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Minimiser la résistance de l'air et la friction avec la neige est la clé des performances d'élite en ski alpin. Des expériences en soufflerie ont révélé la traînée totale subie par les skieurs, mais n'ont pas fourni de données précises sur les parties du corps qui causent le plus de résistance à l'air lors de l'adoption de la position de repli complet.
Une nouvelle étude publiée dans le Revue Européenne de Physique rapporte les conclusions d'une équipe de recherche de l'Université de Tsukuba qui a établi une nouvelle approche de modélisation informatique qui fournit des données 3D précises sur le flux d'air, formation de tourbillons, et soulever autour du corps d'un skieur. Cela a une utilité attendue pour concevoir de meilleurs équipements de ski et déterminer la posture idéale à adopter pendant le ski.
Comme les skieurs alpins peuvent dépasser les 120 km/h, ils sont soumis à des niveaux élevés de résistance à l'air, et doit adopter une position repliée pour réduire cela. Cependant, au niveau de l'élite, où les places sur le podium peuvent être séparées par des centièmes de seconde, de minuscules différences de résistance à l'air peuvent être extrêmement importantes, tant d'efforts ont été consacrés à la modélisation et à la réduction de cela.
L'équipe de l'Université de Tsukuba a fait progresser ce domaine d'étude en établissant une nouvelle approche de la modélisation informatique du flux d'air parallèlement aux expériences en soufflerie. Des expériences en soufflerie utilisant un mannequin ont fourni des données de traînée totale à différentes vitesses d'écoulement d'air, qui ont servi à valider les simulations informatiques. Dans les nouvelles simulations informatiques, un type d'analyse numérique de la dynamique des fluides appelé méthode de Boltzmann sur réseau a été appliqué, dans lequel une grille 3-D a été créée pour modéliser le flux d'air à et autour de la surface du corps du skieur.
Visualisation du flux de la structure vortex dominante de la posture full-tuck du skieur alpin à une vitesse d'écoulement de 40 m/s. Rouge :tourbillons dans le sens antihoraire, Bleu :tourbillons dans le sens des aiguilles d'une montre, vu de dos. Crédit :Université de Tsukuba
"La méthode de Boltzmann en treillis nous a permis d'identifier les régions de faible flux d'air et les endroits où se sont formés des tourbillons de flux d'air, ", explique le co-auteur de l'étude, Sungchan Hong. "En raison de la précision de cette simulation, contrairement aux expériences en soufflerie, nous pourrions montrer que la tête, le haut des bras, haut des jambes, et les cuisses sont des sources particulières de traînée."
La validité des résultats a été soutenue par la forte corrélation entre les résultats empiriques de la traînée totale sur le mannequin de skieur dans une soufflerie et les données correspondantes dans les simulations informatiques.
"Maintenant, nous savons quelles parties du corps ont le plus d'effets sur le ralentissement d'un skieur, nous pouvons concevoir des équipements pour réduire la résistance à l'air associée à cela, et suggérer également de petits changements à la posture d'un skieur qui pourraient augmenter la vitesse, ", a déclaré l'auteur principal Takeshi Asai.
L'équipe entend prolonger ce travail en appliquant la nouvelle approche aux différentes postures de ski adoptées lors des différentes parties d'une course, et en utilisant différents modèles de turbulence pour augmenter la fiabilité de leurs résultats.
