Retour d’expérience des élèves
L’équipe « preneurs de vue »
par Hugo et Léonard
Premièrement , nous avons vérifié le bon fonctionnement de la caméra et du PC.
Ensuite à cause de problèmes de compatibilité nous n’avons pas pu installer le logiciel sur un autre ordinateur. Puis nous avons effectué pour la première fois le calibrage avec Léonard qui comprend la mise en place de l’équerre et le calibrage de la caméra par Guillaume, puis nous avons continués à faire des calibrages. Par la suite nous avons observé Guillaume faire l’analyse afin d’apprendre à la faire.
Le jour de la journée d’expression nous avons fait le calibrage puis nous avons essayé d’analyser sur un autre PC, ce qui n’a pas été concluant car Anais était lent et se fermait tout seul, nous avons donc laissé faire Guillaume tout en s’assurant du bon fonctionnement de la caméra.
Exemple de prise de vue d’un saut en longueur.
L’équipe « analyse avec ANAÏS Évolution »
par Guillaume
Pour commencer nous avons découvert ce qui se trouvait dans la mallette CRITT,puis nous avons pris en main l’ordinateur puis la caméra après de nombreuses tentatives de connexion de la caméra au pc nous nous sommes aperçu qu’elle était mal branchée (faux contact câble).
Nous avons commencé à calibrer la caméra avec Hugo et Léonard puis nous avons fait sauter Vincent pour analyser son saut. Avec l’aide de notre professeur Monsieur Charier nous avons compris le fonctionnement du logiciel Anaïs.
Le jour de la venu de monsieur Zakhartchouk travaillant pour les Cahiers Pédagogiques, j’ai analysé deux autres sauts pour leur expliquer notre but final.
Quelques jours plus tard nous sommes allés sur le terrain pour installer notre matériel, tout fonctionne à merveille. Nous sommes prêts pour le 23 avril.
Les analystes étudient selon deux approches complémentaires et deux logiciels différents (Kinovéa et MATLAB) les caractéristiques des sauts. Les éléments déterminants sont la vitesse d’envol et l’angle d’envol idéalement compris entre 39 et 41°.
Le jeudi 23 avril 2015 nous avons commencer à installer notre matériel fourni par le CRITT à 9h pour être prêt à 10h pour le départ de la course pour ELA et pour accueillir les sauteurs sur notre stand « sauter pour ELA ». Plusieurs sauteurs se présentent grâce à nos ordinateurs et notre matériel nous analysons leurs performance avec le logiciel Anaïs et Kinovea, grâce a une extension CALC qui nous permet d’obtenir un graphique et tirer une conclusion sur le saut. Plusieurs personnes se sont intéressées à notre démarche scientifique, parmi eux des élèves de l’ENSIP (école d’ingénieurs de Poitiers) nous ont posé des questions sur notre préparation pour cet événement et le résultat de nos analyses. Un professeur de sport nous a aidé en donnant son avis sur le saut des participants et sur la manière d’améliorer leurs performances.
L’équipe « analyse avec KINOVÉA »
par Maxime
Lors de la phase de préparation nous nous sommes entraînés à manipuler le logiciel et à en exploiter les données, à partir des vidéos de sauts enregistrés par les preneurs de vue.
Avec le logiciel KINOVEA nous devons suivre la trajectoire d’un point sur chaque image de la vidéo pour obtenir la courbe de saut de ce point. Une extraction des données nous permet de tracer sur un tableur l’évolution des coordonnées X et Y ainsi que les propriétés du vecteur vitesse lors de l’envol. Avec ces données nous pouvons en tirer une conclusion sur les changements que le sauteur doit effectuer sur son saut (courir plus vite, faire une meilleure impulsion…).
