Transcript Hydrodynamique
Ministère de la Jeunesse, des Sports et de la Vie Associative
BREVET D ’ETAT D ’EDUCATEUR SPORTIF 1er DEGRE DES ACTIVITES DE LA NATATION
2004 - 2005
U.F 2 Enseignement de la Natation
Y. RUELLO
Eléments scientifiques éclairant le comportement d’un pratiquant en situation d ’apprentissage de la natation
Y. RUELLO
L ’hydrodynamique :
est la partie de la mécanique qui étudie la circulation, l ’énergie et la pression des fluides.
Y. RUELLO
La résistance à l ’avancement : Quelle problématique ?
Y. RUELLO
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LES RESISTANCES L'eau offre beaucoup plus de résistance que l'air.
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Les problèmes mécaniques liés à l’avancement sont de deux ordres : réduire le plus possible la résistance à l’avancement.
créer et utiliser efficacement les appuis moteurs ;
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Pour se déplacer dans l’eau et se maintenir, le nageur utilise sa propre force musculaire. Le déplacement du nageur est le résultat de forces antagonistes de propulsion et de résistance.
Pour être plus efficace, il faudra donc augmenter les actions propulsives et diminuer les différentes formes de résistance.
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La résistance est la somme des forces qui s ’exercent sur le nageur et s ’opposent à sa translation. La propulsion est la force de sens opposé, égale ou supérieure à la résistance.
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2 grands types de résistances se dégagent : Les premières sont passives, elles sont liées au corps du nageur, elles dépendent de sa morphologie, de sa densité, de sa peau.
Les secondes sont actives, elles sont liées à la technique utilisée à travers la position et les différents mouvements nécessaires à la propulsion.
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A) Le déplacement : Le coefficient de forme : L'eau offre une surface d'attaque : résistance au déplacement qui est fonction du carré de la vitesse de déplacement et de la Cette résistance formule : R = K S V R correspond à la résistance à l'avancement 2 s'exprime par la
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Les forces : la résistance de l’eau dépend de la grandeur de la surface (S), de la vitesse (V) du corps et de l’hydrodynamisme (K) de ce même corps.
Deux corps peuvent avoir la même surface vue de face mais un aérodynamisme différent vue de côté.
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Pour un maître couple et une vitesse donnée de déplacement, les corps vont en fonction de leur forme rencontrer des valeurs très variables de résistances à l'avancement.
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Des expériences nous apprennent que pour un même maître couple un corps hémisphérique n'aura pas, à la même vitesse, une résistance identique à vaincre s'il se présente en face bombée ou plane en avant : la résistance sera moindre dans le second cas.
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K est le coefficient de forme du nageur, Ce coefficient sera d'autant plus faible que le nageur aura étroit et jambes fines).
une forme hydrodynamique (épaule large, bassin
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Les entraîneurs savent par expérience que le nageur aux épaules larges et au bassin étroit leur apportent des promesses.
Certaines jeunes filles voient leur courbe de progrès s'infléchir brusquement.
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La déformabilité du corps jouera encore de façon non négligeable. Il importe que ce soit le nageur qui déforme l'eau et non l'eau qui déforme le nageur, entraînant de ce fait une perte d'énergie.
Ex: pendant toute la durée de la glissée, le nageur doit se raidir et fuir tout relâchement.
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S est la surface du maître couple du nageur. C'est la projection orthogonale du nageur sur un plan vertical.
Un changement de position du corps entraîne souvent une variation de S et de K. On a démontré que la résistance de l’eau dépend de 3 facteurs S, K, V.
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Un doublement de la surface provoque un doublement de la résistance.
La vitesse Un doublement de la vitesse provoque un quadruplement de la résistance. La résistance rencontrée varie comme le carré de la vitesse .
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Conséquences en Pédagogie : Une amélioration de l’hydrodynamisme provoque une réduction de la constance (K) c’est à dire une moindre résistance de l’eau.
Dans les activités sportives, on essaie de réduire les résistances, et en natation il est particulièrement important de réduire la résistance de l’eau.
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B) Ecoulement d'un fluide sur une
surface solide. Déplacement d'une surface solide dans un fluide.
Les écoulements des fluides sont de deux types : les écoulements laminaires écoulements turbulents.
et les
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les écoulements laminaires Les fluides quand ils ne sont pas perturbés s'écoulent de façon régulière selon des lignes de courant.
