Etude expérimentale et numérique de la natation en écoulement instationnaire.


Résumé des travaux

Ce travail a consisté à étudier l’écoulement généré par les bras des nageurs experts à différentes allures de nage, par des mesures cinématiques et numériques.

Deux des principaux axes d’investigation étaient de vérifier si les paramètres cinématiques (vitesse, accélération, orientation) variaient en fonction de l’allure, et aussi de déterminer quels paramètres cinématiques sont les plus prépondérants dans la génération des mécanismes propulsifs.

Pour cela, un système opto-électronique d’analyse cinématique, a permis de mesurer avec une grande précision ces paramètres sur 17 nageurs de niveaux régionaux et nationaux. Par ailleurs, l’écoulement généré par le trajet des bras aux différentes allures, a été simulé par résolution numérique des équations de Navier-Stokes, par la méthode des volumes finis. Une modélisation statistique instationnaire de la turbulence, et une méthode de maillage mobile, ont été utilisées. Les structures tourbillonnaires de l’écoulement, les champs de vitesse et de pression ainsi que les efforts hydrodynamiques résultants ont pu être calculés et analysés.

Il apparaît que, durant le trajet aquatique, deux structures tourbillonnaires contra-rotatives se forment (sous l’effet de variations de vitesses et d’angles d’attaque importants) sur les surfaces dorsales de la main et de l’avant-bras qui génèrent des zones dépressionnaires. Celles-ci contribuent à créer des forces propulsives importantes. La rotation de l’avant-bras autour du coude durant les phases de balayages interne (insweep) et externe (upsweep) génèrent un écoulement transverse qui contribue à stabiliser ces structures tourbillonnaires sur le dos de la main et de l’avant-bras.

 

Publications :

Articles dans des revues indexées avec comité de lecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Monnet T., Samson M., Bernard A., David L., Lacouture P. (2014): Measurement of three dimensional hand kinematics during swimming with a motion capture system: a feasibility study. Sports Engineering, 17(3), 171-181.

Samson M., Monnet T., Bernard A., Lacouture P., David L. (2015): The role of the entry-and stretch

phase at the different paces of race in front crawl swimming, Journal of Sports Sciences, 33(15), 1535-1543.

Samson M., Monnet T., Bernard A., Lacouture P., David L. (2015): Kinematic hand parameters in

front crawl at different paces of swimming, Journal of Biomechanics, 48(14), 3743-3750.

Samson M., Monnet T., Bernard A., Lacouture P., David L. (sous presse): Unsteady Computational Fluid Dynamics in front crawl swimming, dans la revue Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering.

 

Congrès internationaux avec actes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Samson M., Monnet T., Bernard A., Lacouture P., David L. (2014): Unsteady Computational Fluid

Dynamics In Front Crawl Swimming, Poster session, XIIth International Symposium on Biomechanics and Medicine in Swimming, CANBERRA, 29 avril – 3 mai.

Samson M., Monnet T., Bernard A., Lacouture P., David L. (2015): Hydrodynamic angles, orientation

and velocity of the hand in front crawl swimming, 33ème conférence de l’International Society of Biomechanics in Sports, POITIERS, 29 juin – 3 juillet.

 

Thèse

Mathias Samson, Thèse de l’Université de Poitiers, Etude expérimentale et numérique en écoulement instationnaires du trajet des bras en crawl, le 17 juin 2016.








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