Exemple de suivi de trajectoire avec KINOVÉA lors d’un saut d’essai (sans élan dans le laboratoire STI2D) :
L’équipe « commissaire de sauts »
par Elyas, Vincent E, Pierre et Vincent S
Préparation de la « planche » :
L’équipe des commissaires de saut récupère l’avis de l’expert, Monsieur Moreau, professeur d’EPS, à qui rien n’échappe…
L’activité « Sauter pour ELA » consiste à sauter sur la plus long distance . Cette activité s’est faite au sein du lycée, sur une piste de saut . Étant commissaire de saut, nous devions nous occuper de l’état du lieu de l’activité, d’inscrire les sauteurs et de communiquer avec les autres équipes afin d’avoir une bonne coordination. Une semaine avant le jour J, nous avons vu que l’état de la piste n’était pas conforme pour sauter. Nous avons donc dû nous équiper d’un râteau pour arranger la piste. Nous avons aussi constaté qu’il fallait remplacer la planche de saut pour que le sauteur ne dépasse la ligne. Finalement, après plusieurs solutions envisagées, nous avons peint en rose fluo (couleur ELA) la planche de saut. Nous avons aussi, pour inscrire les sauteurs, fait des fiches où l’on peut y trouvé le Nom, le Prénom, le Poids, la longueur du saut ou encore les analyses de l’expert et d’Anaïs .
Le 23, jour de l’activité, pour réaliser une bonne gestion de cette activité, nous avons dû nous équiper de ruban adhésif, d’un décamètre, des fameuses fiches et d’un râteau . En étant 4 commissaires de saut, nous avons pu faire toutes les tâches de notre équipe à tour de rôle.
Après avoir inscrit le sauteur, il fallait mettre du ruban adhésif sur certains membres du corps qui sont la hanche droite, l’épaule droite et le genoux droit . Le ruban adhésif permet de faire un meilleur suivi de trajectoire (tracking) et une analyse plus précise. Le sauteur est enfin prêt à sauter. L’un des commissaires de saut se charge de donner le Top-départ. Après ce départ, un autre commissaire observe si le sauteur ne « mort » pas sur la ligne ou après la ligne. L’avant dernier commissaire était chargé de mesurer la longueur du saut à l’aide d’un décamètre. Il ratissera ensuite pour que le prochain sauteur saute dans de bonnes conditions. Ce troisième commissaire de saut se charge ensuite de donner cette distance au dernier commissaire de saut. Ce dernier prend l’avis de l’expert, M.Moreau, professeur d’EPS.
L’équipe « couverture médiatique »
par Olivier et Enzo
Pendant la phase de préparation nous avons préparé des questions à poser aux sauteurs, au proviseur… Nous avons aussi pris les références du drone pour changer le moteur qui ne fonctionnait plus et réservé l’appareil photo.
Le Jeudi 23 avril nous avons commencé à 9 heures pour aider à installer le matériel. Nous avons commencé 10 heures les premiers test de vol avec le drone. Ensuite après que le proviseur ait sauté nous lui avons posé des questions mais aussi aux autres sauteurs, aux étudiants de l’ENSIP, à l’expert Monsieur Moreau
L’explication de notre projet aux élèves ingénieurs nous a permis de faire bien comprendre ce que nous avions à faire.
Prise de vue du saut de Katy grâce au drone Parot
Chaque athlète a été interviewé à la suite de sa performance afin de recueillir à chaud les premières impressions. Monsieur Alaphilippe, proviseur du lycée, s’est prêté à l’exercice du saut en longueur après avoir couru pour ELA. Retrouvez ci-dessous la capture de son saut et le recueil de ses premières impressions.
Interview de monsieur Alaphilippe en sortie de sautoir :
L’avis de monsieur Moreau, professeur EPS et expert de l’atelier
Retrouvez les commentaires de monsieur Moreau, expert pour l’atelier « Sauter pour ELA » collecté par Enzo et Olivier responsables de la couverture médiatique de l’évènement.
Une analyse complète
Nous présentons ici l’ensemble des étapes de la capture d’un saut jusqu’à son analyse et l’interprétation que nous en avons fait.
