Unité de Mesure Inertielle (IMU)
Primo rédacteur : KUCUKASLAN Elisa
Création de la page : Novembre 2023
Plan :
I) Définition
II) Evolution historique des centrales inertielles
III) Structure et fonctionnement d’une centrale inertielle
IV) Applications et intérêts dans le domaine sportif
V) Limites et perspectives
I) Définitions
Le principe d’inertie dicté par la 1ère loi de Newton exprime la propriété d’un corps à conserver un mouvement rectiligne uniforme, ou son état de repos en l’absence d’une force extérieure. En d’autres termes si la vitesse d’un corps est constante dans un référentiel galiléen*, alors la somme des forces s’exerçant sur ce corps est nulle. L’inertie d’un objet étant proportionnelle à sa masse, plus la masse est grande, et plus la force appliquée pour mettre l’objet en mouvement doit être importante. Cette relation est exprimée par la deuxième loi de Newton, également connue sous le nom du principe fondamentale de la dynamique avec :
F = m x a
F = forces extérieures exercées sur l’objet en Newton (N)
m = masse de l’objet en kilogramme (kg)
a = accélération du centre d’inertie** en mètre par seconde carrée (m.s-2)
Par conséquent on en déduit qu’à partir de l’accélération il est possible déterminer les forces appliquées sur un objet.
Une unité de mesure inertielle ou autrement appelée centrale inertielle, est un dispositif composé de capteurs inertiels capables de mesurer l’accélération linéaire et angulaire d’un objet. A partir des données récoltées et de l’application de différents algorithmes mathématiques, il est ainsi possible d’en déduire la vitesse et la position de l’objet.
*Référentiel galiléen : référentiel inertiel dans lequel les lois du mouvement de la mécanique classique sont valides : inertie, uniformité de l’espace, uniformité du temps. Henri Poincaré, La Science et l’Hypothèse 1902
** Centre d’inertie : également connu sous le nom de centre de masse, il se définit comme étant le point autour duquel la distribution de la masse d’un objet est uniforme.
II) Approche historique des centrales inertielles
III) Structure et fonctionnement d’une centrale inertielle
On distingue plusieurs catégories de centrales inertielles selon le nombre, et le type de capteurs dont elles sont constituées. Les centrales inertielles à destination du domaine sportif sont préférentiellement composées de capteurs tridimensionnels, afin de récolter des données dans la totalité de l’espace où l’athlète évolue.
Les accéléromètres et les gyroscopes triaxiaux fournissent l’accélération linéaire et angulaire du corps, ces capteurs inertiels peuvent être complétés par des magnétomètres, nous informant sur la direction du déplacement. Afin de comprendre plus précisément le fonctionnement d’une centrale inertielle, les 3 composants cités précédemment seront détaillés ci-dessous :
Accéléromètre triaxial : capteur inertiel mesurant les accélérations linéaires* (m.s-2) et gravitationnelles dans les 3 plans de l’espace (x,y,z), il nous informe sur les variations de vitesse de l’athlète au cours du temps.
Gyroscope triaxial : capteur inertiel mesurant les accélérations angulaires** (rad.s-2) dans les 3 plans de l’espace (x,y,z), il nous informe sur la rotation du corps de l’athlète au cours du temps.
Magnétomètre triaxial : capteur mesurant l’orientation du champ magnétique (μT) dans les 3 plans de l’espace (x,y,z), il nous informe sur la direction de déplacement de l’athlète.
Intégrale de l’accélération
*Accélération linéaire : variation de la vitesse par unité de temps d’un objet en mouvement rectiligne
** Accélération angulaire : variation de la vitesse angulaire par unité de temps d’un objet en mouvement rotatif ou angulaire
Références (à mettre en forme + finir ajouter refs ) :
Principles of GNSS, Inertial, and Multisensor Integrated Navigation Systems, Paul Groves, 2013, Second Edition
Buchheit M, Simpson BM. Player-Tracking Technology: Half-Full or Half-Empty Glass? Int J Sports Physiol Perform. 2017;12(Suppl 2):S235–S241.
Quantifying External Load in Australian Football Matches and Training Using Accelerometers Luke J. Boyd, Kevin Ball, and Robert J. Aughe