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UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Faculteacute de geacutenie Deacutepartement de geacutenie meacutecanique
CONCEPTION DUNE NOUVELLE LUGE POUR AMEacuteLIORER LA PERFORMANCE DUN FONDEUR
PARALYMPIQUE
Meacutemoire de Maicirctrise es sciences appliqueacutees Speacutecialiteacute Geacutenie meacutecanique
Egraveve Langelier Steacutephane Martel Jean-Seacutebastien Plante Denis Rancourt Ceacutecile Smeesters Marie-Pierre LEBLANC-LEBEAU
Sherbrooke (Queacutebec) Canada Avril 2009
Library and Archives Canada
Published Heacuteritage Branch
Bibliothegraveque et Archives Canada
Direction du Patrimoine de leacutedition
395 Wellington Street Ottawa ON K1A0N4 Canada
395 rue Wellington Ottawa ON K1A 0N4 Canada
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ISBN 978-0-494-91028-3
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Lauteur conserve la proprieacuteteacute du droit dauteur et des droits moraux qui proteacutegeacute cette thegravese Ni la thegravese ni des extraits substantiels de celle-ci ne doivent ecirctre imprimeacutes ou autrement reproduits sans son autorisation
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Conformeacutement agrave la loi canadienne sur la protection de la vie priveacutee quelques formulaires secondaires ont eacuteteacute enleveacutes de cette thegravese
Bien que ces formulaires aient inclus dans la pagination il ny aura aucun contenu manquant
Canada
REacuteSUMEacute
Ce meacutemoire preacutesente le processus de conception dune nouvelle luge pour le fondeur
paralympique Ce nouvel eacutequipement vise agrave ameacuteliorer les performances de lathlegravete
pratiquant le ski de fond sur luge
Lathlegravete en ski de fond paralympique est classeacute selon la graviteacute de son handicap des
membres infeacuterieurs et le sport est reacutegi par les regraveglements eacutetablis par le Comiteacute
international paralympique (IPC) Lathlegravete utilise des bacirctons des skis et une luge
Les objectifs de conception ont eacuteteacute eacutetablis avec laide des entraicircneurs et des athlegravetes Ils
consistent agrave ameacuteliorer la performance du skieur durant les virages agrave permettre aux skis de
sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste agrave positionner lathlegravete agrave genou et agrave
concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et la luge
La conception de la luge preacutesente diffeacuterents systegravemes reacutepondant agrave ces objectifs un
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete un systegraveme dangulation des skis un chacircssis et
un siegravege La validation de ces systegravemes constituant la luge a eacuteteacute faite soit en laboratoire
soit sur le terrain Le prototype final servant agrave la majoriteacute des tests de validation a eacuteteacute
conccedilu pour une athlegravete speacutecifique soit Colette Bourgonje
Mots cleacutes conception luge fondeur ski de fond paralympique
I
RERMERCIEMENT
En premier lieu merci agrave Ceacutecile Smeesters Denis Rancourt et Eve Langelier pour mavoir
permis de poursuivre mes eacutetudes agrave la maicirctrise avec un projet aussi fascinant
Un gros merci agrave toute leacutequipe nationale de ski de fond paralympique du Canada et plus
particuliegraverement agrave Kaspar Wirz Colette Bourgonje Jean-Thomas Boily Lou Gibson et
Shauna Maria Whyte
Merci agrave tous mes collegravegues qui mon soutenu au cours de ce projet plus speacutecifiquement agrave
Marc-Andreacute Cyr Alessandro Telonio Mathieu Hamel Jean-Luc Lessard Nicolas Huppeacute
et Steacutephane Martel
Je tiens eacutegalement agrave remercier Patrick Boissy pour le precirct du systegraveme de mesures
inertielles agrave 3ddl Xsens Finalement merci agrave Jacques Vincent de Rossignol pour le don
deacutequipement de ski de fond
II
TABLES DES MATIEgraveRES
1 INTRODUCTION 1
11 CONTEXTE 1
12 REVUE DE LITTEacuteRATURE 2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION 3
21 L ATHLEgraveTE SA CONFIGURATION ET LES TECHNIQUES EMPLOYEacuteES 3
211 CLASSEMENT DU HANDICAP DU SKIEUR ASSIS 3
212 CONFIGURATIONS DASSISE DE LATHLEgraveTE 5
213 TECHNIQUES DE POUSSEacuteE ET DE CONTROcircLE DE LA LUGE 6
22 LE PARCOURS 7
23 EacuteQUIPEMENTS 10
231 LE SKI 10
232 LES BAcircTONS 12
233 LA LUGE 13
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION 19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES 20
41 ANALYSE DE LA PHYSIQUE DU FONDEUR SUR LUGE LORS DUN VIRAGE 20
411 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON INCLINABLE 20
412 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE 23
42 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 26
43 TESTS SUR LE TERRAIN POUR LES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 27
431 PROTOCOLE 27
432 REacuteSULTATS 28
5 CONCEPTION DE LA LUGE 30
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES 37
61 MANNEQUIN POUR LE DIMENSIONNEMENT ET LE POSITIONNEMENT DU CENTRE DE MASSE (CM)
38
62 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
621 DIMENSIONNEMENT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 40
622 MONTAGE EXPEacuteRIMENTAL 40
623 MODEacuteLISATION PAR ORDINATEUR 43
624 REacuteSULTATS 44
63 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 46
III
64 CHAcircSSIS 48
641 CONFIGURATION DES JAMBES 48
642 GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS 48
643 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
644 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS EN LABORATOIRE 50
65 SIEgraveGE 51
651 LA COQUE ET LE REMBOURRAGE 52
652 LARMATURE 53
653 LES ATTACHES 54
654 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU SIEgraveGE EN LABORATOIRE 55
7 VALIDATION DES CONCEPTS 57
71 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES ET VARIABLES MESUREacuteES 57
72 VALIDATION EN LABORATOIRE DU MANNEQUIN SOLIDWORKS 58
721 PROTOCOLE 58
722 REacuteSULTATS 60
73 AFFINEMENT DE LA RIGIDITEacute DU SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 61
731 TESTS PREacuteLIMINAIRES 61
732 REacuteSULTATS DES TESTS PREacuteLIMINAIRES 62
733 TESTS FINAUX 63
734 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX 63
735 INTERPREacuteTATION ET OBSERVATIONS SUPPLEacuteMENTAIRES 64
74 VALIDATION DU PROTOTYPE FINAL SUR LE TERRAIN 66
741 PROTOCOLE 66
742 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC JEAN-THOMAS BOILY 67
743 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC COLETTE BOURGONJE 70
744 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX AVEC COLETTE BOURGONJE 71
745 INTERPREacuteTATION DES REacuteSULTATS 72
75 DISCUSSION 74
751 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES 74
752 RETOUR SUR LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE DU FONDEUR 75
753 CHOIX DE LA LUGE POUR COLETTE BOURGONJE 77
8 CONCLUSION 79
81 SYNTHEgraveSE DES AMEacuteLIORATIONS APPORTEacuteES PAR CHAQUE SYSTEgraveME 79
82 SYNTHEgraveSE DES MODIFICATIONS FUTURES 80
83 CONTRIBUTION AUX SPORTS ET Agrave LA SOCIEacuteTEacute 81
IV
84 EacuteNONCEacute DE NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHE 81
9 BIBLIOGRAPHIE 83
ANNEXE 1 85
FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS 85
ANNEXE 2 86
LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES 86
ANNEXE 3 88
CALCUL DU CENTRE DE PRESSION 88
ANNEXE 4 92
CALCUL DE LA RIGIDITEacute DU DOSSIER 92
ANNEXES 94
DESSINS TECHNIQUES 94
ANNEXE 6 107
TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (PREMIER PROTOTYPE) ET
BETA (PROTOTYPE FINAL) 107
ANNEXE 7 108
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 108
ANNEXE 8 111
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN
VALLEY 111
ANNEXE 9 114
TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI 114
V
LISTE DES FIGURES
FIGURE 11 LATHLEgraveTE PARALYMPIQUE CANADIEN JEAN-THOMAS BOILY AUX JEUX DE TURIN [KEVIN
BOGETTI-SMITH copy CPC 2006] 1
FIGURE 21 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES EacuteTENDUES AVEC SHAUNA MARIA
WHYTE LW12 (A) [BIATHLON CANADA 2002] ASSISE JAMBES PLIEacuteES AVEC COLETTE BOURGONJE
LW10(B) [NICK LAHAMGETTY IMAGES 2006] ET Agrave GENOU AVEC LOU GIBSON LW 12 (C) [CROSS
COUNTRY CANADA 2008] 6
FIGURE 22 PROFIL DES TRACES DE SKI DE FOND CLASSIQUE EN MM SAUF SI INDIQUEacute [REacuteGIE DE LA SEacuteCURITEacute
DANS LES SPORTS DU QUEacuteBEC 1996] 7
FIGURE 23 EXEMPLE DE DEacuteFAUTS DE PISTE (VAGUELETTES) 9
FIGURE 24 PARCOURS POUR LES JEUX PARALYMPIQUES DE 2010 [WHISTLER OLYMPIC PARK 2008] 10
FIGURE 25 SKI DE FOND [ADAPTEacute DE VISUAL DICTIONARY ONLINE 2008] 11
FIGURE 26 DEacutePLACEMENT DE LA FIXATION ARRIEgraveRE CAUSEacute PAR LEacuteCRASEMENT DE LA CAMBRURE DU SKI
(DESSIN NON Agrave LEacuteCHELLE) 11
FIGURE 27 QUATRE LUGES DISPONIBLES SUR LE MARCHEacute PRASCHBERGER CROSS COUNTRY (A) SIERRA
SIT-SKI (B) CAPRICORN SIT-SKI (C) ET LUGE ERGOLAB (D) 13
FIGURE 28 ANCRAGE DE LA LUGE ET FIXATION DE SKI 14
FIGURE 29 NOUVELLE LUGE DUN SKIEUR JAPONAIS 15
FIGURE 4 L VUE ARRIEgraveRE DUN DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON
INCLINABLE EFFECTUANT UN VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fbdquo ET Fbdquo) ET EXTERNE (FT ET FRE)
MASSE DU FONDEUR ET DE LA LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (A R )
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE (ltTgt) 21
FIGURE 42 EFFET DE LA HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (GAUCHE) ET DU RAYON DU VIRAGE (DROITE) SUR
LES VITESSES MAXIMALES PERMISES 22
FIGURE 43 EFFET DE LANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE SUR LA VITESSE MAXIMALE PERMISE 23
FIGURE 44 DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE EFFECTUANT UN
VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fn ET Fbdquo) ET EXTERNE (Fbdquo_ ET FŒ) MASSE DU FONDEUR ET DE LA
LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (AY) HAUTEUR DU CENTRE DE
MASSE (H) HAUTEUR DU CENTRE DE ROTATION (Wbdquo) DISTANCES ENTRE LE CENTRE DE MASSE ET LE
CENTRE DE ROTATION (Z Y ET A H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DU FONDEUR OU DE S A
LUGE ( 0 ) 24
FIGURE 45 EFFET DE L ANGLE DINCUNAISON DE LA PISTE DU FONDEUR OU DE SA LUGE SUR LA VRRESSE
MAXIMALE PERMISE 26
FIGURE 46 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES PLIEacuteES (A) ASSISE JAMBES EacuteTENDUES (B)
ET Agrave GENOU (C) 27
FIGURE 51 COLETTE BOURGONJE SUR SA LUGE ACTUELLE 30
VI
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
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1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
sO
12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
OW A
DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
gtvv bull raquo i t bull y t laquo bulllt laquo i f lt 1 a a
icircicirciie
bullmq UNIVERSITEacute DE Mi SHERBROOKE
raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
DM A
DWG NO fixation 2 piecc-2-2
KtV 0 bullmq UNIVERSITEacute DE
Mi SHERBROOKE eohefe icirc | feuli i ltUi |
i i rvx n ksf OSS Jraquo i bullraquo gt t
c - bull rgt
hait par Steacutephane Martel ing jr
LE
Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
A DWG- NO
SCALb i3 jwEiGHT SHFF 1 OF
443
367
102 --
100
27
+
+
-f
9
150
-f
-f
443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
T~
o -fc
107
831
-638-
1800-
7ooolaquo yr58
X M 800
Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
b nraquo f t iraquo
Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
0 110 FouiiO ) de
o U
Lw
f f LJ
V- V 11
icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
mdashVue orthogonale R263 bull P n y
306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
Ticircircopy
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
DiM A
DWG NO tube contour soudenew
RtV 0
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
Echefe )IQ | 2 Je 1 2 1
0150
M8xl 25
RTCRASATR AHO CONHDEMUI NK INHUMA IcircOl ) CCraquo AiMrugrave IN TKltgt
l4raquoVNv y 7Ht IumlCHEacute HltOMIY C bull NAMfe -MsSffc ANgt pwfltxaiCgtnN r-Ap os AS lt wxat wn-tc^T icircir va-roi ftphtsuctiof
rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
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395 rue Wellington Ottawa ON K1A 0N4 Canada
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Canada
REacuteSUMEacute
Ce meacutemoire preacutesente le processus de conception dune nouvelle luge pour le fondeur
paralympique Ce nouvel eacutequipement vise agrave ameacuteliorer les performances de lathlegravete
pratiquant le ski de fond sur luge
Lathlegravete en ski de fond paralympique est classeacute selon la graviteacute de son handicap des
membres infeacuterieurs et le sport est reacutegi par les regraveglements eacutetablis par le Comiteacute
international paralympique (IPC) Lathlegravete utilise des bacirctons des skis et une luge
Les objectifs de conception ont eacuteteacute eacutetablis avec laide des entraicircneurs et des athlegravetes Ils
consistent agrave ameacuteliorer la performance du skieur durant les virages agrave permettre aux skis de
sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste agrave positionner lathlegravete agrave genou et agrave
concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et la luge
La conception de la luge preacutesente diffeacuterents systegravemes reacutepondant agrave ces objectifs un
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete un systegraveme dangulation des skis un chacircssis et
un siegravege La validation de ces systegravemes constituant la luge a eacuteteacute faite soit en laboratoire
soit sur le terrain Le prototype final servant agrave la majoriteacute des tests de validation a eacuteteacute
conccedilu pour une athlegravete speacutecifique soit Colette Bourgonje
Mots cleacutes conception luge fondeur ski de fond paralympique
I
RERMERCIEMENT
En premier lieu merci agrave Ceacutecile Smeesters Denis Rancourt et Eve Langelier pour mavoir
permis de poursuivre mes eacutetudes agrave la maicirctrise avec un projet aussi fascinant
Un gros merci agrave toute leacutequipe nationale de ski de fond paralympique du Canada et plus
particuliegraverement agrave Kaspar Wirz Colette Bourgonje Jean-Thomas Boily Lou Gibson et
Shauna Maria Whyte
Merci agrave tous mes collegravegues qui mon soutenu au cours de ce projet plus speacutecifiquement agrave
Marc-Andreacute Cyr Alessandro Telonio Mathieu Hamel Jean-Luc Lessard Nicolas Huppeacute
et Steacutephane Martel
Je tiens eacutegalement agrave remercier Patrick Boissy pour le precirct du systegraveme de mesures
inertielles agrave 3ddl Xsens Finalement merci agrave Jacques Vincent de Rossignol pour le don
deacutequipement de ski de fond
II
TABLES DES MATIEgraveRES
1 INTRODUCTION 1
11 CONTEXTE 1
12 REVUE DE LITTEacuteRATURE 2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION 3
21 L ATHLEgraveTE SA CONFIGURATION ET LES TECHNIQUES EMPLOYEacuteES 3
211 CLASSEMENT DU HANDICAP DU SKIEUR ASSIS 3
212 CONFIGURATIONS DASSISE DE LATHLEgraveTE 5
213 TECHNIQUES DE POUSSEacuteE ET DE CONTROcircLE DE LA LUGE 6
22 LE PARCOURS 7
23 EacuteQUIPEMENTS 10
231 LE SKI 10
232 LES BAcircTONS 12
233 LA LUGE 13
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION 19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES 20
41 ANALYSE DE LA PHYSIQUE DU FONDEUR SUR LUGE LORS DUN VIRAGE 20
411 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON INCLINABLE 20
412 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE 23
42 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 26
43 TESTS SUR LE TERRAIN POUR LES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 27
431 PROTOCOLE 27
432 REacuteSULTATS 28
5 CONCEPTION DE LA LUGE 30
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES 37
61 MANNEQUIN POUR LE DIMENSIONNEMENT ET LE POSITIONNEMENT DU CENTRE DE MASSE (CM)
38
62 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
621 DIMENSIONNEMENT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 40
622 MONTAGE EXPEacuteRIMENTAL 40
623 MODEacuteLISATION PAR ORDINATEUR 43
624 REacuteSULTATS 44
63 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 46
III
64 CHAcircSSIS 48
641 CONFIGURATION DES JAMBES 48
642 GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS 48
643 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
644 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS EN LABORATOIRE 50
65 SIEgraveGE 51
651 LA COQUE ET LE REMBOURRAGE 52
652 LARMATURE 53
653 LES ATTACHES 54
654 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU SIEgraveGE EN LABORATOIRE 55
7 VALIDATION DES CONCEPTS 57
71 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES ET VARIABLES MESUREacuteES 57
72 VALIDATION EN LABORATOIRE DU MANNEQUIN SOLIDWORKS 58
721 PROTOCOLE 58
722 REacuteSULTATS 60
73 AFFINEMENT DE LA RIGIDITEacute DU SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 61
731 TESTS PREacuteLIMINAIRES 61
732 REacuteSULTATS DES TESTS PREacuteLIMINAIRES 62
733 TESTS FINAUX 63
734 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX 63
735 INTERPREacuteTATION ET OBSERVATIONS SUPPLEacuteMENTAIRES 64
74 VALIDATION DU PROTOTYPE FINAL SUR LE TERRAIN 66
741 PROTOCOLE 66
742 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC JEAN-THOMAS BOILY 67
743 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC COLETTE BOURGONJE 70
744 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX AVEC COLETTE BOURGONJE 71
745 INTERPREacuteTATION DES REacuteSULTATS 72
75 DISCUSSION 74
751 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES 74
752 RETOUR SUR LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE DU FONDEUR 75
753 CHOIX DE LA LUGE POUR COLETTE BOURGONJE 77
8 CONCLUSION 79
81 SYNTHEgraveSE DES AMEacuteLIORATIONS APPORTEacuteES PAR CHAQUE SYSTEgraveME 79
82 SYNTHEgraveSE DES MODIFICATIONS FUTURES 80
83 CONTRIBUTION AUX SPORTS ET Agrave LA SOCIEacuteTEacute 81
IV
84 EacuteNONCEacute DE NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHE 81
9 BIBLIOGRAPHIE 83
ANNEXE 1 85
FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS 85
ANNEXE 2 86
LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES 86
ANNEXE 3 88
CALCUL DU CENTRE DE PRESSION 88
ANNEXE 4 92
CALCUL DE LA RIGIDITEacute DU DOSSIER 92
ANNEXES 94
DESSINS TECHNIQUES 94
ANNEXE 6 107
TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (PREMIER PROTOTYPE) ET
BETA (PROTOTYPE FINAL) 107
ANNEXE 7 108
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 108
ANNEXE 8 111
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN
VALLEY 111
ANNEXE 9 114
TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI 114
V
LISTE DES FIGURES
FIGURE 11 LATHLEgraveTE PARALYMPIQUE CANADIEN JEAN-THOMAS BOILY AUX JEUX DE TURIN [KEVIN
BOGETTI-SMITH copy CPC 2006] 1
FIGURE 21 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES EacuteTENDUES AVEC SHAUNA MARIA
WHYTE LW12 (A) [BIATHLON CANADA 2002] ASSISE JAMBES PLIEacuteES AVEC COLETTE BOURGONJE
LW10(B) [NICK LAHAMGETTY IMAGES 2006] ET Agrave GENOU AVEC LOU GIBSON LW 12 (C) [CROSS
COUNTRY CANADA 2008] 6
FIGURE 22 PROFIL DES TRACES DE SKI DE FOND CLASSIQUE EN MM SAUF SI INDIQUEacute [REacuteGIE DE LA SEacuteCURITEacute
DANS LES SPORTS DU QUEacuteBEC 1996] 7
FIGURE 23 EXEMPLE DE DEacuteFAUTS DE PISTE (VAGUELETTES) 9
FIGURE 24 PARCOURS POUR LES JEUX PARALYMPIQUES DE 2010 [WHISTLER OLYMPIC PARK 2008] 10
FIGURE 25 SKI DE FOND [ADAPTEacute DE VISUAL DICTIONARY ONLINE 2008] 11
FIGURE 26 DEacutePLACEMENT DE LA FIXATION ARRIEgraveRE CAUSEacute PAR LEacuteCRASEMENT DE LA CAMBRURE DU SKI
(DESSIN NON Agrave LEacuteCHELLE) 11
FIGURE 27 QUATRE LUGES DISPONIBLES SUR LE MARCHEacute PRASCHBERGER CROSS COUNTRY (A) SIERRA
SIT-SKI (B) CAPRICORN SIT-SKI (C) ET LUGE ERGOLAB (D) 13
FIGURE 28 ANCRAGE DE LA LUGE ET FIXATION DE SKI 14
FIGURE 29 NOUVELLE LUGE DUN SKIEUR JAPONAIS 15
FIGURE 4 L VUE ARRIEgraveRE DUN DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON
INCLINABLE EFFECTUANT UN VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fbdquo ET Fbdquo) ET EXTERNE (FT ET FRE)
MASSE DU FONDEUR ET DE LA LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (A R )
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE (ltTgt) 21
FIGURE 42 EFFET DE LA HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (GAUCHE) ET DU RAYON DU VIRAGE (DROITE) SUR
LES VITESSES MAXIMALES PERMISES 22
FIGURE 43 EFFET DE LANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE SUR LA VITESSE MAXIMALE PERMISE 23
FIGURE 44 DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE EFFECTUANT UN
VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fn ET Fbdquo) ET EXTERNE (Fbdquo_ ET FŒ) MASSE DU FONDEUR ET DE LA
LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (AY) HAUTEUR DU CENTRE DE
MASSE (H) HAUTEUR DU CENTRE DE ROTATION (Wbdquo) DISTANCES ENTRE LE CENTRE DE MASSE ET LE
CENTRE DE ROTATION (Z Y ET A H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DU FONDEUR OU DE S A
LUGE ( 0 ) 24
FIGURE 45 EFFET DE L ANGLE DINCUNAISON DE LA PISTE DU FONDEUR OU DE SA LUGE SUR LA VRRESSE
MAXIMALE PERMISE 26
FIGURE 46 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES PLIEacuteES (A) ASSISE JAMBES EacuteTENDUES (B)
ET Agrave GENOU (C) 27
FIGURE 51 COLETTE BOURGONJE SUR SA LUGE ACTUELLE 30
VI
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
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1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
sO
12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
OW A
DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
gtvv bull raquo i t bull y t laquo bulllt laquo i f lt 1 a a
icircicirciie
bullmq UNIVERSITEacute DE Mi SHERBROOKE
raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
DM A
DWG NO fixation 2 piecc-2-2
KtV 0 bullmq UNIVERSITEacute DE
Mi SHERBROOKE eohefe icirc | feuli i ltUi |
i i rvx n ksf OSS Jraquo i bullraquo gt t
c - bull rgt
hait par Steacutephane Martel ing jr
LE
Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
A DWG- NO
SCALb i3 jwEiGHT SHFF 1 OF
443
367
102 --
100
27
+
+
-f
9
150
-f
-f
443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
T~
o -fc
107
831
-638-
1800-
7ooolaquo yr58
X M 800
Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
b nraquo f t iraquo
Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
0 110 FouiiO ) de
o U
Lw
f f LJ
V- V 11
icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
mdashVue orthogonale R263 bull P n y
306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
Ticircircopy
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
DiM A
DWG NO tube contour soudenew
RtV 0
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
Echefe )IQ | 2 Je 1 2 1
0150
M8xl 25
RTCRASATR AHO CONHDEMUI NK INHUMA IcircOl ) CCraquo AiMrugrave IN TKltgt
l4raquoVNv y 7Ht IumlCHEacute HltOMIY C bull NAMfe -MsSffc ANgt pwfltxaiCgtnN r-Ap os AS lt wxat wn-tc^T icircir va-roi ftphtsuctiof
rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
REacuteSUMEacute
Ce meacutemoire preacutesente le processus de conception dune nouvelle luge pour le fondeur
paralympique Ce nouvel eacutequipement vise agrave ameacuteliorer les performances de lathlegravete
pratiquant le ski de fond sur luge
Lathlegravete en ski de fond paralympique est classeacute selon la graviteacute de son handicap des
membres infeacuterieurs et le sport est reacutegi par les regraveglements eacutetablis par le Comiteacute
international paralympique (IPC) Lathlegravete utilise des bacirctons des skis et une luge
Les objectifs de conception ont eacuteteacute eacutetablis avec laide des entraicircneurs et des athlegravetes Ils
consistent agrave ameacuteliorer la performance du skieur durant les virages agrave permettre aux skis de
sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste agrave positionner lathlegravete agrave genou et agrave
concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et la luge
La conception de la luge preacutesente diffeacuterents systegravemes reacutepondant agrave ces objectifs un
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete un systegraveme dangulation des skis un chacircssis et
un siegravege La validation de ces systegravemes constituant la luge a eacuteteacute faite soit en laboratoire
soit sur le terrain Le prototype final servant agrave la majoriteacute des tests de validation a eacuteteacute
conccedilu pour une athlegravete speacutecifique soit Colette Bourgonje
Mots cleacutes conception luge fondeur ski de fond paralympique
I
RERMERCIEMENT
En premier lieu merci agrave Ceacutecile Smeesters Denis Rancourt et Eve Langelier pour mavoir
permis de poursuivre mes eacutetudes agrave la maicirctrise avec un projet aussi fascinant
Un gros merci agrave toute leacutequipe nationale de ski de fond paralympique du Canada et plus
particuliegraverement agrave Kaspar Wirz Colette Bourgonje Jean-Thomas Boily Lou Gibson et
Shauna Maria Whyte
Merci agrave tous mes collegravegues qui mon soutenu au cours de ce projet plus speacutecifiquement agrave
Marc-Andreacute Cyr Alessandro Telonio Mathieu Hamel Jean-Luc Lessard Nicolas Huppeacute
et Steacutephane Martel
Je tiens eacutegalement agrave remercier Patrick Boissy pour le precirct du systegraveme de mesures
inertielles agrave 3ddl Xsens Finalement merci agrave Jacques Vincent de Rossignol pour le don
deacutequipement de ski de fond
II
TABLES DES MATIEgraveRES
1 INTRODUCTION 1
11 CONTEXTE 1
12 REVUE DE LITTEacuteRATURE 2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION 3
21 L ATHLEgraveTE SA CONFIGURATION ET LES TECHNIQUES EMPLOYEacuteES 3
211 CLASSEMENT DU HANDICAP DU SKIEUR ASSIS 3
212 CONFIGURATIONS DASSISE DE LATHLEgraveTE 5
213 TECHNIQUES DE POUSSEacuteE ET DE CONTROcircLE DE LA LUGE 6
22 LE PARCOURS 7
23 EacuteQUIPEMENTS 10
231 LE SKI 10
232 LES BAcircTONS 12
233 LA LUGE 13
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION 19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES 20
41 ANALYSE DE LA PHYSIQUE DU FONDEUR SUR LUGE LORS DUN VIRAGE 20
411 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON INCLINABLE 20
412 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE 23
42 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 26
43 TESTS SUR LE TERRAIN POUR LES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 27
431 PROTOCOLE 27
432 REacuteSULTATS 28
5 CONCEPTION DE LA LUGE 30
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES 37
61 MANNEQUIN POUR LE DIMENSIONNEMENT ET LE POSITIONNEMENT DU CENTRE DE MASSE (CM)
38
62 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
621 DIMENSIONNEMENT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 40
622 MONTAGE EXPEacuteRIMENTAL 40
623 MODEacuteLISATION PAR ORDINATEUR 43
624 REacuteSULTATS 44
63 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 46
III
64 CHAcircSSIS 48
641 CONFIGURATION DES JAMBES 48
642 GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS 48
643 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
644 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS EN LABORATOIRE 50
65 SIEgraveGE 51
651 LA COQUE ET LE REMBOURRAGE 52
652 LARMATURE 53
653 LES ATTACHES 54
654 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU SIEgraveGE EN LABORATOIRE 55
7 VALIDATION DES CONCEPTS 57
71 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES ET VARIABLES MESUREacuteES 57
72 VALIDATION EN LABORATOIRE DU MANNEQUIN SOLIDWORKS 58
721 PROTOCOLE 58
722 REacuteSULTATS 60
73 AFFINEMENT DE LA RIGIDITEacute DU SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 61
731 TESTS PREacuteLIMINAIRES 61
732 REacuteSULTATS DES TESTS PREacuteLIMINAIRES 62
733 TESTS FINAUX 63
734 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX 63