Mise en place de la caméra
La caméra doit être installée dans un axe perpendiculaire à la course et au saut. Puisque c’est la phase d’envol qui nous intéresse, elle sera positionnée dans l’axe de la planche afin de limiter au maximum l’effet de parallaxe. Il faut également suffisamment de recul pour capturer la fin de la course d’élan et l’intégralité du saut. Le schéma ci-dessous nous a aidé à trouver la position optimum de la caméra.
Notre observation se fera dans le plan X, Y au niveau au sautoir et nous mènerons une analyse dans ces deux dimensions uniquement. Ce choix nous conduira plus loin à choisir le modèle 7 segments pour l’analyse du mouvement.
Calibrage de l’installation
Les applications MATLAB que nous utilisons nécessitent un paramétrage de la distance entre la caméra et le sujet. Ce calibrage nous permet de définir les facteurs d’échelle dans les dimension X et Y. Le couvercle de la mallette CRITT associé à une barre d’aluminium permet de fabriquer une équerre de 80 cm x 80 cm qui, positionnée au centre de la planche, constitue notre repère étalon. L’application ANAÏS ÉVOLUTION permet par une simple prise de vue et un pointage de 3 points de se constituer un fichier de calibrage. Celui-ci reste valide tant que la position de la caméra reste inchangée.
Prise de vue
L’application ANAÏS Évolution a été un peu capricieuse et nous avons dû trouver une procédure adaptée afin de la maintenir en fonctionnement ; des commandes trop « précipitées » amènent à un blocage de l’application et un redémarrage du PC est alors nécessaire.
Le preneur de vue indique au commissaire de saut qu’il est prêt à enregistrer. Ce dernier autorise alors l’athlète à s’élancer sur la piste. La caméra capture alors la fin de la course d’élan et l’intégralité du saut. Les commissaires de saut, qui auront noté au préalable la masse du sauteur et son prénom, questionnent Monsieur Moreau, professeur d’EPS et expert pour notre atelier. Il émet un avis éclairé sur la qualité du saut et donne quelques conseils pour améliorer la performance.
L’analyse
Celle-ci commence par la phase de « tracking » qui consiste à modéliser, image par image, les 7 segments du modèle employé. Comme nous l’avons vu plus haut, l’analyse en 2D nous indiquera les positions successives des centres de gravité de chacun des segments du modèle ainsi que leur barycentre. Ce sera cette dernière évolution dans l’espace et dans le temps qui nous intéressera particulièrement.
La procédure demande une très grande concentration et une très grande précision. Les 25 images de chaque seconde du saut sont ainsi préparés au traitement par le positionnement des huit points constitutifs du modèle à 7 segments. L’analyste note également les temps d’envol et d’atterrissage pour faciliter la recherche du vecteur vitesse au moment de l’envol.
Une fois cette phase terminée, nous avons extrait des tableaux de valeurs de l’application ANAÏS pour un traitement dans CALC. Les données sont brutes et doivent être adaptées au traitement que nous voulons effectuer. Nous conservons les colonnes « temps », « Position CGx » et « Position CGy ».
L’exploitation des données brutes peut alors débuter. Il s’agit d’une part de tracer l’évolution du centre de gravité résultant dans l’espace (plan X,Y) – c’est la courbe bleue – et, d’autre part, de définir les coordonnées du vecteur vitesse (norme et angle) – vecteur rouge sur le graphe.
Pour déterminer les composantes Vx et Vy du vecteur vitesse nous employons la méthode d’Euler puis nous calculons la norme du vecteur vitesse et son inclinaison :
Les calculs réalisés par le tableur nous indiquent la vitesse au moment de l’envol et sa direction. Ici, on peut voir que Katy court à la vitesse de 6,6 m/s et que son angle d’envol est 28°. Sa performance mesurée est un saut de 4,20 m.
Notre analyse est illustrée par le graphe ci-dessus et corrobore l’analyse de monsieur Moreau : une impulsion plus forte avec un angle plus important et une fin de saut où l’amélioration technique (ramener le bassin et lancer les pieds plus loin) sont des points à travailler pour améliorer la performance.
remarque: le saut enregistré de Katy était son 3e saut d’affilé, l’enregistrement n’ayant pas fonctionné correctement sur les deux premiers.
