Stage M2/PFE: "Etude des résistances de vagues sur un mannequin nageur"

Contexte :

La natation course est une discipline olympique dont l’objectif est de nager le plus rapidement possible sur une distance donnée. Dans ce cadre, les nageurs doivent simultanément générer le plus de force propulsive tout en diminuant les résistances à l’avancement. Ces forces sont uniquement créées par les déplacements des segments des nageurs. Dans ce contexte, l’étude des forces propulsives et résistives devient un enjeu fondamental dans la perspective d’optimisation des performances, d’autant plus à l’heure actuelle où les médailles se gagnent à quelques centièmes de seconde, comme nous avons pu le constater lors de ces derniers jeux Olympiques de Paris 2024. Cependant, l’étude de ces forces hydrodynamiques n’est pas aisée, notamment dans le cadre spécifique des bassins d’entraînement. Premièrement parce que les nageurs ont souvent peu de disponibilité, et deuxièmement parce qu’il est difficile d’équiper les sportifs pour effectuer des mesures dans le milieu aquatique. Une autre solution est alors de concevoir, en laboratoire de recherche, un dispositif permettant de reproduire des gestes se rapprochant de ceux des nageurs de haut-niveau, et de les étudier à partir de dispositifs de mesures cinématiques et dynamiques. C’est dans ce cadre que se situe ce projet : faire varier paramétriquement la cinématique d’un « mannequin nageur » et analyser les effets sur l’écoulement à partir d’outils de mesure adaptés. Cette singularité, permises par les outils de mesure très développés de l’Institut prime, permet une recherche de qualité et très originale dans le paysage mondial de la recherche en activités aquatiques.

 

Objectifs

L’objectif de ce projet de recherche est d’étudier les ondes de surface et les efforts autour d’un mannequin nageur, dans un bassin d’eau pour différentes profondeurs et vitesses d’avance du mannequin. La finalité est de comprendre les mécanismes mis en jeu à l’interface eau-air, et le rôle de la vitesse et de la profondeur du mannequin sur les vagues générées.

 

Descriptif

Un des objectifs de l’équipe RoBioSS (Robotique, Biomécanique, Sport et Santé), est d’étudier les déterminants biomécaniques de la performance sportive. Dans ce cadre, des études sur des nageurs experts ont été menées depuis plus de 10 ans, en lien avec la Fédération française de Natation.

Une thèse a déjà été réalisée sur le sujet, par l’enseignant chercheur Mathias SAMSON (2012-2016 « Étude expérimentale et numérique, en écoulement instationnaire, du trajet des bras en crawl à différentes allures de nage »). Un Programme Investissements d’Avenir (PIA D-Day), porté par l’Université de Poitiers et dont l’équipe RoBioSS fait partie, est en cours pour accompagner les nageurs de l’équipe de France aux JO de Paris en 2024.

Une deuxième thèse, qui a débuté en octobre 2022, est actuellement en cours sur le sujet, (Raphaël Guignabel « Analyse expérimentale des forces propulsives et résistives en natation à partir d'un dispositif robotisé simulant le geste d'un nageur »). Plusieurs publications ont déjà été faites sur le sujet (Samson et al., 2015 ; Guignabel et al., 2022).

Un dispositif a déjà été conçu afin de mesurer les forces résistives et propulsives (Figure 1). Le système mannequin articulé, fixé sur le chariot de traction du bassin, est conçu à partir d'un moto-réducteur, intégré au sein du mannequin. Un système de transmission poulie-courroie permet de faire pivoter le bras à partir de son axe d'épaule pour produire des mouvements de nage. L’ensemble du dispositif est totalement étanche. Il peut dont être tracté à différentes vitesses dans le canal.