Th. doct.-ing--Méc. des fluides--Toulouse--I.N.P., 1980. N°: 126.

La thèse s'intéresse aux deux écoulements présents en aviron, autour du bateau et de la palette, et aux interactions avec le système bateau-avirons-rameur. Le premier est inhabituel en hydrodynamique, à cause du cavalement important et des mouvements secondaires. La complexité du second provient de l'instationnarité et de la déformation de la surface libre. L'objectif consiste à mettre en oeuvre des méthodes numériques performantes et précises puis à les valider pour, à plus long terme, les réutiliser à des fins d'analyse et d’optimisation de la performance en aviron.Ces simulations instationnaires à surface libre sont coûteuses en ressources pour les codes RANS. Un algorithme de sub-cycling a été développé et validé sur plusieurs cas test, diminuant les temps CPU d'un facteur 3 à 4, sans perte de précision. Il est compatible avec la déformation et le raffinement automatique de maillage. Deux bases de données expérimentales sont exploitées pour chaque écoulement afin de valider le cadre de simulation. Pour celui autour de la palette, une campagne in situ et une autre en laboratoire sont utilisées. Dans les deux cas, les profils d'efforts sont bien capturés, compte tenu des incertitudes cumulées liées à la mesure indirecte de la cinématique de la palette par rapport à l'eau. Pour le skiff en configuration instationnaire, les efforts fluctuants sont bien capturés, en amplitude et en phase, pour des fréquences typiques. Des écarts inattendus (de l'ordre de 10%) sont constatés sur la valeur moyenne et restent pour le moment sans réponse probante. La structure d'une co-simulation entre les résolutions des écoulements et celle de la dynamique du système multicorps est initiée. / The thesis focuses on the two flows occurring in rowing,around the boat and the blade, and on interactions with theboat-oars-rower system. The first flow is unusual in hydrodynamics because of the large surge and secondary motions. The complexity of the second one comes from the unsteadiness and the free surface deformation. The goal is to set up efficient and accurate numerical methods to reproduce these flows and then to validate them for the purpose of analysis and optimisation of the performance in rowing.Those unsteady computations with free surface are cost lyin resources for RANS codes. A sub-cycling algorithm was developed and validated on several test cases, allowing to decrease the CPU time by a factor of 3 to 4, without loss of accuracy. It is compatible with mesh deformation and automatic grid refinement. Two experimental databases are exploited for each flow in order to validate the frame of simulation. For the flow around the blade, an in-situ campaign and a more controlled one conducted in laboratory, are used. In both cases, the profiles of the efforts are well captured, considering the cumulative uncertainties linked to the indirect measurement of the blade kinematics relative to the water. For the skiff in unsteady state, the fluctuating forces are well captured, in terms of amplitudes and phases, for typical frequencies. Unexpected errors (around10%) are observed for the mean value and remain unexplained for now. The structure of a co-simulation between the resolutions of the flows and the resolution of the dynamics of the multibody system is initiated.

Plusieurs problèmes d’optimisation — dans l’eau ou à l’interface avec l’air — sont abordés, allant de l’optimisation de la forme des coques de bateaux à celle de la propulsion en aviron et dans la nage avec palmes. Des approches théorique, expérimentale et numérique sont combinées. Nous développons d’abord une approche théorique minimale afin de déterminer, à volume immergé et puissance donnés, les rapports d’aspect optimaux des coques de bateau, qui sont discutés et comparés aux rapports d’aspect de bateaux réels. L’effet de l’asymétrie avant-arrière des coques est ensuite discuté. Dans une deuxième partie, nous étudions la propulsion en aviron et dans la nage avec palme. Dans le cas de l’aviron, nous réexaminons la question de la synchronisation des rameurs sur le bateau à l’aide d’un modèle réduit de bateau robotisé et cherchons quelle est la synchronisation qui permet à l’équipage d’aller le plus vite. Enfin, nous analysons l’effet de la géométrie des palmes pour trouver les stratégies de nage optimales. / We consider a few optimisation problems — in water and at its surface — ranging from drag minimisation on ship hulls to propulsion efficiency in rowing and swimming with fins. We use theoretical, experimental and numerical methods. In a first part, we focus on the question of optimal hull shapes. We develop a minimal theoretical approach to determine, at given load and propulsive power, the optimal aspect ratios of ship hulls, which are discussed and confronted to empirical data. Then, the effect of the fore-aft hull asymmetry is addressed. In a second part, we study the question of propulsion in rowing and swimming with fins. In particular, the long-standing question of whether rowers should be synchronised or not is brought up to date with a scaled rowing robot. Finally, we analyse the optimal shape of fins in order to find optimal swimming strategies.

