Résistances

L’eau oppose une résistance au déplacement du nageur. Cette résistance à l’avancement encore appelée trainée totale ou résistance hydrodynamique est la résultante de l’action de plusieurs freins présentés dans ce schéma.

La formule globale des résistances est R = k.S.V²

k (½ Cx D) est un coefficient conditionné par la viscosité de l’eau, la forme du corps, la rugosité de la peau et la densité de l’eau.

S, la surface du maître-couple ; définie comme la projection du corps du nageur sur un plan vertical perpendiculaire à l’axe de déplacement.

V, la vitesse de nage.

Les résistances de friction

Elles sont liées à la viscosité de l’eau, la régularité, la rugosité et la quantité de la surface mouillée. Aux faibles vitesses, l'écoulement de l’eau autour du corps est laminaire, c'est-à-dire sans turbulences. L’eau possède une vitesse locale, égale à celle du corps à la surface de celui-ci, et décroissant régulièrement en fonction de son éloignement du corps. La région de mouvement relatif entre les couches de fluide est appelée la couche limite. Les "couches" de fluide y glissent les unes sur les autres, avec un frottement interne ; c'est le phénomène de viscosité. L'effet résultant sur le corps de ces forces de frottement internes le freine et donne la traînée dite de friction.

Conséquences pratiques : on peut diminuer efficacement les résistances de friction en se rasant (gain d’environ 0.6% selon Cazorla) ou en portant une combinaison. Aujourd’hui seuls les shorts sont autorisés en combinaison.

Les résistances de forme.

Les résistances de forme sont composées des résistances frontales et de la traînée de remous.

L’importance de la traînée de remous dépend de la forme générale du corps. 4 facteurs sont à prendre en considération : le ratio épaisseur/longueur du corps, la forme du bord d’attaque, la forme du bord de fuite, et le ratio position du point d’épaisseur maximal/longueur du corps.

Un corps non profilé entraîne la formation de tourbillons (la traînée de sillage). Ceux-ci génèrent un différentiel de pression entre l’avant et l’arrière du nageur qui s’oppose à son avancement et créent un effet de succion. Ainsi, c’est la forme en « goutte d’eau horizontale » qui provoque une résistance de forme minimale. Car, à l’avant, le bord d’attaque arrondi provoque une perturbation minime ce qui réduit les turbulences.  

Les résistances frontales sont associées à la surface du maître couple. C’est la projection du corps du nageur sur un plan vertical perpendiculaire à l’axe de déplacement. L’importance des résistances frontales dépend donc des orientations particulières du corps. En effet, les formes de déséquilibres – telles que tangage, lacet, roulis -  modifient l’orientation du corps.

La résistance ou trainée de vague (Rv)

Le déplacement du nageur à la surface de l’eau provoque un système de vagues qui voyage à la même vitesse que lui. Ces vagues qui sont des zones de hautes pressions, constituent une perte d’énergie cinétique en énergie potentielle.

Les résistances de vagues augmentent avec la vitesse de nage et sont inversement proportionnelles à la longueur de la ligne de flottaison du nageur, c’est la ligne qui sépare la partie immergée du corps du nageur de celle qui est émergée.

La formule propre aux résistances de vague est Rv = V/Ög.l

Avec : V : vitesse du nageur ; g : accélération de la pesanteur ; l : longueur de flottaison et le « froude » comme unité de mesure.

 

La résistance croit très fortement à partir de 0,38 froude ; soit environ 1 minute au 100m pour un corps de 1.80m. La vitesse limite est alors atteinte et il est impossible de la dépasser. En effet, en théorie, la vitesse limite du nageur est atteinte lorsque la longueur d’onde de la vague est environ égale à la taille du nageur. Mais en pratique, les records mondiaux sont inférieurs à 46sec !

 

Comment cette vitesse peut-elle alors être dépassée ?

  • Il faudrait pouvoir partir au "planning", mais les nageurs ne pouvant déployer la quantité d’énergie nécessaire pour sortir du creux de la vague dans lequel ils sont bloqués, restent en phase de déjaugeage.
  • En s’immergeant complètement : le nageur expert peut ainsi prolonger ses coulées mais dans la limite de ce que lui autorise le règlement (15m) et de l’asphyxie qu’elles provoquent. La résistance de vague devient négligeable à partir d’une profondeur supérieure à 3 fois le diamètre du corps.
  • En augmentant la régularité et la longueur de la ligne de flottaison grâce au roulis du corps en Crawl et en Dos. Le roulis, lorsqu’il est compensé par un battement efficace, permet entre autre, de diminuer les résistances de vague.
  • En créant 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 grossièrement cylindrique qu'on appelle un bulbe. Sa fonction est de créer une vague supplémentaire à l'avant dont le creux tombe pile là où serait la vague d'étrave. Les deux vagues interfèrent négativement et ont tendance à s'annuler ce qui réduit considérablement la résistance de vagues. Les nageurs utilisent le même principe lorsqu'ils glissent avec un (les) bras en avant tendu(s) sous la surface de l'eau.

Exemples : les bons nageurs, lorsqu'ils veulent nager à l'économie, utilise la technique du « semi-rattrapé » en Crawl et en Dos ou le « style glissant » en Brasse, contredisant le principe de continuité des actions motrices : ils préfèrent avoir la continuité de « l'effet bulbe » pour rencontrer le moins de résistance à l'avancement possible.

  • De la même façon, les battements des jambes, en créant une autre vague, pourraient également diminuer la hauteur de la vague postérieure, réduisant ainsi le différentiel de pression entre l’avant et l’arrière du corps du nageur.
Quelle est la part respective des différentes résistances dans la traînée totale ?

Les résistances de friction conservent une part stable (environ 5%) quelle que soit la vitesse de nage. Lorsque la vitesse s’accroit, la part des résistances de forme diminue tandis que celle des résistances de vagues devient très importantes.

 

En fonction du niveau du nageur, certaines résistances prennent plus d’importance que d’autres.

  • Le « débutant » ayant tendance à adopter dans l’eau une position proche de la verticale, son problème essentiel réside dans la diminution de la surface du maître couple. La recherche d’horizontalité est donc son objectif prioritaire pour diminuer les résistances frontales.
  • Le « débrouillé » : sa vitesse de nage étant supérieure et son horizontalité meilleure, la réduction des freins est plutôt liée à la diminution des résistances de formes (Ex : relevé de la tête lors de la coulée ventrale).
  • Le « confirmé » ; il cherche davantage à diminuer les résistances de vagues. Pour cela, il prolonge ses coulées au maximum de ce que lui autorise le règlement (15m). Il s'efforce également d'optimiser le rapport entre résistance et propulsion ou encore de mieux gérer son allure de nage