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Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 1 362 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 6 Mo |
Extrait
DOCTORAT AIX-MARSEILLE UNIVERSITE
Délivré par :
L’UNIVERSITE DE LA MEDITERRANEE
Spécialité : SCIENCES DU MOUVEMENT HUMAIN
Approche aérodynamique et biomécanique
de l’amélioration des performances de
cyclistes en course contre la montre
Présenté par :
Vincent CHABROUX
Soutenu le :
04 Juin 2010
Devant un jury composé de :
M. Frédéric GRAPPE – Maître de Conférences (rapporteur)
M. Franck BARBIER – Professeur des universités (rapporteur)
M. Daniel FAVIER – Directeur de Recherche CNRS
M. Eric BERTON – Professeur des Universités
M. Jean-Marc GUEUGNEAUD – Time Sport International
M. Philippe MAUDUIT – Equipe cycliste Bouygues Telecom
2 V. Chabroux SOMMAIRE
Remerciements..................................................................................................... 6
Introduction ......................................................................................................... 7
Premier chapitre :
Approche aérodynamique de l’amélioration des
performances de cyclistes en course contre la montre
I. Introduction....................................................................................................15
1.1 Rappels aérodynamiques............................................................................................. 16
1.2 Evolution du record de l’heure ................................................................................... 18
1.3 Etat de l’art ................................................................................................................... 20
II. Moyens de mesures et traitement des données..........................................24
2.1 Soufflerie ....................................................................................................................... 24
2.2. Mesure de l’effort de traînée ...................................................................................... 25
2.3 Mesure de la surface frontale...................................................................................... 26
2.4 Mesure des angles posturaux ...................................................................................... 28
2.5 Population ..................................................................................................................... 29
2.6 Analyse statistique........................................................................................................ 29
2.7 Mesure des champs de vitesses dans le sillage des casques ...................................... 30
2.7.1 Principe de mesure PIV ........................................................................................ 30
2.7.2 Système de mesure stéréoscopique PIV-3C ........................................................ 32
2.7.3 Résultats des mesures PIV-3C ............................................................................. 33
2.7.4 Précision des mesures PIV-3C ............................................................................. 33
III. Résultats de l’approche aérodynamique ..................................................35
3.2 Influence de la posture................................................................................................. 36
3.3 Influence du positionnement des membres supérieurs............................................. 36
3.4 Influence du positionnement de la selle...................................................................... 39
3.5 Caractéristiques du casque en fonction de l’inclinaison de la tête .......................... 41
3.5.1 Influence de l’inclinaison de la tête...................................................................... 42
3.5.2. Comparaison des casques .................................................................................... 44
3.5.3 Influence de la visière........................................................................................... 45
3.5.4 Influence des aérations frontales ......................................................................... 46
3.6 Etude de l’écoulement dans le sillage du casque ....................................................... 47
3.6.1 Géométries des casques de CLM ......................................................................... 48
3.6.2 Résultats des mesures............................................................................................ 49
3.7 Modélisation de la surface frontale............................................................................. 55
3.7.1 Critère de validation du modèle de calcul de la surface frontale...................... 55
3.7.2 Analyse des variables caractérisant la surface frontale..................................... 56
3.7.3 Modélisation de la variation de surface frontale liée à l’orientation de la tête et
à la longueur du casque ................................................................................................. 59
3.7.4 Modélisation de la surface frontale en fonction de la taille............................... 60
3.7.5 Modélisation optimisée de la surface frontale .................................................... 60
3.7.6 Validité des modèles.............................................................................................. 61
3.7.7 Comparaison des modèles avec les données de la littérature............................ 62
3 V. Chabroux
Deuxième chapitre :
Approche biomécanique de l’amélioration du rendement
du pédalage de cyclistes en course contre la montre
I. Introduction...................................................................................................65
II. Moyens de mesures et traitement des données..........................................68
2.1 Système d’analyse du mouvement .............................................................................. 68
2.1.1 Positionnement des caméras................................................................................. 68
2.1.2 Calibration du système d’analyse du mouvement.............................................. 68
2.1.3 Repérage des points anatomiques........................................................................ 69
2.1.4 Enregistrement des trajectoires ........................................................................... 70
2.1.5 Calcul de la cinématique des segments................................................................ 70
2.2 Balances de mesure des torseurs d’efforts aux pédales ............................................ 71
2.2.1 Cahier des charges ................................................................................................ 71
2.2.2 Etalonnage des balances ....................................................................................... 72
2.3 Ergomètre SRM Indoor Trainer ................................................................................ 72
2.4 Enregistrement et synchronisation de l’ensemble des signaux ................................ 73
2.5 Modèle de dynamique inverse..................................................................................... 74
2.5.1 Modélisation des segments.................................................................................... 74
2.5.2 Centre de rotation de la hanche........................................................................... 75
2.5.3 Code de calcul........................................................................................................ 76
2.6 Population, conditions paramétriques et analyse statistique ................................... 79
2.6.1 Conditions paramétriques .................................................................................... 79
2.6.2 Protocole expérimental ......................................................................................... 80
2.6.3 Analyse des résultats ............................................................................................. 81
III. Résultats de l’approche biomécanique .....................................................82
3.1 Efforts exercés sur les pédales..................................................................................... 82
3.2 Inclinaison des pédales................................................................................................. 86
3.3 Angles articulaires........................................................................................................ 88
3.2.1 Angle articulaire de la cheville............................................................................. 88
3.2.2 Angle articulaire du genou ................................................................................... 89
3.2.3 Angle articulaire de la hanche.............................................................................. 90
3.4.1 Moments articulaires ............................................................................................ 91
3.4.2 Influence de la puissance ................................