735 INTERPREacuteTATION ET OBSERVATIONS SUPPLEacuteMENTAIRES 64
74 VALIDATION DU PROTOTYPE FINAL SUR LE TERRAIN 66
741 PROTOCOLE 66
742 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC JEAN-THOMAS BOILY 67
743 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC COLETTE BOURGONJE 70
744 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX AVEC COLETTE BOURGONJE 71
745 INTERPREacuteTATION DES REacuteSULTATS 72
75 DISCUSSION 74
751 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES 74
752 RETOUR SUR LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE DU FONDEUR 75
753 CHOIX DE LA LUGE POUR COLETTE BOURGONJE 77
8 CONCLUSION 79
81 SYNTHEgraveSE DES AMEacuteLIORATIONS APPORTEacuteES PAR CHAQUE SYSTEgraveME 79
82 SYNTHEgraveSE DES MODIFICATIONS FUTURES 80
83 CONTRIBUTION AUX SPORTS ET Agrave LA SOCIEacuteTEacute 81
IV
84 EacuteNONCEacute DE NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHE 81
9 BIBLIOGRAPHIE 83
ANNEXE 1 85
FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS 85
ANNEXE 2 86
LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES 86
ANNEXE 3 88
CALCUL DU CENTRE DE PRESSION 88
ANNEXE 4 92
CALCUL DE LA RIGIDITEacute DU DOSSIER 92
ANNEXES 94
DESSINS TECHNIQUES 94
ANNEXE 6 107
TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (PREMIER PROTOTYPE) ET
BETA (PROTOTYPE FINAL) 107
ANNEXE 7 108
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 108
ANNEXE 8 111
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN
VALLEY 111
ANNEXE 9 114
TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI 114
V
LISTE DES FIGURES
FIGURE 11 LATHLEgraveTE PARALYMPIQUE CANADIEN JEAN-THOMAS BOILY AUX JEUX DE TURIN [KEVIN
BOGETTI-SMITH copy CPC 2006] 1
FIGURE 21 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES EacuteTENDUES AVEC SHAUNA MARIA
WHYTE LW12 (A) [BIATHLON CANADA 2002] ASSISE JAMBES PLIEacuteES AVEC COLETTE BOURGONJE
LW10(B) [NICK LAHAMGETTY IMAGES 2006] ET Agrave GENOU AVEC LOU GIBSON LW 12 (C) [CROSS
COUNTRY CANADA 2008] 6
FIGURE 22 PROFIL DES TRACES DE SKI DE FOND CLASSIQUE EN MM SAUF SI INDIQUEacute [REacuteGIE DE LA SEacuteCURITEacute
DANS LES SPORTS DU QUEacuteBEC 1996] 7
FIGURE 23 EXEMPLE DE DEacuteFAUTS DE PISTE (VAGUELETTES) 9
FIGURE 24 PARCOURS POUR LES JEUX PARALYMPIQUES DE 2010 [WHISTLER OLYMPIC PARK 2008] 10
FIGURE 25 SKI DE FOND [ADAPTEacute DE VISUAL DICTIONARY ONLINE 2008] 11
FIGURE 26 DEacutePLACEMENT DE LA FIXATION ARRIEgraveRE CAUSEacute PAR LEacuteCRASEMENT DE LA CAMBRURE DU SKI
(DESSIN NON Agrave LEacuteCHELLE) 11
FIGURE 27 QUATRE LUGES DISPONIBLES SUR LE MARCHEacute PRASCHBERGER CROSS COUNTRY (A) SIERRA
SIT-SKI (B) CAPRICORN SIT-SKI (C) ET LUGE ERGOLAB (D) 13
FIGURE 28 ANCRAGE DE LA LUGE ET FIXATION DE SKI 14
FIGURE 29 NOUVELLE LUGE DUN SKIEUR JAPONAIS 15
FIGURE 4 L VUE ARRIEgraveRE DUN DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON
INCLINABLE EFFECTUANT UN VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fbdquo ET Fbdquo) ET EXTERNE (FT ET FRE)
MASSE DU FONDEUR ET DE LA LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (A R )
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE (ltTgt) 21
FIGURE 42 EFFET DE LA HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (GAUCHE) ET DU RAYON DU VIRAGE (DROITE) SUR
LES VITESSES MAXIMALES PERMISES 22
FIGURE 43 EFFET DE LANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE SUR LA VITESSE MAXIMALE PERMISE 23
FIGURE 44 DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE EFFECTUANT UN
VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fn ET Fbdquo) ET EXTERNE (Fbdquo_ ET FŒ) MASSE DU FONDEUR ET DE LA
LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (AY) HAUTEUR DU CENTRE DE
MASSE (H) HAUTEUR DU CENTRE DE ROTATION (Wbdquo) DISTANCES ENTRE LE CENTRE DE MASSE ET LE
CENTRE DE ROTATION (Z Y ET A H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DU FONDEUR OU DE S A
LUGE ( 0 ) 24
FIGURE 45 EFFET DE L ANGLE DINCUNAISON DE LA PISTE DU FONDEUR OU DE SA LUGE SUR LA VRRESSE
MAXIMALE PERMISE 26
FIGURE 46 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES PLIEacuteES (A) ASSISE JAMBES EacuteTENDUES (B)
ET Agrave GENOU (C) 27
FIGURE 51 COLETTE BOURGONJE SUR SA LUGE ACTUELLE 30
VI
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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Wirz K (2008) Entraineur chef de leacutequipe nationale de ski de fond paralympique
Whistler Olympic Park (2008) Paralympic compeacutetition course
84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
W1TIuml CagravemmMreint imiicfc
FOfl CltMPpoundttiQH LOAOS OF 43 TO 9S $S TO 2raquo bull MOT ffECGNMENOGD FOfi STATJC SMCAft L0A08
100 O0LGCHONCHMIII 0raquohc6araquoraquohlaquofaw tfa- raquoraquo-laquo laquoMraquo nwfdwl laquorfraquo yofciotr tfca gtmdashh Agtraquoraquo dw fcraquo (W $waalueacuterina4 djrwuclMafc
i
1 LL| III TTTT TTIl u n TTFT
H Y -
H -
I-Ty F -
- w -
bullM gtr
-
bulleacuteampszZ inicirc UB Ut
BERECTOM OHM
Forehgt$ Fwwraquojraquoff^r n Cyateraquo ccedilm Mtelaquow gtlaquobull 1 tasraquo 1 1 ia | mraquo ia j wi
ttiftJmjn Loetf far 81 Isaiwkwi
1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
sO
12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
OW A
DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
gtvv bull raquo i t bull y t laquo bulllt laquo i f lt 1 a a
icircicirciie
bullmq UNIVERSITEacute DE Mi SHERBROOKE
raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
DM A
DWG NO fixation 2 piecc-2-2
KtV 0 bullmq UNIVERSITEacute DE
Mi SHERBROOKE eohefe icirc | feuli i ltUi |
i i rvx n ksf OSS Jraquo i bullraquo gt t
c - bull rgt
hait par Steacutephane Martel ing jr
LE
Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
A DWG- NO
SCALb i3 jwEiGHT SHFF 1 OF
443
367
102 --
100
27
+
+
-f
9
150
-f
-f
443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
T~
o -fc
107
831
-638-
1800-
7ooolaquo yr58
X M 800
Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
b nraquo f t iraquo
Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
0 110 FouiiO ) de
o U
Lw
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V- V 11
icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
mdashVue orthogonale R263 bull P n y
306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
Ticircircopy
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
DiM A
DWG NO tube contour soudenew
RtV 0
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
Echefe )IQ | 2 Je 1 2 1
0150
M8xl 25
RTCRASATR AHO CONHDEMUI NK INHUMA IcircOl ) CCraquo AiMrugrave IN TKltgt
l4raquoVNv y 7Ht IumlCHEacute HltOMIY C bull NAMfe -MsSffc ANgt pwfltxaiCgtnN r-Ap os AS lt wxat wn-tc^T icircir va-roi ftphtsuctiof
rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
RERMERCIEMENT
En premier lieu merci agrave Ceacutecile Smeesters Denis Rancourt et Eve Langelier pour mavoir
permis de poursuivre mes eacutetudes agrave la maicirctrise avec un projet aussi fascinant
Un gros merci agrave toute leacutequipe nationale de ski de fond paralympique du Canada et plus
particuliegraverement agrave Kaspar Wirz Colette Bourgonje Jean-Thomas Boily Lou Gibson et
Shauna Maria Whyte
Merci agrave tous mes collegravegues qui mon soutenu au cours de ce projet plus speacutecifiquement agrave
Marc-Andreacute Cyr Alessandro Telonio Mathieu Hamel Jean-Luc Lessard Nicolas Huppeacute
et Steacutephane Martel
Je tiens eacutegalement agrave remercier Patrick Boissy pour le precirct du systegraveme de mesures
inertielles agrave 3ddl Xsens Finalement merci agrave Jacques Vincent de Rossignol pour le don
deacutequipement de ski de fond
II
TABLES DES MATIEgraveRES
1 INTRODUCTION 1
11 CONTEXTE 1
12 REVUE DE LITTEacuteRATURE 2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION 3
21 L ATHLEgraveTE SA CONFIGURATION ET LES TECHNIQUES EMPLOYEacuteES 3
211 CLASSEMENT DU HANDICAP DU SKIEUR ASSIS 3
212 CONFIGURATIONS DASSISE DE LATHLEgraveTE 5
213 TECHNIQUES DE POUSSEacuteE ET DE CONTROcircLE DE LA LUGE 6
22 LE PARCOURS 7
23 EacuteQUIPEMENTS 10
231 LE SKI 10
232 LES BAcircTONS 12
233 LA LUGE 13
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION 19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES 20
41 ANALYSE DE LA PHYSIQUE DU FONDEUR SUR LUGE LORS DUN VIRAGE 20
411 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON INCLINABLE 20
412 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE 23
42 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 26
43 TESTS SUR LE TERRAIN POUR LES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 27
431 PROTOCOLE 27
432 REacuteSULTATS 28
5 CONCEPTION DE LA LUGE 30
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES 37
61 MANNEQUIN POUR LE DIMENSIONNEMENT ET LE POSITIONNEMENT DU CENTRE DE MASSE (CM)
38
62 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
621 DIMENSIONNEMENT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 40
622 MONTAGE EXPEacuteRIMENTAL 40
623 MODEacuteLISATION PAR ORDINATEUR 43
624 REacuteSULTATS 44
63 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 46
III
64 CHAcircSSIS 48
641 CONFIGURATION DES JAMBES 48
642 GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS 48
643 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
644 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS EN LABORATOIRE 50
65 SIEgraveGE 51
651 LA COQUE ET LE REMBOURRAGE 52
652 LARMATURE 53
653 LES ATTACHES 54
654 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU SIEgraveGE EN LABORATOIRE 55
7 VALIDATION DES CONCEPTS 57
71 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES ET VARIABLES MESUREacuteES 57
72 VALIDATION EN LABORATOIRE DU MANNEQUIN SOLIDWORKS 58
721 PROTOCOLE 58
722 REacuteSULTATS 60
73 AFFINEMENT DE LA RIGIDITEacute DU SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 61
731 TESTS PREacuteLIMINAIRES 61
732 REacuteSULTATS DES TESTS PREacuteLIMINAIRES 62
733 TESTS FINAUX 63
734 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX 63
735 INTERPREacuteTATION ET OBSERVATIONS SUPPLEacuteMENTAIRES 64
74 VALIDATION DU PROTOTYPE FINAL SUR LE TERRAIN 66
741 PROTOCOLE 66
742 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC JEAN-THOMAS BOILY 67
743 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC COLETTE BOURGONJE 70
744 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX AVEC COLETTE BOURGONJE 71
745 INTERPREacuteTATION DES REacuteSULTATS 72
75 DISCUSSION 74
751 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES 74
752 RETOUR SUR LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE DU FONDEUR 75
753 CHOIX DE LA LUGE POUR COLETTE BOURGONJE 77
8 CONCLUSION 79
81 SYNTHEgraveSE DES AMEacuteLIORATIONS APPORTEacuteES PAR CHAQUE SYSTEgraveME 79
82 SYNTHEgraveSE DES MODIFICATIONS FUTURES 80
83 CONTRIBUTION AUX SPORTS ET Agrave LA SOCIEacuteTEacute 81
IV
84 EacuteNONCEacute DE NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHE 81
9 BIBLIOGRAPHIE 83
ANNEXE 1 85
FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS 85
ANNEXE 2 86
LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES 86
ANNEXE 3 88
CALCUL DU CENTRE DE PRESSION 88
ANNEXE 4 92
CALCUL DE LA RIGIDITEacute DU DOSSIER 92
ANNEXES 94
DESSINS TECHNIQUES 94
ANNEXE 6 107
TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (PREMIER PROTOTYPE) ET
BETA (PROTOTYPE FINAL) 107
ANNEXE 7 108
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 108
ANNEXE 8 111
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN
VALLEY 111
ANNEXE 9 114
TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI 114
V
LISTE DES FIGURES
FIGURE 11 LATHLEgraveTE PARALYMPIQUE CANADIEN JEAN-THOMAS BOILY AUX JEUX DE TURIN [KEVIN
BOGETTI-SMITH copy CPC 2006] 1
FIGURE 21 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES EacuteTENDUES AVEC SHAUNA MARIA
WHYTE LW12 (A) [BIATHLON CANADA 2002] ASSISE JAMBES PLIEacuteES AVEC COLETTE BOURGONJE
LW10(B) [NICK LAHAMGETTY IMAGES 2006] ET Agrave GENOU AVEC LOU GIBSON LW 12 (C) [CROSS
COUNTRY CANADA 2008] 6
FIGURE 22 PROFIL DES TRACES DE SKI DE FOND CLASSIQUE EN MM SAUF SI INDIQUEacute [REacuteGIE DE LA SEacuteCURITEacute
DANS LES SPORTS DU QUEacuteBEC 1996] 7
FIGURE 23 EXEMPLE DE DEacuteFAUTS DE PISTE (VAGUELETTES) 9
FIGURE 24 PARCOURS POUR LES JEUX PARALYMPIQUES DE 2010 [WHISTLER OLYMPIC PARK 2008] 10
FIGURE 25 SKI DE FOND [ADAPTEacute DE VISUAL DICTIONARY ONLINE 2008] 11
FIGURE 26 DEacutePLACEMENT DE LA FIXATION ARRIEgraveRE CAUSEacute PAR LEacuteCRASEMENT DE LA CAMBRURE DU SKI
(DESSIN NON Agrave LEacuteCHELLE) 11
FIGURE 27 QUATRE LUGES DISPONIBLES SUR LE MARCHEacute PRASCHBERGER CROSS COUNTRY (A) SIERRA
SIT-SKI (B) CAPRICORN SIT-SKI (C) ET LUGE ERGOLAB (D) 13
FIGURE 28 ANCRAGE DE LA LUGE ET FIXATION DE SKI 14
FIGURE 29 NOUVELLE LUGE DUN SKIEUR JAPONAIS 15
FIGURE 4 L VUE ARRIEgraveRE DUN DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON
INCLINABLE EFFECTUANT UN VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fbdquo ET Fbdquo) ET EXTERNE (FT ET FRE)
MASSE DU FONDEUR ET DE LA LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (A R )
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE (ltTgt) 21
FIGURE 42 EFFET DE LA HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (GAUCHE) ET DU RAYON DU VIRAGE (DROITE) SUR
LES VITESSES MAXIMALES PERMISES 22
FIGURE 43 EFFET DE LANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE SUR LA VITESSE MAXIMALE PERMISE 23
FIGURE 44 DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE EFFECTUANT UN
VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fn ET Fbdquo) ET EXTERNE (Fbdquo_ ET FŒ) MASSE DU FONDEUR ET DE LA
LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (AY) HAUTEUR DU CENTRE DE
MASSE (H) HAUTEUR DU CENTRE DE ROTATION (Wbdquo) DISTANCES ENTRE LE CENTRE DE MASSE ET LE
CENTRE DE ROTATION (Z Y ET A H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DU FONDEUR OU DE S A
LUGE ( 0 ) 24
FIGURE 45 EFFET DE L ANGLE DINCUNAISON DE LA PISTE DU FONDEUR OU DE SA LUGE SUR LA VRRESSE
MAXIMALE PERMISE 26
FIGURE 46 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES PLIEacuteES (A) ASSISE JAMBES EacuteTENDUES (B)
ET Agrave GENOU (C) 27
FIGURE 51 COLETTE BOURGONJE SUR SA LUGE ACTUELLE 30
VI
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
W1TIuml CagravemmMreint imiicfc
FOfl CltMPpoundttiQH LOAOS OF 43 TO 9S $S TO 2raquo bull MOT ffECGNMENOGD FOfi STATJC SMCAft L0A08
100 O0LGCHONCHMIII 0raquohc6araquoraquohlaquofaw tfa- raquoraquo-laquo laquoMraquo nwfdwl laquorfraquo yofciotr tfca gtmdashh Agtraquoraquo dw fcraquo (W $waalueacuterina4 djrwuclMafc
i
1 LL| III TTTT TTIl u n TTFT
H Y -
H -
I-Ty F -
- w -
bullM gtr
-
bulleacuteampszZ inicirc UB Ut
BERECTOM OHM
Forehgt$ Fwwraquojraquoff^r n Cyateraquo ccedilm Mtelaquow gtlaquobull 1 tasraquo 1 1 ia | mraquo ia j wi
ttiftJmjn Loetf far 81 Isaiwkwi
1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
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12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
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Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
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DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
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Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
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538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
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0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
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Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
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100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
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Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
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icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
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306
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Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
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MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
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rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
TABLES DES MATIEgraveRES
1 INTRODUCTION 1
11 CONTEXTE 1
12 REVUE DE LITTEacuteRATURE 2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION 3
21 L ATHLEgraveTE SA CONFIGURATION ET LES TECHNIQUES EMPLOYEacuteES 3
211 CLASSEMENT DU HANDICAP DU SKIEUR ASSIS 3
212 CONFIGURATIONS DASSISE DE LATHLEgraveTE 5
213 TECHNIQUES DE POUSSEacuteE ET DE CONTROcircLE DE LA LUGE 6
22 LE PARCOURS 7
23 EacuteQUIPEMENTS 10
231 LE SKI 10
232 LES BAcircTONS 12
233 LA LUGE 13
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION 19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES 20
41 ANALYSE DE LA PHYSIQUE DU FONDEUR SUR LUGE LORS DUN VIRAGE 20
411 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON INCLINABLE 20
412 MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE 23
42 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 26
43 TESTS SUR LE TERRAIN POUR LES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 27
431 PROTOCOLE 27
432 REacuteSULTATS 28
5 CONCEPTION DE LA LUGE 30
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES 37
61 MANNEQUIN POUR LE DIMENSIONNEMENT ET LE POSITIONNEMENT DU CENTRE DE MASSE (CM)
38
62 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
621 DIMENSIONNEMENT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 40
622 MONTAGE EXPEacuteRIMENTAL 40
623 MODEacuteLISATION PAR ORDINATEUR 43
624 REacuteSULTATS 44
63 SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 46
III
64 CHAcircSSIS 48
641 CONFIGURATION DES JAMBES 48
642 GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS 48
643 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
644 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS EN LABORATOIRE 50
65 SIEgraveGE 51
651 LA COQUE ET LE REMBOURRAGE 52
652 LARMATURE 53
653 LES ATTACHES 54
654 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU SIEgraveGE EN LABORATOIRE 55
7 VALIDATION DES CONCEPTS 57
71 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES ET VARIABLES MESUREacuteES 57
72 VALIDATION EN LABORATOIRE DU MANNEQUIN SOLIDWORKS 58
721 PROTOCOLE 58
722 REacuteSULTATS 60
73 AFFINEMENT DE LA RIGIDITEacute DU SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 61
731 TESTS PREacuteLIMINAIRES 61
732 REacuteSULTATS DES TESTS PREacuteLIMINAIRES 62
733 TESTS FINAUX 63
734 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX 63
735 INTERPREacuteTATION ET OBSERVATIONS SUPPLEacuteMENTAIRES 64
74 VALIDATION DU PROTOTYPE FINAL SUR LE TERRAIN 66
741 PROTOCOLE 66
742 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC JEAN-THOMAS BOILY 67
743 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC COLETTE BOURGONJE 70
744 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX AVEC COLETTE BOURGONJE 71
745 INTERPREacuteTATION DES REacuteSULTATS 72
75 DISCUSSION 74
751 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES 74
752 RETOUR SUR LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE DU FONDEUR 75
753 CHOIX DE LA LUGE POUR COLETTE BOURGONJE 77
8 CONCLUSION 79
81 SYNTHEgraveSE DES AMEacuteLIORATIONS APPORTEacuteES PAR CHAQUE SYSTEgraveME 79
82 SYNTHEgraveSE DES MODIFICATIONS FUTURES 80
83 CONTRIBUTION AUX SPORTS ET Agrave LA SOCIEacuteTEacute 81
IV
84 EacuteNONCEacute DE NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHE 81
9 BIBLIOGRAPHIE 83
ANNEXE 1 85
FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS 85
ANNEXE 2 86
LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES 86
ANNEXE 3 88
CALCUL DU CENTRE DE PRESSION 88
ANNEXE 4 92
CALCUL DE LA RIGIDITEacute DU DOSSIER 92
ANNEXES 94
DESSINS TECHNIQUES 94
ANNEXE 6 107
TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (PREMIER PROTOTYPE) ET
BETA (PROTOTYPE FINAL) 107
ANNEXE 7 108
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 108
ANNEXE 8 111
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN
VALLEY 111
ANNEXE 9 114
TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI 114
V
LISTE DES FIGURES
FIGURE 11 LATHLEgraveTE PARALYMPIQUE CANADIEN JEAN-THOMAS BOILY AUX JEUX DE TURIN [KEVIN
BOGETTI-SMITH copy CPC 2006] 1
FIGURE 21 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES EacuteTENDUES AVEC SHAUNA MARIA
WHYTE LW12 (A) [BIATHLON CANADA 2002] ASSISE JAMBES PLIEacuteES AVEC COLETTE BOURGONJE
LW10(B) [NICK LAHAMGETTY IMAGES 2006] ET Agrave GENOU AVEC LOU GIBSON LW 12 (C) [CROSS
COUNTRY CANADA 2008] 6
FIGURE 22 PROFIL DES TRACES DE SKI DE FOND CLASSIQUE EN MM SAUF SI INDIQUEacute [REacuteGIE DE LA SEacuteCURITEacute
DANS LES SPORTS DU QUEacuteBEC 1996] 7
FIGURE 23 EXEMPLE DE DEacuteFAUTS DE PISTE (VAGUELETTES) 9
FIGURE 24 PARCOURS POUR LES JEUX PARALYMPIQUES DE 2010 [WHISTLER OLYMPIC PARK 2008] 10
FIGURE 25 SKI DE FOND [ADAPTEacute DE VISUAL DICTIONARY ONLINE 2008] 11
FIGURE 26 DEacutePLACEMENT DE LA FIXATION ARRIEgraveRE CAUSEacute PAR LEacuteCRASEMENT DE LA CAMBRURE DU SKI
(DESSIN NON Agrave LEacuteCHELLE) 11
FIGURE 27 QUATRE LUGES DISPONIBLES SUR LE MARCHEacute PRASCHBERGER CROSS COUNTRY (A) SIERRA
SIT-SKI (B) CAPRICORN SIT-SKI (C) ET LUGE ERGOLAB (D) 13
FIGURE 28 ANCRAGE DE LA LUGE ET FIXATION DE SKI 14
FIGURE 29 NOUVELLE LUGE DUN SKIEUR JAPONAIS 15
FIGURE 4 L VUE ARRIEgraveRE DUN DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON
INCLINABLE EFFECTUANT UN VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fbdquo ET Fbdquo) ET EXTERNE (FT ET FRE)
MASSE DU FONDEUR ET DE LA LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (A R )
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE (ltTgt) 21
FIGURE 42 EFFET DE LA HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (GAUCHE) ET DU RAYON DU VIRAGE (DROITE) SUR
LES VITESSES MAXIMALES PERMISES 22
FIGURE 43 EFFET DE LANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE SUR LA VITESSE MAXIMALE PERMISE 23
FIGURE 44 DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE EFFECTUANT UN
VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fn ET Fbdquo) ET EXTERNE (Fbdquo_ ET FŒ) MASSE DU FONDEUR ET DE LA
LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (AY) HAUTEUR DU CENTRE DE
MASSE (H) HAUTEUR DU CENTRE DE ROTATION (Wbdquo) DISTANCES ENTRE LE CENTRE DE MASSE ET LE
CENTRE DE ROTATION (Z Y ET A H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DU FONDEUR OU DE S A
LUGE ( 0 ) 24
FIGURE 45 EFFET DE L ANGLE DINCUNAISON DE LA PISTE DU FONDEUR OU DE SA LUGE SUR LA VRRESSE
MAXIMALE PERMISE 26
FIGURE 46 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES PLIEacuteES (A) ASSISE JAMBES EacuteTENDUES (B)
ET Agrave GENOU (C) 27
FIGURE 51 COLETTE BOURGONJE SUR SA LUGE ACTUELLE 30
VI
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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ErgoLab Luge compeacutetitive
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
W1TIuml CagravemmMreint imiicfc
FOfl CltMPpoundttiQH LOAOS OF 43 TO 9S $S TO 2raquo bull MOT ffECGNMENOGD FOfi STATJC SMCAft L0A08
100 O0LGCHONCHMIII 0raquohc6araquoraquohlaquofaw tfa- raquoraquo-laquo laquoMraquo nwfdwl laquorfraquo yofciotr tfca gtmdashh Agtraquoraquo dw fcraquo (W $waalueacuterina4 djrwuclMafc
i
1 LL| III TTTT TTIl u n TTFT
H Y -
H -
I-Ty F -
- w -
bullM gtr
-
bulleacuteampszZ inicirc UB Ut
BERECTOM OHM
Forehgt$ Fwwraquojraquoff^r n Cyateraquo ccedilm Mtelaquow gtlaquobull 1 tasraquo 1 1 ia | mraquo ia j wi
ttiftJmjn Loetf far 81 Isaiwkwi
1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
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12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
OW A
DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
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102 --
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Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
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538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
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0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
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107
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Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
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100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
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Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
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icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
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306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
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MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
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rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
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fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
64 CHAcircSSIS 48
641 CONFIGURATION DES JAMBES 48
642 GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS 48
643 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
644 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU CHAcircSSIS EN LABORATOIRE 50
65 SIEgraveGE 51
651 LA COQUE ET LE REMBOURRAGE 52
652 LARMATURE 53
653 LES ATTACHES 54
654 DIMENSIONNEMENT DE LA GEacuteOMEacuteTRIE DU SIEgraveGE EN LABORATOIRE 55
7 VALIDATION DES CONCEPTS 57
71 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES ET VARIABLES MESUREacuteES 57
72 VALIDATION EN LABORATOIRE DU MANNEQUIN SOLIDWORKS 58
721 PROTOCOLE 58
722 REacuteSULTATS 60
73 AFFINEMENT DE LA RIGIDITEacute DU SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 61
731 TESTS PREacuteLIMINAIRES 61
732 REacuteSULTATS DES TESTS PREacuteLIMINAIRES 62
733 TESTS FINAUX 63
734 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX 63
735 INTERPREacuteTATION ET OBSERVATIONS SUPPLEacuteMENTAIRES 64
74 VALIDATION DU PROTOTYPE FINAL SUR LE TERRAIN 66
741 PROTOCOLE 66
742 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC JEAN-THOMAS BOILY 67
743 REacuteSULTATS DES TESTS SUR LA LUGE INTERMEacuteDIAIRE AVEC COLETTE BOURGONJE 70
744 REacuteSULTATS DES TESTS FINAUX AVEC COLETTE BOURGONJE 71
745 INTERPREacuteTATION DES REacuteSULTATS 72
75 DISCUSSION 74
751 INSTRUMENTS DE MESURES DISPONIBLES 74
752 RETOUR SUR LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE DU FONDEUR 75
753 CHOIX DE LA LUGE POUR COLETTE BOURGONJE 77
8 CONCLUSION 79
81 SYNTHEgraveSE DES AMEacuteLIORATIONS APPORTEacuteES PAR CHAQUE SYSTEgraveME 79
82 SYNTHEgraveSE DES MODIFICATIONS FUTURES 80
83 CONTRIBUTION AUX SPORTS ET Agrave LA SOCIEacuteTEacute 81
IV
84 EacuteNONCEacute DE NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHE 81
9 BIBLIOGRAPHIE 83
ANNEXE 1 85
FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS 85
ANNEXE 2 86
LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES 86
ANNEXE 3 88
CALCUL DU CENTRE DE PRESSION 88
ANNEXE 4 92
CALCUL DE LA RIGIDITEacute DU DOSSIER 92
ANNEXES 94
DESSINS TECHNIQUES 94
ANNEXE 6 107
TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (PREMIER PROTOTYPE) ET
BETA (PROTOTYPE FINAL) 107
ANNEXE 7 108
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 108
ANNEXE 8 111
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN
VALLEY 111
ANNEXE 9 114
TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI 114
V
LISTE DES FIGURES
FIGURE 11 LATHLEgraveTE PARALYMPIQUE CANADIEN JEAN-THOMAS BOILY AUX JEUX DE TURIN [KEVIN
