08 Mars 2017  |  Aéraulique
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 01/2017

Un projet de soufflerie pour le ski de compétition

Un partenariat franco-suisse, dont fait partie la Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève, développe un projet de soufflerie transportable dans un camion. Equipée de robots, elle permettra de retrouver toutes les sensations du saut à ski et du ski alpin. Ce simulateur sera capable de recréer la pente, le vent et les images visuelles de la réalité du ski à haute vitesse.

Imaginez-vous debout sur le toit d’une voiture tout en conduisant à une vitesse d’au moins 120 km/h sur l’autoroute ! Chaque jour, les meilleurs athlètes du monde excèdent cette vitesse, pouvant parfois atteindre 155 km/h. Le tout sur seulement deux skis, l’esprit uniquement concentré sur la victoire. Afin d’avoir un petit espoir de décrocher une médaille, les skieuses et skieurs doivent s’entraîner en permanence dans ces conditions de compétition, afin d’améliorer leur pénétration dans l’air, c’est-à-dire réduire la force d’opposition due au vent en se positionnant de manière adéquate. L’athlète pourrait évidemment s’entraîner sur le toit de sa voiture, mais ces dernières années, les entraîneurs ont opté pour un autre outil, inventé par Gustave Eiffel au début du XXe siècle pour l’industrie de l’aviation: la soufflerie.
 
La soufflerie mobile robotisée WindFeeling est transportable dans un camion. (Credit FFS)
 
 
Le projet WindFeeling: un coup de souffle pour les skieurs de haut niveau
Dans le cadre d’un partenariat franco-suisse, la Fédération Française de Ski (FFS), le Laboratoire Interuniversitaire de Biologie de la Motricité (LIBM) de l’Université Savoie Mont Blanc, la Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève (hepia) et deux jeunes sociétés d’ingénierie, WindShape et 86 Innovations, ont mis au point une soufflerie mobile robotisée, nommée WindFeeling, destinée à améliorer les performances en ski alpin et en saut à ski par stimulation sensorielle. Une telle installation servira également de simulateur grand public.
Le projet porte sur la conception d’une soufflerie à inclinaison variable, plaçant les skieurs et sauteurs dans des conditions de «graviception» (perception de la gravité) proches de celles qu’ils rencontrent dans des conditions réelles. Cette soufflerie est transportable par camion, ce qui permet d’intégrer des phases d’entraînement à la fois en soufflerie et sur tremplin ou en soufflerie et sur piste.
L’installation est composée d’une pièce en forme de tunnel avec, à son extrémité, un grand ventilateur permettant de générer des vents de plus de 100 km/h. En utilisant cette structure, l’athlète n’a plus besoin de se déplacer; il est placé dans le vent de la soufflerie, et ce système reproduit fidèlement les phénomènes aérodynamiques rencontrés sur une piste de ski. Associée à des modélisations biomécaniques, cette soufflerie vise ainsi une meilleure compréhension des déterminants de la performance en ski. Ces résultats scientifiques permettront une optimisation des méthodes d’entraînement des sportifs de haut niveau.
 
Une plate-forme mécanique simulant des pistes de ski
La structure comprend également une plate-forme mécanique actionnée, simulant des pistes de ski alpin ou des pistes de ski cross. Les sensations qui y sont générées correspondent à celles que le skieur éprouve dans des conditions réelles, ce qui lui permet d’adapter sa position, pour mieux maîtriser sa trajectoire. Cette plate-forme offrira à l’athlète un équipement interne permettant des ajustements du gradient de la pente dans des positions inclinées ou en parallèle. Par conséquent, l’entraîneur et son athlète seront en mesure de répondre aux exigences d’une pente de championnat.
Fixée sur cette structure à pente variable et face à la force du vent, avec seulement une paire de lunettes d’immersion virtuelle, le sportif se sentira comme s’il était debout en haut du tremplin, alors qu’il sera simplement dans une enceinte vitrée, entourée d’ingénieurs aérodynamiciens et d’entraîneurs analysant sa position, dans le but d’améliorer la position de coulissement et d’atteindre, contre le vent, une vitesse de 155 km/h.
 
Un robot qui simule les variations de relief
Le projet prévoit également un robot permettant de simuler les variations de relief, telles qu’elles existent sur une piste de ski alpin ou de ski cross. Ce système innovant est révolutionnaire, car les souffleries existantes se présentent comme des structures horizontales ne permettant pas à l’athlète de percevoir la pente, et en particulier l’effet de la gravité, les pistes de ski ayant des pentes de plus de 30°.
En outre, le système de mesure utilisé actuellement par les équipes de France de ski ne permet pas de dissocier les forces aérodynamiques (traînée et portance) des forces musculaires développées par le skieur. Le projet WindFeeling se propose de coupler la mesure dynamique (plate-forme de force) avec de la mesure cinématique (caméras et suivi de mouvement), donnant ainsi accès, par modélisation biomécanique, aux différentes forces aérodynamiques et musculaires appliquées au skieur.
Pour les sauteurs à ski, cette soufflerie permettra d’enchaîner la prise d’élan, l’impulsion et le vol comme sur un véritable tremplin. Un robot s’occupera de suivre le skieur lors de l’impulsion et de le maintenir en l’air le temps d’un vol simulé. Ce robot, véritable joyau de technologie, pourra aussi mesurer les forces aérodynamiques à tout moment.
 
