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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