B. L'hydrodynamique en natation

B. L'hydrodynamique en natation.

     L'hydrodynamique c'est la partie de la mécanique des fluides qui s'applique aux liquides. Elle étudie les lois boulversant leurs mouvements et les résistances qu'ils opposent aux corps présent dans l'eau. 

a/Présentation de la résistance à l'avancement.

     Dans le milieu aquatique, il existe une force frénatrice appelée résistance à l'avancement. Cette force s'oppose au déplacement de chaque individu dans l'eau. Ces résistances qui freinent le déplacement du nageur sont dues à trois facteurs important :
  - La forme qu'il représente dans l'eau, que l'on peut noter K
  - La surface qu'il oppose à l'avancement, appelée S
  - La vitesse à laquelle il se déplace, nommée V

De ces trois facteurs, une formule concernant la valeur de la résistance est proposée à savoir :

tableau résistance

     R dépend alors de la forme représentée par le nageur dans l'eau, de la surface qu'il oppose à l'avancement mais surtout de la vitesse de celui-ci. En effet, prenons un exemple, un individu se déplaçant à une vitesse de 1m/s soit, 50secondes les 50mètres, aura une résistance égale à R = K. S. 1. Tandis qu'un autre individu, se déplaçant à une vitesse de 2m/s soit, 20secondes les 50mètres aura une résistance égale à R = K.S.4.
On déduit alors que ce coefficient de vitesse est primordial. Il propose au nageur deux solutions.
Le sportif peut alors décider de ralentir sa cadence et de limiter les résistances, ou alors d'accélérer et d'accepter la présence de celles-ci et de trouver un moyen pour les contrer. Les résistances dépendantes de la vitesse sont les résistances passives, cet-à-dire les résistances frontales, les frottements superficiels ainsi que les aspirations tourbillonnaires.

b/ Les différents effets de ces facteurs.

     L'effet de chacun de ces trois facteurs est différent.

     A commencer par l'effet de la vitesse. Nous avons vu précédemment que plus la vitesse augmentait, plus les deux autres coefficients, à savoir K et S prenaient de l'importance. On peut également constater que les variations de V la vitesse ont également des incidences sur les freinages du corps dans l'eau. Il est vrai que si un athlète nage plus vite une partie de sa course et moins vite l'autre, il aura dépensé plus d'énergie pour contrer les résistances à l'avancement que s'il avait gardé une vitesse constante. On retrouve l'idée du rythme cassé, d'un changement de cadence inutile.

     Vient après l'effet de vitesse, l'effet de la surface du maître-couple.
Cette surface est représentée sur un plan vertical, il s'agit de la projection orthogonale d'un corps par rapport au déplacement de celui-ci. Comme on peut le constater dans le schéma ci-dessous, plus la zone d'ombre, appelé surface du maitre-couple est petite, moins le nageur s'expose aux résistances à l'avancement puisque la surface proposée à l'eau est moindre. Ainsi, s'il effectue un battement de jambe trop ample mais encore un relèvement de tête durant une coulée ventrale, il augmente cette zone et donc, ralentit.

schéma ombre

     Pour finir, L'effet de la forme. Celle-ci se caractérise de deux manières, la forme, et l'allongement.

     - Tout d'abord, en ce qui concerne la forme, il est préférable de se positionner de manière aérodynamique, cet à dire le plus ovale possible (Comme dans la figure A) afin d'éviter les résistances passives. La figure B dispose d'un carré ayant la même surface que l'ovale de la figure A et on remarque clairement la présence de résistances.

schéma forme


     - L'allongement intervient à son tour dans l'effet de forme. Il est nécessaire de s'agrandir le maximum possible pour diminuer les résistances passives. Plus le corps est allongé, moins il y a de résistances passives. En effet, une coulée effectuée les bras le long du corps est moins efficace qu'une coulée ou les bras sont disposés dans le prolongement du corps. Le schéma ci-dessous a pu être réalisé grâce à Ungerechts et Nikas (1994) qui démontrèrent qu'à la même vitesse, plus l'allongement d'un objet est conséquent, plus les résistances passives se réduisent. Dans la figure A) nous remarquons un allongement nul donc il y a 100% des résistances passives. Dans la figure B) l'allongement est plus important que dans celui de la figure A) il y a désormais 81% des résistances passives. Dans la figure C) l'allongement est encore plus important, il ne reste que 76% des résistances.

schéma allongement

c/ Les résistances subies par le nageur.

     Il existe trois types de résistances ou traînées dans l'eau auxquelles le nageur doit être confronté.

     On retrouve la traînée de forme, elle est caractérisée par la forme du corps du nageur et par les mouvements qu'il effectue. Celà peut augmenter la surface antérieure, et ainsi, la surface du maître-couple on parlera alors de résistance frontale. Il existe également une résistance de remous qui est due à la forme qui s'exerce à l'arrière du corps du nageur au niveau du postérieur, c'est d'ailleurs pour cela que l'on parle de résistance de remous, ou de tourbillonnaire postérieur. Cette traînée de forme peut être réduite si le nageur opte une position la plus horizontale possible, et si le nageur possède une grande taille, de large épaule, et un bassin étroit.

     Il y a aussi la traînée de vague, comme son nom l'indique, les vagues formées par l'athlète freinent à leurs tour sa performance. Il forme des vagues au niveau frontal dues aux mouvements de haut en bas des bras, et au niveau des jambes, dues aux battements. Au niveau frontal, la zone de haute pression formée le ralentit considérablement, il en est de même au niveau de la vague de queue, à l'arrière. Cette résistance dépend également de la vitesse et de la forme du nageur.

     Pour finir, la traînée de frottement, elle est principalement causée à partir de l'écoulement de l'eau par rapport au corps de l'athlète. En effet, lorsque l'écoulement est dit laminaire, cet-à-dire que les molécules composant l'eau s'écoulent en flux linéaire et homogène. Dans ce cas, on peut alors négliger les résistances de frottements puisqu'elles sont réduites en grande partie. A partir du moment où ces flux rencontrent un obstacle, ici il s'agit du corps du nageur, on peut alors parler d'écoulement turbulent. Effectivement, les molécules se dispersent, rebondissent dans toutes les directions, percutent d'autre ligne de courant qui deviennent elles aussi à leur tour un écoulement turbulent. Cet échauffement des molécules entraîne à l'avant du nageur une zone de haute pression précédemment indiquée dans la traînée de vague, qui freine considérablement la progression du nageur. A l'arrière du corps est créée par la même occasion une zone de courant tourbillonnaire de basse pression entrainant un effet de succion qui ralentit à son tour l'avancée de l'individu. Les bulles d'airs qui entourent le nageur sont la preuve de ces effets. De plus, l'épilation du corps des athlètes et l'utilisation des combinaisons améliorent jusqu'à 30% l'écoulement de l'eau le long du corps.


     Voici ci-dessous un schéma expliquant clairement toute les traînées s'exerçant sur un nageur lors d'une course. Le nageur doit alors faire face à toutes ces résistances afin d'avancer le plus rapidement possible.

schéma nageur

 

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