Charge multidirectionnelle et puissance mécanique : mesurer le coût d'un changement de direction

---

Hannah Knowles et Codey Moran, Catapult Sports

Points clés à retenir :

• Prendre en compte la moitié manquante de la demande : les changements de direction représentent environ la moitié de la demande d'accélération totale dans les sports d'équipe, mais les indicateurs traditionnels basés sur la vitesse ne la prennent absolument pas en compte. La « charge multidirectionnelle » distingue l'accélération linéaire, la décélération linéaire et l'accélération latérale afin d'offrir une vision complète des contraintes mécaniques.

• Un modèle biomécanique validé : le travail mécanique (kJ/kg) et la puissance mécanique (W/kg) permettent de quantifier le coût physique du mouvement à l'aide d'un modèle à quatre composantes qui prend en compte les mécanismes horizontaux, verticaux, latéraux et de balancement des membres. Cela garantit une comparaison précise entre la course rapide en ligne droite et les exercices intensifs en petits groupes.

• Ajustements en temps réel et retour à la compétition objectif : disponibles en direct sur le Vector S8 et après la séance sur le Vector S7, sans matériel supplémentaire, ces indicateurs permettent aux professionnels d'adapter l'intensité des exercices au cours d'une séance et d'évaluer les progrès des athlètes blessés par rapport à leur profil objectif d'avant la blessure.

---

Le suivi des athlètes repose traditionnellement sur la position, la vitesse et l'accélération linéaire. Ces paramètres décrivent la vitesse à laquelle un athlète se déplace dans la direction qu'il suit, et ils le font efficacement. En revanche, ils ne prennent pas en compte les changements de direction, qui, dans les sports d'équipe, représentent environ la moitié de l'ensemble des efforts d'accélération.

Cet écart a des conséquences auxquelles les professionnels sont confrontés chaque semaine. Deux exercices donnent des résultats identiques en termes de distance et de course à grande vitesse, mais il est clair qu’il ne s’agissait pas de la même séance. Un bloc d’entraînement semble bien dosé en volume, mais ne ressemble pas à une compétition. Un athlète satisfait à tous les critères de reprise du sport basés sur la course, mais ne semble toujours pas à l’aise dans ses virages. Dans chaque cas, les informations qui comptaient n’ont jamais été mesurées ; la question ne pouvait donc être tranchée qu’à l’œil nu.

Catapult lance plus de 30 nouveaux paramètres pour combler cette lacune. La « charge multidirectionnelle » distingue les deux actions effectuées par un corps lors d’une accélération : la variation de vitesse et le changement de direction. Le « travail mécanique » et la « puissance mécanique » décrivent le coût physique de ces deux actions. Ensemble, ils indiquent d’où provenait l’effort, quelle était son intensité et à quel point l’athlète fournissait un effort important. Ces données sont disponibles en temps réel pendant la séance sur le Vector S8 et après la séance sur le Vector S7 ; elles sont calculées à partir des données de position déjà collectées par vos appareils.

Vous trouverez ci-après comment ces indicateurs ont été élaborés, comment ils ont été validés, ce qu'ils révèlent et comment les mettre en place.

Pourquoi les indicateurs basés sur la vitesse ne permettent pas de détecter un virage

L'accélération, telle qu'elle est généralement mesurée, correspond à la rapidité avec laquelle la vitesse d'un athlète varie. La vitesse étant une valeur numérique sans direction, toute accélération calculée à partir de celle-ci ne permet d'indiquer que si l'athlète accélère ou ralentit.

Mais en physique, l'accélération désigne toute variation du mouvement, y compris un changement de direction. Prenons l'exemple d'une voiture qui emprunte un rond-point à une vitesse constante de 40 km/h. Le compteur de vitesse ne bouge pas, mais tous les passagers ont l'impression d'être poussés sur le côté. Cette poussée latérale, c'est l'accélération, et c'est précisément ce qu'une valeur basée sur la vitesse ne permet pas de percevoir.

Il en va de même pour les athlètes. Celui qui effectue un virage à vitesse constante affiche zéro. Celui qui freine avant d'entamer un virage enregistre le freinage, mais pas le virage lui-même.

