Approche aérodynamique et biomécanique de l'amélioration des performances de cyclistes en course contre la montre

Aerodynamic and biomechanical approach of cyclist performances improvement during time trial stage

• Auteur / Autrice : Vincent Chabroux
• Direction : Daniel Favier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biomécanique du mouvement
• Date : Soutenance le 04/06/2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Mouvement Humain (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Eric Berton
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Favier, Eric Berton, Frédéric Grappe, Franck Barbier, Jean-Marc Gueugneaud, Philippe Mauduit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Grappe, Franck Barbier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Performance (sports)

Cyclisme

Sciences du sport

Aérodynamique

Biomécanique

Mots clés libres

Cyclisme

Aerodynamique

Biomecanique

Performance

Dynamique inverse

Résumé

Ce travail de recherche, réalisé en collaboration avec l'équipe cycliste professionnelle Bouygues Telecom, a pour objectif d'étudier les facteurs aérodynamiques et biomécaniques influant sur les performances de cyclistes en course contre la montre (CLM). L'effort de traînée aérodynamique représente 90% de la puissance développée par le coureur en CLM. Les essais expérimentaux ont été réalisés dans la soufflerie S1L l'institut des Sciences du Mouvement qui a permis de mesurer l'effort de traînée subit par les coureurs en fonction de leur posture et du matériel utilisé. L'analyse par planimétrie de la surface frontale projetée des cyclistes en position de CLM a permis de définir un modèle estimant la surface frontale en fonction de différents paramètres posturaux. L’analyse approfondie des performances aérodynamiques de différents casques de CLM, à l’aide d’un système de mesure PIV-3C (Particle Image Velocimetry 3 Components), a permis de définir une géométrie optimisée de casques de CLM. L'approche biomécanique des performances des coureurs permet d'étudier l'impact de positions sur le rendement du pédalage de coureurs. Cette étude a été réalisée grâce à un modèle de dynamique inverse nécessitant la mise en œuvre de balances de mesure des efforts aux pédales et d'un système d'analyse du mouvement (VICON). Le modèle de dynamique inverse a permis de déterminer les torseurs d'efforts au niveau de chaque articulation en fonction de paramètres posturaux identiques à ceux étudiés dans l'approche aérodynamique. La synthèse des facteurs d'optimisation aérodynamique et biomécanique a permis d'obtenir une amélioration des performances en course de l'ordre de 3%.

The aim of this study is to determine the aerodynamic and biomechanical factors influencing cyclists performance during Time Trial stage (TT). The aerodynamic drag force represents over 90% of the power generated by the cyclist during TT stage. The aerodynamic optimization of the cyclist posture and equipment is thus a main objective. Experimentations were carried out in the wind tunnel S1L of the Institute of Movement sciences, in order to measure the aerodynamic drag force of cyclist according to different configurations. Measurements of the projected frontal led to a modeling of the cyclist frontal area value according to postural parameters. Aerodynamic performance of several TT helmets was characterized by measurement of the velocity fields in their downstream wake using a PIV-3C method (Particle Image Velocimetry 3 components). Results of this study have identified an optimized geometry of TT helmets. The aim of the biomechanical approach is to study the influence of the aerodynamic postural parameters studied on the performance of the cyclists. An inverse dynamics models is used to determine the torques and forces at each leg joint according to the saddle position and the power developed. The inverse dynamic calculation requires measurement of the pedal forces and the cycling motion. The motion analysis system VICON was used and two special 6 components sensors were design for this application. Results of this study have identified postural parameters increasing the performance. The synthesis of the factors influencing aerodynamic and biomechanical performances achieves a performance improvement of about 3%.