BOGETTI-SMITH copy CPC 2006] 1
FIGURE 21 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES EacuteTENDUES AVEC SHAUNA MARIA
WHYTE LW12 (A) [BIATHLON CANADA 2002] ASSISE JAMBES PLIEacuteES AVEC COLETTE BOURGONJE
LW10(B) [NICK LAHAMGETTY IMAGES 2006] ET Agrave GENOU AVEC LOU GIBSON LW 12 (C) [CROSS
COUNTRY CANADA 2008] 6
FIGURE 22 PROFIL DES TRACES DE SKI DE FOND CLASSIQUE EN MM SAUF SI INDIQUEacute [REacuteGIE DE LA SEacuteCURITEacute
DANS LES SPORTS DU QUEacuteBEC 1996] 7
FIGURE 23 EXEMPLE DE DEacuteFAUTS DE PISTE (VAGUELETTES) 9
FIGURE 24 PARCOURS POUR LES JEUX PARALYMPIQUES DE 2010 [WHISTLER OLYMPIC PARK 2008] 10
FIGURE 25 SKI DE FOND [ADAPTEacute DE VISUAL DICTIONARY ONLINE 2008] 11
FIGURE 26 DEacutePLACEMENT DE LA FIXATION ARRIEgraveRE CAUSEacute PAR LEacuteCRASEMENT DE LA CAMBRURE DU SKI
(DESSIN NON Agrave LEacuteCHELLE) 11
FIGURE 27 QUATRE LUGES DISPONIBLES SUR LE MARCHEacute PRASCHBERGER CROSS COUNTRY (A) SIERRA
SIT-SKI (B) CAPRICORN SIT-SKI (C) ET LUGE ERGOLAB (D) 13
FIGURE 28 ANCRAGE DE LA LUGE ET FIXATION DE SKI 14
FIGURE 29 NOUVELLE LUGE DUN SKIEUR JAPONAIS 15
FIGURE 4 L VUE ARRIEgraveRE DUN DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON
INCLINABLE EFFECTUANT UN VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fbdquo ET Fbdquo) ET EXTERNE (FT ET FRE)
MASSE DU FONDEUR ET DE LA LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (A R )
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE (ltTgt) 21
FIGURE 42 EFFET DE LA HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (GAUCHE) ET DU RAYON DU VIRAGE (DROITE) SUR
LES VITESSES MAXIMALES PERMISES 22
FIGURE 43 EFFET DE LANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE SUR LA VITESSE MAXIMALE PERMISE 23
FIGURE 44 DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE EFFECTUANT UN
VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fn ET Fbdquo) ET EXTERNE (Fbdquo_ ET FŒ) MASSE DU FONDEUR ET DE LA
LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (AY) HAUTEUR DU CENTRE DE
MASSE (H) HAUTEUR DU CENTRE DE ROTATION (Wbdquo) DISTANCES ENTRE LE CENTRE DE MASSE ET LE
CENTRE DE ROTATION (Z Y ET A H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DU FONDEUR OU DE S A
LUGE ( 0 ) 24
FIGURE 45 EFFET DE L ANGLE DINCUNAISON DE LA PISTE DU FONDEUR OU DE SA LUGE SUR LA VRRESSE
MAXIMALE PERMISE 26
FIGURE 46 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES PLIEacuteES (A) ASSISE JAMBES EacuteTENDUES (B)
ET Agrave GENOU (C) 27
FIGURE 51 COLETTE BOURGONJE SUR SA LUGE ACTUELLE 30
VI
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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Wirz K (2008) Entraineur chef de leacutequipe nationale de ski de fond paralympique
Whistler Olympic Park (2008) Paralympic compeacutetition course
84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
W1TIuml CagravemmMreint imiicfc
FOfl CltMPpoundttiQH LOAOS OF 43 TO 9S $S TO 2raquo bull MOT ffECGNMENOGD FOfi STATJC SMCAft L0A08
100 O0LGCHONCHMIII 0raquohc6araquoraquohlaquofaw tfa- raquoraquo-laquo laquoMraquo nwfdwl laquorfraquo yofciotr tfca gtmdashh Agtraquoraquo dw fcraquo (W $waalueacuterina4 djrwuclMafc
i
1 LL| III TTTT TTIl u n TTFT
H Y -
H -
I-Ty F -
- w -
bullM gtr
-
bulleacuteampszZ inicirc UB Ut
BERECTOM OHM
Forehgt$ Fwwraquojraquoff^r n Cyateraquo ccedilm Mtelaquow gtlaquobull 1 tasraquo 1 1 ia | mraquo ia j wi
ttiftJmjn Loetf far 81 Isaiwkwi
1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
sO
12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
OW A
DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
gtvv bull raquo i t bull y t laquo bulllt laquo i f lt 1 a a
icircicirciie
bullmq UNIVERSITEacute DE Mi SHERBROOKE
raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
DM A
DWG NO fixation 2 piecc-2-2
KtV 0 bullmq UNIVERSITEacute DE
Mi SHERBROOKE eohefe icirc | feuli i ltUi |
i i rvx n ksf OSS Jraquo i bullraquo gt t
c - bull rgt
hait par Steacutephane Martel ing jr
LE
Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
A DWG- NO
SCALb i3 jwEiGHT SHFF 1 OF
443
367
102 --
100
27
+
+
-f
9
150
-f
-f
443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
T~
o -fc
107
831
-638-
1800-
7ooolaquo yr58
X M 800
Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
b nraquo f t iraquo
Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
0 110 FouiiO ) de
o U
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V- V 11
icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
mdashVue orthogonale R263 bull P n y
306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
Ticircircopy
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
DiM A
DWG NO tube contour soudenew
RtV 0
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
Echefe )IQ | 2 Je 1 2 1
0150
M8xl 25
RTCRASATR AHO CONHDEMUI NK INHUMA IcircOl ) CCraquo AiMrugrave IN TKltgt
l4raquoVNv y 7Ht IumlCHEacute HltOMIY C bull NAMfe -MsSffc ANgt pwfltxaiCgtnN r-Ap os AS lt wxat wn-tc^T icircir va-roi ftphtsuctiof
rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
84 EacuteNONCEacute DE NOUVELLES PERSPECTIVES DE RECHERCHE 81
9 BIBLIOGRAPHIE 83
ANNEXE 1 85
FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS 85
ANNEXE 2 86
LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES 86
ANNEXE 3 88
CALCUL DU CENTRE DE PRESSION 88
ANNEXE 4 92
CALCUL DE LA RIGIDITEacute DU DOSSIER 92
ANNEXES 94
DESSINS TECHNIQUES 94
ANNEXE 6 107
TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (PREMIER PROTOTYPE) ET
BETA (PROTOTYPE FINAL) 107
ANNEXE 7 108
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 108
ANNEXE 8 111
FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN
VALLEY 111
ANNEXE 9 114
TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI 114
V
LISTE DES FIGURES
FIGURE 11 LATHLEgraveTE PARALYMPIQUE CANADIEN JEAN-THOMAS BOILY AUX JEUX DE TURIN [KEVIN
BOGETTI-SMITH copy CPC 2006] 1
FIGURE 21 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES EacuteTENDUES AVEC SHAUNA MARIA
WHYTE LW12 (A) [BIATHLON CANADA 2002] ASSISE JAMBES PLIEacuteES AVEC COLETTE BOURGONJE
LW10(B) [NICK LAHAMGETTY IMAGES 2006] ET Agrave GENOU AVEC LOU GIBSON LW 12 (C) [CROSS
COUNTRY CANADA 2008] 6
FIGURE 22 PROFIL DES TRACES DE SKI DE FOND CLASSIQUE EN MM SAUF SI INDIQUEacute [REacuteGIE DE LA SEacuteCURITEacute
DANS LES SPORTS DU QUEacuteBEC 1996] 7
FIGURE 23 EXEMPLE DE DEacuteFAUTS DE PISTE (VAGUELETTES) 9
FIGURE 24 PARCOURS POUR LES JEUX PARALYMPIQUES DE 2010 [WHISTLER OLYMPIC PARK 2008] 10
FIGURE 25 SKI DE FOND [ADAPTEacute DE VISUAL DICTIONARY ONLINE 2008] 11
FIGURE 26 DEacutePLACEMENT DE LA FIXATION ARRIEgraveRE CAUSEacute PAR LEacuteCRASEMENT DE LA CAMBRURE DU SKI
(DESSIN NON Agrave LEacuteCHELLE) 11
FIGURE 27 QUATRE LUGES DISPONIBLES SUR LE MARCHEacute PRASCHBERGER CROSS COUNTRY (A) SIERRA
SIT-SKI (B) CAPRICORN SIT-SKI (C) ET LUGE ERGOLAB (D) 13
FIGURE 28 ANCRAGE DE LA LUGE ET FIXATION DE SKI 14
FIGURE 29 NOUVELLE LUGE DUN SKIEUR JAPONAIS 15
FIGURE 4 L VUE ARRIEgraveRE DUN DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON
INCLINABLE EFFECTUANT UN VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fbdquo ET Fbdquo) ET EXTERNE (FT ET FRE)
MASSE DU FONDEUR ET DE LA LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (A R )
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE (ltTgt) 21
FIGURE 42 EFFET DE LA HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (GAUCHE) ET DU RAYON DU VIRAGE (DROITE) SUR
LES VITESSES MAXIMALES PERMISES 22
FIGURE 43 EFFET DE LANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE SUR LA VITESSE MAXIMALE PERMISE 23
FIGURE 44 DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE EFFECTUANT UN
VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fn ET Fbdquo) ET EXTERNE (Fbdquo_ ET FŒ) MASSE DU FONDEUR ET DE LA
LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (AY) HAUTEUR DU CENTRE DE
MASSE (H) HAUTEUR DU CENTRE DE ROTATION (Wbdquo) DISTANCES ENTRE LE CENTRE DE MASSE ET LE
CENTRE DE ROTATION (Z Y ET A H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DU FONDEUR OU DE S A
LUGE ( 0 ) 24
FIGURE 45 EFFET DE L ANGLE DINCUNAISON DE LA PISTE DU FONDEUR OU DE SA LUGE SUR LA VRRESSE
MAXIMALE PERMISE 26
FIGURE 46 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES PLIEacuteES (A) ASSISE JAMBES EacuteTENDUES (B)
ET Agrave GENOU (C) 27
FIGURE 51 COLETTE BOURGONJE SUR SA LUGE ACTUELLE 30
VI
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
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1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
sO
12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
OW A
DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
gtvv bull raquo i t bull y t laquo bulllt laquo i f lt 1 a a
icircicirciie
bullmq UNIVERSITEacute DE Mi SHERBROOKE
raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
DM A
DWG NO fixation 2 piecc-2-2
KtV 0 bullmq UNIVERSITEacute DE
Mi SHERBROOKE eohefe icirc | feuli i ltUi |
i i rvx n ksf OSS Jraquo i bullraquo gt t
c - bull rgt
hait par Steacutephane Martel ing jr
LE
Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
A DWG- NO
SCALb i3 jwEiGHT SHFF 1 OF
443
367
102 --
100
27
+
+
-f
9
150
-f
-f
443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
T~
o -fc
107
831
-638-
1800-
7ooolaquo yr58
X M 800
Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
b nraquo f t iraquo
Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
0 110 FouiiO ) de
o U
Lw
f f LJ
V- V 11
icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
mdashVue orthogonale R263 bull P n y
306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
Ticircircopy
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
DiM A
DWG NO tube contour soudenew
RtV 0
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
Echefe )IQ | 2 Je 1 2 1
0150
M8xl 25
RTCRASATR AHO CONHDEMUI NK INHUMA IcircOl ) CCraquo AiMrugrave IN TKltgt
l4raquoVNv y 7Ht IumlCHEacute HltOMIY C bull NAMfe -MsSffc ANgt pwfltxaiCgtnN r-Ap os AS lt wxat wn-tc^T icircir va-roi ftphtsuctiof
rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
LISTE DES FIGURES
FIGURE 11 LATHLEgraveTE PARALYMPIQUE CANADIEN JEAN-THOMAS BOILY AUX JEUX DE TURIN [KEVIN
BOGETTI-SMITH copy CPC 2006] 1
FIGURE 21 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES EacuteTENDUES AVEC SHAUNA MARIA
WHYTE LW12 (A) [BIATHLON CANADA 2002] ASSISE JAMBES PLIEacuteES AVEC COLETTE BOURGONJE
LW10(B) [NICK LAHAMGETTY IMAGES 2006] ET Agrave GENOU AVEC LOU GIBSON LW 12 (C) [CROSS
COUNTRY CANADA 2008] 6
FIGURE 22 PROFIL DES TRACES DE SKI DE FOND CLASSIQUE EN MM SAUF SI INDIQUEacute [REacuteGIE DE LA SEacuteCURITEacute
DANS LES SPORTS DU QUEacuteBEC 1996] 7
FIGURE 23 EXEMPLE DE DEacuteFAUTS DE PISTE (VAGUELETTES) 9
FIGURE 24 PARCOURS POUR LES JEUX PARALYMPIQUES DE 2010 [WHISTLER OLYMPIC PARK 2008] 10
FIGURE 25 SKI DE FOND [ADAPTEacute DE VISUAL DICTIONARY ONLINE 2008] 11
FIGURE 26 DEacutePLACEMENT DE LA FIXATION ARRIEgraveRE CAUSEacute PAR LEacuteCRASEMENT DE LA CAMBRURE DU SKI
(DESSIN NON Agrave LEacuteCHELLE) 11
FIGURE 27 QUATRE LUGES DISPONIBLES SUR LE MARCHEacute PRASCHBERGER CROSS COUNTRY (A) SIERRA
SIT-SKI (B) CAPRICORN SIT-SKI (C) ET LUGE ERGOLAB (D) 13
FIGURE 28 ANCRAGE DE LA LUGE ET FIXATION DE SKI 14
FIGURE 29 NOUVELLE LUGE DUN SKIEUR JAPONAIS 15
FIGURE 4 L VUE ARRIEgraveRE DUN DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE NON
INCLINABLE EFFECTUANT UN VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fbdquo ET Fbdquo) ET EXTERNE (FT ET FRE)
MASSE DU FONDEUR ET DE LA LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (A R )
HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE (ltTgt) 21
FIGURE 42 EFFET DE LA HAUTEUR DU CENTRE DE MASSE (GAUCHE) ET DU RAYON DU VIRAGE (DROITE) SUR
LES VITESSES MAXIMALES PERMISES 22
FIGURE 43 EFFET DE LANGLE DINCLINAISON DE LA PISTE SUR LA VITESSE MAXIMALE PERMISE 23
FIGURE 44 DIAGRAMME DE CORPS LIBRE (DCL) DU FONDEUR SUR UNE LUGE INCLINABLE EFFECTUANT UN
VIRAGE FORCES SUR LE SKI INTERNE (Fn ET Fbdquo) ET EXTERNE (Fbdquo_ ET FŒ) MASSE DU FONDEUR ET DE LA
LUGE (M) ACCEacuteLEacuteRATIONS GRAVITATIONNELLE (G) ET CENTRIPEgraveTE (AY) HAUTEUR DU CENTRE DE
MASSE (H) HAUTEUR DU CENTRE DE ROTATION (Wbdquo) DISTANCES ENTRE LE CENTRE DE MASSE ET LE
CENTRE DE ROTATION (Z Y ET A H) EMPATTEMENT (T) ET ANGLE DINCLINAISON DU FONDEUR OU DE S A
LUGE ( 0 ) 24
FIGURE 45 EFFET DE L ANGLE DINCUNAISON DE LA PISTE DU FONDEUR OU DE SA LUGE SUR LA VRRESSE
MAXIMALE PERMISE 26
FIGURE 46 TROIS GROUPES DE CONFIGURATIONS ASSISE JAMBES PLIEacuteES (A) ASSISE JAMBES EacuteTENDUES (B)
ET Agrave GENOU (C) 27
FIGURE 51 COLETTE BOURGONJE SUR SA LUGE ACTUELLE 30
VI
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
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1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
sO
12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
OW A
DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
gtvv bull raquo i t bull y t laquo bulllt laquo i f lt 1 a a
icircicirciie
bullmq UNIVERSITEacute DE Mi SHERBROOKE
raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
DM A
DWG NO fixation 2 piecc-2-2
KtV 0 bullmq UNIVERSITEacute DE
Mi SHERBROOKE eohefe icirc | feuli i ltUi |
i i rvx n ksf OSS Jraquo i bullraquo gt t
c - bull rgt
hait par Steacutephane Martel ing jr
LE
Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
A DWG- NO
SCALb i3 jwEiGHT SHFF 1 OF
443
367
102 --
100
27
+
+
-f
9
150
-f
-f
443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
T~
o -fc
107
831
-638-
1800-
7ooolaquo yr58
X M 800
Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
b nraquo f t iraquo
Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
0 110 FouiiO ) de
o U
Lw
f f LJ
V- V 11
icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
mdashVue orthogonale R263 bull P n y
306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
Ticircircopy
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
DiM A
DWG NO tube contour soudenew
RtV 0
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
Echefe )IQ | 2 Je 1 2 1
0150
M8xl 25
RTCRASATR AHO CONHDEMUI NK INHUMA IcircOl ) CCraquo AiMrugrave IN TKltgt
l4raquoVNv y 7Ht IumlCHEacute HltOMIY C bull NAMfe -MsSffc ANgt pwfltxaiCgtnN r-Ap os AS lt wxat wn-tc^T icircir va-roi ftphtsuctiof
rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
FIGURE 61 PROTOTYPE DE LA NOUVELLE LUGE AVEC LES QUATRE SOUS-SYSTEgraveMES 37
FIGURE 62 MANNEQUIN SOLIDWORKS REPREacuteSENTANT LE SOEUR 38
FIGURE 63 SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE 39
FIGURE 64 MONTAGE PERMETTANT DE MODIFIER LA DEacuteFORMATION DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE
CENTRIPEgraveTE LES FLEgraveCHES INDIQUANT OUgrave SERONT ACCROCHEacuteS LES RESSORTS 41
FIGURE 65 NUMEacuteRISATION DE LA DEacuteFORMATION (DE GAUCHE ET DE DROITE) DE LA STRUCTURE
NUMEacuteRISEacuteE EN VUE DE FACE AVEC LA CONFIGURATION RETENUE 42
FIGURE 66 MODEacuteLISATION DE LASSEMBLAGE DU SYSTEgraveME ET CHARGEMENT 43
FIGURE 67 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU MONTAGE AVEC RESSORT DU SYSTEgraveME DE GEacuteNEacuteRATION DE
FORCE CENTRIPEgraveTE 44
FIGURE 68 MODEacuteLISATION SUR ANSYS DU NOUVEAU PROTOTYPE DE GEacuteNEacuteRATION DE FORCE CENTRIPEgraveTE45
FIGURE 69 CYLINDRE EN EacuteLASTOMEgraveRE 46
FIGURE 610 STRUCTURE DE LA LUGE DE COLETTE BOURGONJE AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE 47
FIGURE 611 CHAcircSSIS INCLUANT LA STRUCTURE TUBULAIRE AINSI QUUNE PARTIE DES ANCRAGES DE LA
LUGE EXCLUANT LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 48
FIGURE 612 SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 49
FIGURE 613 VUE 3D ET VUE DE COUPE SAGITTALE DU SYSTEgraveME DANCRAGE DE LA LUGE 50
FIGURE 614 ESSAI DE RELEgraveVEMENT Agrave LA SUITE DUNE CHUTE AVEC COLETTE BOURGONJE 51
FIGURE 615 COQUE DU SIEgraveGE AVEC REMBOURRAGE EN MOUSSE 52
FIGURE 616 ARMATURE MONTEacuteE SUR LA COQUE 53
FIGURE 617 SYSTEgraveME DATTACHE PAR CLIQUET DE TYPE PLANCHE Agrave NEIGE 54
FIGURE 618 EMPLACEMENT DES TROIS TYPES DE COURROIES DATTACHES SUR LAgrave LUGE 55
FIGURE 619 ESSAYAGE DU SIEgraveGE AVEC COLETTE BOURGONJE 56
FIGURE 71 MONTAGE PERMETTANT DE MESURER LE CENTRE DE PRESSION DUNE PERSONNE EN POSITION
COUCHEacuteE EN NUMEacuteRISANT S LES PRINCIPAUX SEGMENTS 59
FIGURE 72 MESURE DU CENTRE DE PRESSION DE LA LUGE ET DE LATHLEgraveTE 59
FIGURE 73 PROBLEgraveME DE DINSTABILITEacute DE STRUCTURE RENCONTREacute 62
FIGURE 74 ANGULATION DU SKI EXTEacuteRIEUR DE GAUCHE VERS L INTEacuteRIEUR LORS DUN VIRAGE Agrave DROITE
AVEC LES CYLINDRES EN EacuteLASTOMEgraveRE (C Agrave GAUCHE ET D Agrave DROITE PERMETTANT AINSI DAMPLIFIER
VISUELLEMENT LINCLINAISON DU SKI DE GAUCHE) 64
FIGURE 75 TECHNIQUES DE VIRAGE DUN SKIEUR DEBOUT DEacuteCALER LES PIEDS (GAUCHE) ET INCLINER LES
SKIS VERS L INTEacuteRIEUR (DROITE) 65
FIGURE 76 PHOTO SUPERPOSANT PLUSIEURS MOMENTS DANS UNE DESCENTE AVEC MULTIPLES VIRAGES 68
FIGURE 77 DIFFEacuteRENCE DANS DINCLINAISON DU TRONC ENTRE LE SYSTEgraveME BLOQUEacute (GAUCHE) ET ACTIF
(DROITE) 68
FIGURE 78 EXEMPLE DE PROFIL DE VITESSE MESUREacute PAR LE GPS DISAAC 69
FIGURE 79 COLETTE DANS LE PREMIER PROTOTYPE DE LUGE 70
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
W1TIuml CagravemmMreint imiicfc
FOfl CltMPpoundttiQH LOAOS OF 43 TO 9S $S TO 2raquo bull MOT ffECGNMENOGD FOfi STATJC SMCAft L0A08
100 O0LGCHONCHMIII 0raquohc6araquoraquohlaquofaw tfa- raquoraquo-laquo laquoMraquo nwfdwl laquorfraquo yofciotr tfca gtmdashh Agtraquoraquo dw fcraquo (W $waalueacuterina4 djrwuclMafc
i
1 LL| III TTTT TTIl u n TTFT
H Y -
H -
I-Ty F -
- w -
bullM gtr
-
bulleacuteampszZ inicirc UB Ut
BERECTOM OHM
Forehgt$ Fwwraquojraquoff^r n Cyateraquo ccedilm Mtelaquow gtlaquobull 1 tasraquo 1 1 ia | mraquo ia j wi
ttiftJmjn Loetf far 81 Isaiwkwi
1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
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1086
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Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
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Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
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Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
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719
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UNIVERSITE DE SHERBROOKE
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Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
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Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
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bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
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agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
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800 800
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Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
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Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
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Ancrage Rev
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150 100
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25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
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Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
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FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
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R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
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hait par Steacutephane Martel ing jr
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Systegraveme de compensation de force centripegravete
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443
367
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Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
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107
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Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
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100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
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Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
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icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
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Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
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Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
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SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
FIGURE 710 SCHEacuteMA DES EFFORTS CREacuteEacuteS PAR LE SYSTEgraveME DATTACHE DU TRONC AVEC LE MOUVEMENT DU
TRONC Agrave CHAQUE POUSSEacuteE O ET LA FORCE CREacuteEacute PAR LATTACHE DU TRONC F 73
FIGURE 711 COURBES DE VITESSE MAXIMALE PERMISE SELON LE MODEgraveLE THEacuteORIQUE AINSI QUE LES TROIS
VALEURS DE VITESSES MOYENNES EXPEacuteRIMENTALE OBTENUES PAR LES TROIS TYPES DE LUGE 76
FIGURE A21 SCHEacuteMA DES MESURES DE CIRCONFEacuteRENCE 87
VIII
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
W1TIuml CagravemmMreint imiicfc
FOfl CltMPpoundttiQH LOAOS OF 43 TO 9S $S TO 2raquo bull MOT ffECGNMENOGD FOfi STATJC SMCAft L0A08
100 O0LGCHONCHMIII 0raquohc6araquoraquohlaquofaw tfa- raquoraquo-laquo laquoMraquo nwfdwl laquorfraquo yofciotr tfca gtmdashh Agtraquoraquo dw fcraquo (W $waalueacuterina4 djrwuclMafc
i
1 LL| III TTTT TTIl u n TTFT
H Y -
H -
I-Ty F -
- w -
bullM gtr
-
bulleacuteampszZ inicirc UB Ut
BERECTOM OHM
Forehgt$ Fwwraquojraquoff^r n Cyateraquo ccedilm Mtelaquow gtlaquobull 1 tasraquo 1 1 ia | mraquo ia j wi
ttiftJmjn Loetf far 81 Isaiwkwi
1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
sO
12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
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DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
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raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
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Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
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443
367
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9
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-f
443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
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107
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Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
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Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
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V- V 11
icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
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306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
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MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
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rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU 21 DIFFEacuteRENTES CLASSES ET POURCENTAGE DE CORRECTION DU TEMPS ASSOCIEacute
[INTERNATIONAL PARALYMPIC COMMITTEE 2008] 3
TABLEAU 22 REacuteSUMEacute DES CLASSEMENTS ET PARTICULARITEacuteS DU HANDICAP ASSOCIEacuteES 4
TABLEAU 23 DIFFEacuteRENTS ATHLEgraveTES FEacuteMININS (F) ET MASCULINS (M) DE CHAQUE CLASSE ET LEUR LUGE
POUR L ANNEacuteE 2007-2008 16
TABLEAU 4 L VITESSES DES DIFFEacuteRENTES CONFIGURATIONS 29
TABLEAU 51 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES 31
TABLEAU 52 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 32
TABLEAU 53 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 33
TABLEAU 54 CAHIER DES CHARGES FONCTIONNELLES (SUITE) 34
TABLEAU 55 NOTES Agrave LA CONCEPTION 35
TABLEAU 56 NOTES Agrave LA CONCEPTION (SUITE) 36
TABLEAU 71 POSITIONNEMENT DU CENTRE DE PRESSION (COP) EN Y 60
TABLEAU 72 GAINS EN VITESSE ET EN TEMPS AVEC LE SYSTEgraveME DANGULATION DES SKIS 64
TABLEAU 73 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY 69
TABLEAU 74 MEILLEURS REacuteSULTATS DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE DEUX ANGLES DIFFEacuteRENTS
ONT EacuteTEacute MESUREacuteS CELUI DE LASSISE (A) ET CELUI DU TRONC (T) 71
TABLEAU 75 DERNIERS ESSAIS MESUREacuteS AVEC LE NOUVEAU PROTOTYPE AVEC COLETTE BOURGONJE 72
TABLEAU 76 PARAMEgraveTRES UTILISEacuteS POUR LE MODEgraveLE DYNAMIQUE DU FONDEUR SUR UNE LUGE
INCLINABLE 75
IX
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
W1TIuml CagravemmMreint imiicfc
FOfl CltMPpoundttiQH LOAOS OF 43 TO 9S $S TO 2raquo bull MOT ffECGNMENOGD FOfi STATJC SMCAft L0A08
100 O0LGCHONCHMIII 0raquohc6araquoraquohlaquofaw tfa- raquoraquo-laquo laquoMraquo nwfdwl laquorfraquo yofciotr tfca gtmdashh Agtraquoraquo dw fcraquo (W $waalueacuterina4 djrwuclMafc
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ttiftJmjn Loetf far 81 Isaiwkwi
1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
sO
12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
OW A
DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
gtvv bull raquo i t bull y t laquo bulllt laquo i f lt 1 a a
icircicirciie
bullmq UNIVERSITEacute DE Mi SHERBROOKE
raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
DM A
DWG NO fixation 2 piecc-2-2
KtV 0 bullmq UNIVERSITEacute DE
Mi SHERBROOKE eohefe icirc | feuli i ltUi |
i i rvx n ksf OSS Jraquo i bullraquo gt t
c - bull rgt
hait par Steacutephane Martel ing jr
LE
Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
A DWG- NO
SCALb i3 jwEiGHT SHFF 1 OF
443
367
102 --
100
27
+
+
-f
9
150
-f
-f
443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
T~
o -fc
107
831
-638-
1800-
7ooolaquo yr58
X M 800
Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
b nraquo f t iraquo
Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
0 110 FouiiO ) de
o U
Lw
f f LJ
V- V 11
icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
mdashVue orthogonale R263 bull P n y
306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
Ticircircopy
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
DiM A
DWG NO tube contour soudenew
RtV 0
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
Echefe )IQ | 2 Je 1 2 1
0150
M8xl 25
RTCRASATR AHO CONHDEMUI NK INHUMA IcircOl ) CCraquo AiMrugrave IN TKltgt
l4raquoVNv y 7Ht IumlCHEacute HltOMIY C bull NAMfe -MsSffc ANgt pwfltxaiCgtnN r-Ap os AS lt wxat wn-tc^T icircir va-roi ftphtsuctiof
rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
I SHfcOfrH) bull DIMENSIONS Agravelffc IN INC^EacuteS Ol f fK-f AN UAfcMAC-Ht t IA J Ir- I i IMl laquo TI-tBt PiA CMAI t
| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8
1 INTRODUCTION
11 Contexte
Ce projet de recherche confidentiel sest reacutealiseacute en collaboration avec leacutequipe nationale
de ski de fond paraiympique du Canada Il consistait agrave eacutetudier le comportement du
fondeur sur luge et agrave concevoir une nouvelle luge afin dameacuteliorer sa performance
principalement durant les virages Il fait partie dun plus grand projet sur le ski alpin et le
ski de fond paraiympique qui a vu le jour gracircce agrave Agrave nous le podium 2010 un programme
sportif technique pour permettre au Canada de devenir la nation remportant le plus de
meacutedailles lors des Jeux olympiques et paralympiques de 2010 agrave Vancouver
Le ski de fond paraiympique se divise en trois cateacutegories selon le type de handicap les
