Dans cette partie, nous discutons les résultats théoriques et expérimentaux des deux parties précédentes.
Notre étude théorique nous a permis de déterminer le défaut de parallélisme introduit en virage par l’inclinaison de la potence qui résulte d’une rotation du guidon. D’une part, nous avons vu comment le parallélisme est affecté par l’inclinaison de la potence (5.4). Puis, nous avons étudié la variation de hauteur de la roue avant en fonction de la position du guidon et de l’inclinaison de la fourche (5.25). Ensuite, nous avons déterminé l’inclinaison de la potence induite par la rotation du guidon (5.29). Enfin, nous avons déterminé la rotation du guidon nécessaire pour prendre un virage (5.37), puis l’inclinaison de la potence qui en résulte. Nous avons ainsi pu obtenir le défaut de parallélisme introduit en virage en fonction des caractéristiques du fauteuil de course (5.38). Nous avons ainsi montré que ce défaut de parallélisme reste limité, de l’ordre de 10−4 degrés.
Expérimentalement, nous avons étudié la force qui résiste au roulement en fonction de nombreux paramètres. Nous avons constaté qu’une roue de fauteuil d’athlétisme dissipe, au niveau du moyeu, par des frottements fluides et solides, avec majoritairement des frottements visqueux à grande vitesse, et des frottements solides à petite vitesse. La transition entre la prédominance de ses contributions s’effectue à 0,85 rad/s, soit 5 Km/s. Les mesures montrent surtout que cette contribution est environ deux ordres de grandeur plus petite que la résistance totale au roulement, donc qu’elle ne représente au mieux qu’un pourcent de la dissipation totale. Les résultats de Sauret et coll. présentent eux aussi une dépendance à la vitesse des puissances mécaniques de roulement développées par leur sujet au cours d’un cycle de propulsion. En effet, les puissances des moments développées sont supérieures à allure rapide, autour de 5,3 Km/h par rapport à une allure lente de 3,5 Km/h (-28,4 W contre -17,4 W) [Sauret, 2010].
Dans une seconde série d’expériences, nous avons étudié les effets de la vitesse, de la charge, du gonflage, du parallélisme, du parallélisme avec carrossage, et du carrossage sur la résistance au roulement. Nos résultats pour une roue allant à 3 Km/h sont de l’ordre de 0,14 sur sol dur à 0,17 N sur sol souple, correspondant à un ordre de grandeur de 0,56 N à 0,68 N pour un fauteuil à quatre roues sur sol dur. Ces résultats sont inférieurs à ceux de Sauret et coll. [Sauret, 2010], dont les expériences ont montré que la force de freinage d’un fauteuil roulant est de l’ordre de 13 à 31 N. Cette différence peut s’expliquer par la faible masse de 35 N présente sur notre système, contre la masse d’un adulte sur son fauteuil, plus proche des 700 N. Une expérimentation avec une masse similaire à celle d’un adulte sur notre système serait une suite pertinente à notre travail.
Nous avons observé trois paramètres qui influent de manière notable sur la résistance au roulement : le gonflage, le parallélisme, et le carrossage. Concernant le gonflage d’un
5.5. MISE EN COMMUN DES RÉSULTATS 167 pneumatique, la force qui s’oppose au mouvement augmente de 50 % environ sur sol dur, et 20 % sur sol souple, pour une diminution de la pression de l’ordre de 1 bar (à partir du gonflage optimal). Les résultats sont en accord avec l’étude de Gordon et coll. [Gordon et al., 2007]. Cette étude a montré, chez un cycliste, une augmentation de près de 50 % de la résistance au roulement pour la perte d’un bar de pression entre 5 et 6 bars sur sol dur. L’étude de Gordon a également montré une diminution non-linéaire du coefficient de roulement en fonction du gonflage du pneumatique d’un vélo avec cycliste : plus le pneumatique est gonflé, plus le coefficient diminue [Grappe, 2009]. À noter que l’impact d’un faible gonflage du pneumatique sur la résistance au roulement est plus important sur sol dur que sur sol souple. Quelle que soit la nature du sol, gonfler au maximum le pneumatique diminue la résistance au roulement. Nous conseillons donc aux athlètes sur piste et sur route de gonfler au maximum leurs pneumatiques en tenant en compte de l’amplitude recommandée indiquées sur leurs pneumatiques. Gonfler au-delà de la recommandation risquerait soit d’être inefficace en rendant poreux le pneumatique trop étiré, soit d’entraîner l’éclatement du pneumatique.
