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Banc de mesure de force pour les perches. Mais pourquoi?

Développement d’un outil de mesure des perches

Depuis quelques mois, nous nous sommes lancés dans la conception d’un banc spécifique permettant de mesurer la force nécessaire pour mettre en flexion des perches de saut. Ce projet, imaginé il y a déjà plusieurs années, a requis la participation de nombreux collègues pour le design, les tests, le prototypage, le pilotage des moteurs, le développement logiciel, et bien plus encore. Un grand merci à la société Kinvent pour la collaboration. Le Link est utilisé pour la mesure de force de traction, et d’autres capteurs seront intégrés prochainement pour quantifier l’impact du second bras.

Mais quel est l’intérêt de ce type de machine ?

En réalité, les perches ne sont pas de simples ressorts. Lorsque l’on met une perche en flexion, ses extrémités se rapprochent, et l’on peut observer que la force nécessaire pour cette flexion se décompose en plusieurs phases, formant ce que l’on appelle une courbe de flambement :

  • Une phase d’accroche, marquée par une montée brutale de la force requise pour initier la flexion.
  • Une phase de transition vers une relation plus linéaire entre le raccourcissement de la corde et la force requise, avec une pente plus douce.

Comprendre le comportement des perches

Le premier enjeu de cette démarche est de comprendre le comportement du matériel. Il existe un grand nombre de fabricants de perches tels que @UCSSPIRIT, @ESSX, @PACER, ou @NORDIC, qui utilisent des matériaux différents (fibres de verre et/ou carbone) ainsi que des designs variés. Les perches sont généralement caractérisées par leur longueur (ex. : 4,00 m, 4,60 m, 5,20 m…) et un indice de raideur mesuré statiquement avec un poids de 50 livres. Cela donne lieu à une large variété de perches, chacune ayant une relation particulière entre flexion, énergie nécessaire pour la déformer, et énergie restituée.

La première observation intéressante sur le matériel montre que la quantité d’énergie nécessaire à la mise en flexion n’est pas équivalente à la quantité d’énergie restituée. Ce phénomène mécanique, appelé hystérésis, révèle une légère dissymétrie entre les phases aller et retour (courbe rouge pour la flexion et courbe bleue pour la déflexion).

Pour quantifier cette perte énergétique, il faut mesurer l’énergie correspondant à la surface visualisable entre ces deux courbes. À ce jour, nous avons caractérisé une cinquantaine de perches, principalement des ESSX et quelques UCS Spirit. Nos résultats montrent que l’hystérésis induit une perte énergétique de l’ordre de 1,5 à 2 %. D’autres mesures sont en cours pour vérifier ces résultats sur un plus grand nombre de perches, ainsi que pour étudier l’effet de l’indice de flexion et/ou du levier.

Comprendre les interactions perche/athlète

La caractérisation des perches est une étape cruciale, mais elle ne fournit des connaissances que sur le matériel lui-même. Elle n’apporte que peu d’informations sur les interactions entre la perche et l’athlète. Pour mieux comprendre ces interactions dans une perspective globale, notamment pendant la phase de saut, il est essentiel de considérer plusieurs formes d’énergie :

  • L’énergie cinétique (en rouge), liée à la vitesse de déplacement de l’athlète.
  • L’énergie potentielle de pesanteur (en bleu), liée à l’élévation de l’athlète.
  • L’énergie élastique (en vert), calculée à partir des caractérisations des perches.

En combinant ces différentes formes d’énergie, nous pouvons calculer l’énergie totale (en noir) et déterminer la balance énergétique depuis le début du contact avec le butoir (en jaune).

Analyse des phases du mouvement

Ces éléments permettent de décomposer, étape par étape, les différentes phases du mouvement, et ainsi de quantifier les effets de chaque stratégie sur le bilan énergétique. Ces observations peuvent ensuite être confrontées aux intentions des coachs et des athlètes afin de mettre les données en perspective avec la réalité de la pratique.

Pour résumer, le projet vise à explorer les propriétés mécaniques des perches dans le but d'en améliorer la compréhension. Dans un second temps, la caractérisation permet d’établir le bilan énergétique du couple perchiste/perche durant la phase de saut et d’analyser l’impact de la cinématique des athlètes, ainsi que des choix techniques et matériels sur ce bilan.
En parallèle, le banc offre également une fonction de contrôle de sécurité, permettant de vérifier si une perche présente un risque lors de sa flexion, en cas de doute de l’athlète ou de son coach.

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