Conclusion
Si l’analyse scientifique montre clairement et de manière univoque les points à améliorer, celle-ci reste parcellaire (phase d’envol uniquement) et ne prends pas en compte la fin du saut qui nécessite une maîtrise technique pour que seuls les pieds laissent une trace sur le sable.
On peut regretter le temps trop court de l’atelier pour mettre en oeuvre plusieurs analyses pour un même athlète.
L’expérience montre néanmoins la capacité des élèves à mener un événement complexe (organisation, planification, maîtrise technique des équipements…) dans un contexte ouvert où de nombreuses personnes les ont sollicité pour expliquer ce qu’ils étaient en train de réaliser. Cette aspect de la réalisation du projet a été un élément important dans leur regard réflexif sur les méthodes employées et sur les raisons qui les ont conduit à les choisir.
Intentions pédagogiques de l’enseignant
Les activités autour du thème Sciences et Sports nous ont permis de découvrir les appareils de la salle de musculation au sein même du lycée selon un regard de scientifique. La description des mouvements, la description des équipements et des différentes pièces constitutives d’un vélo élliptique nous ont permis d’aborder différents langages de description dont le formaliste SysML usité en STI2D.
La visite des laboratoires du CRITT Sports et Loisirs de Châtellerault a été l’occasion de découvrir les installations et les différents métiers de technicien et d’ingénieur d’essais. Monsieur Leplanquais, directeur du site, nous a expliqué l’importance des normes et les moyens de vérifier la conformité des équipements testés : vélos, casques et blousons de moto, gilets de sauvetage… Le haut degré d’intégration des technologies sur les bancs d’essais a impressionné les élèves par les compétences multiples que l’ingénieur doit maitriser dans leur conception : structure mécanique, contrôle commande des actionneurs, instrumentation et mesure des performances, communication web des applications afin de suivre à distance le déroulé des tests…
La préparation de l’usage de la mallette CRITT s’est effectuée lors de la visite du laboratoire de recherche Robioss (Robotique, Biomécanique, Sports et Santé) de l’Université de Poitiers. Le professeur Lacouture nous a présenté les thèmes de recherche appliquée et les équipements qui permettent la mesure du mouvement, le mesure de l’effort et les aspects énergétiques liés à l’effort du sportif. Le laboratoire Robioss travaille autant sur la santé avec le développement de prototype d’exo-squelettes, de main articulée que sur la performance du sportif et de son équipement avec des vélos instrumentés (pédale enregistreuse de l’effort par exemple).
Cette visite s’est terminée par une présentation du saut en longueur et de l’analyse scientifique du geste permis par les équipement de la mallette : une caméra et un logiciel (ANAÏS Évolution). Ce matériel d’expérimentation permet à la fois l’enregistrement vidéo d’un saut et sa caractérisation par un modèle du corps humain (ici, nous avons utilisé le modèle 7 segments).
Enfin, la préparation de l’atelier « Sauter pour ELA » a été l’occasion de confronter les élèves à une démarche de projet. Les attentes étaient multiples : la planification, l’organisation coopérative et collaborative, la découverte d’un dispositif de collecte de données (mallette CRITT), sa prise en main et son paramétrage, l’utilisation d’un modèle scientifique (modèle du corps humain), l’approche biomécanique du mouvement et l’extraction de données avec un tableur.
Nous avons mis en oeuvre une démarche dite de « Process Design » qui favorise la prise d’initiative et l’autonomie des élèves en leur donnant la possibilité de remettre en cause le cahier des charges (Design Brief) original. Il ne s’agit pas de dégrader les attendus de production du projet mais d’en appréhender les difficultés et d’estimer les actions réalisables et celles qui, dans le contexte proposé (temps, matériel, ressources humaines…) n’auront que très peu de chance d’aboutir. Cette liberté amène les élèves à une argumentation constante, à une discussion sur les enjeux, sur les moyens et sur les parcours à emprunter pour mener à terme les tâches constitutives du projet.
