Pour gagner l'or en natation à Tokyo, les nageurs doivent non seulement générer une puissance incroyable avec leurs bras et leurs jambes pour se propulser dans l'eau; ils doivent également surmonter la traction implacable de la traînée de l'eau tout en le faisant.

Sans pouvoir enfiler des combinaisons spéciales à faible traînée ou utiliser des technologies pour les aider à voler au-dessus de l'eau, comment les nageurs peuvent-ils réduire au maximum l'effet de la traînée de l'eau ?

Les meilleurs athlètes des Jeux olympiques de cette année le feront en nageant sous, plutôt que par-dessus, l'eau, du moins autant que les règles le permettent.

Les vagues sont une traînée

L'eau est beaucoup plus dense que l'air, vous pouvez donc supposer que les nageurs gagneraient à utiliser une technique qui leur permet de s'asseoir haut dans l'eau, avec autant de leur corps hors de l'eau que possible.

Mais il y a deux problèmes avec cette stratégie.

D'abord, il faut de l'énergie pour produire les forces nécessaires pour soulever le corps, qu'il vaudrait mieux utiliser pour propulser le nageur en avant vers le mur d'arrivée.

Seconde, lorsque nous voyageons à la surface de l'eau, nous gaspillons de l'énergie à faire des vagues. Pendant la nage rapide, comme dans les épreuves de sprint libre ou pendant les départs et les virages (où les vitesses dépassent 2 mètres par seconde, soit environ 7 kilomètres par heure), la génération de vagues ralentit le nageur plus que tout autre facteur. La réduction de la formation de vagues est donc vitale pour le succès de la natation.

Les vagues sont produites lorsque la pression exercée par le nageur sur l'eau force l'eau vers le haut et hors de son chemin. D'autres changements de pression autour du corps du nageur provoquent également la formation de vagues derrière eux, et parfois sur le côté.

L'énergie nécessaire pour générer des vagues provient du nageur lui-même, ainsi, une grande partie de la puissance générée par les muscles du nageur est utilisée dans la génération de vagues plutôt que de faire avancer le nageur.

Mais les vagues ne se forment pas lorsque nous (ou les poissons, dauphins ou baleines) nagent sous l'eau, car les ondes ne se forment que lorsqu'un objet (comme nous) se déplace à la frontière entre deux fluides de densités différentes, comme l'eau et l'air pendant la baignade. Et ce fait laisse présager une solution intrigante au problème de la traînée.

Un changement de mentalité

Les nageurs avaient remarqué les avantages de rester sous l'eau depuis au moins les années 1950.

L'épreuve de brasse a été à l'origine d'une controverse majeure aux Jeux olympiques de Melbourne en 1956, les nageurs ayant expérimenté le fait de rester sous l'eau pendant la plupart de leurs courses. Le vainqueur du 200 mètres hommes, Masaru Furukawa du Japon, nagé sous l'eau pendant la majeure partie des trois premiers tours de la course de quatre tours. Cette pratique a été rapidement interdite après les jeux; les nageurs ont été forcés de faire surface avant de pouvoir commencer à nager.

Mais la pratique de la nage sous l'eau en freestyle (front crawl), les épreuves de papillon et de dos n'ont décollé qu'après que les nageurs aient maîtrisé la "technique ondulatoire sous-marine, " plus connu sous le nom de coup de pied du dauphin.

Ici, le nageur se propulse sous l'eau en ondulant le bas du corps comme une vague tout en maintenant une position rigide et profilée du haut du corps avec les bras tendus au-dessus de la tête.

L'amplitude de l'ondulation du bas du corps augmente des hanches aux pieds donc la "vague" produite par le corps est beaucoup plus importante vers le bas vers les pieds, créant un effet de fouet. Cela pousse l'eau rapidement vers l'arrière, propulser le nageur vers l'avant selon la loi d'action et de réaction de Newton.

En utilisant cette technique, les nageurs dans les épreuves de dos ont acquis un avantage significatif à partir des années 1980, et à partir des années 1990, il était également courant dans les épreuves de nage libre et de papillon.

La technique était si efficace que l'instance dirigeante de la natation, FINA, limité son utilisation au seul segment de 15 mètres après les départs et les virages. Les nageurs sont désormais disqualifiés s'ils nagent trop loin sous l'eau.

Pourtant, les avantages de l'amélioration de la technique d'ondulation sous-marine sont si grands que les nageurs passent encore des heures chaque semaine à s'entraîner pour améliorer cette partie de la course.

Les clés du succès en nage sous-marine

Bien qu'un effort de recherche en cours vise à trouver la technique optimale pour différents nageurs, quelques pratiques semblent être communément associées au succès sous-marin.

D'abord, les nageurs qui restent sous l'eau pendant les 15 mètres complets auront des départs plus rapides, virages et temps de course globaux. Cet effet est particulièrement fort dans les épreuves de dos, et lorsque les nageurs tirent le meilleur parti du dernier virage d'une course (lorsque les nageurs font généralement surface plus rapidement parce qu'ils sont fatigués).

Seconde, rester plus profondément sous l'eau est important. La traînée des vagues est légèrement réduite en nageant juste sous la surface, mais nager de 40 à 60 centimètres sous l'eau peut réduire la traînée de 10 à 20 %. Et il y a d'autres avantages à nager un mètre ou plus sous l'eau, surtout lorsque les vitesses de démarrage et de virage sont rapides (comme dans la plupart des courses plus courtes).

Troisième, les meilleurs nageurs afficheront probablement une fréquence de battement plus rapide, bien que chaque coup de pied ne soit pas plus grand que celui des nageurs plus lents. En particulier, une extension rapide du genou dans le temps fort du coup de pied qui se produit à la fin du mouvement en forme de vague peut séparer les nageurs sous-marins les plus rapides des plus lents.

Et enfin, même s'il sera difficile à repérer dans les prises de vue sous-marines aux Jeux olympiques, les pieds des nageurs sous-marins les plus rapides peuvent pivoter vers l'intérieur pendant le temps fort du coup de pied, plutôt que de rester rigidement aligné avec la jambe. Cette rotation permet aux surfaces supérieures des pieds de s'orienter horizontalement dans le sens de la nage, tout comme la flûte (queue) d'un dauphin ou d'une baleine est horizontale par rapport à leur direction de nage, produisant plus de propulsion aux pieds.

Sous-marinage vers l'or

Donc, aux Jeux Olympiques de Tokyo, rechercher les nageurs qui restent sous l'eau aussi longtemps que permis dans les départs et les virages, et vérifier les techniques qu'ils utilisent lorsque le réalisateur passe aux plans sous-marins.

Les nageurs qui tirent le meilleur parti de ces parties de la course pourraient bien se propulser vers l'or olympique.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.