skieurs avec un handicap visuel les skieurs avec un handicap physique skiant debout et
les skieurs avec un handicap physique skiant sur une luge eacutequipeacutee dune paire de skis
(Figure 11) Le projet de ce meacutemoire sest concentreacute sur ce dernier groupe Le prototype
final servant agrave la validation a eacuteteacute conccedilu pour ecirctre utiliseacute par une athlegravete speacutecifique
Colette Bourgonje classeacutee LW 10 selon la classification du Comiteacute international
paraiympique (IPC)
Figure 11 Lathlegravete paraiympique canadien Jean-Thomas Boily aux jeux de Turin [Kevin Bogetti-
Smith copy CPC 2006]
1
12 Revue de litteacuterature
La litteacuterature sur le ski de fond est pauvre celle sur le ski de fond paralympique lest
encore plus En effet on recense un peu plus de 350 articles ayant comme sujet le ski de
fond
bull Seulement deux articles concernaient le ski de fond paralympique Lun portait sur les
blessures relieacutees agrave ce sport [Webborn 2006] Lautre neacutetait quun reacutesumeacute de
confeacuterence portant sur leacutevaluation de la force des athlegravetes et de leurs temps de course
[Bortolan 2006]
bull Trente-six (36) articles portaient sur la technique du double piqueacute chez les fondeurs
normaux [les principaux Holmberg 2005 Holmberg 2006 Nilsson 2003 Nilsson
2004]
bull Cent seize (116) articles portaient sur la cineacutematique la cineacutetique et la biomeacutecanique
du fondeur normal On y traite entre-autres de linfluence des poigneacutees des pocircles de
ski de fond sur la puissance fournie [Heil 2004] de la longueur optimale des pocircles
[Nilsson 2003] et de leffet de lentraicircnement en force maximal sur la relation force-
vitesse la relation force-puissance et la performance [0steracircs 2002]
bull Lensemble des autres articles portaient principalement sur les statistiques de
blessures et autres statistiques chez les fondeurs normaux
Ces articles fournissent donc des eacuteleacutements essentiels agrave la compreacutehension du ski de fond
mais ne fournissent pas de pistes de solutions directes pour mieux comprendre le
comportement de fondeurs paralympiques
2
2 EacuteTAT DE LA SITUATION
21 Lathlegravete sa configuration et les techniques employeacutees
211 Classement du handicap du skieur assis
Les fondeurs sur luge sont classeacutes selon un systegraveme de pourcentage baseacute sur une formule
de correction du temps eacutetablie par le Comiteacute international paralympique (IPC) Cette
classification est utiliseacutee pour deacuteterminer le temps de classement final de chaque
compeacutetiteur indeacutependamment des diffeacuterences de leur handicap La formule attribue une
classe et un pourcentage associeacute agrave chaque compeacutetiteur selon les particulariteacutes physiques
de celui-ci (Tableau 21) Le temps reacuteel de lathlegravete est donc multiplieacute par ce pourcentage
pour deacuteterminer son temps de classement Le pourcentage de chaque classe est eacutevalueacute
chaque saison et peut ecirctre changeacute si neacutecessaire
Tableau 21 Diffeacuterentes classes et pourcentage de correction du temps associeacute [International Paralympic Committee 2008]
Classe Correction du temps ()
LW 10 86 LW 105 91 LW 11 94 LW 115 98 LW 12 100
Le classement se base sur les informations meacutedicales [International Paralympic
Committee 2006] des examens standardiseacutes sur appareils et lobservation de lathlegravete
pratiquant son sport agrave lentraicircnement et en compeacutetition (Tableau 22) Agrave titre dexemple
un des examens typiques consiste agrave asseoir et agrave observer la personne attacheacutee
adeacutequatement sur une planche horizontale avec ou sans inclinaison et de deacuteterminer si
elle a besoin de laide de ses bras pour maintenir son eacutequilibre Cet examen informe sur la
fonctionnaliteacute des muscles du tronc et des membres infeacuterieurs
3
Tableau 22 Reacutesumeacute des classements et particulariteacutes du handicap associeacutees
Classement
Fonctionnaliteacute des Abdominauxextenseurs du tronc Fonctionnaliteacute des Extenseurs de la hanchefesses Sensibiliteacute aux fesses Sensibiliteacute agrave larriegravere des cuisses
Utilisation des bras pour se stabiliser en configuration assise
Sans inclinaison
Avec inclinaison
LW10 LW105 LW11 LW115 LW12
Eacutechelle
Aucune Totale
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW10 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Ils nont pas de muscles abdominaux ou extenseurs fonctionnels Ils auront
besoin de leurs bras pour se maintenir assis sur la planche horizontale sans inclinaison en
position statique
Les athlegravetes faisant partie de la classe LW105 ont un handicap aux membres infeacuterieurs et
au tronc Une partie de leurs muscles abdominaux ou extenseurs sont fonctionnels ou ont
un controcircle moteur partiel avec une fusionscoliose de la colonne ou ont une blessure de
la colonne incomplegravete Les athlegravetes peuvent sasseoir sur la planche horizontale sans
inclinaison statiquement sans le support de leurs bras pour se maintenir en eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW11 ont un handicap des membres infeacuterieurs et leurs muscles
abdominaux et extenseurs du tronc sont fonctionnels Par contre leurs muscles de la
hanche ne le sont pas et ils nont pas de sensibiliteacute des fesses Les athlegravetes peuvent
sasseoir sur une table inclineacutee par rapport agrave lhorizontale avec un systegraveme dattache
dadeacutequat sans devoir recourir agrave laide de leurs bras pour maintenir leur eacutequilibre
Les athlegravetes de la classe LW115 ont un handicap des membres infeacuterieurs et des muscles
du tronc relativement fonctionnels une flexion de la hanche quasi-fonctionnelle et une
perte de sensibiliteacute agrave la fesse(s) et agrave larriegravere de la cuisse(s)
4
Les athlegravetes de la classe LW12 ont un handicap aux membres infeacuterieurs avec les muscles
du tronc fonctionnel une flexion de la hanche quasi-normale et une sensibiliteacute normale
aux fesses Un athlegravete de cette classe peut soit avoir un handicap ducirc agrave une blessure agrave la
colonne soit avoir un handicap ducirc agrave une amputation(s) dun ou des membres infeacuterieurs
Il est agrave noter que pour toutes ces classes il nest jamais permis agrave lathlegravete dutiliser ses
membres infeacuterieurs agrave son avantage agrave lexteacuterieur de leacutequipement et ce agrave aucun moment
durant une compeacutetition
212 Configurations dassise de lathlegravete
La configuration des jambes du skieur assis est influenceacutee par le type de handicap de
lathlegravete qui affecte la capaciteacute musculaire du tronc parce quelle influence leacutequilibre et
la faccedilon de skier Elle dicte principalement lamplitude de mouvement au tronc ainsi que
la hauteur et la position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse par rapport aux skis
Lathlegravete ayant une perte de sensibiliteacute plus eacuteleveacutee au tronc aimera eacutegalement se trouver
le plus pregraves du sol possible
Le fondeur sassoie dans leur luge selon trois diffeacuterentes familles de configurations
(Figure 21)
1 Assis avec les jambes eacutetendues devant lui cette configuration des jambes est la plus
ancienne observeacutee En fonction du systegraveme dattache elle demande un bon controcircle
du haut du corps pour maintenir son eacutequilibre Elle permet eacutegalement agrave lathlegravete
decirctre plus pregraves du sol ce qui est appreacutecieacute pour le maintien de leacutequilibre
2 Assis avec les jambes replieacutees devant lui cette configuration des jambes est prise par
les personnes avec un handicap plus eacuteleveacute puisquelle permet de maintenir un certain
eacutequilibre du tronc avec les jambes servant dappui
3 Assis avec les jambes replieacutees sous lui soit agrave genou Elle est principalement
employeacutee par les skieurs avec un handicap plus faible puisquelle demande une
maicirctrise du tronc pour leacutequilibre Ils sont eacutegalement assis plus haut du sol
5
Figure 21 Trois groupes de configurations assise jambes eacutetendues avec Shauna Maria Whyte
LW12 (A) [Biathlon Canada 2002] assise jambes plieacutees avec Colette Bourgonje LW10 (B) [Nick
LahamGetty Images 2006] et agrave genou avec Lou Gibson LW12 (C) [Cross Country Canada 2008]
213 Techniques de pousseacutee et de controcircle de la luge
Lathlegravete en ski de fond se propulse avec ses bras principalement par la technique de
double pousseacutee Elle consiste en un mouvement synchroniseacute et symeacutetrique des deux bras
(Figure 11) Certains athlegravetes utiliseront parfois une technique de pousseacutee avec un
mouvement des bras alternatif
Selon Colette Bourgonje une skieuse paralympique canadienne de 16 ans dexpeacuterience
cette technique est complexe et prend plusieurs anneacutees agrave perfectionner La technique
demande de la preacutecision au niveau de langle et de la position anteacuteroposteacuterieure et lateacuterale
des pocircles et des bras du deacutebut jusquagrave la fin de la pousseacutee dans le but doptimiser le
travaille fourni par les muscles des bras des eacutepaules et du tronc
Malgreacute les eacutetudes deacutejagrave publieacutees sur les skieurs debouts (section 12) aucune eacutetude
scientifique sur le mouvement de pousseacutee utiliseacute par les fondeurs sur luge na eacuteteacute publieacutee
et les principales connaissances viennent de lexpeacuterience des athlegravetes et de leurs
entraicircneurs Il ny a eacutegalement aucune eacutetude scientifique sur la correacutelation entre le
mouvement de double pousseacutee employeacute par ces athlegravetes paralympiques et les skieurs
debouts
La technique de double pousseacutee est leacutegegraverement diffeacuterente polir monter une pente La
freacutequence de pousseacutee est plus grande mais lamplitude de mouvement plus petite
6
Diffeacuterentes techniques sont eacutegalement employeacutees par lathlegravete pour controcircler la direction
de la luge plus preacuteciseacutement dans les virages Tout dabord lathlegravete tournera plus
aiseacutement sil peut skier dans des traces Selon lintensiteacute du virage il devra saider agrave
tourner avec son bacircton de ski exteacuterieur en piquant de cocircteacute geacuteneacuterant ainsi une force le
poussant vers linteacuterieur du virage Il pourra eacutegalement utiliser celui agrave linteacuterieur pour
ralentir en piquant vers lavant Ces deux actions simultaneacutees ou non permettent de creacuteer
un moment autour du centre de masse et aident le fondeur agrave virer En fonction de la
graviteacute du handicap il peut aussi se pencher agrave linteacuterieur du virage pour contribuer agrave
laction de la force centripegravete et ainsi eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
Cette derniegravere technique est difficile agrave maicirctriser puisque la luge se retrouve souvent sur le
ski inteacuterieur seulement et demande donc un sens deacuteveloppeacute de leacutequilibre de la part de
lathlegravete Finalement il pourra eacutegalement utiliser un mouvement de torsion du tronc pour
initier le virage
22 Le parcours
Le parcours des fondeurs sur luge est en geacuteneacuteral similaire agrave celui des skieurs debout Un
cocircteacute de la piste le plus utiliseacute est traceacute en classique avec une profondeur de 50 mm
(Figure 22) et lautre cocircteacute est laisseacute plat pour le style libre
k-03 m
OL
WI
Piste Mm
3 10 13 ri 1
Y~ 03 m DL
ymdash| r 42
raquo raquo fraquorv 36 42
Figure 22 Profil des traces de ski de fond classique en mm sauf si indiqueacute [Reacutegie de la seacutecuriteacute dans
les sports du Queacutebec 1996]
7
Les distances pour les femmes sont de 900 plusmn 300 m (sprint) 25 kilomegravetres (soit une
course agrave relais soit une course individuelle) 5 kilomegravetres et 10 kilomegravetres [International
Paralympic Committee 2007] Les distances pour les hommes sont dans le mecircme ordre
900 plusmn 300 m 5 kilomegravetres 10 kilomegravetres et 15 kilomegravetres
Cependant le parcours ne suit pas les regravegles dhomologation de la FIS (Feacutedeacuteration
internationale de Ski) en ce qui a trait aux dimensions des pentes agrave monter sur leurs
longueurs hauteurs et inclinaisons puisque les skieurs nont pas lusage de leurs jambes
[International Paralympic Committee 2007] Les points suivants doivent alors ecirctre pris
en consideacuteration
bull Les monteacutes devraient geacuteneacuteralement ne pas deacutepasser une inclinaison de 10-12 Celles
avec une hauteur totale de 10-20 m ne devraient pas deacutepasser une longueur de 250 m
bull Les descentes devraient ecirctre droites suivie dune leacutegegravere monteacutee pour diminuer la
vitesse et les pentes ne devraient pas deacutepasser 10-14
bull Les virages devraient ecirctre placeacutes ougrave la vitesse est faible Les virages situeacutes sur des
sections plates du parcours ne devraient pas avoir un angle de moins de 90deg De plus
grands angles sont requis pour les virages en descente Le rayon minimum permis est
de 15 m [International Paralympic Committee 2007]
Malgreacute tous ces regraveglements le traccedilage meacutecanique des pistes de ski de fond varie dun lieu
agrave un autre et aussi en fonction du conducteur de la machine Des deacutefauts par exemple des
vaguelettes (Figure 23) ou mauvaises inclinaisons dans la piste sont couramment
observeacutes sur un parcours de compeacutetition et ajoutent agrave la difficulteacute que doit surmonter
lathlegravete
8
Figure 23 Exemple de deacutefauts de piste (vaguelettes)
La preacuteparation agrave une compeacutetition telle que les Jeux paralympiques de Vancouver 2010
(Figure 24) demande entre autres leacutetude du parcours Lathlegravete prend connaissance des
diffeacuterentes caracteacuteristiques de ce dernier lemplacement des diffeacuterentes pentes
descendantes et montantes les virages avec leur niveau de difficulteacute ainsi que leurs
emplacements les cartes des parcours eacutetant principalement disponibles au pregraves des
organisateurs de la compeacutetition Sur la carte il identifie les zones plus techniques
demandant un degreacute plus eacuteleveacute de controcircle et les endroits ougrave il pourra pousser pour
gagner de la vitesse Lexploration du parcours est fortement lieacutee aux capaciteacutes de
lathlegravete agrave maicirctriser sa luge puisque ses performances ne deacutependent pas seulement de ses
capaciteacutes physiques mais aussi de ce que son eacutequipement lui permet de faire Le niveau
de difficulteacute des parcours varie selon limportance de la compeacutetition Les caracteacuteristiques
ayant un impact majeur sont les monteacutees et les virages puisquils demandent un effort
technique plus grand et cest agrave ces endroits quil y a une plus grande reacuteduction de vitesse
par les athlegravetes
9
Figure 24 Parcours pour les Jeux paralympiques de 2010 [Whistler Olympic Park 2008]
23 Eacutequipements
231 Le ski
Les skis (Figure 25) utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des athlegravetes debouts avec une
leacutegegravere modification soit une deuxiegraveme fixation ajouteacutee agrave larriegravere du ski pour pouvoir
ancrer plus solidement la luge Les athlegravetes ont le choix dutiliser le ski classique ou de
patin Le premier type de ski est conccedilu pour effectuer un travail anteacuteroposteacuterieur de glisse
lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete sur la section centrale du ski est basse et de
pousseacutee lorsque la force appliqueacutee par lathlegravete est eacuteleveacute Par contre le second type de
ski est conccedilu pour effectuer un travail de glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur et un
travail de pousseacutee lors de mouvements lateacuteraux arriegraveres similaires agrave ceux en patin agrave glace
10
Pointe du ski r Fixation L Spatule i
Queue 7
n Ligne de cocircte
L Plaque du talon
Figure 2 5 Ski de fond [Adapteacute de Visual Dictionary Online 2008]
Le ski de fond a quatre caracteacuteristiques majeures selon Rossignol Canada [Vincent
2007]
1 Rigiditeacute en flexion Le choix de la rigiditeacute du ski deacutepend du poids de lathlegravete et de la
pression exerceacutee par ce dernier agrave chaque mouvement
2 Cambrure La section en arche sous le ski qui deacutetermine la capaciteacute du ski agrave seacutecraser
sous la pression de lathlegravete Cest agrave cet endroit quest appliqueacutee la cire pour les skis
classiques La fixation arriegravere dun ski fixeacute (Rossignol Skate Xium 185 mm) se
deacuteplace de lordre de 2 mm lorsque sa cambrure est eacutecraseacutee (Figure 26)
1 I
2 mm
Figure 26 Deacuteplacement de la flxation arriegravere causeacute par leacutecrasement de la cambrure du ski (dessin
non agrave leacutechelle)
11
3 Ligne de cocircte La diffeacuterence de largeur du ski entre larriegravere le centre et lavant du
ski La ligne de cocircte sapparente agrave la courbure des skis alpins paraboliques qui
influence la capaciteacute des skis agrave virer mais est beaucoup moins prononceacutee en ski de
fond Habituellement les skis de patins ont une leacutegegravere ligne de cocircte cest-agrave-dire que
lavant et larriegravere sont de lordre de un ou deux millimegravetres plus larges que le centre
4 Rigiditeacute en torsion Celle-ci permet une reacuteaction plus rapide du ski lorsquelle est
eacuteleveacutee Elle deacutepend eacutegalement du type de ski celui de patin eacutetant geacuteneacuteralement plus
rigide et de la marque de ski Les skis Rossignol sont reacuteputeacutes pour avoir une rigiditeacute
en torsion eacuteleveacutee et les skis Fisher sont plus souples [Wirz 2008]
Les fondeurs sur luge utilisent principalement des skis de patin puisque ceux-ci sont
conccedilus pour optimiser la glisse en mouvement anteacuteroposteacuterieur La performance geacuteneacuterale
en glisse du ski est influenceacutee par la position du centre de pression de lathlegravete sur le ski
Selon lentraicircneur de leacutequipe canadienne de ski paralympique Kaspar Wirz si le centre
de masse du skieur est situeacute trop agrave lavant la glisse sera compromise par la trop grande
pression exerceacutee sur la section avant du ski Le positionnement adeacutequat du centre de
masse permet eacutegalement agrave lathlegravete de tourner plus facilement sur place en reacuteduisant le
poids sur la section avant des skis (Annexe 9 Seacutequence SANY00121) Kaspar Wirz a
effectueacute diffeacuterents tests de position anteacuteroposteacuterieure et a eacutetabli que la position ideacuteale du
centre de pression est similaire agrave celle dun skieur debout soit agrave environ 200 mm derriegravere
le point dancrage de la fixation avant
232 Les bacirctons
Les bacirctons utiliseacutes sont les mecircmes que ceux des skieurs debouts excepteacute quils sont plus
courts Le moyen de deacuteterminer la longueur est expeacuterimental puisque les eacutetudes sur le
mouvement de pousseacutee sont baseacutees sur des athlegravetes debouts [Wirz 2008] et non sur luge
12
Le bacircton sert principalement agrave la propulsion de lathlegravete mais sert eacutegalement au controcircle
de sa direction (Section 213) Aucun meacutecanisme de direction neacutetant permis sur la luge
lathlegravete emploie principalement ses bacirctons pour modifier sas trajectoire en effectuant des
mouvements de piqueacutes avec le bacircton exteacuterieur au virage Il sen servira eacutegalement pour se
ralentir en piquant vers lavant
233 La luge
Les luges actuellement utiliseacutees par les athlegravetes paralympiques sont soit faites sur mesure
soit baseacutees sur quelques modegraveles commerciaux Praschberger Cross Country
[Praschberger Cross Country 2008] Sierra Sit-Ski [Sierra 2008] Capricorn Sit-Ski
[Capricorn Sit-Ski 2008] et ErgoLab [ErgoLab 2008] (Figure 27) Cette derniegravere luge a
eacuteteacute conccedilue et fabriqueacutee par leacutequipe de Russie Lathlegravete Colette Bourgonje en a fait
lachat agrave ces derniers et une entreprise queacutebeacutecoise Ergolab a repris le concept et la
commercialiseacute
Figure 27 Quatre luges disponibles sur le marcheacute Praschberger Cross Country (A)
Sierra Sit-Ski (B) Capricorn Sit-Ski (C) et Luge ErgoLab (D)
13
Les luges ont en commun les quatre pattes avec deux points dancrage par ski Ce
concept dancrage multiple est tregraves important puisque les skis et les ancrages doivent
reacutesister aux efforts lateacuteraux consideacuterables transmis de lathlegravete agrave la luge lorsquil effectue
des virages serreacutes Ce sont souvent ces ancrages qui sont les premiegraveres agrave briser [Wirz
2008] Elles sont habituellement constitueacutees dune piegravece usineacutee et dune goupille agrave ressort
de 4 mm de diamegravetre (Figure 28) et ne permettent aucun deacuteplacement relatif entre la luge
et le ski
Fixation
Goupille agrave ressort
Figure 28 Ancrage de la luge et fixation de ski
Diffeacuterents projets de conception dune luge reacutealiseacutes par dautres pays similaires agrave celui
deacutecrit dans ce meacutemoire seraient en cours Par exemple il semblerait que les japonais
travailleraient preacutesentement agrave la conception dune luge destineacutee agrave un athlegravete classeacute LW12
(Figure 29)
14
Figure 29 Nouvelle luge dun skieur japonais
Dun aspect plus geacuteneacuteral une diffeacuterence majeure est visible entre les diffeacuterentes
configurations employeacutees par les athlegravetes Comme expliqueacute preacuteceacutedemment le handicap
de celui-ci influence sa faccedilon de skier On observe donc diffeacuterents types de luge pour
diffeacuterents classements dathlegravetes (Tableau 23) Il y a une forte ressemblance entre les
types de configuration choisi par lathlegravete en fonction de son handicap en fonction du
support fourni par celle-ci Plus le handicap est seacutevegravere plus la luge ramegravene les jambes
plieacutees vers le ventre et plus elle supporte le dos Agrave mesure que le handicap diminue les
jambes descendent vers le sol pour libeacuterer le tronc et la dimension du dossier diminue
jusquagrave parfois devenir nulle lorsque la mobiliteacute du tronc est grande Les skieurs Irek
Zaripov et Aliaksandr Davidovich agrave la fin du Tableau 23 ont tous les deux les jambes
amputeacutes Le support apporteacute par leur luge est donc reacuteduit au minimum Finalement un
athlegravete Lou Gibson se distingue pour la particulariteacute de sa luge puisquil est un des
premiers agrave faire de la compeacutetition dans une configuration agrave genou Ce skieur a par contre
tous les muscles du tronc fonctionnel lui facilitant ladoption dune telle configuration vu
sa grande force et sa grande mobiliteacute
15
Tableau 23 Diffeacuterents athlegravetes feacuteminins (F) et masculins (M) de chaque classe et leur luge pour lanneacutee 2007-2008
F2 Colette Bourgonje
CAN LW10 ^ r~ [Nick LahamGetty Images 2006]
H11 Sergey Shilov RUS LW10 Non disponible
H2 lurii Kostiuk UKR LW105 [Nick LahamGetty Images Sport 2006]
H51 Jean-Thomas Boily
CAN LW105
gt
[CPC 2006]
Il a quitteacute la compeacutetition en 2008 Dernier classement agrave la Coupe Europa (Isny Allemagne au 5 km)
16
F1 Liudmila Valchok
BLR LW11 H [Nick LahamGetty Images 2006]
H4 Chris Klebl USA LW11 MEcirck Hl
raquo
[CapricornSitskis 2005]
F3 Shauna Maria Whyte
CAN LW12 i
i [Biathlon Canada 2002]
H1 Irek Zaripov RUS LW12 M [Nick LahamGetty Images 2006]
2 Classement de la Coupe du monde 20062007 elle na pas eacuteteacute preacutesente en 20072008 car elle participait
aux Jeux paralympiques deacuteteacute de 2008 agrave Peacutekin
17
H3 Aliaksandr BLR LW12 [Nick LahamGetty Davidovich
M Images 2006]
H25 Lou Gibson CAN LW12 [Cross Country Canada
pound 2008]
18
3 OBJECTIFS DE CONCEPTION
Lobjectif principal de ce projet est dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge en
concevant une nouvelle luge Pour ce faire il faut eacutetudier le comportement du skieur
proposer de nouveaux concepts agrave mettre en application Par la suite il faut effectuer une
validation de lameacutelioration des performances en laboratoire et sur la piste avec la luge
actuelle de lathlegravete et la nouvelle luge afin de prouver le principe de fonctionnement de
ces nouveaux concepts
Suite agrave des discussions avec les athlegravetes et les entraicircneurs il a eacuteteacute eacutetabli que les nouveaux
concepts deacuteveloppeacutes viseraient agrave
1 Ameacuteliorer la performance du fondeur sur luge durant les virages car lathlegravete doit
actuellement reacuteduire sa vitesse pour eacuteviter un renversement vers lexteacuterieur du virage
2 Permettre aux skis de sadapter plus facilement aux deacutefauts de la piste avec lajout
dun systegraveme dancrage flexible des skis similaire agrave une cheville pour le skieur apte
3 Positionner lathlegravete selon la configuration agrave genou pour ameacuteliorer sa performance en
permettant une meilleure mobiliteacute du tronc plus preacuteciseacutement dans les monteacutees
4 Finalement concevoir un siegravege permettant un meilleur couplage entre lathlegravete et sa
luge pour ameacuteliorer la transmission de la puissance fournie par lathlegravete en diminuant
le mouvement relatif par rapport agrave sa luge
Un prototype intermeacutediaire de la luge a eacuteteacute conccedilu pour pouvoir ecirctre testeacute par plusieurs
athlegravetes de diffeacuterentes plusieurs classes Par contre le prototype finalement servant agrave la
majeure partie de leacutetape de validation a eacuteteacute conccedilu speacutecifiquement pour Colette
Bourgonje classeacutee LW 10
19
4 ANALYSES PREacuteLIMINAIRES
41 Analyse de la physique du fondeur sur luge lors dun virage
Afin de mieux comprendre les pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes lorsquun fondeur sur
luge effectue un virage (Objectif 1) deux premiers modegraveles dynamiques simples ont eacuteteacute
eacutelaboreacutes un premier avec une luge non inclinable et un second avec une luge inclinable
Le but de ces modegraveles eacutetait de deacuteterminer lordre de grandeur des vitesses maximales
permises en fonction de la hauteur du centre de masse du rayon du virage et de langle
dinclinaison de la piste de lathlegravete ou de la luge Les modegraveles permettent donc
deacutevaluer plus preacuteciseacutement la neacutecessiteacute dun nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete sur les performances du skieur
411 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge non inclinable
Le premier cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par un
corps rigide ne pouvant pas effectuer de flexion par exemple au niveau du tronc de
lathlegravete ou dun point de pivot sur la luge (Figure 41) ce qui illustre preacutesentement le cas
des athlegravetes classeacutes LW10 et LW105 On suppose pour ecirctre conservateur que lathlegravete
ne peut pas fournir les efforts neacutecessaires pour contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete vers
linteacuterieur du virage
20
Sens du virage
Figure 41 Vue arriegravere dun diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge non
inclinable effectuant un virage Forces sur le ski interne Fagrave et Ffi) et externe (Fbdquo et Fye) masse du
fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de
masse (h) empattement (t) et angle dinclinaison de la piste (ltp)
Pour de petits angles dinclinaison de la piste (ltp) leacutequilibre des moments en x autour du
ski exteacuterieur (e) donne
