Lois de l’hydrodynamique
Se déplacer sous l’eau avec une monopalme de façon efficace dans le but de réaliser une performance nécessite de comprendre la technique de nage avec monopalme. Pour bien comprendre cette technique, il vous faut avoir une idée des lois de l’hydrodynamique. Ces lois permettent de comprendre le milieu dans lequel vous évoluez et permettent d’établir une partie des principes techniques dont je parlerai dans l’article suivant.
Lorsque vous vous déplacez dans l’eau vous allez rencontrer et créer des résistances. Ces résistances ont tendances à freiner votre déplacement : on parle de résistances à l’avancement.
Résistances à l’avancement
Pour comprendre les différentes formes de résistances à l’avancement vous devez d’abord identifier deux choses :
le concept de maître couple et le « coefficient de forme ».
– Le concept du maître couple : C’est la surface du corps qui est présentée à l’avancement.
– Le « coefficient de forme » : C’est la forme totale du corps. On peut présenter un même maître couple avec une forme totale différente.
Cette forme en se déplaçant dans l’eau va engendrer certaines résistances. L’ensemble de ces résistances est appelé « résistance de forme ». Elle est la somme de trois résistances identifiées par Counsilman (1968) :
– Résistance frontale
– Résistance de frottement
– Résistance de traînée
Ces résistances sont dites passives, elles sont les résultantes de l’action de l’eau sur le corps subient passivement par le nageur.
Résistance frontale
C’est la résistance créée par la surface du corps présentée à l’avancement. Cette surface s’appelle le maître couple, il va créer des résistances lors de la pénétration dans l’eau.
Résistance de frottement
Lorsque le nageur se déplace dans l’eau, les molécules d’eau qui sont le plus près du corps (peau ou combinaison) adhèrent à celui-ci. La vitesse de ces molleculles est donc égale à zéro. Au fur et à mesure que l’on s’éloigne du corps la vitesse de ces mollécules d’eau augmente jusqu’à atteindre la vitesse des autres mollecules d’eau qui se trouvent dans « l’écoulement extèrieur ». La mince couche d’eau dans laquelle la vitesse augmente s’appelle « la couche-limite » (Jacques Lachnitt 1978). Du fait que deux couches d’eau infiniment voisines ont des vitesses différentes, il en résulte des forces de viscosité importantes. On parle de résistance de frottement.
Résistance de traînée
C’est une résistance tourbillonaire appelée également aspiration de queue. Cette résistance à l’avancement est extrêmement pénalisante : elle provoque un effet de succion, d’aspiration à l’arrière du corps.
NB : Entre la résistance frontale et la résistance de traînée, laquelle de ces deux résistances est la plus pénalisante ?
La lecture du résultat de l’expérience qui suit apporte une réponse intéressante. Lorsque 4 objets (a, b, c, d) de même poids et de même surface de maître couple sont lâchées dans l’eau (en considérant qu’ils gardent leur trajectoire durant leur chute) leur ordre d’arrivée au sol sera fonction de l’importance de leur résistance frontale et de leur résistance de traînée.
– La sphère « a » arrive première : elle a moins de résistance frontale et de résistance de traînée que les trois autres objets.
– Le disque « d » arrive dernier : il a plus de résistance frontale et de résistance de traînée que les trois autres objets.
– La demi sphère « b » arrive avant la demi sphère « c ».
Conclusion : les résistances de traînées sont plus pénalisantes que les résistances frontales.
La résistance de vague
La résistance de vague est liée aux mouvements réalisés à proximité de la surface de l’eau. En se déplaçant le nageur crée une zone de turbulences provoquant des vagues : la vague frontale à l’avant du corps et la vague de queue à l’arrière. Ces deux vagues freinent l’avancement du nageur car elles forment des zones de haute pression. Pour minimiser cette résistance le nageur avec palme crée avec la position de ses mains une vague supplémentaire à l’avant du corps qui interfère avec la vague d’étrave pour donner naissance à une vague résultante réduite, c’est ce qu’on appelle l’effet Bulbe. A l’avant de certains bateaux il existe un renflement cylindrique qu’on appelle un bulbe. Sa fonction est de créer une vague supplémentaire à l’avant dont le creux tombe là où devrait être la vague d’étrave. Les deux vagues interfèrent négativement et ont tendance à s’annuler ce qui réduit considérablement la résistance. Lors d’une épreuve de Dynamique un apnéiste peut être confronté à cette résistance s’il se rapproche trop de la surface. Pour éviter complètement cette résistance il lui faudra tout au long de son épreuve être à une profondeur supérieure à 3 fois le diamètre de son corps.
