Soutenance mémoire
L’aviron est une discipline olympique depuis la création des Jeux Olympiques. C’est un sport éminemment physique que l’on peut classer parmi les sports mécaniques et plus précisément parmi les sports nautiques mécaniques. Il s’agit en effet de propulser une embarcation par un système propulsif actionné par la seule force humaine. Depuis l’origine, les sportifs ont cherché à optimiser leur performance globale en améliorant leur potentiel physique, leur matériel et la technique pour exploiter au mieux ce potentiel et ce matériel.
Comme pour tous les sports mécaniques, le matériel a évolué en profitant des innovations technologiques, et cela principalement par l’utilisation des matériaux nouveaux (les matériaux composites, les matières plastiques, les alliages légers, etc. ) dont le sport de haut niveau a été un des utilisateurs les plus précoces et dont il reste un grand consommateur. En ce qui concerne les formes des embarcations et des rames, l’expertise des fabricants, les contraintes de conception et les règlements sportifs font que le matériel de compétition évolue moins rapidement, et plutôt avec des innovations de détails, sur l’accastillage en particulier. Comme souvent dans le domaine technologique, il faudra des efforts importants du point de vue scientifique et technique pour gagner en performance. Les progrès viendront probablement d’une adaptation personnalisée du matériel aux sportifs.
Sport et état de l’art en aviron
L’Aviron
L’aviron est une activité physique consistant à se déplacer à la surface de l’eau sur un bateau à l’aide de rames. C’est un mode de propulsion nautique qui consiste donc à transmettre le puissance physique humaine par l’intermédiaire de rames. Une inscription funéraire datant de 1400 avant J.-C. vantait déjà la qualité des rameurs du pharaon Amenhotep II . Longtemps les avirons, souvent associés à des gréements à voile, a constitué le moyen de propulsion principal pour les navires de commerce, de guerre et d’apparat.
Les premières courses modernes connues, appelées régates comme dans tout sport nautique, eurent lieu dans la seconde moitié du XVIIIe siècle entre les taxis Londoniens qui opéraient alors sur la Tamise. C’est au XIXe siecle que l’aviron est véritablement devenu un sport populaire tant en Angleterre qu’aux États-Unis. L’aviron est devenu sport Olympique pour les hommes dès le début des Jeux Olympiques à Paris en 1900 sous l’impulsion du baron Pierre de Coubertin luimême. Il a fallu attendre les Jeux de Montréal en 1976 pour que les rameuses aient aussi leurs Jeux Olympiques. Le sport aviron tel qu’on le connaît aujourd’hui est régi par la Fédération Internationale des Sociétés d’Aviron (FISA), fondée à Turin en 1892 par les sociétés nationales d’aviron de France, de Suisse et de Belgique, ce qui en fait la plus ancienne fédération au sein du mouvement olympique. Ainsi la FISA donne la définition actuelle de l’aviron dans le premier article de son «rule book» citeFISA2011 :
Rule 1 – Rowing, Boats, Regattas. Rowing is the propulsion of a displacement boat, with or without coxswain, by the muscular force of one or more rowers, using oars as simple levers of the second order and sitting with their backs to the direction of movement of the boat. Rowing on a machine or in a tank which simulates the action of rowing is also considered as rowing. In a rowing boat, all load bearing parts including the axes of moving parts, must be firmly fixed to the body of the boat, but the rowers’s seat may move along the axis of the boat. A rowing regatta is a sporting competition consisting of one or more events divided, if necessary, into a number of races, in one or more classes of boats for rowers divided, as a general rule, into different categories of sex, age or weight.
Le premier alinéa de cette règle établit clairement la différence entre l’aviron et d’autres sports nautiques mettant en jeu la propulsion par rames comme le kayak. En effet il est indiqué que les rames doivent être utilisées comme des leviers du second ordre . La force résistante s’exerce alors entre le point d’appui et le point d’application de la force motrice. D’autre part les rameurs doivent évoluer de dos par rapport à l’avance de l’embarcation. Ces spécificités en font l’essence même de l’aviron. L’alinéa 2 nous indique que l’accastillage du navire servant à retransmettre les efforts propulsifs doit être solidaire du bateau. Seul le siège (la coulisse) peut être mobile. Ceci exclut par exemple la possibilité de portant mobiles, dont le concept est apparu en 1981, mais qui a rapidement été interdit par la FISA lors des compétitions de par son gain de performance trop substantiel susceptible de dénaturer le sport aviron.
Actuellement l’aviron peut se pratiquer dans les clubs en loisir ou en compétition, en mer, en rivière ou sur lacs. Suivant le type de pratique, le matériel utilisé diffère. D’autre part, comme le mentionne la règle 1 du rule book de la FISA énoncée ci dessus, les activités reproduisant le mouvement d’aviron sur une machine comme l’ergomètre ou le bassin à ramer aussi appelé le tank à ramer dans le jargon de l’aviron, sont considérées comme de relevant de l’aviron.
Le matériel
L’aviron est avant tout un sport mécanique mettant en jeu la machine humaine, un bateau et des rames. Les bateaux et les avirons diffèrent par leurs caractéristiques et leurs performances intrinsèques suivant la pratique considérée.
Les bateaux de loisir sont généralement assez larges et lourds, permettant ainsi de procurer aux pratiquants une bonne stabilité de l’embarcation. Ces mêmes caractéristiques se retrouvent sur les bateaux d’initiation où l’on désire que le débutant n’ait pas en première approche à se soucier de l’équilibre de l’embarcation mais se concentre sur la technique gestuelle. On retrouvera des caractéristiques similaires pour les bateaux d’aviron de mer pour lesquels les conditions de navigation nécessitent des embarcations stables. Ces bateaux peuvent être en bois, fibre de verre ou plastique rotomoulé ce qui en fait des bateaux relativement bons marché et solides.