Ce travail avait pour objectif i) d'analyser les caractéristiques physiologiques et musculaires(déterminées d'après des biopsies) de rameurs poids légers entraînés, ii) de proposer une méthode de153calcul pour estimer de façon non-invasive la quantité de lactate accumulé dans l'organisme (QTLS) au cours d'un exercice épuisant sur ergomètre aviron d'après la modélisation de la cinétique lactique pendant la récupération et iii) d'explorer l'influence des caractéristiques musculaires, et de l'aptitude à échanger et à éliminer le lactate sur la capacité anaérobie des rameurs appréciée par la mesure du déficit maximal d'O2 cumulé (DMOC).Premièrement, les rameurs étudiés possédaient un rapport masse musculaire - masse corporelle élevé et leurs paramètres physiologiques et musculaires étaient caractéristiques des athlètes spécialisées en endurance.Dans un deuxième temps, nous avons démontré que QTLS était corrélé positivement à DMOC.Cette relation supporte notre hypothèse et confirme la cohérence de la méthode proposée pour calculer QTLS.Dans une dernière étude, les résultats ont démontré que DMOC était corrélée positivement à l'aptitude à éliminer le lactate. Cette dernière était également significativement corrélée à la densité capillaire et au contenu musculaire en MCT4, une protéine impliquée dans le cotransport lactate-proton à travers le sarcolemme.

L'objectif sera, par delà l'analyse des représentations, de mesurer la façon dont l'engouement pour la pratique nautique et les activités de loisirs s'inscrivent dans une urbanisation progressive des bords de marne et inversement. / The objective will be, by the analysis of the representation, to measure the craze for the nautical practice and the activities of leisure activities join in a progressive urbanization of the river banks and conversely.

La propulsion en aviron résulte de la compensation entre la résistance de l’eau sur la coque et l’accroche des pelles dans l’eau. Pour la collecte de brouillard à l’aide de filets, la dynamique de récupération de l’eau résulte des effets de résistance de l’air sur les gouttelettes combinés aux perturbations de l’écoulement au niveau du filet. Dans cette thèse, — centrée sur les interactions fluide/structure — nous avons cherché à optimiser l’efficacité (de la propulsion et de la collecte) du point de vue hydro et aérodynamique. Pour cela, nous nous sommes appuyés sur des expériences modèles (maquettes de bateaux d’aviron, soufflerie à brouillard) permettant de se placer dans des conditions contrôlables en laboratoire et de s’affranchir des biais humain et climatique.Dans la première partie sur l’aviron, nous avons montré quelle était la longueur de rame optimale pour la propulsion. Puis nous nous sommes intéressés à l’effet du déphasage entre les rameurs et avons montré qu’une parfaite synchronisation permet d’obtenir une vitesse maximale. Enfin, nous avons effectué une étude empirique et expérimentale sur les formes (rapport d’aspect et symétrie) de coques optimales. La seconde partie porte sur la collecte d’eau à l’aide de filets à brouillard qui a débuté par une étude de l’impact des gouttes sur une maille (fibre) du filet puis au sein d’un filet complet. Nous avons enfin étudié l’effet de l’élasticité des fibres et du drainage sur la collecte. Cette étude a mis en évidence l’importance des propriétés de mouillage des fibres sur la collecte et la conception des filets. / The rowing propulsion results from the compensation between water resistance on the hull and the attachment of the oars in the water. For fog collection using nets, the dynamics of water harvesting results from the effects of air resistance on the droplets combined with flow disturbances at the net level. In this thesis, - centered on the fluid / structure interactions - we sought to optimize the efficiency (propulsion and collection) from the hydro and aerodynamic point of view. For this, we relied on model experiments (Robot rowing boats, mist wind tunnel) to be placed in controllable laboratory conditions and to overcome human and climatic bias.In the first part on rowing, we showed what was the optimal oars length for propulsion. Then we were interested in the effect of the phase shift between the rowers and showed that a perfect synchronization makes it possible to obtain a maximum speed. Finally, we carried out an empirical and experimental study on the shapes (aspect ratio and symmetry) of optimal hulls. The second part deals with the collection of water using mist nets, which began with a study of the impact of the drops on a mesh (fiber) of the net and then within a complete net. Finally, we studied the effect of fiber elasticity and drainage on collection. This study has highlighted the importance of fiber wetting properties on net collection and design.