Synthèse des résistances passives
Propulsion aquatique
Si on cherche à réduire les résistances passives on va aussi chercher à créer des résistances actives qui vont elles servir d’appuis propulsifs : on parle alors de résistances propulsives. C’est par la création et le maintient des résistances propulsives que l’on se déplace dans l’eau.
On parlera de « résistance de traînee propulsive » pour toutes résistances résultant ou contribuant à un appui propulsif.
Synthèse de toutes les résistances passives et actives
La nage avec monopalme est la plus rapide des nages, c’est la « Formule 1 » des sports de palmes. La technique de nage qui évolue depuis 50 ans est celle qui s’adapte le mieux à la réduction des résistances à l’avancement. C’est celle qui produit le mouvement propulsif ayant le plus faible ratio de résistance de traînée propulsive.
Loi hydrodynamique applicable à la monopalme
La monopalme comme une aile d’avion ?
On peut considérer du moins théoriquement que la monopalme sous l’effet du flux d’eau (écoulement laminaire) qui passe sous et sur la monopalme, créant une zone de haute pression (surpression) et une zone de basse pression (dépression), est aidée dans son replacement horizontal. Les zones de surpression repoussent, celles de dépression attirent.
Résistance et Vitesse : R=KSV²
Il est intéressant de comprendre l’équation R=KSV², qui reprend les composantes mécaniques de la résistance à l’avancement (R = Résistance, K = Coefficient correspondant à la forme du corps , S = Surface du maître couple ,V= Vitesse).
NB : R=KSV² est vraie pour un corps rigide. Or le nageur a une géométrie variable et il cherche à minimiser la résistance. Des mesures en physiologie montrent que pour un nageur l’exposant est inférieur à 2. Di Prampero donne un exposant de 1,2 ce qui semble être adapté à un nageur en immersion. Pour la nage en surface un exposant de 1,5 serait plus réaliste.
Dans cette équation corrigée R=KSV^1,2 la vitesse majorée par un exposant démontre qu’elle est une composante déterminante.
Si la vitesse est nulle alors la résistance à l’avancement est nulle. Par contre en déplacement ce facteur vitesse a une incidence essentielle sur les résistances à l’avancement.
Si la vitesse est de 1 m par seconde on a : R=KxSx1
Si la vitesse est de 2m par seconde on a : R=KxSx2,3
En apnée on parle souvent de vitesse de l’ordre de 1m par seconde. Les résistances à l’avancement ne sont donc pas majorées par la composante vitesse mais il n’en reste pas moins que si votre style de nage n’est pas hydrodynamique (K et S pas optimisés), alors tout au long de votre performance vous produirez un effort plus important que nécessaire pour avancer.
À titre indicatif un nageur avec palme peut atteindre 3,6m par seconde (R=KxSx4,65). Nager vite c’est se confronter réellement aux différents types de résistances. Un bon chrono sous-entend une aptitude à réduire les résistances à l’avancement. Chaque fois que vous améliorerez votre chrono alors vous aurez amélioré objectivement votre style.
Nager avec une monopalme pour un apnéiste avec un style efficace n’est pas une tâche impossible. La plupart des défauts techniques que j’observe chez les apnéistes viennent principalement d’un mauvais apprentissage ou carrément d’un non-apprentissage de la technique de nage avec une monopalme. Il en résulte des résistances passives et actives importantes qui si elles étaient réduites auraient pour conséquences de pouvoir réaliser des performances avec plus de facilité, surtout à la fin d’un effort, soit : moins de fatigue, moins de consommation d’Oxygène, moins de production de CO2, moins d’accumulation de lactates, plus de sérénité, plus de lucidité, plus d’efficacité, moins de risques de perte de contrôle moteur, moins de risques de syncope.
Il vous faut donc optimiser votre style en travaillant la technique. Pour dompter les résistances à l’avancement, pensez à mettre régulièrement des séances de vitesse (chronométrées) dans vos entraînements piscine (en utilisant un tuba frontal par exemple ou bien en travaillant le 100m speed apnea). C’est indispensable !