Prenons l'exemple d'un athlète qui court sur un cercle de 10 m à une vitesse constante de 5 m/s. Un indicateur basé sur la vitesse affiche zéro pendant tout le tour. En réalité, l'athlète pousse sur le sol pour maintenir cette courbe à 2,^{5 m/s²} pendant toute la durée de l'effort, et rien de tout cela n'est enregistré. Si l'on combine le virage avec toute accélération ou décélération, on obtient l'accélération totale ou résultante.

Répartition de l'accélération entre deux canaux : linéaire et latéral

Si l'on ajoute la direction du mouvement à la vitesse, l'accélération se divise naturellement en deux parties.

L'accélération linéaire (tangentielle) correspond à l'augmentation ou à la diminution de la vitesse dans la direction dans laquelle se déplace l'athlète. Elle est positive lors d'une accélération et négative lors d'un freinage ; c'est cette composante que les indicateurs basés sur la vitesse prennent déjà en compte.

L'accélération latérale (centripète) est un changement de direction, une poussée latérale perpendiculaire à la ligne de progression. Elle est nulle en ligne droite, et c'est précisément ce que les indicateurs basés sur la vitesse ne prennent pas en compte.

Ensemble, elles donnent l'accélération totale (résultante), c'est-à-dire la force avec laquelle l'athlète accélère à tout moment, quelle que soit la direction dans laquelle il se déplace.

Dans un virage pris à vitesse constante, il n'y a pas d'accélération linéaire. Les flèches orange représentent l'accélération latérale : la force qui provoque le changement de direction, et que les indicateurs basés sur la vitesse ne prennent pas en compte.

Le même circuit multidirectionnel de 45 secondes représenté de trois façons différentes. L'accélération linéaire (à gauche) met en évidence les moments où l'athlète accélère et ralentit, l'accélération latérale (au milieu) ceux où il change de direction, et l'accélération résultante (à droite) combine les deux. Les couleurs indiquent les valeurs supérieures à 2 m·s⁻².

Il suffit de comparer les graphiques de gauche et du milieu pour que le message apparaisse clairement. Les deux canaux mettent en lumière des aspects presque totalement différents d'un même circuit, et tout ce que montre le graphique du milieu correspond à l'effort fourni par l'athlète, effort que n'enregistrait aucun indicateur existant.

Deux facteurs déterminent l'accélération latérale générée par un virage : la vitesse de l'athlète et le rayon du virage. La vitesse a l'impact le plus important : si on la double, l'accélération latérale est multipliée par quatre, tandis que si on réduit de moitié le rayon du virage, elle ne fait que doubler.

Accélération latérale, m/s². Un tiret indique un virage trop serré pour être négocié à cette vitesse.

Il s'agit d'un outil de prescription. Étant donné que l'accélération latérale augmente avec le carré de la vitesse et diminue à mesure que le virage s'élargit, un professionnel souhaitant accroître l'exigence en matière de changement de direction dispose de deux leviers aux conséquences très différentes. Resserrer la grille augmente l'exigence de chaque virage mais maintient les vitesses de course à un niveau bas. L'élargir et augmenter la vitesse d'entrée fait grimper l'exigence latérale tout en conservant une exposition à la vitesse élevée. Il s'agit là de séances différentes, avec des coûts différents, et jusqu'à présent, il n'existait aucun indicateur permettant de déterminer laquelle vous aviez réellement mise en œuvre.

Ce que révèlent les rapports sur les charges multidirectionnelles, et leur lien avec les charges d'accélération

L'intégration de l'accélération dans le temps permet d'obtenir une charge exprimée en unités arbitraires, à la même échelle que la métrique « Charge d'accélération » déjà utilisée. Aujourd'hui, la charge d'accélération correspond à une valeur absolue unique qui regroupe à la fois l'accélération et le freinage. La charge multidirectionnelle va plus loin : il s'agit d'un chiffre unique qui prend en compte l'accélération, le ralentissement et les changements de direction, et qui peut ensuite être décomposé en chacune de ces composantes.

