Travaux personnels
II.4. CONCLUSION SUR LES RÉSISTANCES À L’AVANCEMENT [52, 72, 115].
La force due à la résistance au roulement lors d’un déplacement en ligne droite d’un fauteuil chargé varie selon les auteurs de 3 à 33 N (3 à 33 W pour un fauteuil roulant à 1m/s en ligne droite) [72, 11, 131, 52, 137, 130, 46, 34, 37, 48, 116] et est considérée comme la perte d’énergie majeure du fauteuil à faible vitesse. Elle est fonction du ma-
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tériau de la roue, du type de sol, mais aussi de la géométrie de la roue, notamment son rayon. Pour un fauteuil roulant, la répartition antéropostérieure de charge a aussi une influence sur sa résistance au roulement [37, 116].
A la connaissance de l’auteur, si certaines modélisations existent déjà [84, 116], au- cune modélisation prenant en compte tous les paramètres géométriques et mécaniques
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- notamment les inerties - du système sportif + fauteuil n’a lié le mouvement en ligne droite du fauteuil aux paramètres de résistance au roulement de ses roues. De même aucune étude n’a comparé le comportement d’un nombre important de roues sur diffé- rents sols, ce qui implique l’utilisation d’un protocole de test sur le terrain indépendant de la géométrie du terrain testé.
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Lors des travaux réalisés, le mouvement en ligne droite d’un fauteuil roulant a été modélisé mécaniquement en tenant compte des paramètres géométriques et inertiels de celui-ci, ce qui a permis de connaître quels paramètres pouvaient être négligés et de lier la décélération libre du fauteuil aux paramètres de résistance au roulement avant et arrière dans la formule (II.2.11) :
20 γG= −g ∗ λf rf Pf + λr rr Pr
De là un protocole de mesure du fauteuil complet sur différents sols a été conçu à partir de travaux réalisés précédemment [135, 38, 115, 116], permettant de déterminer les facteurs et paramètres de résistance au roulement des roues avant et arrière.
Après validation de ce protocole et estimation de l’intervalle de confiance sur les mesures, 33 fauteuils (couples roue avant / roue arrière) ont été testés sur sol lisse et dur
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(béton lissé) et sur sol déformable (moquette). Ainsi une base de données de résistances au roulement de roues arrière et de roulettes avant a été créée, qui a permis de les classer par ordre de résistance au roulement et de définir de grands types de roues et roulettes.
Il est apparu que si les roulettes de type roller possédaient le plus faible paramètre
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de résistance au roulement sur sol dur et lisse, les roulettes de type soft roll devenaient plus avantageuses sur sols moins durs et concurrentielles sur sol dur et lisse du fait de leur diamètre généralement plus grand. Les roues arrière pneumatiques étaient sans conteste plus intéressantes que les roues à bandage et de beaucoup plus faible facteur de résistance au roulement que les roulettes, toujours grâce à leurs diamètres. Par ailleurs,
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ment au niveau de la résistance au roulement, notamment sur sol déformable.
En conclusion, l’optimisation du fauteuil pour limiter la résistance au roulement passe par la diminution de charge sur les roulettes avant, l’augmentation du rayon de celles-ci, notamment sur les sols déformables (type piste d’athlétisme ou Roland Garros, par exemple) avec l’emploi éventuel de roulettes de type "soft roll". L’évolution du para-
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mètre de résistance au roulement avec la charge n’est par ailleurs pas flagrante dans les conditions d’utilisation du fauteuil roulant et l’emploi d’une seule roulette au lieu de deux ne serait pas pénalisant du point de vue de la résistance au roulement.
II.4.4
Résistance au pivotement
Le jeu en tennis fauteuil fait intervenir de nombreuses fois le mouvement de rota-
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tion du fauteuil, qui dissipe alors au niveau des roues une puissance supplémentaire par rapport à la résistance au roulement. En effet lorsqu’une roue tourne autour d’un axe perpendiculaire au sol, des glissements se produisent dans sa zone de contact, qui pro- voquent une dissipation de puissance. Le moment de pivotement d’une roue Mpiv peut
être exprimé comme la multiplication de l’effort normal sur cette roue par un paramètre
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de résistance au pivotement.
