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Contribution à  la caractérisation mécanique des critères de qualités du départ de la course vitesse sur 100 m

( Télécharger le fichier original )
par Khalil Ben Mansour
Université de Poitiers - Doctorat 2008
  

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2-Determination des caracteristiques des dynamometres

La détermination des efforts de contact des pieds sur les blocs et des mains sur le sol lors d'un départ de course de vitesse est une approche indispensable qui permet de définir les caractéristiques du dynamomètre : type, dimensions, étendu de mesure, sensibilité...

L'outil utilisé est un capteur composite. Le choix de ce type de dynamomètre se justifie par un coût relativement faible et une facilité de contrôle et de production. Les étapes de mise au point de cet instrument sont détaillées en annexe (Annexe 2).

Les études antérieures (§-II.tableau 1) qui s'intéressent à l'appréciation de la performance du départ de course de vitesse considère rarement les forces s'exerçant sur l'athlète suivant les trois directions de l'espace. Il s'agit le plus souvent de mesures effectuées suivant l'axe antéropostérieur ou normal aux cales pieds. Quant aux actions de contact des mains, à notre connaissance, les études sont inexistantes.

Ainsi, la caractérisation des dynamomètres instrumentant les blocs de départ et les appuis mains, s'est appuyée sur les données numériques issues de 92 mesures de départ de course dissociant les efforts de contact exercée distinctement au niveau de chaque appui de l'athlète (§-IV.2)

2.1-Au niveau des pieds

L'utilisation de deux plates formes de forces comme moyen permettant de quantifier l'intensité des efforts de contact de chaque pied avec le bloc correspondant est décrite dans le troisième chapitre de ce document (§-III.1.2).

Pour définir l'étendu de mesure du dynamomètre en termes de moments de forces, il importe de connaître l'intensité de la résultante des forces ainsi que son point d'application. Cependant, cette dernière information n'est pas directement accessible. La procédure de calcul du centre de pression38 fournie par le constructeur (Kistler) ne prend en compte que la seule géométrie de la plateforme de force. La modification du dimensionnement de cette géométrie par l'ajout d'un dispositif, tel que celui des blocs de départ, fourni un résultat erroné concernant le centre de pression. La position de ce dernier est estimée en dehors des dimensions de la plateforme de force.

L'évaluation de la position du centre de pression dépend de la matrice d'étalonnage de la plateforme de force qui est définie par rapport à sa géométrie initiale fixée par le constructeur. La fixation d'un bloc de départ sur la plateforme représente une liaison d'encastrement. Ce type de liaison ne permet pas de définir un point quelconque où le moment du torseur est nul. Le torseur n'étant pas un glisseur, il n'est donc pas possible de déduire le centre de pression. Cela explique les résultats biaisés trouvés lors de l'utilisation de la matrice d'étalonnage de la plateforme de force pour le calcul du centre de pression au niveau du pied.

Contrairement, l'estimation de l'intensité du moment de force engendré par rapport au centre du dynamomètre est possible suite à la connaissance des dimensions du cale pied et des forces qui s'y appliquent. L'éloignement du point d'application de la force par rapport au centre du capteur engendre un moment qui est d'autant plus grand que la distance entre les deux points est importante.

38 Centre de pression : point d'application ou barycentre des forces de réaction.

Le dynamomètre est centré par rapport au cale pied. Ce dernier possède une longueur standard L = 0,160 m. Afin d'évaluer l'intensité des moments de force en un point dont la position ne dépasse pas d = L / 2 = 0,08 m par rapport au centre du dynamomètre, une force d'intensité constante égale à 1200 N est appliquée à différents points situés sur l'axe longitudinal du cale pied. Au niveau de chaque point d'application, l'angle du vecteur force varie de 0 à 90° par rapport au cale pied (figure 61).

Cale pied

Figure 61 Points d'application et orientation de la force simulée sur le cale pied

~~~ ~~~~Le moment de force ( NO, P.) / 910 = OPi ? Pext ? O) est ensuite calculé en chaque

point en fonction de la variation de l'angle (figure 62).

Figure 62 Variation du moment de force en fonction de l'angle et de la position
du centre de pression par rapport au centre du dynamomètre pour une force de 1200 N

Cette simulation permet de prédire les moments de force qui peuvent être appliqués au dynamomètre suivant des conditions prédéfinies. Connaissant par mesure dynamométrique (plateforme de force) la grandeur des forces de contact exercées au niveau des pieds, il devient possible de décrire les propriétés finales des dynamomètres destinés à instrumenter les

blocs de départ. Le torseur le plus contraignant a été défini à partir des informations suivantes :

? une résultante maximale de 1200 N

? une colatitude maximale du vecteur force de 30°

? une distance maximale du centre de pression de 65 mm par rapport au centre géométrique du capteur

La procédure de dimensionnement du dynamomètre se base sur l'hypothèse suivante ...connaissant l'ensemble des actions mécaniques pouvant être appliquées sur le capteur, quelle doit être la géométrie de ce dernier et la capacité de mesure des poutres... [Bouc 05]. Ce travail a fait l'objet de la thèse de doctorat de Boucher [Bouc 05] effectuée au sein de notre laboratoire. L'encombrement du capteur est défini par rapport à la géométrie d'un bloc de départ standard. Ainsi son diamètre ne doit pas dépasser 80 mm. Ces éléments ont permis de définir les caractéristiques du dynamomètre destiné à équiper le bloc de départ :

? Diamètre externe : 79 mm

? Hauteur : 40 mm

? Étendue de mesure par composantes :

- Fx = 3500 N ; Fy = 3300 N ;Fz = 11000 N

- Mx = 190 Nm ; My = 220 Nm ; Mz = 230 Nm

? Étendue de mesure en application simultanée des composantes : - Fx = Fy = Fz = 870 N

- Mx = My = 60 Nm ; Mz = 85 Nm

Une fois la détermination des propriétés du dynamomètre achevée, sa construction est lancée. En parallèle, la conception et le développement des blocs de départ adaptés sont assurés. Ce développement est détaillé plus loin dans ce même chapitre (§-VI.4).

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9Impact, le film from Onalukusu Luambo on Vimeo.