plus, le fonctionnement de ces unités peut être déréglé par des courses durant lesquelles le corps du sujet est incliné [42] Néanmoins, des applications prometteuses avec accéléromètre à haute fréquence, sensible aux variations de vitesses dans le déplacement horizontal du centre de gravité à la course ou à la marche aux différentes phases de la foulée par exemple, semblent voir le jour (http://www.locometrix.com; http://www.dynastream.com).

3. Conclusion

Les systèmes d’enregistrement et d’analyse des actions d’un match sont nombreux et présentent aussi bien des avantages que des inconvénients. À notre connaissance aucun système ne peut réunir toutes les qualités requises pour donner une analyse précise et valide d’un match de football ou de toutes autres activités de type intermittent. La vidéo informatisée est très coûteuse et manque de preuves quant à sa validité et présente plusieurs limites. Le GPS est précis mais ne permet pas de distinguer les différents types de courses (latérales, avant ou arrière) ce qui est important si nous voulons avoir une idée sur des coûts énergétiques qui dépendent des types de déplacements. L’accéléromètre s’avère être l’outil le moins adapté pour l’analyse des matchs car il ne peut opérer qu’en ligne droite et sur des distances courtes. Cependant, il peut être utilisé lors des séances d’entraînement de sprints ou pour suivre l’évolution de l’accélération des joueurs lors des périodes de préparation.

Un outil qui combinerait vidéo et GPS à haute fréquence d’échantillonnage (> 5 Hz) serait probablement la meilleure voie d’avenir à tester et à valider.

Conflit d’intérêt

Aucun.

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