Il convient de préciser clairement l'impact de cette modification sur un indicateur que vous utilisez déjà. Les composantes linéaires s’alignent globalement sur votre « charge d’accélération » existante. Rien n’a changé dans la manière dont l’accélération et le freinage sont mesurés. Ces éléments ont été séparés en coûts distincts et une troisième composante a été ajoutée à côté d’eux.

La répartition entre les canaux dépend presque entièrement de l'activité pratiquée par l'athlète :

Les extrêmes sont intuitifs. Un sprint de 20 m est presque entièrement linéaire, tandis qu’une course en cercle est presque entièrement latérale. Ce qui est utile, c’est tout ce qui se trouve entre les deux, car c’est sur cela que reposent réellement les séances d’entraînement, et la répartition entre une course en courbe et un zigzag ne peut être estimée de manière fiable à l’œil nu. Dans quatre sports d’équipe, la charge latérale représente entre 42 et 53 % de la charge multidirectionnelle totale en situation de match.

De la charge à l'effort : le coût physique et le modèle biomécanique qui le sous-tend

La « charge multidirectionnelle » en unités arbitraires décrit la direction et la répartition de la sollicitation en accélération. Le « travail mécanique » en décrit l'intensité physique, exprimée en kilojoules par kilogramme de masse corporelle (kJ/kg).

Le « travail mécanique » de Catapult s'appuie sur un modèle biomécanique à quatre composantes, issu de recherches validées par des pairs (Gray et al., 2018, 2023). Ce modèle prend en compte quatre sollicitations mécaniques distinctes et les regroupe en une seule valeur de « travail mécanique » :

• Horizontal: accélération et décélération dans le sens de la marche
• Vertical: le rebond à chaque foulée, qui fait monter et descendre le corps
• Membres: balancer les bras et les jambes à chaque foulée
• Mouvements latéraux: changement de direction : les déplacements d'un côté à l'autre

Comme le modèle prend en compte séparément le freinage et les virages, il rend compte de deux exigences que les approches à paramètre unique regroupent. La vitesse et l'accélération de l'appareil ont été validées par rapport à la capture de mouvement Vicon dans une étude publiée (Ellens et al., 2025). Les canaux d'accélération linéaire et latérale ont depuis été vérifiés selon le même critère ; les résultats complets seront publiés dans un livre blanc à paraître.

C'est précisément la prise en compte des membres qui distingue un modèle biomécanique d'un simple produit de l'accélération et de la vitesse. Le balancement des bras et des jambes représente un travail qui n'apparaît pas dans l'accélération globale du corps, mais qui constitue pourtant une part substantielle du total aux vitesses de course (Minetti, 1998). Un modèle ne comportant pas de terme relatif aux membres ne peut en tenir compte. Cela a une incidence sur l’interprétation, et pas seulement sur la précision. Sans ce terme, la course rapide en ligne droite est sous-estimée ; ainsi, une séance de course à grande vitesse peut paraître moins intense qu’elle ne l’est réellement par rapport à un match en petit effectif. Or, c’est précisément la comparaison que ces chiffres servent à établir. 

Exprimée sous forme de taux, cette même calcul donne la puissance mécanique en watts par kilogramme (W/kg). Les données fournies vont du travail mécanique total (kJ/kg) et du travail mécanique par minute (kJ/kg/min) à la puissance mécanique moyenne et maximale (W/kg), la puissance instantanée par échantillon étant disponible à l'issue de la séance.

Charge multidirectionnelle tout au long d'un match complet

Les nouveaux indicateurs de charge multidirectionnelle et de puissance mécanique viennent s'ajouter aux indicateurs existants, tels que la distance parcourue et la course à grande vitesse ; ils peuvent ainsi être intégrés aux rapports actuels sur les matchs et les entraînements, sans pour autant les remplacer.

Au cours d’un match complet, cette même décomposition fournit un profil directionnel par athlète. Pour l’attaquant illustré, la charge multidirectionnelle totale de 5 708 AU se répartit en 1 312 AU d’accélération linéaire, 1 254 AU de décélération linéaire et 3 142 AU de charge latérale, dont 1 507 à gauche et 1 635 à droite. Plus de la moitié de l'effort d'accélération de cet athlète s'est situé dans une plage que ni la distance ni la vitesse ne permettent de quantifier.