Theo-Patrick FOURCADE
24/01/2020
Prochain article : Technique Monopalme
Références :
– Approche Scientifique de la Natation Sportive, 1992 Didier Chollet
– La mécanique des fluides, 1978 Jacques Lachnitt
– La science de la Natation, 1968 James E. Cousilman
– The Energy Cost of Human Locomotion on Land and in Water, 1986 Di Prampero (equation N°17)
Vous pouvez utiliser les informations receuillies sur ce site, merci de bien vouloir en retour citer leurs sources avec un lien rédigé de la façon suivante :
Theo-Patrick FOURCADE – bewaterfreediving.com ©
Toutes les illustrations sont copyright ©, merci de demander mon consentement pour toutes utilisations.
Merci pour cet article très intéressant.
J’imagine que ces explications concernent la nage en piscine…
En mer, rajoutons les résistances liées à la composition de l’eau (plus ou moins salée) et aux courants : quelles sont les incidences du milieu sur la technique ?
Bonjour Isabelle, merci pour ton intérêt 🙂 Toutes ces infos sont valables en mer et en piscine, les mêmes lois de l’hydrodynamique s’appliquent puisque l’on est dans un milieu aquatique. - Avec courant, les résistances seront simplement plus importantes (Le nageur se positionnera au mieux afin de lutter contre le courant ou bien il cherchera à en profiter…) - Une eau plus froide ou plus chaude ne donnera pas les mêmes effets sur la glisse car effectivement la temperature change la “viscosité de l’eau” et donc cela aura un effet sur la performance cette contrainte est notamment liée aux résistances de friction (NB : Les compétitions en piscine, de natation ou de nage avec palmes, pour les grands événements tels que championnats nationaux ou jeux olympiques, sont règlementés et la température de l’eau est imposée afin de fournir toujours les mêmes conditions de performances en cas de record du monde). Le fait d’évoluer en milieu “fermé” (piscine) permet de contrôler un peu mieux le milieu et la performance. En milieu dit “ouvert” (mer, open water) le contrôle est moins évident, c’est souvent l’expérience de l’athlète et de son coach qui font alors la différence pour s’adapter aux contraintes du milieu. Les connaissances de bases en hydrodynamique que je tente d’expliquer permettent et en mer et en piscine d’appréhender le milieu dans lequel on évolue et d’adapter une stratégie « technique » en fonction de l’importance de telle ou telle contraintes hydrodynamiques.
« Quelles sont les incidences du milieu sur la technique ? »
Pour les connaître il faut dans un premier temps comprendre le milieu en identifiant ses contraintes (c’était le but de cet article) dans un deuxième temps il me faudra vous décrire les principes techniques qui tiennent compte des contraintes du milieu… Ce sera le but du prochain article : décrire les principes techniques qui permettent de s’adapter et de performer au mieux avec une monopalme dans un milieu aquatique (immergé).
Ces aspects sont parcourus et enseigner pendant la formation initiateur nage avec palmes de la FFESSM
Bonjour Lucien, heureusement que ces aspects sont vus durant la formation initiateur nage avec palmes (FFESSM) 🙂 Je n’invente rien, je fais juste un résumé de certaines notions de bases. Votre formation reprend les mêmes informations que moi, trouvées notamment dans les références que je cite plus bas dans l’article 🙂 . L’objectif de ce blog est de partager les bonnes informations avec les apnéistes qui utilisent une monopalme et qui n’ont pas accès à une formation comme celle que vous avez eu.
Merci !!!! trés interessant et utile!
Super ! merci pour le commentaire.
La vidéo est trop belle à voir ! Quel travail !
Heu… Merci Maman… C’est ma maman 🙂
C’est jusqu’à présent le meilleur article que j’ai pu lire sur le sujet! Je comprend mieux pourquoi il ne faut pas utiliser les genoux. J’attend avec impatience la suite!
Merci encore
Antoine
Bonjour Antoine, Merci pour le commentaire, l’idée était de faire un petit résumé de quelques notions permettant ensuite de mieux comprendre la technique de nage.
Merci pour le partage! Je n’aurais notamment pas crû que la vitesse entre directement dans l’équation.
Bonjour Pierre. tant mieux si cela peut vous aider à voir les choses avec une nouvelle approche. Merci pour le commentaire.
Deux jours après la publication l’article comptabilise plus 5600 vues, 4300 visiteurs, des connexions venant de 111 pays différents ! Pretty cool ! Merci pour votre intérêt !
Super article, très pédagogique.
