Pourquoi le ballon high tech de la Coupe du Monde va changer le football ?

28 novembre 2022

Le saviez-vous ? Le nouveau ballon utilisé à la Coupe du Monde 2022 au Qatar est truffé de nouvelles technologies, permettant de capturer de nombreuses données en temps réel. Découvrez comment le Big Data va transformer le monde du sport, en commençant par cet événement mondial…

Lorsque la Coupe du Monde 2022 a débuté au Qatar le 20 novembre, la majorité d’entre nous ont pensé assister à un match de football comme tous les autres.

Toutefois, en réalité, les ballons utilisés tout au long de ce tournoi embarquent de nombreuses technologies de pointe inédites. Jamais autant de technologies n’avaient été utilisées dans l’histoire du sport !

Cette balle contient un capteur collectant les données de positionnement spatial en temps réel. C’est la première fois qu’un tel mécanisme de suivi de balle est utilisé en Coupe du Monde.

Ce système est combiné avec les outils de suivi optique, afin de rendre la VAR (arbitrage vidéo) et les logiciels d’évaluation de hors-jeu plus précis que jamais auparavant.

Depuis bien longtemps, le monde de la technologie cherche à combiner ces deux formes de tracking. L’usage du capteur intégré au ballon par la FIFA fera office de premier test public en conditions réelles.

L’aboutissement d’un cycle et le début d’une ère

La configuration déployée au Qatar représente l’aboutissement d’un long cheminement technologique, mais aussi le commencement d’une nouvelle ère.

Des années de recherche et de tests ont été nécessaires pour atteindre cet objectif. Par exemple, le capteur intégré au ballon a été développé et testé pendant six ans avant de recevoir la certification FIFA.

Toutefois, grâce à la mise en lumière par cet événement planétaire, ces nouvelles technologies vont se démocratiser rapidement et de nombreux cas d’usage pourraient voir le jour.

Un ballon équipé de capteurs Big Data

Dans le cadre de la Coupe du Monde 2022, cette technologie de capteur est utilisée pour un programme de « hors-jeu semi-automatisé ». Ce système repose fortement sur des fonctionnalités d’intelligence artificielle, mais requiert tout de même une intervention humaine.

Cet appareil intégré à chaque ballon est un appareil conçu par KINEXON : un acteur majeur du suivi de performances pour plusieurs sports.

L’accessoire pèse 14 grammes, et contient en réalité deux capteurs séparés fonctionnant simultanément. Le premier est un capteur UWB (ultra-wideband) offrant des données positionnelles plus précises que le GPS ou Bluetooth. Il est également capable de transmettre les données en temps réel pour suivre constamment la position du ballon.

Le second capteur est un IMU (unité de mesure d’inertie) permettant de détecter les mouvements nuancés d’un objet dans l’espace. Ensemble, ces deux capteurs permettent de suivre à la fois la position d’un objet et son mouvement granulaire en trois dimensions.

Chaque fois que le ballon est frappé ou jeté, le système capture ses mouvements à 500 images par seconde. Les données sont envoyées en temps réel des capteurs à un système de positionnement local (LPS).

Ceci implique un réseau d’antennes installées tout autour du terrain, capable de recevoir et de stocker les données pour un usage immédiat. Quand la balle sort des bordures pendant le jeu et qu’une nouvelle balle est lancée pour la remplacer, le système backend de Kinexon change automatiquement de suivi sans intervention humaine.

L’appareil de KINEXON est soutenu dans le ballon par une technologie de suspension fournie par Adidas. Cette technologie est conçue pour abriter le capteur au point intérieur central de la balle et le garder en sécurité à cet emplacement.

En parallèle, 12 caméras de tracking optique Hawk-Eye sont disposées autour du stade. Ce système est déjà couramment utilisé dans le monde du tennis. Les caméras permettent de suivre le ballon et chaque joueur avec 50 captures par seconde. Au total, 29 points séparés du corps sont suivis dont les genoux.

Une IA pour détecter les hors-jeu automatiquement

En combinant ces deux sources de données, les arbitres peuvent prendre de meilleures décisions plus rapidement. Il s’agit d’une priorité pour la FIFA.

Comme l’explique Nicolas Evans, directeur de la recherche chez FIFA Technology Innovation, lors du débrief de la Coupe du Monde 2018, l’organisation s’est rendu compte que la principale région d’amélioration identifiée était la prise de décision sur les hors-jeu.

Les données des appareils KINEXON et Hawk-Eye sont transmises à un logiciel d’intelligence artificielle, conçu pour générer des alertes automatisées en cas de hors-jeu à destination des arbitres. Ceci permet de gagner un temps précieux par rapport à l’analyse manuelle de vidéos.

