Stud-E

Introduction

Les Stud-E sont des crampons instrumentés de capteurs de force. Ils se vissent à la place des crampons d'origine d'une chaussure de football ou de rugby vissée et mesurent la force appliquée sur chaque crampon. Reliés à un boîtier d'acquisition Mini-Phyling fixé sur les lacets, ils permettent de mesurer les forces de réaction au sol directement sur le terrain, appui par appui.

Les Stud-E sont avant tout un outil de recherche : c'est le crampon qui est instrumenté, pas la chaussure. Ils sont utilisés pour le suivi de la charge mécanique à l'entraînement ou l'analyse de la pose du pied.

Caractéristiques principales

Caractéristique	Valeur
Type de capteur	Crampon instrumenté, capteur de force uniaxial (vertical ou horizontal)
Nombre de crampons	Jusqu'à 6 par chaussure, aux emplacements d'origine
Gamme de mesure	0 à 1500 N par crampon
Bruit de mesure	De l'ordre de 2 N
Précision	De l'ordre de 5 % en moyenne (dépend de l'usage, du contexte et de l'étalonnage)
Centrale inertielle	Accéléromètre (± 16 G), gyroscope (± 2000 °/s), magnétomètre, intégrés au Mini-Phyling
Fréquence d'échantillonnage	Jusqu'à 400 Hz par voie, pour 6 crampons
Masse ajoutée	71 g par chaussure (6 crampons + 1 Mini-Phyling)
Autonomie de la batterie	3 h 30 en acquisition continue
Stockage	En local dans le Mini-Phyling, pour toute la durée de la batterie
Transfert de données	Bluetooth Low Energy (BLE) vers le Maxi-Phyling, puis Wi-Fi vers le cloud
Synchronisation des deux pieds	± 10 ms
Compatibilité	Chaussures de football ou de rugby vissées du commerce
Accessoires inclus	Chargeur magnétique

Disposition des crampons

Chaque chaussure compte six voies de mesure, numérotées de 1 à 6. Les voies impaires sont du côté médial (intérieur du pied), les voies paires du côté latéral (extérieur).

Voie	Position
1	Métatarses médial
2	Métatarses latéral
3	Avant médial
4	Avant latéral
5	Talon médial
6	Talon latéral

Architecture du système

• Les crampons sont reliés en filaire au Mini-Phyling fixé sur les lacets.
• Chaque Mini-Phyling envoie ses données en Bluetooth Low Energy au Maxi-Phyling porté par la personne (portée : quelques mètres).
• Le Maxi-Phyling transmet en Wi-Fi vers le cloud, pour le temps réel et la récupération des données (portée : 20 à 100 m jusqu'au point Wi-Fi selon l'antenne).

Articles scientifiques

• Validation scientifique — Validation of Instrumented Football Shoes to Measure On-Field Ground Reaction Forces. A. Karamanoukian, J.-P. Boucher, R. Labbé, N. Vignais. Sensors 2022, 22, 3673. Validation en laboratoire puis sur le terrain, comparée à une plateforme de force. DOI : 10.3390/s22103673
• Thèse — Développement d'un outil de quantification de la charge mécanique en football à partir de crampons instrumentés de capteurs de force : vers une application à la prévention des blessures. Thèse d'Alexandre Karamanoukian, Université Paris-Saclay, 2023. Consulter la thèse sur HAL
• Monitoring fatigue-induced ground reaction forces variations among professional football players using an instrumented pair of football shoes: a two-phase study. A. Karamanoukian, J.-P. Boucher, R. Labbé, N. Vignais. Évolution des forces de réaction au sol avec la fatigue, lors d'une course épuisante chez des joueurs amateurs puis au cours d'une saison complète chez des joueurs professionnels.
• Effects of fatigue on ground reaction forces measured through embedded sensors in football shoes during a constant velocity run: a preliminary study. A. Karamanoukian, J.-P. Boucher, R. Labbé, N. Vignais. Résumé, 46ᵉ congrès de la Société de Biomécanique.

Retrouvez ces travaux dans la page Publications — Football.

Notice d'utilisation

I. Mise en place des crampons

1. Retirez les crampons d'origine de la chaussure.
2. Vissez chaque Stud-E à son emplacement (voir Disposition des crampons) en prenant appui sur la coupelle, jamais en tirant sur le fil. Le point faible est la sortie de câble : accompagnez le fil pendant la rotation pour qu'il ne vrille pas.
3. Fixez le Mini-Phyling sur les lacets et vérifiez que les câbles ne gênent pas le mouvement.
4. N'utilisez jamais le fil comme levier ou comme poignée pour manipuler la chaussure.

II. Calibration

Chaque paire est étalonnée par Phyling à la livraison et accompagnée d'un certificat d'étalonnage.

Méthode d'étalonnage

Les coefficients sont obtenus sur un banc à six capteurs sol développé par Phyling : chaque crampon est mis en appui sur un capteur de référence, et sa loi est identifiée sur les seules zones où le crampon et la référence se suivent réellement.

La force est obtenue par la relation F = coef × (signal brut), avec F en N et le signal brut en V. Une voie n'est retenue que si :

• son zéro est valide et son coefficient positif ;
• son coefficient de détermination R² est supérieur ou égal à 0,90 ;
• sa plage étalonnée est d'au moins 196 N ;
• au moins 4000 points sont retenus (soit 10 s de charge à 400 Hz).

