Voués à l'étude de la cinématique articulaire - déplacements, vitesses et accélérations des segments corporels ‑, les systèmes optiques reposent essentiellement sur des techniques optoélectroniques et des techniques vidéo. Dans le premier cas, des marqueurs sont posés sur la peau du sujet à proximité des articulations. « La position de ces marqueurs a été codifiée par la Société internationale de biomécanique en fonction de l'activité étudiée, rapporte Bénédicte Forthomme. Ainsi, dans le cas de la marche, ils seront placés à des endroits précis sur les membres inférieurs. En revanche, lors d'une expérience récente relative au service des meilleurs tennismen de l'Association francophone de tennis - Olivier Rochus, Steve Darcis... -, nous avons disposé les marqueurs sur l'ensemble du corps des athlètes, ainsi que sur leur raquette. » Quand le sportif se meut, des caméras photosensibles détectent en temps réel le mouvement des marqueurs. Grâce à des logiciels de numérisation et de traitement de données, le biomécanicien obtient la restitution des déplacements des segments corporels dans l'espace à trois dimensions, de même que le calcul des vitesses et des accélérations. Il ne s'agit donc pas d'une vidéo classique du mouvement.

En fait, il existe deux principaux types de systèmes optoélectroniques, les uns passifs, où les marqueurs réfléchissent la lumière infrarouge émise par les caméras, les autres actifs, où chaque marqueur émet lui-même sa propre lumière infrarouge. « Le grand défaut du système passif est que, si deux marqueurs sont relativement proches, le système peut se révéler incapable de les distinguer l'un de l'autre, explique Cédric Schwartz, ingénieur, postdoctorant au Laboratoire d'analyse du mouvement humain. Le système actif, lui, contourne cet écueil. Il a cependant deux inconvénients: une limitation du nombre de marqueurs pouvant être utilisés simultanément et l'obligation de connecter des câbles d'alimentation électrique aux dits marqueurs. »

Approche microscopique du mouvement

Globalement, les systèmes électroniques actifs offrent une plus grande facilité d'utilisation et une meilleure flexibilité. Raison pour laquelle le LAMH a opté pour l'un d'eux : le Codamotion. Le laboratoire liégeois s'est doté de quatre caméras afin de couvrir un large champ de prises de vues et de pouvoir suivre ainsi des mouvements complexes. « Rien que pour la marche, une seule unité 3D ne suffirait pas si l'on s'intéresse simultanément à la jambe gauche et à la jambe droite du marcheur », souligne Cédric Schwartz.

La fréquence maximale d'acquisition de données du système  dépend du nombre de marqueurs. S'ils sont 56, par exemple, elle est limitée 100 hertz ; s'ils sont 6, à 800 hertz. Or décrire la position d'un segment corporel en 3D requiert au minimum trois marqueurs. Par conséquent, deux segments seulement peuvent être étudiés si l'on travaille à 800 hertz.