La puissance mécanique est présentée sous forme de plages d’intensité configurables, ce qui permet aux professionnels de définir des seuils adaptés à leur discipline et à leur population d’athlètes, puis de suivre la distance et le temps cumulés dans chacune d’elles. Dans la séance illustrée, 59 % du temps se situe en dessous de 2,5 W/kg et 5 % au-dessus de 12,5 W/kg. C’est cette répartition qui permet de vérifier qu’un exercice atteint l’intensité prévue et de distinguer une baisse d’intensité d’une baisse de volume.

En direct sur Vector S8 : changer d'approche plutôt que de la revoir

Sur tous les autres systèmes, ces chiffres ne sont consultables par le praticien qu’une fois la séance terminée, ce qui est trop tard pour modifier l’exercice qui les a générés. Avec le Vector S8, ils s’affichent à l’écran pendant que l’exercice est en cours. Le praticien peut ainsi observer le pic en moins d’une minute et le cumul des composantes de charge en temps réel.

En pratique, cela permet de contrôler l’intensité en fonction du temps restant pour agir. Si la puissance mécanique n’a pas atteint la plage visée à la troisième répétition, l’exercice ne permettra pas d’atteindre l’objectif fixé et il pourra être prolongé ou interrompu avant de consacrer le reste de la séance à celui-ci. Il en va de même pour une étape de reprise de l’activité sportive, où l’accumulation de charge latérale par côté indique si un athlète respecte l’exposition prescrite, tandis que l’étape peut encore être confirmée ou maintenue.

Ce qui change, c'est le rythme plutôt que le contenu. Un chiffre indiqué après la séance détermine la séance suivante. Un chiffre en temps réel modifie la répétition suivante.

Quatre façons dont les professionnels l'utiliseront

Concevoir des exercices en fonction des exigences motrices de la compétition. Un match présente une « signature de charge », c'est-à-dire la répartition multidirectionnelle des charges entre accélération, freinage et changements de direction. La semaine d'entraînement en présente une également. En comparant ces deux profils, par équipe, par poste ou par athlète, la question de la spécificité devient une comparaison plutôt qu'une simple opinion.

Quantification de l'exposition aux changements de direction. La même comparaison s'applique au niveau des exercices. Prenons deux exercices de même durée et de même distance, l'un réalisé en espace ouvert et l'autre sur un parcours étroit. En termes de distance et de vitesse, ils peuvent sembler identiques. Les paramètres « charge latérale », « charge latérale élevée » et « travail mécanique » permettent de les distinguer, et les temps intermédiaires des exercices indiquent à quel moment de la séance l'effort est le plus intense.

Vérifier si un bloc d'entraînement porte ses fruits. La distance parcourue et la course à grande vitesse peuvent rester stables d'une semaine à l'autre, tandis que la charge latérale et la charge latérale élevée augmentent. Il s'agit là d'une exposition aux changements de direction qui s'appuie sur une base de course stable, ce que les indicateurs basés sur la vitesse ne permettraient pas du tout de détecter. Cela permet de voir si un bloc d'entraînement permet d'atteindre la progression prévue.

Reprise progressive de la pratique sportive basée sur des indicateurs objectifs. La reprise de la pratique sportive passe généralement de la course en ligne droite à des changements de direction progressifs, puis à des situations de jeu. Chaque étape est généralement évaluée à l’œil nu, en fonction du plan de progression et de la qualité des mouvements. La « charge latérale » indique le niveau d’exposition aux changements de direction que l’athlète supporte à chaque étape, la « charge latérale élevée » précise la part de virages serrés, et la « puissance mécanique » mesure l’intensité de l’effort fourni lors de ces mouvements. En comparant ces données au profil de l’athlète avant sa blessure, on constate que sa progression s’appuie sur ces indicateurs, et non pas uniquement sur le temps écoulé.

