Travaux personnels
II.4 Conclusion sur les résistances à l’avancement
II.4
Conclusion sur les résistances à l’avancement
Le terme de résistance à l’avancement regroupe les phénomènes qui entraînent une perte de puissance lors du mouvement, souvent indépendamment de la technique et de la force musculaire de l’utilisateur du fauteuil roulant. Ces phénomènes n’apportent ici aucun avantage au sportif et doivent donc être réduites au minimum.
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L’objectif de cette partie était de comprendre d’abord les sources de ces pertes de puissance en les liant aux paramètres géométriques et mécaniques du fauteuil et du sujet. Ainsi, des préconisations sur les réglages du fauteuil tennis ont pu être données.
Dans cette partie, une étude bibliographique a permis de mettre en évidence les fac- teurs influençant la résistance aérodynamique, puis a montré quelques manques concer-
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nant la résistance dans les paliers, au roulement et lors du pivotement du fauteuil. Ainsi les travaux personnels se sont focalisés sur ces aspects.
II.4.1
Résistance aérodynamique
La résistance aérodynamique est due aux frottements de l’air sur le fauteuil et son utilisateur. Elle dépend du carré de la vitesse, mais aussi de l’aire frontale du système
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ainsi que d’un coefficient appelé coefficient de traînée (voir équation (I.2.1)).
Etudiée par plusieurs auteurs pour le fauteuil roulant [23, 63, 29, 8, 64, 109, 20], ses valeurs sont de l’ordre de 1 à 4 N (puissance dissipée de 1 à 4 W) pour une vitesse de 1m/s, 10N (50 W) pour 5 m/s et 20N (140 W) pour 7m/s. Il est admis qu’à faibles vi- tesses (de l’ordre de 1m/s), cette résistance pouvait être négligée, par contre elle devient
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majeure à des vitesses supérieures à 10m/s.
Il est difficile de réduire ces résistances en réglant le fauteuil, en effet la vitesse est imposée par le jeu, de même que la position du joueur sur son fauteuil. Le coefficient de traînée seul pourrait être modifié légèrement en évitant les habits flottants. Un carénage pourrait être intéressant du point de vue aérodynamique, mais il risquerait de limiter
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les mouvements du sportif et d’alourdir le fauteuil.
Ainsi, ces résistances existent mais ne peuvent être abaissées facilement et de ma- nière importante. Elles restent néanmoins limitées à faibles vitesses de déplacement, ce qui est souvent le cas en tennis fauteuil où la zone de déplacement étroite ne permet pas d’atteindre des vitesses très importantes.
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II.4.2
Résistance dans les paliers
L’utilisation de roulements à billes pour réaliser toutes les liaisons pivot du fau- teuil limite fortement la perte de puissance dans ces éléments. Très peu étudiés dans les conditions d’utilisation du fauteuil roulant [52], de nombreux auteurs négligent les
couples résistants dans les paliers [130, 65, 112, 138] du fait de valeurs de couples résis- tants de l’ordre de 0,10 Nm [52, 122], ce qui constitue cependant une puissance perdue pour un fauteuil évoluant à 1m/s (rayons de roue arrière et avant de 0,3m et 0,04m res- pectivement) de l’ordre de 6W, perdus principalement dans les roulettes avant, qui ont une forte vitesse angulaire du fait de leur faible rayon.
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Les facteurs influant sur le couple résistant d’un roulement neuf sont la charge axiale sur le roulement, la charge radiale, la viscosité du roulement, l’ajout de joints d’étan- chéité. Par contre seules les données d’un constructeur sont disponibles ainsi qu’une étude statique. L’effet du vieillissement n’a pas été étudié à notre connaissance, ce qui pourrait donner une indication intéressante de la périodicité de remplacement de rou-
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lements à billes. De même les roulements de différents constructeurs n’ont pas été com- parés et l’effet d’un mauvais montage de roues (charge axiale trop importante) n’a pas été mesuré.
Pour effectuer ces vérifications, une machine a été conçue et réalisée. Elle permet de faire varier les charges axiales et radiales, la vitesse de rotation et de simuler un
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carrossage dans la limite des conditions d’utilisation du fauteuil. Un protocole de test de paliers dans leurs conditions d’utilisation a été défini et des tests de précision et de reproductibilité des mesures ont été effectués. A titre d’essai, un palier neuf a été comparé à un palier usagé.
Les dispositifs et protocoles réalisés permettent de mesurer des couples avec une pré-
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cision de l’ordre de 6.10−3Nm en une trentaine de minutes. Des aménagements mineurs
sur la machine permettraient de faciliter encore son utilisation, mais elle a été capable de différencier le roulement neuf du roulement usagé, même si le vieillissement du rou- lement n’a pas augmenté de manière très notable son couple résistant. Il a néanmoins été constaté une forte sensibilité du couple résistant à la charge axiale, qui est néces-
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saire pour limiter les mouvements indésirables des roues ou roulettes, mais qui peut rendre le couple résistant non négligeable.
A l’issue de ces travaux un dispositif a été conçu pour assurer aisément le serrage correct des paliers et fait l’objet d’un brevet en cours de dépôt par le CERAH.
II.4.3
Résistance au roulement
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Les déformations de la roue roulant sur le sol entraînent une perte de puissance, phénomène appelé résistance au roulement. La résistance au roulement d’une roue est modélisée à l’aide d’un paramètre λ, appelé paramètre de résistance au roulement et d’un facteur de résistance au roulement λ/r , obtenu en divisant le paramètre par le rayon de roue r, le [25, 80, 72, 84].
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Les valeurs de facteur de résistance au roulement de la littérature sont comprises entre 10−2 et 4.10−2 pour les roulettes et sont entre 0,5.−2et 10−2 pour les grandes roues
II.4. CONCLUSION SUR LES RÉSISTANCES À L’AVANCEMENT