La plage étalonnée est celle sur laquelle le coefficient est garanti ; au-delà, il est extrapolé. C'est pourquoi il est conseillé de charger le plus possible pendant l'étalonnage.

Contenu du certificat

Le certificat récapitule, pour chaque voie de chaque chaussure : le coefficient (N/V), l'offset (V), le R², la plage de mesure (N), le bruit de mesure (N) et l'état de la voie (retenue ou non). Il contient en annexe les zones exploitables et les régressions par voie.

Recalibration

Le vissage ou le dévissage d'un crampon modifie l'étalonnage : la précontrainte du montage change, et avec elle le zéro comme le coefficient de la voie. Toute intervention (dépose, resserrage, remplacement) peut donc modifier les valeurs du certificat, qui rend compte de l'état de la paire à sa date d'enregistrement. Un banc d'étalonnage peut être fourni pour recalibrer régulièrement les crampons.

III. Enregistrement des données

Pour une précision optimale, allumez les Mini-Phyling 10 minutes avant l'enregistrement.

Contrôle avant chaque séance

Sur l'interface mobile, appuyez successivement sur chaque crampon et vérifiez que les six voies du pied répondent. Une voie muette, saturée ou bruitée signale le plus souvent un crampon mal serré ou un faux contact : resserrez et recontrôlez avant de lancer l'acquisition.

Mode d'enregistrement en local

Les Mini-Phyling disposent d'une mémoire interne qui permet d'enregistrer en autonomie complète, pour toute la durée de la batterie.

1. Appuyez une demi-seconde sur le bouton ON pour allumer le Mini-Phyling. La LED verte s'allume.
2. Appuyez sur le bouton REC par un clic rapide pour démarrer l'enregistrement. La LED passe au bleu. Répétez l'opération sur chaque chaussure.
3. Appuyez à nouveau sur le bouton REC pour stopper l'enregistrement. La LED repasse au vert.
4. Exportez les données en passant le Mini-Phyling en mode USB par un appui long sur le bouton ON (Mini-Phyling éteint), puis branchez-le à un port USB de l'ordinateur. Le fichier se trouve dans le dossier DATA.

Mode d'enregistrement via Bluetooth

Une connexion Bluetooth (BLE) est établie entre chaque Mini-Phyling et le Maxi-Phyling porté par la personne. Le Maxi-Phyling contrôle la synchronisation des deux pieds (± 10 ms) et transmet les données au cloud pour la visualisation en temps réel.

1. Allumez les Mini-Phyling et le Maxi-Phyling. La connexion s'établit automatiquement.
2. Appuyez sur le bouton REC du Maxi-Phyling, ou lancez l'enregistrement depuis l'onglet Temps réel de l'application Phyling.
3. Appuyez à nouveau sur le bouton REC pour terminer l'enregistrement.
4. Le Maxi-Phyling envoie automatiquement ses données au Hub.

Chargement

Utilisez uniquement le chargeur magnétique fourni par Phyling. À la fin du chargement, la LED de charge s'éteint. Ne faites pas d'enregistrement avec le capteur branché.

IV. Après la séance

1. Si besoin, essuyez à sec la coupelle et le crampon, sans jet d'eau ni immersion, et laissez sécher avant rangement.
2. Stockez le système à température ambiante, avec une batterie chargée : les batteries sont de petite capacité (durée de vie de l'ordre de 2 ans) et peuvent s'endommager si elles sont stockées déchargées.

V. Traitement des données

1. Associer : dans l'onglet Données, retrouvez les enregistrements associés à un athlète. Les données non associées issues d'un enregistrement récent sont accessibles en cliquant sur le bouton NEW (en bleu). Cliquez sur un enregistrement pour l'associer.
2. Visualiser : cliquez sur un enregistrement associé pour visualiser les données, effectuer des sélections et exporter les données au format csv.

Données

Phyling rend accessibles les données brutes de chaque crampon et de la centrale inertielle, au format csv. Des données traitées peuvent être fournies sur demande : force totale, indicateurs de force ou analyses sur mesure.

Donnée	Description	Unité
Force par crampon	Force verticale mesurée par chacune des 6 voies	N
Accéléromètre	Accélérations selon les 3 axes du Mini-Phyling	G
Gyroscope	Vitesses angulaires selon les 3 axes du Mini-Phyling	°/s

Les données sont également accessibles via l'API Phyling. Vous êtes propriétaire de vos données ; elles sont hébergées dans le cloud, et en local si nécessaire.

Conditions d'usage

Les Stud-E sont des prototypes fabriqués à la main, sur mesure, dans les ateliers Phyling à Palaiseau. Chaque paire est unique.

• Le système est un outil de recherche : il n'a été ni conçu ni validé pour un usage en match.
• Il n'est pas étanche et reste fragile aux chocs.
• Privilégiez le terrain synthétique. Évitez autant que possible l'herbe humide, la boue et le sable : l'eau s'infiltre par le filetage et le sable se loge dans la coupelle, ce qui dégrade le contact et rend le dévissage difficile.
• La précision de la mesure peut diminuer pendant les 20 dernières minutes de batterie.