On parle de monopalme, mais au final on pourrait appliquer les mêmes principes aux autres nages comme la bi-palme (ou la dnf pour la résistance frontale).
Du coup avec la résistance frontale j’ai compris pourquoi on nous parle toujours d’horizontalité ! Valable aussi pour les départs ! Et le fait que la vitesse soit au carré, ça explique aussi pourquoi on nous demande de pas pousser comme des malades sur les départs. Encore merci !!
Bonjour Enisse
Vous avez bien sûr raison, ces notions s’appliquent à tous les types de déplacement dans l’eau. Je fais le choix pour l’instant de tout rapporter à un athlète qui utiliserait une monopalme afin que ces notions lui apparaissent de façon très concrètes.
Et effectivement en bipalme avec les bras le long du corps, il ne sert à rien de pousser fort contre le mur. Cette position n’est pas hydrodynamique (K, la forme totale du corps n’est pas profilée) et vous allez en accélérant votre déplacement (V^1,2/1,5) considérablement augmenter les résistances frontales et au final produire un effort avec aucun bénéfice.
Malgré tout on peut améliorer un peu cette position, il va falloir que je prévois un article la dessus ! Cette position améliorée je l’ai baptisée RocketMan 🙂 … Promis je fais l’article très bientôt
Passionnant, quelle découverte!
A 71 ans, je pratique l’apnée depuis + de 25 ans dont presque autant en Monopalme, sûrement très mal car autodidacte en la matière, mais complètement addict à cette merveilleuse sensation de vitesse et de glisse que procure cette caudale artificielle. Ayant la chance de bénéficier de la BTV, il m’est arrivé, pour me faire plaisir, de foncer verticalement à + de 3m / s, à en croire mon ordi ! Si les Bi-palmes sont pour moi comme des prothèses, je ressens «profondément» la Mono comme une greffe, un prolongement (presque) naturel du corps! Je ne suis plus Humain à l’instant du canard !
J’attends donc avec impatience les prochains articles, toujours avide d’apprendre pour me perfectionner et, en tant qu’instructeur, pouvoir transmettre le meilleur aux plus jeunes !…
A suivre et merci !
Bonjour Dominique, c’est super de vous lire en exprimant cette passion pour les sensations en monopalme. Effectivement le mode de déplacement avec une monopalme nous transforme en homme aquatique 🙂 J’espère que les prochains posts vous apporteront de nouvelles informations.
Très bon travail de Théo – Bravo
vous pouvez découvrir d’autres petites connaissances en allant voir sur https://www.tours-nageavecpalmes.fr/ressources-de-formation/
Bonjour Fred merci pour ton message. Fred est une Référence en Nage avec Palmes vous apprendrez beaucoup en visitant son lien où il partage le fruit de ses recherches.
Roko Gracin wrote this comment on AIDA INTERNATIONAL (Facebook) he authorized me to publish our conversation :
R.G.: This article has some basic good points but the part on frontal area is not. The main problem is the assumption that freediver moves as a rigid body, as if being pulled by rope. If this was the case you could simply look at frontal area and conclude that larger area causes more drag. However, some freedivers (and all finnswimmers) are not rigid but they move along an oscilating (lets say sinusoidal) curve and each point on the body has its velocity which is not always pointing forward. This approach implies it is important to keep the body as straight as possible, but it is only true for the glide phase, Look at snakes swimming in water for example, what would be their frontal area?
My answer : That’s absolutely true. The surface that will be offered for advancement during the swim will be different depending on when you take a picture of the swimmer. Here to explain the notion of frontal resistance the swimmer in the illustration is in a fixed position. This picture can be misleading indeed… because we can easily imagine that the best way to swim is to stay on an axis and not to move any more, which is not true (it seems to me that it is a fact for everyone that the swimmer with a monofin moves more or less on a sinusoidal trajectory). The notion of frontal resistance just introduces the idea that you have to be profiled during your movement and to be profiled is to offer the smallest possible frontal surface.
If I had described in this “article” the swimming technique then the reader might have better understood the nuance.
Thank you for pointing this out.
Bonsoir Theo, merci bcp pour ce magnifique article! J’ai essayé de trouver l’étude physiologique de Di Prampero qui définit l’exposant 1,2 au lieu de 2 – pourrais tu indiquer la référence exacte STP.
Merci bcp par avance
Maher
Bonjour Maher, merci pour ce commentaire. Voici le document en question (équation N°17) : DI PRAMPERO
Hello Theo
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