Où ces indicateurs apparaissent-ils : appareils, plateformes et disponibilité

Tous ces indicateurs sont calculés à partir des données de suivi déjà collectées par les appareils ; il n'y a donc pas besoin de matériel supplémentaire, ni de modification de la configuration des appareils ou du flux de travail.

Vector S8 (niveau Pro): en direct pendant la session, dans la console d'OpenField et sur Vector Live, ainsi qu'après la session.

Vector S7 (niveau Pro): après la session, dans la console d'OpenField et dans le Cloud.

Configuration des plages de puissance

La puissance mécanique est rapportée selon jusqu’à huit plages configurables, réparties en deux ensembles. L’ensemble « absolu » utilise des seuils fixes identiques pour tous les athlètes, ce qui garantit une échelle constante au sein d’une équipe et convient à la comparaison des exercices, au profilage par poste, ainsi qu’à la description des exigences en match. L’ensemble « relatif » applique des seuils exprimés en proportion du maximum de chaque athlète, ce qui convient à la reprise du sport et à la prescription individuelle. Comme pour la vitesse maximale, « OpenField » avertit les utilisateurs lorsqu’un athlète enregistre une nouvelle puissance mécanique maximale, et le profil peut être mis à jour à partir de la notification afin que les fourchettes relatives restent à jour. Chaque fourchette indique la durée et la distance, en valeurs brutes et en pourcentage.

Ce que le modèle suppose et ce qu'il ne prend pas en compte

Le travail mécanique et la puissance mécanique sont exprimés par kilogramme de masse corporelle, ce qui permet de comparer directement des athlètes de tailles différentes. Les valeurs absolues sont également indiquées afin de répondre aux questions portant sur la puissance totale plutôt que sur la demande par rapport à la taille corporelle.

Il s'agit de mesures externes, calculées à partir de la façon dont l'athlète se déplace sur le sol. Elles ne tiennent pas compte des collisions ni des contacts, ne font pas la distinction entre les différents types d'action musculaire et ne décrivent pas le coût physiologique interne d'une séance.

Résumé : Charge multidirectionnelle et puissance mécanique

La « charge multidirectionnelle » vous indique l'intensité des accélérations enregistrées au cours d'une séance et leur origine : accélération, freinage ou changement de direction. Le « travail mécanique » vous indique l'effort physique que cela a représenté pour l'athlète. La « puissance mécanique » vous indique l'intensité de l'effort fourni à chaque instant.

Ce qui transforme les trois situations évoquées au début de cet article en questions auxquelles on peut apporter des réponses. Les deux exercices dont les distances mesurées étaient identiques se distinguent par la charge latérale et le travail mécanique, et l’analyse détaillée des exercices montre à quel moment de la séance la différence s’est manifestée. Le bloc d’entraînement qui semblait bien dosé en termes de volume peut être comparé à la signature de charge propre au match, poste par poste, plutôt qu’à une simple opinion. L’athlète qui satisfait à tous les critères de course mais ne semble pas à l’aise dans ses virages peut désormais être évalué selon le paramètre qui compte : la charge latérale, en comparaison directe avec son profil d’avant la blessure.

Le changement de direction a toujours représenté la moitié des exigences d'un sport d'équipe. Il en constitue désormais la moitié de l'évaluation.

Références

Minetti AE. (1998). Une équation-modèle pour la prédiction du travail mécanique interne lié à la locomotion terrestre. J Biomech 31(5) : 463-468.

Ellens S, Moran C, Varley MC. (2025). Validité concomitante et fiabilité inter-appareils du dispositif GNSS « Catapult Vector S8 ». PLoS One 20(10) : e0333792.

Gray AJ, Shorter K, Cummins C, Murphy A, Waldron M. (2018). Modélisation de l'énergie dépensée lors des mouvements à l'aide d'appareils de géolocalisation dans les sports d'équipe de contact : limites et solutions. Sports Med 48 : 1357-1368.

Gray A, Andrews M, Waldron M, Jenkins D. (2023). Un modèle de calcul des contraintes mécaniques liées à la course à pied sur sol. Sports Biomech 22(10) : 1256-1277.