Ce phénomène est peu étudié pour le fauteuil roulant, car les résistances au pivo- tement sont souvent négligées dans les modèles de mouvement [69, 18]. Des études ont cependant mesuré des résistances de roues dans un mouvement de pivotement pur [71, 52] et ont montré sa dépendance avec l’effort normal et son indépendance avec la
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vitesse de pivotement. Les valeurs recensées en pivotement pur sont de l’ordre de 3 à 16 ×10−3 m pour les roulettes [72, 52] et de l’ordre de 24 ×10−3 pour les grandes roues
[72]. D’après l’étude de Kauzlarich [72], ce paramètre de pivotement pourrait diminuer de l’ordre de 50 % lorsque la roue avance en plus de pivoter (mouvement combiné de roulement + pivotement).
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La perte de puissance au cours d’un mouvement contrôlé de rotation du fauteuil, avec centre instantané de rotation imposé, a été modélisée mécaniquement. Lors de la rotation du fauteuil, les roues dissipent une puissance à la fois dans leurs résistances au pivotement et dans leurs résistances au roulement. La puissance perdue par pivotement des roues était par ailleurs du même ordre de grandeur que celle perdue par roulement.
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Par ailleurs, cette modélisation a fait apparaître le rôle de l’éloignement des roues ar- rière et des roulettes avant par rapport au centre de rotation dans l’augmentation de la puissance dissipée par le roulement de ces roues. Ainsi un fauteuil plus compact dissi- pera moins de puissance par résistance au roulement dans sa rotation. Comme pour la résistance au roulement, la répartition de masses avant-arrière modifiera les influences
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des grandes roues ou des roulettes, bien que pour les grandes roues, le faible facteur de résistance au roulement pourrait être compensé par une résistance au pivotement plus
II.4. CONCLUSION SUR LES RÉSISTANCES À L’AVANCEMENT
élevée que celle des roulettes. Il peut être remarqué par ailleurs que l’inertie ainsi que la position du centre de gravité influent fortement sur la valeur de décélération. Par ailleurs, en choisissant deux répartitions de charge avant / arrière et en mesurant la décélération en rotation il est possible de déterminer les paramètres de résistance au pivotement des roues avant et arrière.
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Une étude a été réalisée, dans laquelle le sportif entraînait son fauteuil en rotation puis le laissait décélérer, ce afin d’apporter des éléments de validation au modèle. La position du centre de gravité du sportif au cours du mouvement était mesurée grâce à un système optoélectronique et la vitesse angulaire grâce à une centrale inertielle. Le mouvement du fauteuil était proche d’un mouvement de rotation autour d’un axe fixé et
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la décélération constatée constante pour tous les tests effectués. Les paramètres de pivo- tement avant étaient similaires à ceux recensés dans la littérature, mais les paramètres arrières étaient égaux aux paramètres avant, soit 8 fois plus faibles que ceux recencés par d’autres auteurs [72]. Ces dernières valeurs de résistance au pivotement des roues arrières ne sont cependant pas suffisamment faibles, à notre sens, pour qu’elles soient
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négligées, comme l’ont fait Johnson et de Chénier [69, 18]. Les résultats issus de ce test sont cependant à considérer en tenant compte des imprécisions sur le centre de gravité, sur l’inertie du fauteuil et surtout du sujet, ainsi qu’aux mouvements de ce dernier.
En conclusion, la résistance au pivotement joue un rôle équivalent à la résistance au roulement lors de la rotation du fauteuil, et l’éloignement des roues du centre de
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rotation contribue à augmenter la puissance dissipée (pour une vitesse de rotation im- posée). Un protocole de tests de résistance au pivotement de différentes roues, similaire à celui de test de résistance au roulement, pourrait être envisagé pour caractériser les roues et roulettes sur différents sols. La diminution du paramètre de pivotement avec le roulement de la roue reste à investiguer.