La conduite du projet nous a confronter à des travaux collaboratifs où l’ensemble de l’équipe maitrise le process et les résultats de l’organisation choisie. Les modalités coopératives se sont imposées sur la fin du projet pour la phase de réalisation de l’atelier « Sauter pour Ela ».
De nombreuses compétences liées à l’usage de l’outil numérique, que ce soit les ordinateurs du lycée ou les équipements personnels des élèves (BYOD), ont été abordées. Certains ont découvert les possibilités de leur propre équipement lors de ce projet comme le pilotage du drone par smartphone, la fonction dictaphone et le partage des données recueillies sur des espaces externalisés (clouds).
L’ensemble de ces objectifs ont été atteints avec plus ou moins de réussite dans la maitrise de l’autonomie selon les thèmes. Par exemple, si la découverte du système complexe de la caméra et de son logiciel de calibrage, capture et analyse n’a pas posé de grandes difficultés, l’analyse et les interprétations des trajectoires du centre de gravité ou de la hanche par exemple n’ont pas été conduites avec l’autonomie visée. Il faut cependant souligner la très grande implication de la plupart des élèves avec un engagement actif dans les tâches qu’ils se sont eux-mêmes assignées remarquable.
Enfin, les apprentissages des élèves couvrent de nombreux domaines : mécanique, biomécanique, informatique, technologie, expression et communication, planification, organisation d’équipe…
L’ensemble de ces notions a été abordé de manière très naturelle par le besoin, par la nécessité inhérente à la pédagogie de projet et à son thème. La plupart des concepts étaient déjà connus des élèves avec une représentation événementielle à partir d’un exemple observé ou vécu.
Notre travail a consisté à la formalisation du phénomène, à en décrire les contours et les principales caractéristiques. Le but est de permettre aux élèves de structurer leurs connaissances et d’élargir leur domaine de validité. Les domaines visités étant très nombreux, il n’était pas envisageable de les approfondir tous pour viser une maitrise complète de leur mobilisation et de leur application. Nous nous sommes appliqué à, toujours et systématiquement, nommer les objets d’apprentissage selon 3 axes essentiels :
- leur nom scientifique et technique. La connaissance d’un vocabulaire adapté autorise l’élève découvrir de nouvelles caractéristiques, de nouvelles applications et à partager avec la communauté scientifique. Ce vocabulaire rend également plus perméable les frontières du domaine de validité de la connaissance de l’élève ; il acquière le moyen de l’étendre et renforce ainsi son autonomie dans les apprentissages ;
- leurs caractéristiques et leurs propriétés. Il s’agit ici de solidifier et d’étayer les connaissances initiales par une description précise des propriétés d’une notion ; par exemple, nous avons travaillé sur la mécanique newtonienne et défini les relations entre les grandeurs position (celle que nous évaluons avec ANAÏS à partir d’une mesure vidéo) et la vitesse (que nous calculons à partir de la mesure des positions successives). Chacune des grandeurs a une signification particulière mais l’une est mesurée et l’autre est intégrée, issue de la première. Cette différence de nature de l’information extraite d’une expérimentation est essentielle pour le scientifique ;
- leurs contextes d’usage. La mobilisation des connaissances nécessite leur structuration contextualisée et l’exemple est souvent la première illustration qui vient pour expliquer une notion, un phénomène.
L’évaluation des élèves s’est déroulée tout au long du projet. Il n’y a jamais eu de « moment » d’évaluation. Nous avons travaillé ensemble durant les six semaines (environ 40h) de la durée du projet et l’observation de leur vocabulaire, de leur implication et de leur évolution dans la conduite des tâches que l’équipe s’assignait m’a permis de dresser une réponse aux attentes d’apprentissage sur les champs évoqués ci-dessus.
Les précédentes publications sur le même thème
- Sauter pour ELA
- visite du laboratoire ROBIOSS
- visite du CRITT SL
- site du CRITT SL à propos des classes Olympiques
Lire l’article paru sur Les Cahiers Pédagogiques.