La vitesse d'écoulement peut changer le long d'une ligne de courant, elle peut varier d'une ligne de courant à l'autre.
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les écoulements turbulents.
L'écoulement laminaire devient turbulent quand les lignes de courant, se heurtant à un Trois corps, types de subissent forces de vont grands changements de direction et de vitesse.
agir simultanément, sur le nageur en l'occurrence :
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Une résistance frontale appelée résistance de vague ou traînée de vague. Il se produit une zone de turbulence provoquant des vagues dont les plus importantes sont la vague à l'avant du corps et la vague de queue à l'arrière. Les vagues et les turbulences de l'eau créent une zone de haute pression qui freine de manière importante la progression du nageur.
(de face)
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Une résistance ou traînée de frottement de l'eau sur la peau : lorsqu'un corps se déplace dans un fluide, les molécules du fluide les plus près du corps adhèrent à celui-ci. La mince couche de fluide dans laquelle la vitesse se différencie s'appelle la couche limite.
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Une résistance ou traînée de forme : elle dépend de la forme du nageur liée aux mouvements verticaux ou latéraux, qui augmentent la surface antérieure (résistances frontales) mais également les surfaces postérieures intervenant négativement sur les aspirations (traînée de remous ou tourbillonnaires postérieures, encore appelées aspirations de queue).
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Un fluide qui s'écoule sur une surface solide exerce sur cette surface des forces dont la résultante C'est le cas pour un nageur.
R s'applique au centre de cette surface.
est perpendiculaire à la surface, cette force La force R se décompose en : Une force portante P qui vient s'ajouter à la poussée d'Archimède (on flotte mieux en allant vite, on se dégauge)
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Une force de traînée T qui freine le nageur (d'où l'intérêt de s'allonger au maximum pour diminuer cette traînée).
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2) Les actions motrices Le nageur se déplace en fonction de la masse d'eau qu'il projette derrière lui.
Pour projeter l'eau, il faut utiliser ses membres.
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En adoptant une position en extension et relativement plane, de recherche de la moindre résistance à l'avancement, ses membres supérieurs et inférieurs ne seront pas disposés pour travailler de façon identique.
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Il faut tenir compte l'épaule et de la hanche.
des axes anatomiques normaux des articulations de L'articulation de l'épaule permet des mouvements .
de grande amplitude pratiquement dans toutes les directions, celle de la hanche des mouvements plus réduits dont les plus usités rappellent ceux de la marche ou de la course.
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Pour la tache qui consiste à pulser l'eau vers l'arrière, les membres supérieurs seront les mieux armés.
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La valeur des forces propulsives dépend de plusieurs facteurs : 1) De l'importance des surfaces utilisées ; 2) De l'orientation de ces surfaces motrices ; 3) De la longueur du trajet des surfaces motrices ;
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4) De la forme de ce trajet moteur et du degré d'immersion ; 5) De la vitesse ; 6) De la fréquence et de l'amplitude des actions motrices ; 7) De la continuité des actions motrices.
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Les surfaces motrices Il semble logique de penser qu'une grande surface motrice développera une force plus grande.
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Orientation : Idéalement la meilleure orientation sera obtenue lorsque les surfaces motrices se présenteront perpendiculairement à l'axe de déplacement.
Le système à trois articulations du membre supérieur permet à la main de satisfaire à de telles conditions et en fait la surface propulsive essentielle du nageur.
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Trajet des surfaces motrices C'est en déplaçant ses surfaces motrices que le nageur créera dans un fluide des appuis utilisables. Les forces propulsives auront même orientation que les forces perpendiculaires aux surfaces mobilisées par le nageur mais seront de sens contraire, la réaction étant égale à l'action.
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La quantité d'énergie sera liée à l'importance du trajet des surfaces motrices.
Il est demandé au nageur de rechercher la plus grande amplitude des mouvements toujours facilitée par la souplesse articulaire.
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En ce qui concerne la propulsion par les bras, la mobilisation trajets moteurs.
de l'épaule permettra d'accroître l'amplitude des On obtient le plus grand trajet lorsque les différents segments des membres s'étendent les uns sur les autres.