YME = Ia+Mayh
Mg (cos ccedilt2 + sin ccedilh) - Fj = (0) + Mayh
Mg ((1) r2+ccedilh) - Fj = Mayh
a y _ M g
8 h
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur sur luge est pregraves de renverser et la force sur le ski
interne (FZi) tend vers 0 Sachant que lacceacuteleacuteration centripegravete (av) est relieacutee agrave la vitesse
(v) et au rayon du virage (r) par
v2 ay = mdash Equation 41
21
la vitesse maximale permise pour ne pas renverser est donc
t2 + (ph-^f-t Vmax
rg h Eacutequation 42
v = max f ocirc
Cette relation montre que si la hauteur du centre de masse augmente la vitesse maximale
permise diminue (Figure 42) Il est donc important de maintenir la hauteur du centre de
masse aussi basse que possible Cette relation montre eacutegalement que si le rayon du virage
augmente la vitesse maximale permise augmente (Figure 42)
phi0deg ptiilaquo5deg phi 10deg t 023 m
laquo 9
pound a E S
I
Hauteur du centre de masse (m)
phisOdeQ phi5d6Q phi = 10 deg h s = 057 m t = 023 m
E s I i E S 8
Rayon du virage (m)
Figure 42 Effet de la hauteur du centre de masse (gauche) et du rayon du virage (droite)
sur les vitesses maximales permises
Finalement si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner et que linclinaison de la
piste est nulle (p=0) cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement
permise pour ne pas renverser est denviron 55 ms (Figure 43) Le seul moyen de
permettre une plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison de la piste
(cp) plus grand Les mesures de hauteur de centre de masse et de largeur de lempattement
sont celles de la luge actuelle de Colette Bourgonje
22
12 15 m hraquo 057 m t raquo 023 m
11
10
9
8
7
6
5
4
3
-10 Angle dinclinaison de la piste (deg)
Figure 4_3 Effet de langle dinclinaison de la piste sur la vitesse maximale permise
Malgreacute sa simpliciteacute ce premier modegravele dynamique nous eacuteclaire beaucoup sur le
comportement dun fondeur sur luge lors dun virage Il deacutemontre que pour un fondeur
fortement handicapeacute la hauteur du centre de masse le rayon du virage et linclinaison de
la piste dans les virages dictent la vitesse maximale quil pourra atteindre dans un virage
sans renverser
412 Modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Le deuxiegraveme cas eacutetudieacute consiste agrave repreacutesenter le fondeur sur sa luge lors dun virage par
un corps rigide pouvant effectuer une flexion au niveau du tronc ou dun point de pivot
sur la luge (Figure 44) Lathlegravete peut donc contribuer agrave lacceacuteleacuteration centripegravete en se
penchant ou en penchant sa luge vers linteacuterieur du virage Dans ce modegravele la piste ne
preacutesente aucune inclinaison
23
Sens du virage
Hf- E
A Fye
|F ze t2
Figure 44 Diagramme de corps libre (DCL) du fondeur sur une luge inclinable effectuant un virage
Forces sur le ski interne Fa et Fyi) et externe (Fbdquo et F) masse du fondeur et de la luge (M) acceacuteleacuterations gravitationnelle (g) et centripegravete (ay) hauteur du centre de masse (h) hauteur du centre
d e r o t a t i o n ( h r ) d i s t a n c e s e n t r e l e c e n t r e d e m a s s e e t l e c e n t r e d e r o t a t i o n ( z y e t J h ) e m p a t t e m e n t ( t ) et angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge (9)
Sajoutent aux variables du modegravele preacuteceacutedent langle dinclinaison du fondeur ou de sa
luge (ltp) et non de la piste la hauteur du centre de rotation (hr) et les distances entre le
centre de masse et le centre de rotation (z y et agrave h)
Ah = h-hr
z = Mcos0
y = Aisin0
Eacutequation 43
Eacutequation 44
Eacutequation 45
Leacutequilibre des moments en x autour du ski exteacuterieur (e) donne
24
YM E = Ia+Mayhr + z)
M g ( t 2 + y)- F it = I (0) + May(hr + z) Eacutequation 46
8 h r+z
Agrave la limite de la stabiliteacute le fondeur ou sa luge sest trop inclineacute vers linteacuterieur du virage
et est pregraves de renverser La force sur le ski interne (FZj) tend vers 0 La vitesse maximale
permise pour ne pas renverser est donc
Tel que pour le modegravele preacuteceacutedent si le fondeur et sa luge ne peuvent pas sincliner (ccedilgt=0)
cette relation montre que la vitesse maximale theacuteoriquement permise pour ne pas
renverser est denviron 55 ms (Figure 45) De nouveau le seul moyen de permettre une
plus grande vitesse maximale est davoir un angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge
(tp) plus grand Par contre ce que ce deuxiegraveme modegravele ajoute cest plus la hauteur du
centre de rotation (hr) est petite plus une grande vitesse maximale est permise pour un
mecircme angle dinclinaison du fondeur ou de sa luge Il y a donc un avantage agrave mettre le
centre de rotation le plus bas possible
a y _ t2 + y g hr + z
VL t2 + Ahsinltp Eacutequation 47
rg hr+Ahcosccedil
v max
I t2 + (h-hr)sinip ^ hr +(h-hr)cosccedilgt
25
hr s h2 m hr = h3 m Modocircle non-inclinable hr = 0 m r = 15 m h = 057 m t = 023 m
75
jn t o Jfl
65
copy lt0
s gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 45 Effet de langle dinclinaison de la piste du fondeur ou de sa luge sur la vitesse maximale
permise
Ensemble ces deux modegraveles deacutemontrent donc limportance de la hauteur du centre de
masse et de la hauteur du centre de rotation Il sera donc important den tenir compte
durant la conception du prototype Lors de discussion avec les athlegravetes et les entraicircneurs
il a eacuteteacute convenu quun systegraveme permettant une inclinaison de 5 agrave 10 deg maximum ne
gecircnerait pas la stabiliteacute des athlegravetes et serait suffisante En effet selon nos modegraveles
lameacutelioration de vitesse maximale theacuteoriquement permise serait entre 05 et 10 ms
Cependant il faut noter que cette ameacutelioration pourrait varier dun athlegravete agrave un autre
selon sa capaciteacute agrave utiliser un tel systegraveme dinclinaison
42 Systegraveme dangulation des skis
Lentraicircneur en chef Kaspar Wirz nous a parleacute dun systegraveme employeacute par les russes sur
leurs luges et qui permettrait danguler les skis (Tableau 23) athlegravetes Sergey Shilov)
Les seules informations disponibles sont quil sagit de cylindres en eacutelastomegravere inseacutereacutes
entre les pattes et les ancrages de la luge
26
43 Tests sur le terrain pour les diffeacuterentes configurations
La configuration de lathlegravete pourrait avoir un impact sur le comportement du fondeur sur
luge Des tests sur le terrain (Parc du Mont Orford) ont donc eacuteteacute faits en mars 2007 pour
deacuteterminer les diffeacuterences de performances selon les trois types de configurations (section
212) et ainsi deacuteterminer la configuration optimale
431 Protocole
Shauna Maria Whyte une athlegravete de leacutequipe classeacutee LW12 a skieacute sur un prototype
preacuteliminaire de luge complegravetement ajustable permettant de skier selon les trois types de
configurations (Figure 46) Chaque essai a eacuteteacute filmeacute sur un cocircteacute avec deux cameacuteras
videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic Kadoma City Osaka Japan) Des marqueurs passifs
ont eacuteteacute utiliseacutes pour identifier les diffeacuterents segments corporels du cocircteacute gauche la tecircte
leacutepaule le coude la main la hanche le genou la cheville le haut et le bas du bacircton et
la luge
Figure 46 Trois groupes de configurations assise jambes plieacutees (A) assise jambes eacutetendues (B) et agrave
genou (C)
27
Avant de deacutebuter les mesures lathlegravete devait se familiariser avec chaque nouvelle
configuration Durant ce temps leacutequipe numeacuterisait lespace de test un minimum de
trois bacirctons portant deux marqueurs chacun eacutetaient positionneacutes sur la piste la position de
chaque marqueur eacutetait mesureacutee et filmeacutee Par la suite un seul bacircton eacutetait laisseacute comme
repegravere durant le test sur lequel un marqueur devait ecirctre visible en tout temps par les
cameacuteras Lathlegravete passait ensuite devant les cameacuteras le plus rapidement possible avec
les encouragements de son entraicircneur Les essais ont eacuteteacute faits dans lordre suivant
configuration assise jambes plieacutees assise jambes eacutetendues (configuration de la luge
actuelle de lathlegravete) et agrave genou Chaque configuration a eacuteteacute reacutepeacuteteacutee deux ou trois fois
Lordre des essais preacuteliminaires eacutetait non-aleacuteatoire en raison du temps restreint
disponibles
Les segments ont par la suite eacuteteacute numeacuteriseacutes manuellement agrave partir des marqueurs filmeacutes
sur videacuteos agrave laide du logiciel APAS GAIT (Ariels Dynamics Trabuco Canyon CA Eacutetats-
Unis) Cependant seulement la position du marqueur de la luge a eacuteteacute utiliseacutee pour ce test
afin de calculer la vitesse du mouvement minimum maximum et moyenne pour chaque
essai
432 Reacutesultats
Lanalyse du mouvement du fondeur sur luge suggegravere que les vitesses minimums
maximums et moyennes de la luge sont plus grandes pour la configuration agrave genou que
pour les deux configurations assises (augmentation de 9 agrave 17 en moyenne Tableau
41) Par contre il serait neacutecessaire deffectuer plus dessais avec plusieurs athlegravetes avant
de pouvoir laffirmer avec certitude Une piste dexplication peut toutefois ecirctre avanceacutee
labaissement des genoux permettrait une amplitude du mouvement de pousseacutee plus
grande en donnant plus de flexibiliteacute au tronc qui se traduirait en une augmentation de la
vitesse Le regroupement des jambes en passant de la configuration assise jambes
eacutetendues agrave la configuration agrave genou permettrait eacutegalement un meilleur positionnement du
centre de pression sur le ski ameacuteliorant ainsi la glisse
28
Tableau 41 Vitesses des diffeacuterentes configurations
Minii num Maximum Moy inneacute Essai Moyenne Essai Moyenne Essai Moyenne
Assise jambes plieacutees 106 104 164 157 134 132 107 (-9) 169 (-10) 137 (-10) 98 139 124
Assise jambes 106 96 149 150 135 133 eacutetendues 86 (-17) 150 (-16) 130 (-9) A genou 114 113 176 173 148 144
117 162 143 107 182 142
La nature et la graviteacute du handicap de lathlegravete peuvent eacutegalement influencer ses
performances Par exemple une athlegravete LW 10 comme Colette Bourgonje pourrait
preacutesenter une performance moins marqueacute avec la configuration agrave genou que Shauna
Maria Whyte en raison de son absence de muscles abdominaux ou extenseurs
fonctionnels Apregraves une discussion avec lentraicircneur et les athlegravetes la configuration agrave
genou preacutesentait suffisamment davantages potentiels pour ladopter mecircme si la preuve
hors de tout doute na pas eacuteteacute faite
29
5 CONCEPTION DE LA LUGE
Le cahier des charges fonctionnelles (CdCF Tableau 51) et les notes agrave la conception
(Tableau 55) reacutesument les diffeacuterentes fonctions auxquelles doit reacutepondre le nouveau
prototype de luge
Ces fonctions ont geacuteneacuteralement eacuteteacute fournies par les athlegravetes participant au projet et leur
entraicircneur agrave la suite de lanalyse de la probleacutematique Pour chacune dentre elles il est
speacutecifieacute si elle est relieacutee plus preacuteciseacutement agrave une classe de handicap qui affecte
principalement le support fourni au tronc et la configuration des membres infeacuterieurs Le
prototype final servant agrave faire la preuve de principe a eacuteteacute conccedilu pour une athlegravete de la
classe LW10 Colette Bourgonje (Figure 51) Ceci a donc fixeacute les valeurs des Fonctions
10 11 Fonction 11 et 17 Ces valeurs pourraient donc ecirctre diffeacuterentes pour dautres
athlegravetes
Dautres niveaux de fonctions ont eacuteteacute approximeacutes (premier ordre de grandeur POG) afin
de donner un ordre de grandeur ou restent encore agrave eacutevaluer puisque le prototype final a
servi agrave effectuer une preuve de principe de la fonction et non agrave fournir le niveau et la
flexibiliteacute exacte associeacutee agrave cette fonction Des calculs suppleacutementaires devront donc ecirctre
faits ulteacuterieurement dans le but de fixer ces valeurs
Figure 51 Colette Bourgonje sur sa luge actuelle
avec la deacutefinition du systegraveme daxe du CdCf
30
Tableau 51 Cahier des charges fonctionnelles
Fonction 1 Permet de sadapter agrave ta piste
Deacuteplacement autour de x (roulis)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o 3 (POG) plusmn 1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de y (tangage)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
o l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Deacuteplacement autour de z (lacet)
Deacuteplacement des skis par rapport au sol
0 l(POG) plusmn1 231 63 73 74
Tous
Diamegravetre disponible pour sinseacuterer dans lancrage preacuteexistant
Diamegravetre permettant dinseacuterer le systegraveme dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
mm 409 +0 -5
63 Tous
Dimension de la vis de lancrage preacuteexistant
Dimension de la vis utiliseacutee pour fixer dans lancrage de la luge actuelle de lathlegravete
M8 Standard tecircte fraiseacutee
63 Tous
Fonction 2 Permet dincliner le tronc lateacuteralement
Anguiation lateacuteral du tronc
Anguiation du tronc reacutesultant dun angle dinclinaison donneacutee par la luge
5 agrave 10 plusmn1 412 Tous
Fonction 3 Repositionner le tronc en position lateacuterale neutre
Position du tronc au repos
Position du tronc permise en position de repos par rapport agrave laxe central z
o 0 plusmn 1 412 Tous
31
Tableau 52 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 4 Favorise la glisse
Position anteacuteroposteacuterieure du centre de masse
Position du centre de masse par rapport au point dancrage de la fixation avant
mm 200 plusmn2 231 Tous
Hauteur par rapport au fond de la trace du plus bas point de la luge (excluant les pattes)
Deacutegagement de la luge par rapport au niveau des traces
mm 70 +0 -1
22 Tous
Distance centre-centre des pattes pour pouvoir glisser dans toutes les pistes
Distance lateacuterale entre les pattes
mm 230 plusmn5 22 Tous
Fonction 5 Libegravere la cambrure du ski
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur permis par la fixation
Deacuteplacement demandeacute durant leacutecrasement de la cambrure lorsque le poids est appliqueacute sur le ski
mm 2 (POG) plusmn05 231 Tous
Fonction 6 Doit sancrer dans les fixations du ski
Diamegravetre de la goupille agrave ressort de lancrage de la luge
Grosseur de la goupille agrave ressort de type meacutetrique
mm 4 233 Tous
Fonction 7 Est leacuteger
Poids de la luge (sans les skis)
Peser la luge avec toutes ses composantes
N 45 (luge de Colette Bourgonje)
+0 233 Tous
32
Tableau 53 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 8 Reacutesiste aux efforts
Deacuteformation sous les efforts dutilisation
Reacutesiste aux chutes N 2340 (POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
normale Reacutesiste aux virages sur place (faible vitesse de glisse)
N agrave deacutefinir ulteacuterieureme nt
agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Nb de cycle par anneacutee pour 60kmsem
cycles 5672731
(POG) agrave deacutefinir ulteacuterieurement
Tous
Fonction 9 Naccumule pas la neige
Distance entre le point le plus bas de la luge et le dessus de la neige
Possegravede un deacutegagement par rapport au dessus de la neige
mm 20 plusmn1 22 233
Tous
Fonction 10 Ne creacutee pas (jengourdisse ment
Angle entre lassise et les jambes
Angle minimal permis entre les cuisses et les jambes pour le confort optimal et la performance
O 20 (Colette Bourgonje)
plusmn1 72 Annexe 2
Tous
1 Nombre de cycles par anneacutee = 60 km par semaine (55 m par pousseacutee) x 52 semaines
33
Tableau 54 Cahier des charges fonctionnelles (suite)
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Position de lattache thoracique
Retient lateacuteralement le tronc de lathlegravete au dernier point sensitif par rapport agrave lassise
mm 300 (Colette Bourgonje)
plusmn 10 72 Erreur Source du renvoi introuvable
LW10 Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Largeur de lappui au dernier point sensitif de lathlegravete
Fournit un appui au niveau des cocirctes 10-12
mm 75 (Colette Bourgonje)
plusmn5 72 Annexe 2
LW10
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Deacuteformation du dossier
Deacuteformation du dossier sous les efforts de pousseacutees
mm 20 (POG) plusmn5 233 LW10 LW105
Fonction 11 Retient le tronc de lathlegravete
Angle du dossier par rapport agrave lassise
Supporte lathlegravete en position neutre anteacuteroposteacuterieure
o 99 plusmn05 641 LW10 LW105
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Nb dancrage et attaches pour positionner lathlegravete
Compter le nombre de points dattache
so 3 plusmn1 233 Tous Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement anteacuteroposteacuterieur de lathlegravete sur le siegravege
Retient lathlegravete en anteacuteroposteacuterieur
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Deacuteplacement lateacuteral de lathlegravete sur la luge
Retient lateacuteralement les cuisses de lathlegravete
mm 0 plusmn5 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Force agrave deacuteployer pour sattacher
Force neacutecessaire par lutilisateur pour sattacher
N 20 (POG) plusmn10 233 Tous
Fonction 12 Retient lathlegravete sur le siegravege
Angle de lassise par rapport agrave lhorizontale
Angle de lassise favorisant une position neutre stable
O 0 plusmn1 641 LW10-11
34
Tableau 55 Notes agrave la conception
Fonction 13 Respecte les regraveglements de lIPC
La luge doit respecter les regraveglements inscrits dans le document Nordic Skiing Rulebook
Tous
Fonction 14 Reacutesiste agrave la corrosion
Les proprieacuteteacutes meacutecaniques et lestheacutetique ne sont pas deacutegradeacutees par la corrosion
Utiliser des mateacuteriaux qui ne corrodent pas
Nature du mateacuteriau Tous
Fonction 15 Ne coupe pas
La geacuteomeacutetrie ne doit pas contenir deacuteleacutement agrave arrecirctes vives
Tous
Fonction 16 Ne creacutee pas dengourdissement
La geacuteomeacutetrie de la luge ne creacutee pas de coincement ou de point de pression excessif creacuteant des inconfortsengourdissement agrave lathlegravete
Tous
Distribue la pression dans les attaches eacutequitablement sur la reacutegion sans blesser
Tous
Fonction 17 Permet de sappuyer solidement agrave 2 endroits
Sassurer que chaque athlegravete peut embarquer dans la luge
La geacuteomeacutetrie de la luge permet agrave lathlegravete dentrer dans la luge sans aide exteacuterieure
Concevoir des aides poigneacutes et autres dans le cas ougrave lathlegravete eacuteprouve de la difficulteacute agrave embarquersortir Aucune partie ne doit entraver le mouvement dembarquersortir
Tous
Fonction 18 Supporte les cuisses et les jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les cuisses et les jambes
Tous
Fonction 19 Supporte les fesses
La geacuteomeacutetrie de la luge permet undes points dappui pour les fesses
Tous
35
Tableau 56 Notes agrave la conception (suite)
Fonction 20 Configure lathlegravete agrave genou
Configuration des jambes
La geacuteomeacutetrie de la luge permet de configurer lathlegravete agrave genou
Tous
Fonction 21 Permet agrave lathlegravete de se relever agrave la suite dune chute
La hauteur de lassise par rapport au sol en fonction de la souplesseforce de son tronc et de ses bras permet agrave lathlegravete de se relever
Sassurer quil pourra se relever sans aide exteacuterieure et sans trop defforts
Tous
Fonction 22 Se transporte bien
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement une bonne preacutehension pour le transport
Tous
Fonction 23 Permet de fixer un sac agrave gourde
La geacuteomeacutetrie de la luge permet facilement lajout dattache pour tous eacutequipements suppleacutementaires (ex gourde)
Tous
Fonction 24 Possegravede des ancrages compatibles avec les fixations des skis utiliseacutes
Concevoir les adaptateurs en fonction des fixations des skis utiliseacutes par lathlegravete
Statuer sur les fixations utiliseacutees SalomonFisher ou Rossignol Tous
Fonction 25 Est reacuteparable localement
Les piegraveces peuvent ecirctre reacutepareacutees sans avoir les plans
Utiliser des mateacuteriaux et meacutethodes de fabrication disponibles dans la plupart des moyennes villes du monde
Tous
36
6 PREacuteSENTATION DES DIFFEacuteRENTS SYSTEgraveMES
Le prototype final est diviseacute en quatre sous-systegravemes (Figure 61) geacuteneacuteration de force
centripegravete angulation des skis chacircssis et siegravege
Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Chacircssis
Systegraveme dangulation des skis
Figure 61 Prototype de la nouvelle luge avec les quatre sous-systegravemes
Pour chacun de ces sous-systegravemes une validation theacuteorique des concepts ainsi que des
calculs de dimensionnement ont eacuteteacute effectueacutes Agrave lAnnexe 5 sont preacutesenteacutes les dessins de
fabrication
37
61 Mannequin pour le dimensionnement et le positionnement du Centre de Masse (CM)
Un mannequin pouvant repreacutesenter lathlegravete a eacuteteacute creacuteeacute dans le logiciel SolidWorks
(Figure 62 DVD en Annexe) Il permet en tout temps de connaicirctre la position du CM et
de faire les ajustements neacutecessaires Les poigneacutees qui ressortent au niveau de certaines
articulations permettent de positionner les segments plus aiseacutement
Figure 62 Mannequin SolidWorks repreacutesentant le skieur
Le positionnement du centre de masse sur les skis de lensemble athlegravete-luge influence
les performances de lathlegravete (Fonction 4) Ideacutealement celui-ci doit ecirctre placeacute 200 mm
derriegravere la fixation avant du ski afin doptimiser la glisse du ski et permettre agrave lathlegravete
deffectuer des virages sur place plus facilement La hauteur du CM par rapport au sol
doit eacutegalement ecirctre reacuteduite au minimum afin de favoriser la stabiliteacute du skieur et la
performance en virage (section 411 )
Le mannequin fut construit agrave laide de mesures anthropomeacutetriques prises sur chaque
membre de leacutequipe de ski de fond sur luge (Annexe 2) Il suffit de changer la
configuration de lassemblage selon le nom de lathlegravete pour changer les dimensions
anthropomeacutetriques du mannequin associeacutees agrave ce mecircme athlegravete lathlegravete par deacutefaut eacutetant
Colette Bourgonje Les mesures de densiteacute de chaque membre sont baseacutees sur les tables
anthropomeacutetriques de Winter [Winter 2005] Cependant un ajustement sur la densiteacute des
membres infeacuterieurs a eacuteteacute appliqueacute consideacuterant la perte de masse musculaire en reacuteponse agrave
la paralysie [Spungen 2000] en diminuant cette densiteacute agrave celle de leau (de 000109 pour
une jambe normale agrave 0001 gmm3 pour une jambe paralyseacutee)
38
62 Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete consiste en un assemblage de tocircle plieacute en
forme de (Figure 63) Les caracteacuteristiques du mateacuteriau choisi du dimensionnement et
du mode dassemblage permettent une certaine deacuteformation eacutelastique combineacutee du
plateau central et du plateau horizontal supeacuterieur similaire agrave laction dun pivot Le
plateau horizontal infeacuterieur se deacuteforme dune faccedilon neacutegligeable puisquil est fixeacute sur le
chacircssis (Figure 61) Ce sous-systegraveme reacutepond donc agrave la fonction dinclinaison vers
linteacuterieur du virage afin de contribuer agrave la force centripegravete (Fonction 2 du Tableau 51)
Plateau supeacuterieur
Plateau central
Plateau infeacuterieur
Figure 6J Systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de reacuteduire au maximum la hauteur par rapport au sol du centre de masse du
fondeur la hauteur du systegraveme fut optimiseacutee afin de laisser lespace minimum neacutecessaire
aux jambes (section 641) tout en permettant au skieur de sincliner sur le cocircteacute De
mecircme les angles par rapport agrave lhorizontal des plateaux supeacuterieur et infeacuterieur deacutependent
de la configuration des jambes (section 641) Le mode de fabrication choisi consiste agrave
plier en C deux feuilles daluminium 5052 H32 un alliage pliable et reacutesistant en fatigue
et de les assembler dos-agrave-dos par rivetage et collage Le tout est ensuite visseacute sur le
chacircssis
39
621 Dimensionnement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
Dans le but de valider le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete il faut tout dabord
affiner la rigiditeacute du systegraveme selon la geacuteomeacutetrie deacutetermineacutee et lathlegravete qui doit utiliser le
prototype afin datteindre le degreacute de flexion souhaiteacute (Fonction 2 et 3) Des essais en
laboratoire sur un montage expeacuterimental ont permis de deacuteterminer de faccedilon qualitative
le niveau de rigiditeacute souhaiteacute par lathlegravete lorsque ce dernier sinclinait agrave gauche puis agrave
droite Ce test en laboratoire fournit agrave lathlegravete une premiegravere impression du systegraveme
neacutecessaire au dimensionnement avant les tests sur le terrain Les critegraveres utiliseacutes eacutetaient
linclinaison de lassise et la rigiditeacute ressentie par lathlegravete Il eacutetait ensuite possible de
reproduire cette rigiditeacute sur un modegravele du prototype par ordinateur pour ainsi deacuteterminer
lassemblage et le dimensionnement du prototype final agrave fabriquer et tester sur le terrain
En effet il est possible de modifier par son assemblage et son dimensionnement la
rigiditeacute lateacuterale du systegraveme lors du deacuteplacement du centre de masse du skieur
622 Montage expeacuterimental
Un systegraveme permettant dajouter des ressorts de tension a eacuteteacute fixeacute sur un prototype
preacuteliminaire du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete monteacute sur une structure de bois
simulant la hauteur que devait avoir la future luge (Figure 64) En ajoutant diffeacuterents
ressorts de diffeacuterentes raideurs il eacutetait possible de modifier la deacuteformation des plaques en
aluminium causeacutee par le deacuteplacement du centre de masse Lathlegravete ressentait cette
modification comme une augmentation de la rigiditeacute Il indiquait donc la configuration de
ressorts quil preacutefegravere
40
Figure 64 Montage permettant de modifier la deacuteformation du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete les flegraveches indiquant ougrave seront accrocheacutes les ressorts
Le montage preacutesente trois paires dancrages de chaque cocircteacute du systegraveme ougrave peuvent ecirctre
attacheacutes trois ressorts agrave 12 mm dintervalle Une rigiditeacute de ressort est disponible soit
243 Nmm et a eacuteteacute utiliseacutee selon diffeacuterentes combinaisons dans un ordre aleacuteatoire La
tension dans les ressorts peut eacutegalement ecirctre ajusteacutee avec laide des tendeurs agrave crochet et
anneau situeacute sur lancrage infeacuterieur du ressort Pour chaque configuration de ressort la
deacuteformation de la structure est numeacuteriseacutee avec un stylet composeacute de six marqueurs et des
cameacuteras Optotrak (NDI Waterloo ON Canada) De plus la position du centre de pression
est calculeacutee avec laide des forces et moments (Annexe 3) mesureacutes par des plateformes de
forces (OR6-7 AMTI Newton MA USA)
