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Les nageurs les plus rapides écartent leurs doigts des mains hors de l’eau

jeudi 2 août 2012

Quand vous regarderez les épreuves de natation aux Jeux Olympiques, concentrez-vous sur les mains des nageurs. Il y a des chances pour que leurs doigts soit légèrement écartés. Une recherche [1] a découvert que cette position des mains crée une "toile d’eau invisible" qui donne plus de vitesse au nageur.

"Cette idée est contre-intuitive, le fait que vous devriez ramer avec une fourchette plutôt qu’avec une rame" dit le chercheur Adrian Bejan de l’Université Duke.

En fait, Bejan et ses collègues ont découvert que les interactions entre la main et l’eau, lorsque les doigts sont légèrement écartés, augmentaient la force totale qu’un nageur pouvait exercer, ce qui se traduisait en des temps plus rapides dans la piscine.

La raison de tout cela a quelque-chose à voir avec ce qu’on appelle une couche limite. Quand un objet solide bouge dans un fluide, la pellicule de fluide qui touche la surface "colle", ce qui dans son principe est entrainé le long de l’objet.

Quand les nageurs écartent leurs doigts comme il faut, chaque doigt individuel forme sa propre couche limite, comme s’il était "habillé d’une chemise d’eau qui se déplace avec le doigt". C’est comme d’avoir une toile d’araignée invisible.

Les pieds et les mains palmés sont bien entendu des caractéristiques fréquentes chez les animaux qui nagent depuis les grenouilles jusqu’aux baleines. Chez les nageurs humains, la toile d’eau invisible ne leur permet pas de se propulser plus vite, mais de mieux se porter eux-mêmes hors de l’eau. C’est de là que vient la vitesse. Les nageurs poussent contre la surface de l’eau comme les lézards Basiliscus d’Amérique du Sud, qui peuvent gambader sur l’eau en claquant leurs grosses pattes contre la surface de l’eau. Cette force propulse les nageurs hors de l’eau, où ils retombent ensuite plus loin, générant une vague horizontale.

"Plus vous êtes élevé au-dessus de l’eau, et plus vous retombez vite devant, et vous voyez cet effet à grande vitesse" dit Bejan. En écartant idéalement les doigts des mains, les forces que peuvent exercer un nageur sont 53% plus grandes que celles produites sans espace entre les doigts, expliquent les chercheurs. L’écart parfait se situe entre 0,2 et 0,4 fois le diamètre du doigt lui-même.

Cette découverte pourrait éventuellement aussi avoir des répercussions sur les robots et autres systèmes de propulsion, disent les chercheurs. Et ils sont aussi utiles pour tous ceux qui voudraient battre leur propre record personnel dans l’eau.

Références :

[1] The constructal-law physics of why swimmers must spread their fingers and toes. Journal of Theoretical Biology, Volume 308, 2012, pp141-146. S. Lorente, E. Cetkin, T. Bello-Ochende, J.P. Meyer, A. Bejan.


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