Les bateaux d’aviron destinés à la compétition ont évolué de façon considérable au cours du temps. Le recours aux matériaux composites s’est généralisé comme dans la plupart des sports ayant recours à du matériel et à la technologie. Les coques les plus performantes sont construites en sandwich composite carbone/kevlar dont l’âme est en nid d’abeille . Les avirons sont quasiment tous en composite carbone.
L’expertise empirique et le savoir faire des constructeurs, fondés sur des analyses comparatives et la collaboration avec les sportifs, ont aboutit à une certaine uniformisation des formes, tant pour les coques que pour les avirons.
La complexité des écoulements le long d’une carène d’aviron et autour d’une palette d’aviron fait que leur optimisation reste actuellement un sujet ouvert. Les techniques modernes de simulation numérique devraient permettre de générer encore quelques progrès en terme de performances hydrodynamiques.
Différentes déclinaisons des bateaux d’aviron
L’aviron peut ainsi se pratiquer seul ou à plusieurs, sur des bateaux regroupant deux, quatre ou huit rameurs avec parfois l’adjonction d’un barreur chargé de diriger le bateau à l’aide d’une gouvernail, également appelée barre. D’autre part, il est possible de ramer en pointe ou en couple. L’aviron de pointe met en jeu une rame par rameur qui peut être disposée à tribord ou à bâbord tandis que l’aviron de couple met en jeu deux rames par rameur. Ainsi on peut rencontrer nombre de configurations possibles en terme de nombre de rameurs, de présence d’un barreur, de rame de pointe ou de couple.
Les bateaux d’aviron se distinguent par un rapport longueur sur largeur très grand par rapport aux bateaux conventionnels. les dimensions caractéristiques des bateaux d’aviron Olympiques. On remarquera ainsi qu’un skiff, bateau armé pour une seule personne mesure déjà huit mètres de long pour une largeur de seulement 36 centimètres et une hauteur de franc bord de 22 centimètres tandis que le plus grand bateau d’aviron, le huit, mesure 18 mètres de long pour une largeur de 60 centimètres.
|
Table des matières
Introduction Générale
I Sport et état de l’art en aviron
I.1 L’Aviron
I.1.1 Le matériel
I.1.1.1 Différentes déclinaisons des bateaux d’aviron
I.1.1.2 Les avirons
I.1.1.3 Accastillage du bateau d’aviron : les réglages
I.1.2 Le geste
I.1.2.1 La phase de propulsion
I.1.2.2 La phase de retour
I.1.2.3 La cadence
I.1.2.4 Le départ d’une course
I.1.3 Les compétitions
I.1.4 Aviron et innovation
I.2 Étude Bibliographique
I.2.1 Mécanique du système bateau-avirons-rameur(s)
I.2.1.1 Modélisation des rameurs par une masse ponctuelle
I.2.1.2 Modélisation des rameurs à plusieurs corps
I.2.1.3 Modèles anthropométrique
I.2.1.4 Degrés de liberté du bateau
I.2.2 Modélisation des interactions fluide-structure
I.2.2.1 Hydrodynamique de la rame
I.2.2.2 Hydrodynamique du bateau d’aviron
I.2.2.3 Modèles aérodynamiques
I.2.3 Pilotage du système
I.2.4 Rendements, Puissances et Indices de Performance
II Objectifs de l’étude
II.1 Cahier des charges
II.2 Structure du simulateur GMRS
II.3 Fonctionnement général
II.3.1 Intégration temporelle
II.3.2 Convergence de cycle
II.3.3 Mise en équilibre du système
II.3.4 Post-traitement
II.3.5 Degrés de liberté du bateau
II.4 Modèle de données
II.5 Amélioration des modèles
III Modélisation du système par un formalisme robotique
III.1 Notations de la robotique
III.1.1 Positions et transformations entre vecteurs
III.1.1.1 Transformations homogènes
III.1.1.2 Propriétés des transformations homogènes
III.1.2 Notations torsorielles
III.1.2.1 Torseur cinématique d’un corps
III.1.2.2 Transformations entre torseurs
III.2 Paramétrage de systèmes polyarticulés complexes
III.2.1 Liaisons cinématiques et variable articulaires
III.2.2 Paramétrage de Denavit-Hartenberg modifié
III.2.2.1 Paramétrage d’une structure ouverte arborescente
III.2.2.2 Paramétrage en présence de boucles cinématiques
III.3 Modèle géométrique
III.4 Paramètres inertiels standards
III.5 Description géométrique des rameurs
III.5.1 Modèle simplifié 2D de rameur
III.5.1.1 Description géométrique
III.5.1.2 Anthropométrie
III.5.1.3 Réglages
III.5.2 Modèles 3D de rameurs
III.5.3 Anthropométrie : le programme GEBOD
III.5.3.1 Description
III.5.3.2 Population
III.5.3.3 Le modèle interne de GEBOD
III.5.3.4 Intégration des données GEBOD
III.5.4 Bateaux de plus d’un rameurs
III.6 Cinématique
III.6.1 Modèles cinématiques
III.6.2 Relations de récurrence des quantités cinématiques
III.7 Contraintes de boucles
III.8 Conclusion
IV Modélisation dynamique
Conclusion Générale