Voici les diffeacuterentes combinaisons utiliseacutees dans lordre avec les commentaires de
lathlegravete Colette Bourgonje
1 Sans ressort Elle aime mais trouve quelle oscille un peu trop car elle se sent un peu
deacutestabiliseacutee Un angle de 67 deg par rapport agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau
supeacuterieur
41
2 Un ressort (combinaison retenue) Elle aime pense quelle peut sincliner de gauche
agrave droite suffisamment sans ecirctre deacutestabiliseacutee Un angle de 57 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur (Figure 65)
3 Trois ressorts Elle trouve la combinaison trop rigide Un angle de 38 deg par rapport
agrave lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
4 Deux ressorts Elle la trouve trop rigide Un angle de 45 deg par rapport agrave
lhorizontale est mesureacute sur le plateau supeacuterieur
_ X 57 deg
Plateau non-deacuteformeacute
Flexion a gauche
Flexion agrave droite
Figure 65 Numeacuterisation de la deacuteformation (de gauche et de droite) de la structure numeacuteriseacutee en
vue de face avec la configuration retenue
42
623 Modeacutelisation par ordinateur
Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete est modeacuteliseacute par ordinateur avec le logiciel
Ansys (Canonsburg PA Etats-Unis) afin de reproduire la rigiditeacute souhaiteacutee par la skieuse
Une premiegravere simulation repreacutesentant le montage fait en laboratoire avec le ressort est
exeacutecuteacutee pour valider le modegravele (Figure 66) Des zones de contact de type liaison totales
sont creacuteeacutees pour chaque contact entre les piegraveces et un ressort est ajouteacute et positionneacute selon
la position reacuteelle du ressort Par la suite une force distante est appliqueacutee selon le poids de
lathlegravete le positionnement du centre de pression mesureacute en laboratoire et la hauteur du
centre de masse donneacutee par le mannequin SolidWorks (section 632) lorsque positionneacute
dans la luge Une preacutecontrainte dassemblage est aussi appliqueacutee aux rivets [Blanchot
2006] Finalement le bas de la structure est fixeacute dans les trois axes et selon une aire
correspondant aux zones de contacts avec la structure du chacircssis
Figure 66 Modeacutelisation de lassemblage du systegraveme et chargement
Une seconde modeacutelisation est ensuite faite avec des deacutefinitions de contacts et de
chargements similaires mais selon une geacuteomeacutetrie et un assemblage diffeacuterent permettant
darriver agrave une deacuteformation totale similaire agrave la premiegravere simulation mais sans un ressort
de tension
43
624 Reacutesultats
La deacuteformation totale maximale mesureacutee en laboratoire avec les cameacuteras Optotrak soit agrave
lextreacutemiteacute du plateau supeacuterieur de la structure est de 18 mm et un angle de 57 deg par
rapport agrave lhorizontale La deacuteformation totale maximale du systegraveme agrave ce mecircme point
lorsque modeacuteliseacutee par ordinateur avec le ressort est de 164 mm ce qui repreacutesente une
erreur acceptable de 9 (Figure 67) Lerreur est probablement causeacutee par la
modeacutelisation de lassemblage par rivet et par la zone de contact entre les deux parois
verticales des tocircles plieacutees Il est eacutegalement possible que le fait de fixer le bas de la
structure ne soit pas tout agrave fait repreacutesentatif de la reacutealiteacute En effet il se peut que durant le
test en laboratoire la base de la structure ait bougeacute pendant que lathlegravete sinclinait sur le
cocircteacute sans que les membres de leacutequipe sen aperccediloivent
Figure 67 Modeacutelisation sur Ansys du montage avec ressort du systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete
44
Ensuite plusieurs modifications sur la geacuteomeacutetrie et lassemblage ont eacuteteacute faites sur Ansys
afin darriver agrave augmenter la rigiditeacute pour correspondre agrave la deacuteformation souhaiteacutee Une
deacuteformation de 155 mm a eacuteteacute obtenue ce qui repreacutesente une erreur acceptable de 14
avec la mesure expeacuterimentale et 5 avec la simulation du systegraveme avec ressort (Figure
68) Lassemblage de la section verticale a eacuteteacute modifieacute pour ajouter une seacuterie de rivets au
centre de la structure Le mateacuteriau des rivets a eacutegalement eacuteteacute changeacute pour passer
daluminium agrave acier non seulement pour augmenter la rigiditeacute mais eacutegalement la fiabiliteacute
du systegraveme La hauteur de la section verticale fut eacutegalement reacuteduite de 1 po Noter
eacutegalement que la barre (un profileacute de 90 deg en aluminium) servant agrave rigidifiumler le bas de
la structure de la premiegravere simulation a eacuteteacute enleveacutee pour ecirctre inteacutegreacutee dans la structure du
chacircssis de la seconde modeacutelisation ce pour quoi elle nest plus visible Finalement la
simulation avec Ansys a permis de remarquer que la deacuteformation du systegraveme se situe sur
le plateau supeacuterieur principalement le plateau infeacuterieur eacutetant beaucoup plus rigide
Figure 68 Modeacutelisation sur Ansys du nouveau prototype de geacuteneacuteration de force centripegravete
45
63 Systegraveme dangulation des skis
Le systegraveme dangulation des skis aide agrave ameacuteliorer le lien entre la luge et le ski en
permettant agrave ce dernier de mieux sajuster aux deacutefauts de la piste (Fonction 1 du Tableau
51) Il a eacuteteacute inspireacute par celui deacutejagrave employeacute par leacutequipe russe sur leurs luges Il sagit
dun cylindre en eacutelastomegravere (Figure 69) inseacutereacute entre la fixation du ski et la luge (Figure
En ayant deux points dancrages pour fixer la luge sur le ski on contraint leacutecrasement de
la cambrure en fixant la distance entre eux par le biais de la structure rigide de la luge
Par contre le systegraveme dangulation des skis permet eacutegalement de libeacuterer la cambrure du
ski (Fonction 5) En effet leacutelasticiteacute du cylindre est suffisante pour permettre le
deacuteplacement de 2mm entre les deux fixations requis pour que le poids de lathlegravete et de la
luge eacutecrase la cambrure du ski Ainsi on ne compromet pas la glisse du ski
61)
Figure 69 Cylindre en eacutelastomegravere
46
Une recherche exhaustive sur lInternet agrave permis de trouver un fournisseur de cylindre en
eacutelastomegravere (Advanced Antivibration Components New York NY Eacutetats-Unis) servant agrave
lisolation de vibration Afin de tester ce systegraveme indeacutependamment du systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete les cylindres en eacutelastomegravere devaient pouvoir ecirctre inseacutereacutes
sur la luge dorigine russe actuelle de Colette Bourgonje entre chaque ancrage et chaque
patte (Figure 610) Les dimensions du cylindre eacutetaient donc limiteacutees au type de piegravece
V10Z 2M308xM08 (Fonction 1)
Figure 610 Structure de la luge de Colette Bourgoqje avec les cylindres en eacutelastomegravere
Le fournisseur offre pour cette geacuteomeacutetrie preacutecise (Annexe 1) quatre dureteacutes de mateacuteriel
diffeacuterentes noteacute de A agrave D (remplacer le x dans le no de piegravece par A B C ou D) du plus
flexible au plus dur Une table de deacuteflexion fournie par le fournisseur donne un indice sur
le comportement en compression du mateacuteriau
47
64 Chacircssis
641 Configuration des jambes
La configuration agrave genou similaire agrave celle employeacutee par Lou Gibson (Tableau 23) a eacuteteacute
choisie afin doptimiser le cycle de pousseacutee En effet labsence des genoux devant le
tronc permet une plus grande inclinaison du tronc vers lavant ce qui devrait augmenter
la longueur de chaque pousseacutee Pour une athlegravete de classe LW10 il faut cependant
sassurer de la stabiliteacute du tronc (Fonction 11 et 12 du Tableau 51) Langle des cuisses a
donc eacuteteacute fixeacute agrave 0 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter tout glissement vers lavant
et langle du dossier a eacuteteacute fixeacute agrave 99 deg par rapport agrave lhorizontale pour eacuteviter que le
tronc tombe vers lavant en position statique Les jambes ont par la suite eacuteteacute mises agrave
langle minimum permis par les caracteacuteristiques physiologiques de la skieuse (Fonction
642 Geacuteomeacutetrie du chacircssis
Le dimensionnement du chacircssis (Tableau 23) permet de positionner correctement le
centre de masse (Fonction 4) et les fesses (Fonction 10) de bien supporter les cuisses et
les jambes (Fonction 19 et 20) dempecirccher laccumulation de neige (Fonction 9) et de
fournir un appui neacutecessaire agrave lathlegravete pour entrer et sortir de la luge (Fonction 17)
Figure 611 Chacircssis induant la structure tubulaire ainsi quune partie des ancrages de la luge
exduant le systegraveme dangulation des skis
20)
A 95 mi
+
48
La structure du chacircssis est faite de tube diamegravetre po exteacuterieur x 116 po de paroi en
aluminium 6061 T6 assembleacute par soudage Plusieurs renforts aux pattes ont eacuteteacute inseacutereacutes
pour assurer le paralleacutelisme des skis (Fonction 4) et la rigiditeacute de la structure
(Fonction 8)
643 Systegraveme dancrage de la luge
Le systegraveme dancrage sert agrave fixer la luge agrave la paire de skis Il doit ecirctre constitueacute dune
barre par ski avec deux points dancrages chacune afin de reacutesister aux efforts lateacuteraux
(Figure 612 Fonction 8) Chaque barre est de 1 Vi x Vi po et chaque point dancrage est
constitueacute dune goupille agrave ressort de 4 mm de diamegravetre (Fonction 6) Les pattes de la luge
sont fixeacutees par vis agrave une paire de trous correspondants sur chaque barre Deux
ajustements anteacuteroposteacuterieurs sont permis avec les deux paires de trous suppleacutementaires
un vers lavant et un second vers larriegravere pour ajuster de faccedilon plus preacutecise le centre de
masse de lathlegravete sur la luge au besoin
Goupille
Barre dancrage
Figure 612 Systegraveme dancrage de la luge
Les ancrages avant de la luge doivent pouvoir sinseacuterer dans la fixation dorigine avant
du ski (Fonction 24) Puisque le systegraveme dangulation des skis doit preacutealablement ecirctre
testeacute seacutepareacutement du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete les fixations arriegraveres
doivent permettre de libeacuterer la cambrure du ski (Fonction 5) Les fixations arriegraveres sont
donc conccedilues pour permettre un deacuteplacement de lordre de 2 mm (Figure 613)
49
Scheacutema repreacutesentant une fixation originale de ski
Fixation arriegravere
Figure 613 Vue 3D et vue de coupe sagittale du systegraveme dancrage de la luge
644 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du chacircssis en laboratoire
Lutilisation du mannequin (section 61) dans la conception de la structure donne une
premiegravere ideacutee de lespace disponible pour les jambes de lathlegravete Il faut par la suite
reacutealiser plusieurs essais en laboratoire avec lathlegravete dans le but de valider plusieurs
aspects Par exemple la modification de la configuration des jambes a une reacutepercussion
sur laction dentrersortir aiseacutement de la luge et cet exercice doit ecirctre fait plusieurs fois
avant quil se sente agrave laise Plus son niveau de handicap est seacutevegravere plus le temps
dadaptation risque decirctre long Des modifications sur la geacuteomeacutetrie du chacircssis peuvent
ecirctre faites afin de faciliter cet apprentissage Finalement leacutequipe de conception doit
aussi sassurer que lathlegravete possegravede lespace neacutecessaire pour skier confortablement et
quaucune partie du prototype ne le gecircne
50
Un des critegraveres que devait remplir la luge eacutetait de permettre au skieur de se relever agrave la
suite dune chute sans aide exteacuterieure (Fonction 21) En laboratoire avec un premier
prototype ayant les bonnes dimensions en hauteur (Fonction 4 et Fonction 9) lathlegravete fut
coucheacute sur des matelas simulant leacutepaisseur de la neige et devait pouvoir se relever avec
ses mains ou ses bacirctons (Figure 614)
Figure 614 Essai de relegravevement agrave la suite dune chute avec Colette Bourgonje
65 Siegravege
Le siegravege est le sous-systegraveme le plus sujet au changement en fonction de lathlegravete puisquil
doit sadapter agrave son handicap Il doit entre autres retenir le tronc de lathlegravete (Fonction
11) retenir lathlegravete en position sur lassise (Fonction 12) et eacutepouser les formes du fessier
(Fonction 18 et 19) Ceci est tregraves important pour que le fondeur ne fasse quun avec la
luge car tout mouvement relatif diminuerait ses performances Le siegravege est composeacute
principalement de
1 une coque solide donnant la forme agrave lensemble du siegravege
2 un rembourrage de mousse variant deacutepaisseur de rigiditeacute et de fini selon lendroit ougrave
il est situeacute sur la coque et selon les demandes de lathlegravete
51
3 une armature donnant de la rigiditeacute au dossier
4 un systegraveme dattaches multiples permettant de maintenir lathlegravete solidement ancreacute
dans le siegravege
651 La coque et le rembourrage
Le dimensionnement geacuteneacuteral de la coque solide (Figure 615) deacutebute avec laide du
mannequin SolidWorks (section 61) Ayant choisi dutiliser comme mateacuteriau un
plastique de la famille du Kydex thermoformable la conception par ordinateur permet
dobtenir la grandeur de feuille neacutecessaire pour construire le prototype
Dossier
Appui lateacuteral
Figure 615 Coque du siegravege avec rembourrage en mousse
La coque a eacuteteacute formeacutee avec laide dun pistolet agrave air chaud et selon les dimensions du
modegravele 3D Les derniers ajustements fins ont eacuteteacute faits avec lathlegravete suite agrave ses
commentaires
52
Le rembourrage a eacuteteacute fait chez un fournisseur Physipro (Sherbrooke Queacutebec Canada)
Une premiegravere couche de mousse (Plastazote) de Vi po recouvre tout linteacuterieur et permet
un leacuteger amortissement sans toutefois compromettre la transmission des efforts entre
lathlegravete et la luge Une seconde couche de mousse (Sunmate) de 1 po deacutepaisseur plus
absorbante et recouverte dun mateacuteriau impermeacuteabilisant recouvre la section de lassise
ougrave reposeront les fesses et cuisses de lathlegravete Cette derniegravere doit ecirctre plus eacutepaisse et
molle afin deacuteviter toute blessure sur cette reacutegion plus fragile de lathlegravete (Fonction 16)
652 Larmature
Larmature (Figure 616) donne la rigiditeacute au dossier et aux appuis lateacuteraux au niveau des
cocirctes (Annexe 4) Les deux tubes carreacutes en aluminium 6061 T6 de V po x paroi 116 po
donnent eacutegalement un angle de 99deg par rapport agrave lassise (Fonction 11) Cet angle est le
mecircme que celui de la luge actuelle de la skieuse selon sa demande Les appuis lateacuteraux
en forme de double U eacutegalement en aluminium 6061 T6 sont faits par soudage et pliage
de deux tubes plieacutes de 38 po x 116 po Les deux piegraveces darmature sont assembleacutees par
soudage et fixeacutees agrave la coque et au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete par huit vis agrave
tecirctes bombeacutes six pans creux M5x08 sous le rembourrage
Mousse force centripegravete
Figure 616 Armature monteacutee sur la coque
53
653 Les attaches
Diffeacuterentes courroies dattaches sont neacutecessaires en fonction de lathlegravete Dans le cas de
Colette Bourgonje elles consistent en
1 Une attache thoracique (pregraves du dernier point sensitif soit vis-agrave-vis la vertegravebre T10)
pour soutenir lathlegravete durant toute la phase de pousseacutee (Fonction 11) Cette derniegravere
remplacera les muscles abdominaux pour un athlegravete de classe LW10-105
2 Une attache pelvienne pour maintenir lathlegravete colleacute agrave lassise et au dossier (Fonction
12) La force reacutesultante creacuteeacutee par cette attache passe de leacutepine iliaque vers lischion
afin de sassurer que le bassin reste colleacute agrave lassise et au dossier bloquant ainsi tout
mouvement relatif dans les 3 axes
3 Une attache des cuisses pour maintenir les jambes ensemble
Les attaches du tronc et des cuisses seront de types cliquet (Figure 617) comme celle
employeacutee pour attacher les bottes agrave une planche agrave neige Ce type dattache permet une
grande varieacuteteacute dajustement de serrage est rigide et demande lemploi dune seule main
pour la fixer Lattache pelvienne sera faite seulement de deux courroies de nylon avec
velcros puisquelle demande un ajustement moins fin
Figure 617 Systegraveme dattache par cliquet de type planche agrave neige
Ces attaches sont soit fixeacutees directement agrave la luge par vis agrave tecircte fraiseacutee et eacutecrou soit avec
une extension de courroie de nylon avec plusieurs trous dajustement (Figure 618)
54
Attache thoracique
Attache pelvienne
Attache de cuisse
Figure 618 Emplacement des trois types de courroies dattaches sur la luge
654 Dimensionnement de la geacuteomeacutetrie du siegravege en laboratoire
Le dimensionnement du siegravege se poursuit avec un premier essayage du prototype en
laboratoire (Figure 619) Il faut sassurer que les dimensions de lassise et du dossier
soient adeacutequates et ne gecircnent pas le skieur Les diffeacuterentes attaches sont eacutegalement
testeacutees en simulant le mouvement de pousseacutee et en sassurant quaucun mouvement
relatif entre lathlegravete et la luge nest possible
55
Figure 619 Essayage du siegravege avec Colette Bourgoqje
La derniegravere phase de dimensionnement du siegravege consiste en une seacuterie dentraicircnements
exteacuterieurs sur piste avec le prototype qui sera exeacutecuteacute dans leacutetape de validation Cest en
condition reacuteelle et sur des essais agrave long ternie quil est possible de deacutetecter plus
preacuteciseacutement si un eacuteleacutement de la luge (chacircssis siegravege etc) doit ecirctre modifieacute pour assurer
une meilleure convivialiteacute de la luge
56
7 VALIDATION DES CONCEPTS
Afin de prouver le principe de fonctionnement des sous systegravemes du prototype final une
combinaison de tests en laboratoire et sur le terrain ont eacuteteacute effectueacutes agrave laide
dinstruments de mesures cineacutematiques et cineacutetiques et des athlegravetes de lEacutequipe
canadienne de ski de fond paralympique
Dans un premiers temps le mannequin SolidWorks (section 61) a eacuteteacute valideacute en
laboratoire afin de sassurer quil eacutetait conforme agrave la reacutealiteacute Ensuite la rigiditeacute du
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute affineacutee sur le terrain Finalement lameacutelioration des
performances du prototype par rapport aux luges actuelles des athlegravetes a eacuteteacute valideacutee sur le
terrain Les tests preacutesenteacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute faits avec Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Le premier skie sur une luge intermeacutediaire conccedilu pour pouvoir ecirctre
employeacute par plusieurs athlegravetes et la seconde sur le prototype de luge final conccedilu
speacutecifiquement pour elle
71 Instruments de mesures disponibles et variables mesureacutees
Les instruments de mesures disponibles en laboratoire sont composeacutes dun systegraveme
danalyse du mouvement (Optotrak NDI Waterloo ON Canada) pour mesurer la
position tridimensionnelle de divers marqueurs et de plateformes de force agrave 6 degreacutes de
liberteacute (OR6-7 AMTI Newton MA USA) pour mesurer les forces et moments de
contact avec lenvironnement (ex poids) et deacuteterminer le centre de pression
57
Pour la validation du prototype sur le terrain les variables agrave mesurer sont la vitesse de la
luge et linclinaison de lassise par rapport au sol Les instruments de mesures disponibles
sont composeacutes dun systegraveme de positionnement global (ISAAC (Chambly QC Canada)
ou Personnal Digital Assistant de HP iPack 310 (Palo Alto CA Eacutetats-Unis)) pour
numeacuteriser le parcours emprunteacute par le skieur ainsi que sa vitesse de deacuteplacement Une ou
plusieurs cameacuteras videacuteos (Cameacutera miniDV Panasonic (Kadoma City Osaka Japan)
Sanyo VPC-HD10J0 (Moriguchi Osaka Japan) ou Canon HD (Lake Sucess NY Eacutetats-
Unis) servaient agrave eacutevaluer qualitativement les performances du skieur eacutevaluer sa
technique eacutetudier le comportement geacuteneacuteral de leacutequipement ou enregistrer des
commentaires Finalement un systegraveme de mesures inertielles agrave 3ddl (MTx de XSENS
EnsChede Pays-Bas) mesurait linclinaison en degreacute de certaines parties de notre
prototype principalement lassise le dossier et les skis
72 Validation en laboratoire du mannequin SolidWorks
Le mannequin creacuteeacute dans SolidWorks (section 61) permet de deacuteterminer la position du
centre de masse de lensemble athlegravete et luge sur les skis Cette valeur est importante afin
de ne pas compromettre la glisse par une position trop agrave lavant ou agrave larriegravere Afin de
valider que le centre de masse du mannequin est repreacutesentatif du centre de masse de
lathlegravete deux types de mesure ont eacuteteacute prises une mesure de la position du centre de
pression de lathlegravete lorsque coucheacute et une seconde de la position du centre de pression de
lathlegravete dans sa luge
721 Protocole
Tout dabord le skieur devait se coucher sur une planche monteacutee sur trois blocs sur trois
plateformes de force (Figure 71) La position de marqueurs sur la personne eacutetait alors
mesureacutee par le biais des cameacuteras Optotrak et le centre de pression eacutetait calculeacute (Annexe
3) agrave laide des mesures fournies par les plateformes Il suffit ensuite de comparer la
position du centre de pression de lathlegravete avec la position du centre de masse donneacutee par
le mannequin SolidWorks lorsquil est placeacute selon les mesures de positions prises
58
t
Plateforme de force Planche
Marqueur
Figure 71 Montage permettant de mesurer le centre de pression dune personne en position coucheacutee
en numeacuterisant sles principaux segments
Une seconde mesure consiste agrave comparer la mesure du centre de pression de lathlegravete
lorsquil est assis dans la luge sur deux plateformes de force (Figure 72) avec celle du
mannequin virtuellement assis dans le modegravele 3D de la mecircme luge
Plateformes de force
Figure 72 Mesure du centre de pression de la luge et de lathlegravete
59
722 Reacutesultats
Deux athlegravetes ont aideacute pour valider le mannequin SolidWorks Jean-Thomas Boily et
Colette Bourgonje Les valeurs obtenues en laboratoire et celles issues du modegravele
SolidWorks diffegraverent de 4 agrave 10 (Tableau 71)
Tableau 71 Positionnement du centre de pression (COP) en y
Jean- Mesure du COP 711 670 6 Thomas Boily
coucheacute par rapport aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 169 152 10 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Colette Mesure du COP 641 615 4 Bourgonje coucheacute par rapport
aux pieds (axe y) Mesure du COP sur la 191 202 6 luge par rapport agrave la fixation avant (axe y)
Les causes derreur peuvent ecirctre multiples Entre autres la distribution de masse exacte
des segments du skieur savegravere un enjeu de taille En effet les membres infeacuterieurs de ces
athlegravetes preacutesentent une atrophie des tissus musculaires et osseux augmentant avec le
temps depuis leacuteveacutenement causant la paralysie Il faut eacutegalement tenir compte du fait
quil sagisse dathlegravetes internationaux et que la distribution de masse et la masse totale
de leurs membres supeacuterieurs risque decirctre diffeacuterentes de ceux des sujets dit laquo normaux raquo
des tables anthropomeacutetriques de Winter que nous avons utiliseacutees
Il faut eacutegalement prendre compte de la difficulteacute de positionner exactement un
mannequin virtuel fait de sections solides dans une luge ou dans lespace lorsque coucheacute
Les segments et articulations composants ce modegravele ne se comportent pas comme les
tissus humain souples Par exemple sous la force de la graviteacute et du poids du haut du
corps les cuisses ne se deacuteforment pas sur lassise Finalement le mannequin a eacuteteacute
construit de faccedilon sommaire Le tronc nest preacutesenteacute quen une seule piegravece et non en
plusieurs sections articuleacutees comme il lest dans dautres logiciels
60
Pour les besoins du projet le mannequin SolidWorks sest aveacutereacute suffisamment eacutelaboreacute
Malgreacute les erreurs observeacutees le mannequin est un outil suffisamment preacutecis pour faire
une premiegravere approximation de la position du centre de pression de lensemble
skieurluge Il faut toutefois valider cette position du centre de pression sur les skis de
maniegravere expeacuterimentale une fois le prototype construit
73 Affinement de la rigiditeacute du systegraveme dangulation des skis
Le choix de la rigiditeacute de ce systegraveme influence le comportement geacuteneacuteral de la luge et des
skis sur la piste (section 63) Un systegraveme dangulation des skis trop flexible risque de
faire chuter lathlegravete mecircme agrave de faibles perturbations Dun autre cocircteacute un systegraveme trop
rigide nagira pas suffisamment pour amortir les deacutefauts de la piste Les tests
preacuteliminaires et finaux preacutesenteacutes dans cette section ont eacuteteacute fait exclusivement avec la luge
de lathlegravete Colette Bourgonje
731 Tests preacuteliminaires
Sur les quatre rigiditeacutes disponibles (A B- C et D) pour le cylindre en eacutelastomegravere choisi
les trois plus rigides ont eacuteteacute testeacutes la rigiditeacute A ayant eacuteteacute jugeacutee trop souple Ils ont eacuteteacute
fournis agrave Colette Bourgonje pour quelle effectue les tests preacuteliminaires avec sa luge
actuelle lors de son camp dentraicircnement du mois daoucirct 2008 en Nouvelle-Zeacutelande Ces
tests preacuteliminaires consistaient agrave essayer toutes les combinaisons possibles des
eacutelastomegraveres afin deacuteliminer celles qui se reacutevegravelent non fonctionnelles
Ce sont les entraicircneurs qui ont fixeacute les cylindres en eacutelastomegravere lors des premiers tests
Dans le but de ne pas influencer le jugement de lathlegravete ils ne linformaient pas sur les
combinaisons testeacutees Celles-ci pouvaient varier entre une seule rigiditeacute aux quatre pattes
jusquagrave lalternance entre deux rigiditeacutes diffeacuterentes entre les pattes avants et arriegraveres
Apregraves avoir eacutelimineacute plusieurs combinaisons et conserveacute les plus prometteuses la skieuse
sest entraicircneacutee plusieurs heures sur ces derniegraveres
61
732 Reacutesultats des tests preacuteliminaires
Selon Colette Bourgonje apregraves 16 heures dentraicircnement la configuration ideacuteale consiste
agrave mettre les eacutelastomegraveres D agrave larriegravere et les C agrave lavant Ainsi la souplesse apporteacutee agrave
lavant permet lajustement au terrain tout en gardant le controcircle avec la rigiditeacute fournie
par les pattes arriegravere La rigiditeacute agrave larriegravere permet eacutegalement au skieur de se remettre sur
ses skis plus facilement agrave la suite dune chute En effet lors dune chute avec les
cylindres C aux quatre pattes lathlegravete a trouveacute difficile de se relever puisque les
cylindres creacuteaient un angle entre les pattes et les skis empecircchant ces derniers de revenir agrave