En outre, le logiciel génère aussi des rendus 3D des données spatiales. Ces dernières sont superposées aux diffusions TV et aux écrans du stade pour donner aux fans un aperçu direct de la façon dont les décisions sont prises.

Peut-on vraiment se fier au Big Data pour l’arbitrage ?

Peut-on réellement faire confiance à ces technologies ? Y a-t-il un risque qu’une décision erronée soit prise à partir de données faussées ? Un décalage de quelques millimètres de la position détectée par les capteurs pourrait entraîner une grave faute d’arbitrage…

Toutefois, le système de KINEXON offre un taux de rafraîchissement des données à 500 Hz. Il s’agit du nombre de fois que l’écran est capable d’afficher une nouvelle image à chaque seconde. En comparaison, la plupart des écrans HD moderne ont un taux de rafraîchissement de 50 Hz.

Par conséquent, l’écart avec le positionnement réel ne dépasse pas deux millisecondes. De plus, l’usage d’une horloge PTP permet la synchronisation entre les données KINEXON et Hawk-Eye.

Afin de tester chaque composant du système, FIFA a mené des tests au sein d’un environnement live et d’un environnement contrôlé. Le Programme de Qualité exige un format « ground truth testing » pour les systèmes de tests de performances électroniques.

Cette approche utilise un minimum de 36 caméras de capture de mouvement Vicon, combinées avec des marqueurs réfléchissants placés sur le ballon et chaque joueur pour une détection extrêmement précise.

Pendant que les joueurs et la balle bougent sur le terrain de test, les caméras Vicon et le système KINEXON / Hawk-Eye sont lancés simultanément. Les chercheurs comparent leurs performances pour évaluer leur précision. D’autres outils permettent de renforcer la fiabilité du test, comme un laser pour détecter les événements tels qu’un sprint à haute vitesse.

En parallèle, un autre test permet de vérifier que l’ajout du capteur au ballon soit imperceptible pour les joueurs. C’est une étape indispensable pour éviter que les joueurs puissent blâmer le ballon en cas de penalty raté…

C’est Adidas qui s’est chargé de ce test, en utilisant deux méthodes. La première était de laisser les joueurs tester ce ballon sans le savoir, au sein de plusieurs clubs d’Espagne, d’Allemagne et d’Angleterre.

La deuxième technique employée était un lanceur de balles mécanique. Des appareils en laboratoire ont été programmés pour frapper la balle à différentes vitesses et dans diverses directions. Des caméras à haute vitesse ont ensuite évalué la trajectoire du ballon pour s’assurer qu’elle ne soit pas altérée par le capteur. Ces tests se sont révélés concluants.

En outre, une version précoce du ballon équipé de capteurs KINEXON avait été testée en 2018 en quatrième division allemande afin de fournir des données en temps réel à la télévision. La caméra Hawk-Eye a également été testée pendant les matchs de poule de Ligue des Champions au début de cette saison.

Bien évidemment, le risque zéro n’existe pas. Les équipements peuvent subir un dysfonctionnement, et cette possibilité reste inévitable.

L’usage de ces technologies pour la Coupe du Monde 2022 ne fait qu’explorer la surface des possibilités offertes. Dans un avenir proche, la combinaison entre les capteurs de ballon et le tracking optique pourrait se populariser dans tous les sports.

C’est déjà ce qu’on constate avec la technologie de suivi Second Spectrum dans la NBA, et les caméras Hawk-Eye dans le tennis. Dès lors, les équipes et les joueurs pourraient utiliser ces données pour l’analyste tactique.

Les chaînes de télévision pourraient proposer des visualisations aux spectateurs, et les fans pourraient accéder à une multitude de statistiques impossibles à capturer jusqu’à présent.

Début 2022, le capteur Kinexon a été utilisé dans le match de relégation de première ligue portugaise aux côtés de capteurs intégrés aux maillots des joueurs pour suivre leurs mouvements.

Au total, plus de 300 métriques différentes ont été collectées dans différentes catégories. Il s’agit de données techniques comme la vitesse des tirs ou le temps de possession, mais aussi des données de performances comme les sprints et la vitesse de dribbles, ou encore des données tactiques comme le contrôle d’espace ou les pertes de balles.

Les applications potentielles pour toutes ces données sont théoriquement illimitées. Il serait notamment possible de les exploiter pour créer des mondes virtuels ou pour ajouter des informations sur les performances des joueurs en réalité augmentée.

On peut aussi imaginer pouvoir visualiser un match du point de vue du joueur de son choix, par exemple à travers les yeux de Kylian Mbappe. En conclusion, même si le Big Data était déjà utilisé dans le football, ces nouveaux systèmes de tracking high-tech inaugurent une véritable révolution pour le monde du sport…

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