Lorsqu’on s’intéresse à l’influence du parallélisme, on remarque que la force qui s’oppose au mouvement est, pour 1◦ d’écart à l’alignement idéal, multipliée par 18 sur sol dur, et par
4 sur sol souple. En imposant l’alignement de la roue sur sol dur, la roue frotte énormément sur le sol indéformable : la résistance au roulement augmente rapidement. En revanche, sur sol souple, la contrainte est partagée entre la roue et le sol donc la force résistant au mouvement augmente plus faiblement que sur un sol dur. À noter que la résistance minimale au roulement est logiquement plus importante sur sol souple que sur sol dur. Pour sa part, l’étude de Vanderwiel présente bien une multiplication de la résistance au roulement, de l’ordre de de 1,5 pour 1◦ d’augmentation du désalignement d’une roue sur sol dur. Les
différences peuvent s’expliquer par la méthode utilisée. En effet, cette étude se base sur un fauteuil à trois roues allant automatiquement à 1,8 Km/h, portant une masse de 60 Kg répartis entre les roues avant et arrière, et placé sur du carrelage [VanderWiel et al., 2016]. La dissipation, qui est majoritairement due à la déformation du pneumatique en ligne droite, et liée au dérapage lors d’un défaut d’alignement du pneumatique avec le sol, est moindre sur une surface lisse. L’étude de Van Der Woude et coll. mentionne elle aussi une augmentation de la résistance au roulement en raison de l’effet sur l’alignement des roulettes avant d’un fauteuil PMR [Van der Woude et al., 2001].
Nous avons étudié l’impact de l’alignement sur une roue carrossée, position utilisée pour les roues arrière du fauteuil d’athlétisme. Pour une roue carrossée de 20◦, le minimum de
la force produite est multiplié par 9 sur sol dur, et par 5,6 sur sol souple par rapport à une roue non-carrossée. Notre expérience révèle un effet du carrossage sur la résistance au roulement. Pour les mêmes raisons qu’évoquées précédemment, le désalignement du pneumatique a plus d’impact sur sol dur que sur un sol souple. En effet, pour 1◦ d’écart
168 CHAPITRE 5. OPTIMISATION DU FAUTEUIL D’ATHLÉTISME à l’alignement idéal (0◦), la force qui s’oppose au mouvement est multipliée par 2 sur sol
dur, et par 1,22 sur sol souple. Bien que moindre par rapport à une roue non-carrossée, l’effet d’un défaut de parallélisme sera donc important pour un fauteuil de course aux roues carrossées. Nous n’avons pas trouvé de littérature à laquelle comparer cette expérience. En se penchant sur le carrossage, nos résultats montrent bien un impact entre 0◦ et 24◦
et confirment les résultats de notre expérience précédente. Pour un carrossage optimal de la résistance au roulement minimale est de 0,14 N sur sol dur, et de 0,16 N sur sol souple. Un carrossage de 12◦ d’une roue multiplie la résistance au roulement par 5 sur sol dur, et par
6 sur sol souple par rapport à un carrossage optimal de 0◦.
La littérature ne s’accorde pas sur l’effet du carrossage sur la résistance au roulement. L’étude de Faupin et coll. a montré une augmentation non-négligeable de la résistance au roulement avec l’augmentation du carrossage, qui passe respectivement de 8 N à 14 N entre 9◦ et 15◦. Le carrossage du fauteuil de basket utilisé correspond à l’inclinaison standard d’un
fauteuil d’athlétisme (entre 10◦ et 15◦). Il est possible que l’utilisation d’un ergomètre am-
plifie la résistance au roulement du fauteuil [Faupin et al., 2004]. De plus, ces études sont en accord avec les résultats théoriques de Wegee qui estime une augmentation proportionnelle du carrossage des roues arrière et de la résistance au roulement [Weege, 1985].
En revanche, d’autres études estiment que la résistance au roulement augmente- rait de manière négligeable pour un carrossage des roues arrière inférieure à 8◦
[Buckley and Bhambhani, 1998] ou 10◦ [O’Reagan et al., 1981]. Cette augmentation, infé-
rieure à 5 % [O’Reagan et al., 1981], serait négligeable dans le coût énergétique de la pro- pulsion du fauteuil roulant, comparée à l’impact de l’augmentation du stress physiologique [Buckley and Bhambhani, 1998]. L’étude de Vanderwiel, qui utilise un véhicule à trois roues ressemblant à un fauteuil d’athlétisme, n’a pour sa part pas trouvé d’effet du carrossage sur la résistance au roulement entre -8◦ et 7◦ [VanderWiel et al., 2016]. Ces résultats peuvent
s’expliquer par le fait que cette étude a été effectuée sur un carrelage lisse.
À l’inverse, les résultats expérimentaux de Veeger ont montré une légère diminution si- gnificative de la résistance au roulement lors de l’augmentation de l’angle de carrossage, entre 0◦ et 9◦, des roues arrière d’un fauteuil PMR sur tapis roulant. De plus, il n’y a pas
eu d’impact sur les réponses physiologiques de l’individu pour une vitesse de 2 à 5 Km/h [Veeger et al., 1989]. Jusqu’ici, la question reste ouverte.
Au vu de notre méthodologie expérimentale et de nos résultats, nous constatons que réduire le carrossage diminue la résistance au roulement. Concernant les athlètes qui souhaitent diminuer leur résistance au roulement, et en prenant en compte les connaissances actuelles sur le sujet, il est préférable de diminuer le carrossage de leur roue autant que possible. Toutefois, il y a une compétition avec les besoins physiologiques de l’athlète qui a besoin du carrossage pour aller chercher la roue et mettre plus de puissance. Il serait pertinent de pour- suivre les recherches dans le domaine pour découvrir les raisons précises de cette dissipation,
5.6. PERSPECTIVES 169