plat sur leur semelle (Figure 73) mais ce pheacutenomegravene ne survient pas avec les
cylindres D
Figure 73 Problegraveme de dinstabiliteacute de structure rencontreacute
avec les cylindres en eacutelastomegravere trop souples (B)
62
733 Tests finaux
Une seconde seacuterie de tests dans le tunnel de Vuokatti en septembre 20Q8 en Finlande a
permis de confirmer le choix de la rigiditeacute (D agrave larriegravere et C agrave lavant) Les essais ont eu
lieu dans un tunnel permettant de skier agrave linteacuterieur et preacutesentant des conditions de pistes
et de tempeacuterature relativement constante (Annexe 9) Le tunnel fait de beacuteton a une
longueur de 125 km Lathlegravete eacutetait chronomeacutetreacutee sur une courte distance (125 m)
comportant deux virages et pour un aller-retour dans le tunnel (25 km) Selon
lexpeacuterience de la skieuse les nombreux virages dans ce type denvironnement
demandent une bonne maicirctrise de la luge Skier agrave linteacuterieur est eacutegalement un facteur agrave
prendre en compte dans la performance du skieur car il induit une certaine peur agrave
lathlegravete quant agrave la possibiliteacute de foncer dans un mur
Afin de mieux comprendre leur impact sur le controcircle de la luge dans les virages le
comportement des skis avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute filmeacute en fixant la cameacutera sur les jambes
de lathlegravete Il eacutetait ensuite demandeacute agrave lathlegravete demprunter un virage agrave la suite dune
descente dans le but davoir une bonne vitesse agrave lentreacutee du virage
734 Reacutesultats des tests finaux
Le visionnement des videacuteos deacutemontre clairement que le ski bouge en fonction des deacutefauts
de la piste Il est possible dobserver sur les videacuteos que le ski exteacuterieur sincline vers
linteacuterieur lors dun virage (Figure 74) Lajout de ces eacutelastomegraveres permet donc aux skis
de pivoter de sorte que le ski suit le cocircteacute exteacuterieur de la trace fournissant des efforts
lateacuteraux agrave lavant des skis favorisant donc le virage
63
Figure 74 Angulation du ski exteacuterieur de gauche vers linteacuterieur lors dun virage agrave droite avec les
cylindres en eacutelastomegravere (C agrave gauche et D agrave droite permettant ainsi damplifier visuellement
linclinaison du ski de gauche)
Autant dans une descente avec deux virages que sur un parcours complet de 25km la
performance de la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres est nettement supeacuterieure
(24 agrave 27 ) agrave celle de la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres (Tableau 72)
Tableau 12 Gains en vitesse et en temps avec le systegraveme dangulation des skis
Vitesse moyenne (kmh) Temps (min) Essai Moyenne Essai Moyenne
Luge de lathlegravete 138 143 13 13
148 143 13 13
Luge de lathlegravete 178 183
(+27)
1028 g 9
(+24) avec les eacutelastomegraveres 183 183
(+27) 945 g 9
(+24) 186
183 (+27) 945
g 9 (+24)
735 Interpreacutetation et observations suppleacutementaires
Le choix de la combinaison des eacutelastomegraveres peut toutefois varier en fonction des
conditions meacuteteacuteorologiques Effectivement la tempeacuterature la condition des pistes et le
niveau de difficulteacute des pistes peuvent influencer le choix daller vers un systegraveme plus
rigide mais apportant plus de controcircle direct ou un systegraveme plus souple laissant plus de
marge derreur au skieur
64
Une combinaison plus rigide composeacutee deacutelastomegraveres D seulement serait plus employeacutes
dans des compeacutetitions avec moins de virages lorsquil y a des risques de chutes de neige
abondantes ou adoucissement de la tempeacuterature demandant un controcircle des skis plus
direct Ces conditions accroissent eacutegalement le risque de chute de lathlegravete et il sera plus
facile et rapide pour celui-ci de se relever avec les eacutelastomegraveres plus rigides Par contre un
parcours plus technique avec plus de courbes une tempeacuterature plus froide avec moins de
risques de chute de neige incitera lathlegravete agrave utiliser plutocirct seulement les eacutelastomegraveres C
Une comparaison entre laction de la cheville dun skieur apte durant un virage et laction
de ces cylindres peut-ecirctre faite En effet un skieur de fond qui amorce un virage deacutecale
ses deux pieds de quelques centimegravetres laissant celui agrave lexteacuterieur du virage glisser vers
lavant et incline ses pieds vers linteacuterieur du virage (Figure 75) Eacutevidemment le skieur
sur luge ne peut reacutealiser la premiegravere manœuvre mais avec le systegraveme dangulation des
skis il peut faire la deuxiegraveme
Figure 75 Techniques de virage dun skieur debout deacutecaler les pieds (gauche) et incliner les skis
vers linteacuterieur (droite)
65
Finalement durant les tests en Finlande il a eacuteteacute observeacute agrave la suite dun essai de piste
avec des skis classiques que ces derniers permettaient une meilleure adaptation agrave la piste
que les skis de patin Gracircce agrave leur souplesse il adoucissait les bosses et irreacutegulariteacutes
preacutesentes contrairement aux skis de patin plus rigides Colette Bourgonje mentionnait
que ces skis diminuaient les sorties de pistes et avec les cylindres en eacutelastomegraveres elle
pouvait ecirctre plus agressive dans les virages Il semblerait donc que malgreacute le fait que les
skis de patins sont optimiseacutes pour la glisse raison pour laquelle ils sont utiliseacutes par la
majoriteacute des skieurs sur luge la souplesse que les skis classiques apportent les rend
supeacuterieurs
74 Validation du prototype final sur le terrain
Agrave la suite des diffeacuterentes validations des sous-systegravemes effectueacutes preacuteceacutedemment le
prototype de luge a eacuteteacute testeacute sur le terrain Les tests du prototype intermeacutediaire multi-
usagers ont tout dabord eacuteteacute faits au Parc du mont Orford avec Jean-Thomas Boily
(Annexe 7) puis dans Callaghan Valley agrave Whistler avec Colette Bourgonje (Annexe 8)
Par la suite apregraves quelques modifications pour sadapter sur mesure agrave Colette Bourgonje
le prototype final fut testeacute agrave Vuokatti en Finlande (Annexe 9)
741 Protocole
Pour chaque essai la vitesse atteinte dans les virages par lathlegravete fut mesureacutee agrave laide
dun GPS et linclinaison de lassise du tronc et des skis furent mesureacutes agrave laide dun
inclinomegravetre Xsens afin de deacuteterminer sil y a ou non une ameacutelioration dans les
performances du skieur Par contre pour les tests finaux effectueacutes dans le tunnel en
Finlande la mesure de vitesse avec le GPS eacutetant impossible car le signal eacutetait bloqueacute par
les parois du tunnel elle a donc eacuteteacute faite avec un chronomegravetre
Le protocole pour tous les essais eacutetait le suivant
1 Reacutechauffement de 15 min pour shabituer agrave la luge sur terrain plat
66
2 Effectuer 2-3 virages avec la luge agrave vitesse moyenne Cette eacutetape permet de se
familiariser avec la luge et deacutevaluer la vitesse maximale agrave laquelle le skieur pourra
aller dans le virage
3 Avant de commencer les essais agrave vitesse maximum mesurer la tempeacuterature et
lhumiditeacute sur le site Effectuer cette mesure agrave chaque fois quil y a changement du
site dessais et agrave toutes les demi-heures
4 Avant chaque essai agrave vitesse maximale rappeler agrave lathlegravete de prendre le virage agrave la
plus grande vitesse possible tout en gardant le controcircle
5 Prendre la distance neacutecessaire avant le virage afin datteindre une vitesse constante
Noter ce point de deacutepart qui devra ecirctre le mecircme pour les autres essais
6 Effectuer 3 essais par systegraveme (avec ou sans eacutelastomegraveres avec ou sans systegraveme de
geacuteneacuteration de force centripegravete ce dernier pouvant ecirctre bloqueacute avec deux tiges inseacutereacutees
sous le siegravege)
a Pour les trois essais mesurer la vitesse et les inclinaisons
b Apregraves chaque descente demander les commentaires de lathlegravete
742 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Jean-Thomas Boily
Jean-Thomas Boily est un athlegravete classeacute LW105 Il a quelques muscles du tronc
fonctionnels et une tige fixe sa colonne verteacutebrale Il possegravede donc un certain controcircle du
tronc lui permettant de sincliner jusquagrave 15 deg vers lavant sans laide de ses bras Il a
par contre besoin dune attache au tronc et dun dossier pour laider agrave maintenir son
eacutequilibre lorsquil skie
Les tests ont eu lieu durant une demi-journeacutee seulement au Parc du Mont Orford Par
contre lathlegravete sest vite adapteacute aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype exploitant
rapidement linclinaison du tronc possible agrave chaque virage (Figure 76)
67
Figure 76 Photo superposant plusieurs moments dans une descente avec multiples virages
Tel que preacutevu linclinaison du tronc avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bloqueacute eacutetait plus petite quavec le systegraveme actif (Figure 77) Il est important de noter ici
que la mobiliteacute relative du tronc de lathlegravete lui permettait de sincliner mecircme lorsque le
systegraveme eacutetait bloqueacute mais deux fois moins que lorsquil eacutetait actif (Tableau 73)
Figure 77 Diffeacuterence dans dinclinaison du tronc entre le systegraveme bloqueacute (gauche) et actif (droite)
68
Tableau 73 Meilleurs reacutesultats des essais avec Jean-Thomas Boily
HHm Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
Prototype de Actif - faible 221 288 8 13 luge Actif - meacutedium
Bloqueacute - haute 282 - 6 Luge de lathlegravete 298 -
Sur le plat malgreacute le manque de donneacutee sur la luge de lathlegravete le systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ne semblait pas nuire agrave lathlegravete puisque sa vitesse eacutetait comparable agrave
celle des autres athlegravetes testeacutes (ces tests ne sont pas preacutesenteacutes dans ce meacutemoire) et quil
ny avait pas dangle dinclinaison excessif Durant les descentes en virage il eacutetait tregraves agrave
laise avec le systegraveme actif et sa vitesse eacutetait comparable avec celle de sa luge Par contre
lorsque le systegraveme eacutetait bloqueacute il sentait quil devait reacuteduire sa vitesse et pour 50 des
essais il ne parvenait pas agrave rester dans les traces
Le profil vitesse (Figure 78) preacutesente des pertes de signal agrave plusieurs endroits et a eacuteteacute
interpoleacute de faccedilon spline ou lineacuteaire Il est donc possible que le maximum de vitesse
atteint reacuteellement ne soit pas celui mesureacute et que la vitesse atteinte par la nouvelle luge
soit plus grande quavec lactuelle Eacutetant donneacute que la plupart des essais agrave haute vitesse
preacutesentent ce type de perte de signal au mecircme endroit il est possible que ce soit causeacute par
les caracteacuteristiques du terrain comme la proximiteacute des arbres ou un gros rocher
Interpolation Spline
Interpolation lineacuteaire | 20
gt Interpolation
bull bull bullbull 50 10 20 30 40 0
Temps (s)
Figure 78 Exemple de profil de vitesse mesureacute par le GPS dISAAC
69
743 Reacutesultats des tests sur la luge intermeacutediaire avec Colette Bourgonje
Colette Bourgonje est une athlegravete de petite taille et il fut neacutecessaire de faire plusieurs
ajustements au niveau du siegravege du premier prototype multi-usagers pour diminuer le
mouvement relatif entre lathlegravete et la luge Elle a eacutegalement prit plus longtemps agrave
sadapter aux nouvelles caracteacuteristiques du prototype (Figure 79) mais est tout de mecircme
parvenue agrave exploiter linclinaison possible agrave chaque virage apregraves une journeacutee de tests
Figure 79 Colette dans le premier prototype de luge
Sur le plat la vitesse eacutetait plus petite avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
quavec sa luge actuelle (-12 agrave -17 ) mais les angles dinclinaisons neacutetaient pas
excessifs (Tableau 74) Durant les descentes en virage la vitesse deacutecroit avec le
prototype (-14 agrave -27 ) mais augmente avec le systegraveme dangulation des skis (+12 )
compareacute agrave sa luge De maniegravere inteacuteressante les angles dinclinaisons sont plus grands
avec le prototype (+100 agrave +160) mais moins grands avec les eacutelastomegraveres (-36)
comparativement agrave sa luge actuelle
70
Tableau 74 Meilleurs reacutesultats des essais avec Colette Bourgonje Deux angles diffeacuterents ont eacuteteacute mesureacutes celui de lassise (A) et celui du tronc (T)
Eacutetat du systegraveme - Rigiditeacute
Plat droit Descente en virage
Plat droit Descente en virage
| Plat et petite descente avec virage | Prototype de
luge Actif - faible 173 218 A5 + T3 A5 + T5 Prototype de
luge Actif - meacutedium 162 184 A4 + T3 A6 +17 Prototype de
luge
Bloqueacute - haute 170 A4 + T-| Luge de lathlegravete 196 253 10 5 | Grande descente avec virage |
Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - faible Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
Actif - meacutedium Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres Bloqueacute - haute 311 6
| Luge de lathlegravete 277 9
744 Reacutesultats des tests finaux avec Colette Bourgonje
Pour ces tests finaux dans le tunnel en Finlande plusieurs jours de pratique ont eacuteteacute
effectueacutes avec le nouveau prototype construit sur mesure pour Colette De plus le
systegraveme dangulation des skis a eacuteteacute ajouteacute au systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
afin dameacuteliorer encore plus la performance dans les virages
Durant les descentes en virage (Tableau 75) la vitesse augmente avec le prototype avec
les eacutelastomegraveres comparativement agrave sa luge actuelle (+12 ) mais naugmente pas autant
quavec les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle (+19 agrave +27 ) Lathlegravete est eacutegalement
fort enthousiaste de lameacutelioration notable de controcircle en virage avec les eacutelastomegraveres lui
permettant dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du
parcours
71
Tableau 75 Derniers essais mesureacutes avec le nouveau prototype avec Colette Bourgonje
Virage 1 Virage 2 Virage 3
Luge de lathlegravete 180 143 162 Luge de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres
214 183 203
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
- - 182
745 Interpreacutetation des reacutesultats
Les tests effectueacutes avec Jean-Thomas ont deacutemontreacute que le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete ne semblait pas nuire au mouvement de pousseacutee de lathlegravete sur le plat Le
systegraveme eacutetait eacutegalement prometteur durant les descentes en virage consideacuterant que la luge
neacutetait pas fabriqueacutee speacutecifiquement pour lui et que le temps dadaptation avait eacuteteacute tregraves
court Les commentaires du skieur eacutetaient eacutegalement encourageants celui-ci trouvant que
le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete reacutepondait agrave ses attentes En effet il a
immeacutediatement su comment exploiter le systegraveme pour lui permettre dattaquer plus
rapidement les virages
Les tests effectueacutes avec Colette Bourgonje neacutetaient malheureusement pas concluants
pour le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete mais la luge avait eacuteteacute difficile agrave adapter
agrave lathlegravete et le changement de position comparativement agrave sa luge actuelle eacutetait
important Lathlegravete eacutetait par contre fort enthousiaste par rapport au prototype et deacutesireuse
de tester un prototype sur mesure Agrave linverse les tests preacuteliminaires avec les eacutelastomegraveres
eacutetait tregraves encourageants
72
Les tests finaux avec Colette Bourgonje et le prototype sur mesure eacutetaient encourageants
avec une ameacutelioration de la vitesse de 12 Cependant la nouvelle configuration agrave genou
pourrait demander un temps dapprentissage important avant datteindre lameacutelioration de
la vitesse de 19 agrave 27 obtenue avec les eacutelastomegraveres seulement De plus le systegraveme
dattache pour maintenir le tronc en position tout en lui permettant une certaine liberteacute de
mouvement pour la pousseacutee est complexe et demanderait plus de travail pour creacuteer un
systegraveme fonctionnel et seacutecuritaire consideacuterant les particulariteacutes de son handicap
Lattache du tronc semblait creacuteer une pression inquieacutetante sur le dos de lathlegravete via la
tige de fixation fixeacute sur sa colonne verteacutebrale (Figure 710) Lensemble du dossier et des
attaches eacutetait mal adapteacute puisquil blessait le cocircteacute droit de la skieuse au niveau des cocirctes
Finalement le poids du prototype de 64 kg est plus eacuteleveacute que celui de sa luge actuelle de
45 kg (Fonction 7) et devrait ecirctre optimiseacute (voir Annexe 6 preacutesentant les diffeacuterents poids
de chaque sous-systegraveme)
Zone irriteacutee par lappui lateacuteral du dossier et des attaches
Tige de fixation de la colonne verteacutebrale
reacuteaction
Figure 710 Scheacutema des efforts creacuteeacutes par le systegraveme dattache du tronc avec le mouvement du tronc agrave
chaque pousseacutee (0 et la force creacuteeacute par lattache du tronc F
73
75 Discussion
751 Instruments de mesures disponibles
Lors des tests en laboratoire et sur le terrain les instruments de mesure ont rapidement
imposeacute plusieurs contraintes
bull Les cameacuteras videacuteos (Panasonic Sanyo et Canon) permettaient de digitaliser la
position avec laide de marqueurs mais demandaient un temps de preacuteparation et de
post-traitement consideacuterable en fonction de la faible preacutecision obtenue Par exemple
un essai de 5 secondes filmeacute avec deux cameacuteras demandait un traitement de
numeacuterisation dune demi-journeacutee De plus la qualiteacute des videacuteos eacutetait un facteur
important dans la preacutecision de la numeacuterisation des marqueurs car plus la qualiteacute est
basse plus les marqueurs doivent ecirctre grands pour demeurer visibles Par contre
lutilisation des cameacuteras dans le but deacutevaluer qualitativement le comportement du
fondeur sest aveacuterer tregraves utile et efficace
bull Les systegravemes de positionnement global (ISAAC ou HP) permettaient une mesure
instantaneacutee de la vitesse de la luge mais eacutetaient sujets aux caracteacuteristiques du site
Deacutependamment de lenvironnement la preacutesence darbres ou de collines le signal eacutetait
soit de bonne qualiteacute soit meacutediocre agrave cause des pertes de reacuteception Il eacutetait impossible
de lutiliser dans le tunnel de beacuteton en Finlande
bull Le systegraveme dinclinomegravetre Xsens sil eacutetait bien attacheacute agrave lobjet dont il devait mesurer
langle permettait une mesure preacutecise (005 deg) dans les trois axes agrave une freacutequence
dacquisition de 50 Hz (ajustable) et ne neacutecessitait aucun post-traitement Il faut
cependant sassurer de bien fixer les fils reliant les diffeacuterents modules de mesures
pour eacuteviter que lathlegravete les accroche durant un essai et les brise
74
bull Le systegraveme de Cameacuteras Optotrak ainsi que les plateformes de forces permettaient des
mesures preacutecises de la position et des forces et moments engendreacutes par lathlegravete et sa
luge en laboratoire Malheureusement un systegraveme de cameacutera de cette geacuteneacuteration eacutetait
impossible agrave utiliser sur le terrain agrave cause de sa grosseur (comprenant au minimum
une tour de cameacutera un ordinateur une uniteacute de controcircle ainsi quune source
deacutenergie) de sa forte sensibiliteacute agrave lhumiditeacute et de son coucirct eacuteleveacute
Il est donc essentiel de comprendre que lenvironnement de test (neige vent froid
distance des sources de courant) rendait lutilisation dinstruments de mesure complexe
difficile et limitait la dureacutee et le nombre de tests
752 Retour sur le modegravele theacuteorique du fondeur
Suite aux diffeacuterents tests de validation effectueacutes sur les diffeacuterentes luges un retour sur le
modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable (section 412) est neacutecessaire Le
modegravele a eacuteteacute refait avec les paramegravetres de chacune des luges (
Tableau 76) afin de comparer les vitesses maximales preacutedites par le modegravele aux vitesses
moyennes expeacuterimentales obtenues lors des essais finaux avec Colette Bourgonje (Figure
711)
Tableau 76 Paramegravetres utiliseacutes pour le modegravele dynamique du fondeur sur une luge inclinable
Paramegravetres du modegravele Reacutesultats expeacuterimentaux
f(m) h ( m ) hr( m) r(m) v(ms) cp (deq) Luge actuelle de lathlegravete 0569 0 45 0 Luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres 023
0594 0051 15
56 37
Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
0611 0222 51 57
75
O Luge actuelle 75- x Luge actuelle avec les eacutelastomegraveres
bull Prototype de luge avec les eacutelastomegraveres
raquo i Q Courbes theacuteoriques
H Valeurs expeacuterimentales copy t n S s i s E copy
l gt
Angle dinclinaison (deg)
Figure 711 Courbes de vitesse maximale permise selon le modegravele theacuteorique ainsi que les trois
valeurs de vitesses moyennes expeacuterimentale obtenues par les trois types de luge
Il est important de noter que la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres nest pas repreacutesenteacutee par
une courbe puisquelle ne permet pas linclinaison de la luge En effet si la luge
sincline elle se retrouve sur un ski ce que veux eacuteviter lathlegravete car il risque de renverser
De plus mecircme si les eacutelastomegraveres ne sont pas preacutesenteacutes comme un systegraveme de geacuteneacuteration
de force centripegravete ils sont inseacutereacutes dans le modegravele puisquils permettent une leacutegegravere
inclinaison (37 deg)
Tout dabord la vitesse expeacuterimentale atteinte par la luge actuelle sans les eacutelastomegraveres
(45 ms) est en dessous de celle que preacutedit le modegravele pour un virage sans inclinaison
(53 ms) Ceci pourrait ecirctre expliqueacute par la peur de perte de controcircle deacutecrite par lathlegravete
lorsquelle amorce un virage la forccedilant agrave ralentir
76
En ajoutant le systegraveme dangulation des skis la faible hauteur du centre de masse (h) de
lathlegravete sur sa luge actuelle ainsi que la faible hauteur du centre de rotation (hr) donneacutee
par les eacutelastomegraveres permettent datteindre une vitesse maximale plus grande Lathlegravete se
sent deacutejagrave plus en controcircle pour attaquer les virages La diffeacuterence entre la vitesse
theacuteorique que devrait atteindre lathlegravete (61 ms) et celle mesureacutee expeacuterimentalement
(56 ms) est eacutegalement plus petite Lathlegravete exploite donc bien le systegraveme dangulation
des skis qui contribue agrave augmenter la force centripegravete mecircme sil nest pas conccedilu
preacuteciseacutement agrave cet effet
Par contre la vitesse expeacuterimentale atteinte avec le prototype (51 ms) est plus petite de
celle preacutedite par le modegravele (64 ms) pour le mecircme angle dinclinaison Laugmentation
de la hauteur du centre de masse (h) ainsi que les divers aspects nouveaux quapporte le
prototype de luge pour cette athlegravete demandant un plus grand temps dapprentissage
pourraient causer une diminution de vitesse et ce plus grand eacutecart entre la valeur
theacuteorique et expeacuterimentale La rigiditeacute du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
devrait ecirctre affineacutee avec des tests sur le terrain Avec un montage ajustable des tests sur
le terrain permettraient doptimiser linclinaison du tronc de lathlegravete dans un
environnement plus reacutealiste quen laboratoire et de faccedilon dynamique et non statique
Eacutegalement la diminution de la hauteur du centre de masse (h) favoriserait ladaptation de
lathlegravete au prototype
753 Choix de la luge pour Colette Bourgonje
La deacutecision entre poursuivre avec la luge actuelle de lathlegravete avec les eacutelastomegraveres ou le
prototype avec les eacutelastomegraveres a eacuteteacute faite consideacuterant les points suivants
bull laugmentation de la vitesse plus importante pour les eacutelastomegraveres comparativement au
systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete
bull un temps de conception additionnel nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps de
conception additionnel important pour le prototype
77
bull un temps dadaptation nul pour les eacutelastomegraveres contre un temps plus important pour le
prototype
bull un enthousiasme flagrant de lathlegravete pour les eacutelastomegraveres sur sa luge actuelle
Le choix des eacutelastomegraveres sur la luge actuelle de lathlegravete est donc eacutevidant pour les jeux
paraiympiques de Vancouver en 2010 dans le cas de Colette Bourgonje
78
8 CONCLUSION
Lobjectif principal de ce meacutemoire eacutetait dameacuteliorer la performance du fondeur sur luge
et de concevoir une nouvelle luge Les ameacuteliorations apporteacutees par celle-ci devait ensuite
ecirctre valideacutee afin de prouver le principe de fonctionnement de cette nouvelle luge
Les tests avec Jean-Thomas Boily ont eacuteteacute tregraves concluant malgreacute le peu de temps donc a
disposeacute lathlegravete pour sadapter agrave la luge Par contre lathlegravete agrave deacutecideacute de prendre sa
retraite et de ne pas participer au Jeux paralympiques de 2010
Dautres tests sans ecirctre mentionneacutes dans ce meacutemoire ont eacuteteacute effectueacutes avec Lou Gibson
(LW12 pouvant marcher) mais ont eacuteteacute jugeacutes non concluants et mecircme neacutegatifs Il est fort
possible que cela ait eacuteteacute causeacute par le tregraves faible handicap de lathlegravete et que lutilisation
du systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete lui soit contre intuitif puisquil possegravede une
mobiliteacute totale du tronc Eacutegalement il a eacuteteacute mentionneacute que lathlegravete neacutetait peut-ecirctre pas
convaincu par le nouveau prototype et que cela ait influenceacute ses performances
Une nouvelle luge pour Shauna Maria Whyte (LW12) est en cours de conception Elle est
similaire agrave celle preacutesenteacutee dans ce meacutemoire avec le systegraveme de geacuteneacuteration de force
centripegravete le chacircssis avec la configuration agrave genou mais sans le dossier du siegravege et la
possibiliteacute dajouter le systegraveme dangulation des skis afin de mieux sadapter aux deacutefauts
de la piste En effet suite aux tests preacuteliminaires sur les diffeacuterentes configurations
(section 43) lathlegravete a deacutemontreacute une forte ameacutelioration de ses performances avec la
configuration agrave genou De plus le prototype final est facilement ajustable pour lathlegravete et
lui permettra dexpeacuterimenter le nouveau systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete et
dinclinaison des skis
81 Synthegravese des ameacuteliorations apporteacutees par chaque systegraveme
Les diffeacuterentes ameacuteliorations combineacutees sur le prototype final de la luge visaient agrave
ameacuteliorer les performances des athlegravetes
79
