Bases de l'aéro
Principes fondamentaux de l'aérodynamique en cyclisme, y compris les composantes de la force de traînée et leur impact sur l'optimisation des performances.
À des vitesses de pédalage plus élevées, une part importante de la puissance d’un cycliste est dépensée à vaincre la résistance aérodynamique (Martin et al. 1998).
À mesure que la vitesse augmente, la résistance de l’air croît de façon exponentielle, ce qui signifie qu’une petite augmentation de la vitesse nécessite proportionnellement beaucoup plus de puissance pour être maintenue. Les recherches montrent qu’à grande vitesse, jusqu’à 80 à 90 % de la puissance d’un cycliste est consacrée à vaincre la résistance de l’air (Bassett et al., 1999 ; Faria, 2005). Cela est dû à la relation entre la vitesse et la traînée, où la puissance nécessaire pour contrer la traînée augmente avec le cube de la vitesse (Martin et al., 1998). Par conséquent, réduire la traînée par la position du corps, l’équipement ou les vêtements peut avoir un impact considérable sur la performance cycliste, en particulier lors des contre-la-montre ou des courses sur route où le maintien de vitesses élevées est crucial (Faria et al., 2005).
La force de traînée aérodynamique est définie comme la résistance rencontrée par un objet se déplaçant dans un fluide, comme l’air. Elle est principalement causée par des différences de pression entre les surfaces avant et arrière de l’objet et par le frottement de l’air contre sa surface. La formule de la force de traînée aérodynamique est :
... ce qui nous indique que la force de traînée aérodynamique dépend de 4 facteurs :
La densité de l’air (rho)
La vitesse (en réalité, le carré de la vitesse) de l’air par rapport au cycliste
La surface frontale (A)
Le coefficient de traînée (Cd). Il quantifie la traînée ou la résistance d’un objet dans un environnement fluide, comme l’air ou l’eau. Il représente à quel point un objet est profilé, ou à quel point il fend efficacement le fluide. La valeur de Cd dépend de la forme, de la rugosité de la surface et des conditions d’écoulement autour de l’objet. Des valeurs plus faibles indiquent des objets plus aérodynamiques, tandis que des valeurs plus élevées reflètent une plus grande résistance.
En cyclisme, nous cherchons à minimiser la force de traînée aérodynamique, afin qu’une plus grande part de la puissance produite par l’athlète serve à augmenter la vitesse. Parmi ces facteurs, lesquels pouvons-nous contrôler ?
Nous ne pouvons pas contrôler la densité de l’air
Il serait contre-productif de réduire la vitesse simplement pour diminuer la force de traînée aérodynamique, puisque c’est précisément la vitesse que nous cherchons à maximiser au total
Nous pouvons contrôler le coefficient de traînée en modifiant la forme (la position) et la rugosité de surface du cycliste et du vélo
Nous pouvons contrôler la surface frontale en modifiant la position du cycliste.
Par conséquent, une grande partie des efforts d’optimisation aérodynamique porte sur les facteurs Cd et A.
Références
Fox, R.W., & McDonald, A.T. (1973). Introduction to fluid mechanics (2e éd.). New York : Wiley.
Martin JC, Milliken DL, Cobb JE, McFadden KL, & Coggan AR (1998). Validation of a mathematical model for road cycling power. Journal of Applied Biomechanics, 14(3), 276-291.
Bassett, D. R. Jr., Kyle, C. R., Passfield, L., Broker, J. P., & Burke, E. R. (1999). Comparing cycling world hour records, 1967–1996: Modeling the human-machine interface. Medicine & Science in Sports & Exercise, 31(11), 1665-1676
Faria, E. W., Parker, D. L., & Faria, I. E. (2005). The science of cycling: Factors affecting performance – Part 2. Sports Medicine, 35(4), 313-337.
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