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Mais le plus long trajet n'est pas nécessairement le plus efficace, un autre facteur intervient : La forme du trajet moteur : Les déformations plus importantes des couches superficielles limitent dans des proportions notables la valeur des appuis que le nageur peut y trouver.
Y. RUELLO
C'est la raison pour laquelle il convient, de ne pas négliger l'importance de l'immersion suffisante de la main (brasse et dos).
A la notion de plus long trajet absolu, la notion de plus long trajet efficace est préféré.
Y. RUELLO
Le facteur vitesse : La valeur des appuis est fonction de la résistance rencontrée par les surfaces motrices dans leur déplacement.
Nous savons que celle ci varie en raison du carré de la vitesse, mais encore faut-il que la force musculaire soit suffisante .
Y. RUELLO
La qualité des appuis est liée à la puissance musculaire de chacun.
Les appuis ne peuvent être acquis et conservés qu'aussi longtemps que la vitesse de déplacement des surfaces motrices va croissant. L'accélération caractérise les mouvements moteurs.
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Règles de la fréquence et de l'amplitude des actions motrices Il faut concilier la plus grande fréquence des actions motrices avec la plus grande amplitude de celle-ci ; La performance réalisée sera moins bonne si la fréquence nuit à l'amplitude, défaut fréquemment rencontré chez les débutants.
Y. RUELLO
Le meilleur rendement est obtenu pour des valeurs optimales de fréquence et d'amplitude.
Cette efficacité devra être recherchée chez le débutant.
Y. RUELLO
Règle de la continuité des actions motrices Il s'agit là d'un facteur à ne pas négliger.
Y. RUELLO
Il faudra chercher la continuité dans les actions motrices (un bras finit son action motrice, l'autre commence en dos et en crawl, les bras finissent, les jambes commencent en brasse).
La continuité de la nage est assurée par une juste synchronisation des actions propulsives des bras et des jambes.
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De plus, dans les nages alternées, la bonne coordination des bras entre eux et des jambes entre elles intervient dans des proportions considérables pour le rendement.
La vitesse est plus coûteuse à produire qu'à entretenir.
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Le nageur devra donner l'impression de glisser sur l'eau, sans à coups.
La qualité permettant de différencier deux nageurs est la glisse. Elle donne accès à des vitesses de déplacement supérieures sans augmentation de la dépense d ’énergie.
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Les résistances de niveaux différents ?
ont-elles des conséquences identiques pour des nageurs Chez le nageur débutant Chez le nageur débrouillé ou confirmé Chez le nageur expert
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Chez le occasionne nageur des débutant résistances : la caractéristique du débutant, c ’est qu ’il dans les parties nagées que non nagées.
à l ’avancement très importantes, tant
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Le débutant a tendance à adopter dans l ’eau une position proche de la verticale correspondant à sa position de référence sur terre.
Le problème la surface de maître couple.
essentiel concernant la réduction des résistances à l ’avancement réside dans la réduction de
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La vitesse étant faible et l ’obliquité du corps importante, l ’horizontalité devient prioritaire pour réduire la surface freinatrice opposée au déplacement lorsqu ’on confronte le débutant à la recherche de la plus grande vitesse.
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Chez le nageur débrouillé ou confirmé : la vitesse de nage étant supérieure et l ’horizontalité meilleure, la réduction des freinages est plutôt liée à la diminution des résistances de forme.
Ces résistances peuvent être illustrées par deux exemples : - un relevé de la tête associée à un
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écartement des bras en avant lors d ’une coulée ventrale.
- un début de poussée propulsive des jambes en brasse alors que les bras, encore en phase de retour, ne sont pas placés en avant dans un profil hydrodynamique optimal.
Y. RUELLO
Chez le nageur expert : un des buts est d ’améliorer le rendement biomécanique, particulièrement dans niveau de la poitrine, ses rapports résistance/propulsion. Par exemple, le nageur de brasse qui arrête un trajet propulsif lorsque les mains arrivent au
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alors que le règlement l ’autorise à poursuivre son action jusqu ’aux hanches, optimise ce rapport résistance/propulsion. Cette réduction des résistances freinatrices peut être associée : - à un travail spécifique de gainage du bassin ;
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- aux placements segmentaires associés aux coordinations et aux synchronisations de nage ; - à une meilleure gestion de l ’allure de nage.
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