L'aviron, sport nautique mécanique, consiste à propulser un bateau par la force humaine. Du point de vue mécanique, l'ensemble complexe bateau-avirons-rameurs peut être considéré comme un système poly articulé sur base flottante. Son étude relève de la mécanique multi-corps et, pour l'interaction fluides-structure, de la tenue à la mer, de la manœuvrabilité et de l'aérodynamique. Le mouvement périodique de grande amplitude du rameur et le caractère intermittent de la propulsion, excite le bateau sur ses six degrés de liberté. Hormis par la pratique, les couplages forts entre les rameurs, la propulsion et le bateau ne peuvent être compris et décrit précisément que par la simulation numérique. Un cadre de simulation de la dynamique prenant en compte la base flottante a donc été développé en unifiant préalablement les approches mécanique et hydrodynamique. Il a été nommé GMRS (Global Mechanical Rowing Simulator). Des techniques de robotique ont été mises en œuvre pour décrire la mécanique du système poly-articulé. La systématisation du paramétrage permet la modélisation de tous les bateaux d'aviron comprenant de un à huit rameurs utilisant un ou deux avirons. Cela ce fait par assemblage de trois types de rameurs dont des modèles 3D sont proposés. La résolution de la dynamique repose sur la formulation récursive des équations de Newton-Euler. Les caractéristiques inertielles des rameurs sont issues de modèles anthropométriques. Le système est piloté en dynamique inverse. La cinématique est générée à l'aide de B-spline, dont les propriétés sont exploitées pour permettre une description paramétrique du mouvement, ouvrant ainsi la possibilité d'une optimisation de la technique.

Ce travail avait pour objectif i) d’analyser les caractéristiques physiologiques et musculaires(déterminées d’après des biopsies) de rameurs poids légers entraînés, ii) de proposer une méthode de153calcul pour estimer de façon non-invasive la quantité de lactate accumulé dans l’organisme (QTLS) au cours d’un exercice épuisant sur ergomètre aviron d’après la modélisation de la cinétique lactique pendant la récupération et iii) d’explorer l’influence des caractéristiques musculaires, et de l’aptitude à échanger et à éliminer le lactate sur la capacité anaérobie des rameurs appréciée par la mesure du déficit maximal d’O2 cumulé (DMOC).Premièrement, les rameurs étudiés possédaient un rapport masse musculaire - masse corporelle élevé et leurs paramètres physiologiques et musculaires étaient caractéristiques des athlètes spécialisées en endurance.Dans un deuxième temps, nous avons démontré que QTLS était corrélé positivement à DMOC.Cette relation supporte notre hypothèse et confirme la cohérence de la méthode proposée pour calculer QTLS.Dans une dernière étude, les résultats ont démontré que DMOC était corrélée positivement à l’aptitude à éliminer le lactate. Cette dernière était également significativement corrélée à la densité capillaire et au contenu musculaire en MCT4, une protéine impliquée dans le cotransport lactate-proton à travers le sarcolemme. / The aim of this work was i) to analyse physiological and muscle characteristics (determinedfrom muscle biopsies) in trained lightweight oarsmen, ii) to propose a non-invasive method to estimatelactate accumulation in the organism (QTLS) using the blood lactate recovery kinetics in response to anall-out exercise on rowing ergometer and iii) to explore the influence of muscle characteristics andlactate exchange and removal abilities on the anaerobic capacity of our subjects determined from themeasurement of the maximal accumulated oxygen deficit (MAOD).Firstly, the studied oarsmen displayed an elevated muscle - body mass ratio and their muscleand physiological characteristics were typical of those of elite endurance athletes.Secondly, we showed that QTLS was positively correlated with MAOD. This relationshipsupports our hypothesis and reinforces the interest of our method to estimate QTLS.Finally, the results demonstrated that MAOD was positively correlated with the lactate removalability. This latter was also positively correlated with the capillary density and the muscle content ofMCT4, a protein involved in the cotransport of lactate and proton across the sarcolemma