La soufflerie WindFeeling à inclinaison variable place les skieurs et sauteurs dans des conditions proches de celles qu’ils rencontrent dans des conditions réelles. (Credit FFS)
 
 
Une application grand public
Autre innovation, cette soufflerie mobile pourra également être proposée au grand public. L’idée est de développer un simulateur de ski intégrant un large répertoire des sensations recréées (vent, pente, mouvement, vision), la réalité virtuelle étant devenue un enjeu économique majeur dans le monde du loisir sportif. Ainsi, ce simulateur pourra être le support d’animation de tout événement sportif ou culturel (coupe du monde de ski, festivals, etc.). L’application grand public du WindFeeling permettra, pour les utilisateurs grand public, de vivre des sensations «physiques» issues de disciplines sportives, comme le saut à ski, pour lequel il n’existe pas de pratique loisir. Le simulateur pourra également recréer, en toute sécurité, les émotions d’une descente à ski sur les pistes les plus prestigieuses.
 
La Laboratoire Interuniversitaire de Biologie de la Motricité (LIBM) de l’USMB
Sous la cotutelle de l’Université Savoie Mont Blanc (USMB), de l’Université Jean Monnet de Saint-Etienne et de l’Université Claude Bernard Lyon 1, le Laboratoire Interuniversitaire de Biologie de la Motricité (LIBM) travaille sur des thématiques axées sur la physiologie de l’exercice, incluant des approches biomécaniques et de neurosciences, appliquées au sport et à la santé. Une des grandes thématiques de recherche de ce laboratoire est la biomécanique de la locomotion, avec études des facteurs biomécaniques de la performance motrice, en collaboration avec des athlètes de haut niveau.
 
La Fédération Française de Ski
La Fédération Française de Ski (FFS) se consacre à la pratique et au développement du ski sous toutes ses formes. Son Département Sportif et Scientifique a pour missions la recherche et le conseil scientifique aux équipes de France de ski, ainsi que l’élaboration des directives techniques nationales, ainsi que la gestion de la formation des cadres au sein de la FFS. Les compétences des membres de ce département sont essentielles pour créer un outil utile aux athlètes et entraîneurs, afin d’optimiser la performance. De même, elles ont un rôle important quant à la production de nouvelles connaissances scientifiques en lien avec l’aérodynamique et les perceptions des athlètes, pour mieux comprendre les facteurs de la performance.
 
La Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève
La Haute école du paysage, d’ingénierie et d’architecture de Genève (hepia) est le groupement d’une prestigieuse école d’ingénieurs genevoise et d’autres écoles dans le domaine de l’architecture et du paysage. L’enseignement dispensé est généraliste, mais particulièrement orienté sur la mécanique. Le laboratoire d’aérodynamique, d’hydrodynamique et de mécanique des fluides est l’un des laboratoires phares de cette école. Ses installations comprennent une grande soufflerie subsonique, où se font tous les essais de la Fédération Française de Ski depuis 2006.
 
86 Innovations Sàrl
86 Innovations Sàrl est un jeune bureau d’ingénieur spécialisé dans la mécanique, la robotique, la dynamique des fluides et l’énergie. Basé à Genève, non loin de la soufflerie de l’hepia, cette entreprise a l’ambition de devenir le centre suisse de recherche et d’expertise en aérodynamisme et hydrodynamisme d’ici 2020. Ses collaborateurs et partenaires font partie de l’élite mondiale dans leurs domaines respectifs et le projet WindFeeling permettrait un avancement majeur dans la technique de mesure expérimentale en aérodynamisme.
 
WindShape
WindShape est une startup de l’hepia centrée sur des solutions de génération de vent destinées à satisfaire les besoins de l’industrie et du monde académique, là où les technologies conventionnelles (souffleries à vent constant et uniforme du XXe siècle) ne suffisent plus. En particulier, cette société répond aux besoins modernes d’une technologie en plein essor, celle des drones, en fournissant des possibilités de vent variable dans le temps (rafales), à turbulence variable et à direction ajustable. Les domaines d’applications de la technologie offerte par WindShape sont variés, allant du domaine scientifique et technologique (souffleries pour drones, souffleries environnementales, souffleries pour éoliennes, pour voiliers, pour domaines sportifs, etc.) aux simulateurs de vent (parcs d’attraction, appareils de gymnastique, etc.).
 
Pierre Samozino
Université Savoie Mont Blanc
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Tél. +33 (0)4 79 75 81 77
pierre.samozino@univ-smb.fr


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