bull La configuration agrave genou semble permettre un accroissement de lamplitude du tronc
et par le fait mecircme de la longueur de la pousseacutee Toutefois ce point reste agrave prouver
avec des essais suppleacutementaires
bull Les cylindres en eacutelastomegravere ont permis aux skis de sadapter plus facilement aux
deacutefauts de la piste procurant agrave lathlegravete un meilleur controcircle et lui permettant
dattaquer la piste de maniegravere beaucoup plus agressive tout au long du parcours
bull Le systegraveme de geacuteneacuteration de force centripegravete permet agrave lathlegravete paralyseacute au niveau du
tronc de sincliner vers linteacuterieur du virage en deacuteplaccedilant la position de son centre de
masse et ainsi dobtenir une vitesse plus importante
bull Le siegravege redresse et met le tronc plus droit dans le prototype que dans la luge russe il
en reacutesulte un mouvement des bras plus parallegravele
82 Synthegravese des modifications futures
Diffeacuterentes modifications devrait ecirctre reacutealiseacutees sur la prochaine luge afin dameacuteliorer le
confort et la performance de lathlegravete
bull Le confort du siegravege ainsi que ses courroies devra-t-ecirctre ameacutelioreacutes afin de ne pas
blesser lathlegravete
bull Un support pour supporter les pieds de lathlegravete doit ecirctre ajouteacute agrave larriegravere de la luge
afin deacuteviter quils ne touchent au sol En effet deacutependamment de lanthropomeacutetrie de
lathlegravete il se peut que ses pieds deacutepassent du chacircssis et risque parfois de toucher la
neige
bull Le poids total de la luge devra-t-ecirctre reacuteduit pour ecirctre plus pregraves de celui de la luge
actuelle de lathlegravete afin de ne pas diminuer les performances de lathlegravete sur le reste
du parcours
80
83 Contribution aux sports et agrave la socieacuteteacute
Leacutetude de comportement du fondeur sur luge a meneacute agrave une meilleure compreacutehension des
pheacutenomegravenes physiques impliqueacutes agrave des suggestions pour ameacuteliorer la technique des
athlegravetes et agrave la conception de nouveaux eacutequipements Ce projet de recherche devrait donc
mener agrave une meilleure performance des fondeurs sur luge canadiens au Jeux
paralympiques de Vancouver en 2010 et donc augmente les chances de meacutedailles du
Canada
Un meilleur succegraves des athlegravetes canadiens aux Jeux paralympiques donnera une
excellente visibiliteacute de la contribution des personnes agrave mobiliteacute reacuteduite agrave la socieacuteteacute
canadienne et ameacuteliorera la perception qua la socieacuteteacute envers ce que peuvent accomplir
ces personnes en faisant deux des modegraveles De plus le deacuteveloppement des connaissances
techniques sur le ski de fond sur luge devrait contribuer agrave rendre ce sport accessible agrave un
public beaucoup plus large
84 Eacutenonceacute de nouvelles perspectives de recherche
Il reste beaucoup de travail agrave faire eacutetant donneacute le peu de recherche deacutejagrave effectueacute sur le ski
de fond paralympique Malgreacute le fait que les concepts preacutesenteacutes dans ce meacutemoire aient
eacuteteacute valideacutes il reste encore des donneacutees manquantes
Par exemple est-ce que la rigiditeacute exacte du systegraveme dangulation des skis en fonction
du poids de lathlegravete devrait ecirctre la mecircme dans les trois axes comme le permet le
systegraveme actuel ou non Le choix actuel du systegraveme ne permettait pas de le veacuterifier mais
une eacutetude ulteacuterieure pourrait deacutefinir dans chaque axe les valeurs de rigiditeacute et
damortissement exactes neacutecessaires pour ameacuteliorer le controcircle de la luge selon les
deacutefauts de la piste
81
De plus une analyse deacutetailleacutee du mouvement de pousseacutee avec des bacirctons mesurant la
force appliqueacutee devrait ecirctre faite afin doptimiser la production de puissance utile pour
propulser lathlegravete Cette eacutetude pourrait aider agrave optimiser la longueur des bacirctons une
information qui est obtenue pour le moment par simple essais et erreurs
82
9 BIBLIOGRAPHIE
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84
ANNEXE 1 FEUILLE DE CATALOGUE POUR LES CYLINDRES EN
EacuteLASTOMEgraveRE SEacuteLECTIONNEacuteS
Cylindrical Mounts - To 95 kgf wwwwibrltlaquo t torcmountscom Phone 5163283662 Fax SUJ3IJ3SS
HATERiAi Fwtiaim- SOMI Zhc Rttœd tofetfar- Ngturai Ruiabar
mdashgtmdashbull ecircmw+pm 60 imimdashiagraven-
W1TIuml CagravemmMreint imiicfc
FOfl CltMPpoundttiQH LOAOS OF 43 TO 9S $S TO 2raquo bull MOT ffECGNMENOGD FOfi STATJC SMCAft L0A08
100 O0LGCHONCHMIII 0raquohc6araquoraquohlaquofaw tfa- raquoraquo-laquo laquoMraquo nwfdwl laquorfraquo yofciotr tfca gtmdashh Agtraquoraquo dw fcraquo (W $waalueacuterina4 djrwuclMafc
i
1 LL| III TTTT TTIl u n TTFT
H Y -
H -
I-Ty F -
- w -
bullM gtr
-
bulleacuteampszZ inicirc UB Ut
BERECTOM OHM
Forehgt$ Fwwraquojraquoff^r n Cyateraquo ccedilm Mtelaquow gtlaquobull 1 tasraquo 1 1 ia | mraquo ia j wi
ttiftJmjn Loetf far 81 Isaiwkwi
1-27
85
ANNEXE 2 LISTE DES MESURES ANTHROPOMEacuteTRIQUES
Longueur de segments (agrave droite et agrave gauche car non symeacutetrique) 1 Grandeur de lathlegravete 2 Tronc (Acromion agrave grand trochanter) 3 Sommet de la tacircte agrave c7 4 Bras 5 Avant bras 6 Longueur de la main 7 Cuisse 8 Jambe 9 Pied 10 Largeur de hanche (au grand trochanter) 11 Largeur de la cheville
Mesure des circonfeacuterences (Figure A21)
A Circonfeacuterence de la tecircte (au niveau du front) B Circonfeacuterence du cou C Longueur du cou (entre Cl et la base occipital) D Circonfeacuterence du bras (pregraves de laisselle) E Circonfeacuterence du bras (agrave mi-longueur) F Circonfeacuterence du coude G Circonfeacuterence du poignet H Circonfeacuterence de cuisse (agrave la mi-cuisse) I Circonfeacuterence de jambe (agrave la mi-mollet) J Profondeur de la poitrine K Largeur de la poitrine L Largeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) M Profondeur de la taille (au sommet de la crecircte iliaque) N En position assise distance entre lassise et un point sous la poitrine O En position assise distance entre lassise et le dessus de la cuisse P En position assise distance entre lassise et le dessus le la crecircte iliaque Q Lamplitude de mouvement de la cheville (deg consideacuterant que la position debout
eacutequivaut agrave 90 deg)
86
FRONT
Figure A21 Scheacutema des mesures de circonfeacuterence
87
ANNEXE 3 CALCUL DU CENTRE DE PRESSION
s IUGS - Centre de recherche
Auteurs Kodjo Moglo Mathieu Hamel s Date Deacutecembre -0 05 Description Routine permettant de calculer le COP local et le COP global pour 3 PF lti _
function [COPLXTCOPLYTCOPX COPYFZTCPFROTcoplxcoply] cop3 PF(SerieFORCEmasseTempsNbPFCCORIGCPF)
f o r j = l N b P F C C
repere Calcul de la matrice de rotation pour chaque PF (alignement au
experimental
Digitice (avec 3PF 7 + ( 3 ) M l ) O r i g | 0 I tgt ]
(2) X bull+ ccedil
v + ( 9 ) + (7 ) Orig v+ ( 6 ) +(4) Orig
1 1 i i ( 8 5 x + ( 5 ) x bull bull
COS directeur de laxe x de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global
n o r m e l 2 = s q r t ( ( C P F ( 3 j - 1 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - 1 2 -C P F ( 3 j - 2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j - l 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) 2 )
R O T ( j 1 1 ) = ( C P F ( 3 j - l l ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 2 ) = ( C P F ( 3 j - 1 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 2 R O T ( j 1 3 ) = ( C P F ( 3 j - 1 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 2 - COS directeur de laxe y de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel
global n o r m e l 3 = s q r t ( ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) 2 + ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j -
2 2 ) ) A 2 + ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) A 2 ) R O T ( j 2 1 ) = ( C P F ( 3 j 1 ) - C P F ( 3 j - 2 1 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 2 ) = ( C P F ( 3 j 2 ) - C P F ( 3 j - 2 2 ) ) n o r m e l 3 R O T ( j 2 3 ) = ( C P F ( 3 j 3 ) - C P F ( 3 j - 2 3 ) ) n o r m e l 3
88
lt CG5 directeur de laxe = de la PF j par rapport au reacutefeacuterentiel global obtenu par produit vectoriel des 2 premiers
ROT(j31)=ROT( 2 1 2 ) ROT(j23)-ROT(j22)ROT(j1 3) ROT(j32)=ROTj21)ROT(j13)-ROT(j11)ROT(j2 3) ROT j 3 3 ) =ROT ( j 1 1 ) ROT ( j 2 2 ) -ROT ( j 2 1 ) ROT ( j 1 2 ) egrave Centre des plates forces dans les coordonneacutees locales propre
aux plates formes CPFL(j1)=ROT(j11)CPF(3 j-21)+ROT(j12)CPF(3 j-
22)+ROT(j13)CPF(3 j-23) CPFL(j2)=ROT(j21)CPF(3 j-21)+ROT(j22)CPF(3 j-
22)+ROT(j23)CPF(3j-23) CPFL(j3)=ROT(j31)CPF(3 j-21)+ROT(j32)CPF(3 j-
22)+ROT(j33)CPF(3j-23)
Calcul du centre de pression dans le repegravere local pour chaque PF
Donneesf = FORCE(6j-56j) figure plotTemps FORCE( 6 + j ~ 5 6 j)
m=length(Donneesf) for i=lm
Calcul du centre de pression locale if abs(Donneesf(i3))gt=003masse981 pour des valeurs non
neacutegligeables de F z Calcul de centre de pression local pour chaque plateforme
de force for k=llength(ORIG)
if ORIG(k1)==Serie(j) ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION zofpound = 00 01absORIG(k4 ) zoff=0001(ORIG(k4))
ERREUR DANS LA PREMIERE VERSION cop lx )mdashbull( mdash
Donneesf(15 + zoffDonneesf(i1))iDonneesf i3 i + 0001ORIG(k2 5
ccply i i ) = (Donneesf i i 4 ) + rof f Donneesf f i 2 S i ) ( Donneesf ( i 3 ) + 0001ORIG(k3)
coplx(i)=(-Donneesf(i5)+(zoffDonneesf(i1)))(Donneesf(i3)) - 0001ORIG(k2)
coply(i)=(Donneesf(i4)+(zoffDonneesf(i2)))(Donneesf(i3)) -0001ORIG(k3)
end end
e lse cop virtuel coplx(i)=NaN coply(i)=NaN Donneesf(i3)=0
end forcex(i)=Donneesf(i1) forcey(i)=Donneesf(i2) forcez(i)=Donneesf(i3)
89
nun ix ( i ) = fo rcez ( i ) (CPFL ( j 1 ) +cop lx ( i ) ) numy( i )= fo rcez( i ) (CPFL( j 2 )+cop lx ( i ) ) to rquez( i )= Donnees f ( i 6 )+Donnees f ( i 1 ) cop ly i ) -
Donnees f ( i 2 ) cop lx ( i )
iuml Centre de pression dans le systeme de coordonneacutees globale COPLX( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 1 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 1 )+CPF(3 j -2 1 ) COPLY( i )=cop lx ( i ) ROT( j 1 2 )+cop ly ( i ) ROT( j 2 2 )+CPF(3 j -2 2 ) TORQUEZ( i )= to rquez( i ) ROT( j 3 3 )
end
TORQUEZT( j ) = TORQUEZ COPLXT( j ) = COPLX COPLYT( j ) = COPLY
end
Calcul du centre de pression dans le repegravere global pour les 3 PF
fo r i = l l eng th (FORCE)
FZ( i l ) = FORCE( i 3 ) NUMX( i 1 ) = COPLXT( i 1 ) FZ ( i 1 ) NUMY( i 1 ) = COPLYT( i 1 ) FZ( i l )
FZ( i 2 ) = FORCE( i 9 ) NUMX( i 2 ) = COPLXT( i 2 ) FZ( i 2 ) NUMY ( i 2 ) = COPLYT( i 2 ) FZ( i 2 )
FZ( i 3 ) = FORCE( i 15 ) NUMX( i 3 ) = COPLXT( i 3 ) FZ( i 3 ) NUMY ( i 3 ) = COPLYT( i 3 ) FZ( i 3 )
i f isnan(NUMX( i 1 ) ) H 2 NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 t es t =1
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT(i) = NUMX ( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =2
e l se i f i snan(NUMX( 3 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 1 NUMYT( i ) = NUMY( i 1 tes t =3
e l se i f i snan(NUMX( i 2 ) ) NUMXT ( i ) = NUMX ( i 1 NUMYT ( i ) = NUMY ( i 1 tes t =4
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 2 NUMYT( i ) = NUMY( i 2 tes t =5
e l se i f i snan(NUMX( i 1 ) ) NUMXT( i ) = NUMX( i 3 )
et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
1 et 3 + NUMX( i 3 ) + NUMY( i 3 )
bullEgrave 1 et 2
+ NUMX( i 2 ) + NUMY( i 2 )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 3 ) )
amp i snan(NUMX( i 2 )
90
NUMYT( i ) = bullNUMY( i 3 ) t es t =6
e l se i f ( i snan(NUMX( i NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =7
e l se
end
NUMX( i NUMY( i
1) ) 1) 1)
et 3 NUMXT( i ) = NUMYT( i ) = tes t =8
end IfprintfiCas
amp i snan(NUMX( NaN NaN
i 2 ) amp i snan(NUMX( i 3 ) )
NUMX( i 1 ) NUMY( i 1 )
NUMX( i 2 ) NUMY( i 2 )
+ NUMX( i 3 ) + NUMY ( i 3 )
3f n test
FZT = COPX COPY
(FZ( 1 )+FZ( (NUMXT FZT) (NUMYT FZT)
2 ) + F Z ( 3 ) )
91
ANNEXE 4
CALCUL DE LA RIGIDITE DU DOSSIER
Calcul pour de la rigiditeacute et du dimensionnement du dossier (Fonction 11) avec une
deacuteflection dx acceptable
F =
dx = 20mm L = 420mm X =121 mm
Ougrave dx est la deacuteformation acceptable L la hauteur de larmature du dossier X la longueur de la section horizontale avant la premiegravere vis
dx A ltmdash
B
X
-gt x
M
Rx
Rv
Section AB Flexion
0 lt y lt L M A B = F y VAB = F
T
B bullgtVAB
Section BC Flexion et tension
0lt jclt X M BC = F x R = F
Rv = neacutegligeable
bull Vmdash^
Rv
Rx
92
V Iuml M 2 a b f M c J R 2 x X - d y + -0 2El l 2El 2EA
F 2 L F 2 X 3 F 2 L U 1 H 2El 3 2EI 3 2pound4
W = Fdx = U
r J F 2 Ucirc F2X3 F2L Fdx = 1 1 6 El 6 El 2EA
d x = mdash ( L i + X i ) + mdash 6 pound7 2E4
6ltfrpound 2Apound m a x _ L 3 + X 3 + L
Pour un tube daluminium (E = 240 MPa) de diamegravetre 34 po avec une paroi de 116 po
Fmax = 199 kN sur chaque tube plieacute en L et larmature en contient 2
93
ANNEXE 5 DESSINS TECHNIQUES
94
No ARTICLE Numeacutero de piegravece QTE
1 Coque du siegravege 1 2 Armature du siegravege 1 3 Coussin du siegravege 1
4 Systegraveme compensation force centripegravete 1
5 Coussin pied 2 4 Chacircssis 1 7 Ancrage 2 8 Fixation arriegravere 2 piece 2 9 Cylindre en eacutelastomegravere 4 10 Ski Rossignol Xium 2
7) DETAIL A
ECHELLE 1 2
Licence eacutetudiante de SoiidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
Dote 2008-11-27
faH oor Marie-Pierre Leblane-lehoau
qo bullbull iN -rlti-Araquogtr Tiumlfre
DIM DWG NO
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
Aivltvmlaquolaquobivi Araquo)6i-i6 A Luge Beta 0 UNIVERSITE DE SHERBROOKE Eacutecheiicirce 120 | FeuBie 1 oe 1
S S o 2 f n 3 reg g m t si 2 3 poundbullsect c rr
TD I 2 5 sect
3 3 n 8
raquogt t1 5 Cl
3 ltngt 3 6 flgt C lt
O O 3 egt
3 ci
g CD C o CL
sr laquo (V w O fiuml ngt _ bull cT a o TO o 3 01
3 OK 2icirc ir1 s sect n mdash g eumlgt agt S ^ |mdashI = pound 0 T3 -IcircT = laquo A A cgt H trade 1 I 3 deg- 3 ltbullgt S sect 00 3 poundT 5 2 2 2 3 wgt sf deg to H 3 iuml S trade 8 Secirc 1 fP
a C5
ON
9500deg
777
1086
1655
R300
Dote 2008-11-27
fait par Jcan-Luc Lessard ing
Titre
NltraquoicircraquotKpound2 bull bullTx CrtTVi~ U-W-Cbullgt t sgt-sa
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
DIM
Tube ALUMINIUM 6061-Teacute 34 oo x llocirc paroi
DWG NO dossier alu
REV
0 Eacutechglie 110 I teuiioldeT
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12-88 bull
K2(X3
bull8B8-
l ielaquonrlaquo eacutetudiant draquo SotidWorks Utilisation universitaire uniquement
719
I 288
UNIVERSITE DE SHERBROOKE
r 5UcircUcirc-
|mdash363]
13
KtCX)
Pote 2008-11-27 Fal par Jean-L uc Lessard ing
m-ire VUNI ecircJrltXltEcirc
laquoGW m+ Okraquo oraquom 3N|wtn laquo
ride
futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo
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DWG NO [ossier ahi support laicra RfV 0 futraquo AtUMINiUM ftOeacutel-Tocirc 38 dfam i te poo Ccfvefie 13 | hampu4 l ekt 1
Sovdufocirc
UNIVERSITEacute DE
SHERBROOKE
Qlt 2008-11-27
W Ci bull 5raquoWWJiM
JBl i OMSKi t CtlaquoltWlaquoVSJUgraveNWCAlraquoft ltSnku AiraquojtofrlaquoLWACfef-T6
bullucircff par Jean-Luc Lessard ing
Titfl
DM DWG dossier alu assainblayc 0
Pnagravel~ i 10 1 fbullwijc I cfcs I
VO
0125
1 1 f
0250
agrave 1= f 0250
agrave 1= 1000 f
0618 0157
1118 1618
R0500
800 800
1024
9843 0197
0016
Attention larrondi sera fait la sableuse avec la fixation
0118
ruortaiAraquo and coNittiMma
Mr y f-- f i V- A
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
Aluminium 606 i Teacute Hat icirc 52 x 12
f-aicirct pa Jean-Luc Lessard
Ilft-fc
SI7F
A DWG NC
Ancrage Rev
SCALfc 13 IwEIGHT I SHFE OF I
150 100
250
ltgtbull
25
3X 0 22 A TRAVERS TOUT 0 44 X 90deg
25
2X 0 18 A TRAVERS TOUT Vx 0 35 X 90deg
R125
Licence eacutetudiante de SolidWorks UNIVERSITEacute ^ Utilisation universitaire uniquement IfiJ oH E-KDKUL)Kti
Date 2008-11-27
AN-- bull oiumlraquo v-gt t K ^ cvf-yn -
Raque AcircUJMfMUM 606l-icirc|6 18 po epalssei-f
Fait par Jean-Luc Lessard ing
DIM A
DWG NO fixation 2 pieees
RfV 0
FchoHe 11 fejiiie 1 cse 1
25
bullM4x07 Tapped Hole
R 13 mdash 100-
313 NT I 160
50 R08
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
baie 2008-11-27
kiumlit (XJi Jean-Luc Lessard
gtvv bull raquo i t bull y t laquo bulllt laquo i f lt 1 a a
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raquoltWicircCcedil8v ALUVljf j|UM 60agrave
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KtV 0 bullmq UNIVERSITEacute DE
Mi SHERBROOKE eohefe icirc | feuli i ltUi |
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hait par Steacutephane Martel ing jr
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Systegraveme de compensation de force centripegravete
SIZF
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443
367
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100
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-f
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443 -
Licence eacutetudiante de SolidWorks Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
De
538
325
2008-11-27
A OMNIUM lt04-6
Fait pa Steacutephane Martel ing jr
Systegraveme de compensation de force centripegravete
DIM
A DWG NO REV
0 Eacutecheiie 16 Fejiie I ce
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107
831
-638-
1800-
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Licence eacutetudiante de SolidWorks _ Utilisation universitaire uniquement
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
Dote
v
100 REF Plaque 18
R388
11737deg
2008-11-27
b nraquo f t iraquo
Tube ALUMiNlUM teumlit Mocirc 34 ext Mfgt peu ai
rart par Jean-Luc Lessard ing
Ticircrre
DfM A [M G UO tube contour soudenev
RV
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icence eacutetudiante de SotidWorks _ Jtilisation universitaire uniquement
mdashVue orthogonale R263 bull P n y
306
IL r
273 L
Vue orthogonale de la poigneacutee avant
UNIVERSITEacute DE SHERBROOKE
^ 2008-11-27 pa
Jean-1 ne 1 essard ing IumlN Poucct
iumlOltiWKK CiumlfrifcGi t IcircJfiJlHIWi XHEacuteIVAWS t tPOC lt^ciifKATifr i
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RtV 0
MARIAI ALUMiNiUM ltV)ocirc 1 1 6
Echefe )IQ | 2 Je 1 2 1
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RTCRASATR AHO CONHDEMUI NK INHUMA IcircOl ) CCraquo AiMrugrave IN TKltgt
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rOMgtr NMf -cef PKgtaTfcpound Ar-riKrigtlt
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| DPAWH
fci+3 -w MfltgtAF
] Marie-Pierre Leblanc-Lebcau IcircTITLE
Raccord ancrage ALUMiNJUMsOsjMi
rsCAif r-fAvru
SKIE DWG NO REV
SCALE 11 WEIGHIuml SHEET 1 OF 1
ANNEXE 6 TABLEAU DE DISTRIBUTION DE POIDS DES LUGES ALPHA (premier prototype) ET BETA (prototype final)
Poids Piegraveces luge Poids total Agrave Agrave Version
Systegraveme Alpha Qteacute unitaire (kg) modifier enlever beta Armature Dossier 1 039 039 46 X 057 90 Raccords dossier 2 007 014 16 X 0 00 Courroies et coussins dossier 1 102 102 121 X 0 00
Siegravege Plaque assise Courroies
1 063 063 75 X 0 00
cuisses 2 010 020 24 020 32 Coussin assise 1 020 020 24 090 141 Courroies tronc pelvienne 1 - - - Ajout 040 63 Coque kydex 1 - - - Ajout 113 178 Structure en
Systegraveme tocircle 1 155 155 184 X 118 185 de Recouvre vis
geacuteneacuteration en tissu 2 020 041 48 X 0 00 de force Barre de
centripegravete blocage 2 031 061 73 X 0 00 Eacutequerres 2 003 006 08 X 000 00 Structure tubulaire 1 059 059 70 X 227 Pattes avants 2 007 014 16 X 00 Pattes arriegraveres 2 004 008 10 X 1443 00 Raccords pattes 4 002 007 09 X 00
Chacircssis Renforts pattes 8 000 003 03 X 00 Insert 4 001 004 05 X 0 00 Fixations 4 008 034 40 X 028 44 Tissu genou 1 020 020 24 X 0 00 Tum buckle 1 120 120 143 X 0 00 Coussins tibias 2 025 051 61 X 025 40
Total 841 1000 636 1000
107
ANNEXE 7 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC JEAN-THOMAS BOILY
Date 2008-03-04 Sujet JTB Site Orford
Consigne Prend le virage agrave la plus grande vitesse agrave laquelle tu gardes encore le controcircle Takes the turn at the highest speed to which you still keep
control
Heure
Piste
915
1 -plat
Temp Kiuml
Humiditeacute
15
47 bullvarie en fonction de la hauteur pr au
solneige
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires
1 20 1-2 A pratique 2 0 3 75p 3 1 4 X 100p 4 2 5 X 100p
1 3 4 1 Vmoy Vmax Angle 167
2172
-8
-6
108
Heure 955
Piste 3virages
Temp C
Humiditeacute
-12
675
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
5 3 7 X A pratique inci siege 2613 96
6 5 8-9 pratique inci ski pocircle raccourcie 2815
7 6 10 100p inci ski 2737
8 7 13 100p inci sous siege r 94 9 8 14 100p inci sous siege X X nmn 13
Heure
Piste
1032 4-3viraaes
Temp C
Humiditeacute
09
58
Essai Essai ISAAC Stop Synchro
Combi-naison Type Commentaires 1 2 3 4 5
10 Calibration
11 9 16 Ame barreacute pratique sortie track 2077 83
12 10 18-19 X Ame barreacute 1000 reste ds track 2543 65
13 11 20 X Ame barreacute 100p reste ds track 11
14 12 22 Ame barreacute 100p sortie track X x 2809 85
109
Heure
Piste
1100 Temp C 33
3virages Humiditeacute 475
Essai Essai ISAAC Stop Combi maAMo Synchro naison Type
15 24 Luge agrave JT pratique 16 25 Luge agrave JT 100p 17 26 Luge agrave JT 100p 18 28 Luge agrave JT 100p
1 1 0
piste 1 plat
marqueur sur dossier
ANNEXE 8 FEUILLE EXPEacuteRIMENTALE DES ESSAIS AVEC
COLETTE BOURGONJE - CALLAGHAN VALLEY Date 08-05-10 Sujet CB Site Callaghan
Heure 1000
Fichier PDA GPS Video Combinaison Type
Commentaires Fichier PDA GPS Video A AB B L P 75 100 Commentaires Fiat
1 13 28 26 to 13 28 51 SANY0082 X X
2 13 31 17 to 13 31 40 SANY0083 X X
3 13 37 35 to 13 37 56 SANY0084 X X
5 13 40 42 to 13 41 9 SANY0085 X X
6 13 47 29 to 13 48 3 SANY0086 X X X bungee 7 13 50 13 to 13 50 39 SANY0087 X X X bungee 8 13 54 13to 13 54 40 SANY0088 X X X bungee 9 13 58 3tO 13 58 30 SANY0089 X X X bungee 10 14 6 28 to 14 6 59 SANY0090 X X
offset de -5(A) et -11 14 9 16 to 14 9 38 SANY0091 X X 10(D) 12 14 11 59 to 14 12 24 SANY0092 X X
14 14 20 45 to 14 21 23 SANY0094 X X pas de calibration (dos) Courbe 3
15 14 34 52 to 14 35 12 SANY0095 X X X
16 14 37 10to 14 37 29 SANY0096 X X X
17 14 41 40 to 14 42 0 SANY0097 X X
18 14 45 12to 14 45 37 SANY0098 X X
X 14 53 57to 14 54 19 SANY0100 X X Pas XSens Fiat SANY0101 Calibration video
19 15 30 16 to 15 30 39 SANY0102 X
20 - SANY0103 X X
21 15 35 43 to 15 36 3 SANY0104 X X
22 15 37 25 to 15 37 45 SANY0105 X X
23 15 39 52 to 15 40 21 X X
Uphill SANY0106 Calibration video SANY0107 SANY0108 SANY0109
Courbe 3 24 16 1 41 to 16 2 1 SANY0111 X X
25 16 4 27 to 16 4 45 SANY0112 X X
1 1 1
Courbe 2 na 16 31 19to 16 31 57 SANY0113 D x Pas XSens 26 16 36 39 to 16 37 6 SANY0114 D X
27 16 39 52 to 16 40 20 SANY0115 D X
28 16h59m50 SANY0116 X x Issac GPS 29 17h02m14 SANY0117 X x Issac GPS
1 1 2
Fichier Vitesse Assise Dos Assise-ski Dos-Assise
Fichier Vitesse Assise Temps Dos C Dos Temps Assise C A-S Temps A-D Temps Fiat
1 148 51 46 18 -19 2 1576 62 -52 25 -24 3 152 -62 58 21 -28 5 165 -47 54 30 -39 6 1318 79 -88 35 -51 7 151 55 712 -36 38 8 162 -56 -58 -42 -31 9 161 -6 -72 -54 30 10 1304 -66 67 -42 22 11 172 -12 -186 -96 -81 12 173 -74 66 -45 -29 14 1695 -35 - 4 na
Courbe 3 15 143 162 173 55 -38 16 184 -115 131 -53 -73 17 192 -8 197 -77 -93 198 -76 -61 199 -48 139 18 218 65 274 63 81 273 59 -5 284 -47 253 X 211 na na na na
Fiat 19 175 -52 237 na 25 20 07 -33 na -38 21 158 -48 103 na 146 22 165 -43 -97 na 125 23 196 -34 87 na 96
Uphill na na na na na na na na na na na na
Courbe 3
24 228 109 1015 na -4 25 253 -92 108 na -53
Courbe 2 na 238 na na na na 26 254 -122 -146 na 75 27 311 161 -124 na 56 28 266 -148 131 na 52 29 277 -176 217 na 88
1 1 3
ANNEXE 9 TABLEAU DES ESSAIS AVEC COLETTE BOURGONJE - TUNNEL A VUOKATTI
2 SANY0089 08-09-17
7 35 500 1800 X Preacutetest a 2e seacuterie virage
3 SANY0090 7 35 500 1800 X Idem 4 SANY0093 X X Preacutetest a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD (deacutepart haut pente)
SANY0094 21 125 595 2143 X X Preacutetest a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
5 SANY0095 21 125 595 2143 X Petit 21 sec 6 SANY0112 08-09-
18 X IntroTest a 1ere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian (deacutepart 125m)
SANY0113 3257 125 384 1382 X Test a 1ere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian
7 SANY0114 3037 125 412 1482 X Idem SANY0116 X X Intro Test a 1egravere seacuterie
virage (2 virages de suite)+russian+CD
8 SANY0117 2526 125 495 1781 X X Test a 1egravere seacuterie virage (2 virages de suite)+russian+CD
9 SANY0118 2454 125 509 1834 X X Idem 10 SANY0120 2419 125 517 1860 X X Idem
SANY0121 Espionnage sied japonais
1 1 4
SANY0122 X Premier essayage beta sied (skis non cireacutees+pas bonne pocircles)
SANY0123 X Up hill SANY0124 X Discussion
Kaspar+Colette SANY0125 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0126 X Virage (pas bonne
qualiteacute) SANY0127 X Discussion
Kaspar+Colette (centre de masse trop devant power polingj+Kaspar et deacutenis
SANY0137 X Essayage soirbucket carbone
SANY0138 X Essayage soirbucket carbone-t-discussion angle bucket
SANY0147 X Essayage soirbucket carbone+discussion angle bucket
SANY0153 08-09-19
X Essayage soirbucket alu+discussion angle bucket
SANY0154 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0156 X 1er serie virage beta sied 9deg+Discussion pocircle 123cm+tilting
SANY0157 X 1er serie virage beta sied 9deg
SANY0159 X Avantage sied beta correction direction du
1 1 5
tronc+bras
SANY0160 X Test virage hors piste SANY0162 X 1er serie virage beta
sied 9deg SANY0163 X Discussion bucket SANY0164 X Test virage hors piste SANY0165 X Idem SANY0166 X Idem SANY0174 08-09-
20 Eacutetude virage able body (vue perpendiculaire)
SANY0175 Idem SANY0176 Idem SANY0177 Idem SANY0178 Etude virage able body
(vue arriegravere) SANY0179 Idem SANY0180 Idem SANY0181 Idem SANY0182 Idem SANY0184 Etude virage able body
(vue face) SANY0185 X virage beta sied (vue
perpendiculaire) SANY0186 X petit downhill virage
beta sied (vue face) SANY0187 Etude virage able body
(vue face) SANY0189 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0190 Eacutetude virage able body
(vue perpendiculaire) SANY0193 X X Downhill virage russian
1 1 6
sied SANY0196 08-09-
21 X X intro test luge russe
downhill+virage fin tunnel
SANY0197 X X russian sied vue des skis classique downhill+virage fin tunnel
SANY0198 X X russian sied vue des skis classique retour au deacutebut tunnel
SANY0200 Discussion virage SANY0201 X X vue skis skating beta
sied (qualiteacute moyenne) SANY0262 08-09-
22 X X intro test lundi
drclassique+D g skate+C
SANY0263 correction sur commentaires videacuteo preacuteceacutedent
SANY0264 X X vue skis (classique+skating+bum pers CD)
SANY0265 X X vue skis (gclassique+drskating+ bumpers CD)+(2 classique +CD)
11 SANY0266 538 30 558 2007 X X mesure vitesse avant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute) avec bumpers CD
12 SANY0267 52 30 577 2077 - X X Idem 13 SANY0268 525 30 571 2057 - X X Idem 14 SANY0269 52 30 577 2077 0 5 2
1 1 7
15 SANY0270 553 30 542 1953 1 X X mesure vitesse durant virage russian sied (virage pas tout a fait compleacuteteacute)
16 2 4 X X mesure vitesse durant virage russian sied (senseur ski gauche briseacute)
SANY0271 intro mesure vitesse avant virage beta sied
17 SANY0272 574 30 523 1882 0 6 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
SANY0273 Discussionplusmngteta sied 18 SANY0274 569 30 527 1898 1 6 5 X X mesure vitesse avant
virage beta sied SANY0275 lecture temps
19 SANY0276 646 30 464 1672 2 5 4 X X mesure vitesse avant virage beta sied
1 1 8