Bien qu'il s'agisse de l'événement phare des Jeux olympiques, il reste encore beaucoup à faire en termes d'équipements.
Dimanche, la finale du 100 m hommes aux Jeux Olympiques de Paris s'est jouée sur la ligne d'arrivée, avec 0,005 s d'écart entre le premier et le deuxième. Immédiatement après la course, j'ai reçu une cinquantaine de messages me demandant si l'aérodynamisme avait pu jouer un rôle dans l'issue de la course. Ayant été impliqué dans certains projets de course à pied au fil des ans, je pensais déjà que la réponse était probablement oui.
La finale du 100 m féminin a été remportée avec une bonne marge, donc on a moins parlé de la différence que l'aérodynamisme aurait pu faire, même si certaines athlètes auraient pu faire de meilleurs choix d'équipement.
Il est évident pour le fan moyen de cyclisme, de ski, de patinage de vitesse ou de natation que l'aérodynamisme (ou l'hydrodynamisme) est un élément très important de la performance. Nous pouvons tous regarder des images de courses du début des années 2000 et nous demander « à quel point auraient-ils été plus rapides s'ils n'avaient pas tous porté ces maillots amples ? ». Pourquoi, alors, les coureurs continuent-ils à porter des débardeurs amples et à ne pas attacher leurs cheveux ?
La réponse est qu'ils ne pensent tout simplement pas que cela fasse une grande différence. Dans cet article, je vais explorer la différence réelle que cela fait et ce qui peut être fait dans le cadre des règles actuelles pour obtenir des temps plus rapides (Spoiler : c'est énorme).
Quelle est la part d'aérodynamisme dans la course à pied ?
Tout d'abord, quantifions l'impact de l'aérodynamisme sur le temps de course. En cyclisme, on dit souvent qu'à 40 km/h, 80 % de la résistance à laquelle un coureur est confronté provient de la traînée aérodynamique, mais en course à pied, nous savons que c'est beaucoup moins. Schickhofer et Hanson* ont découvert en 2021 que 8,5 % de l'énergie d'un athlète est consacrée à surmonter la traînée aérodynamique à 36 km/h. Une extrapolation des résultats montre qu'à 43 km/h (vitesse de pointe observée sur 100 m hommes), ce pourcentage passe à 10 %.
La raison pour laquelle cette contribution est bien plus faible que celle du cyclisme à vitesse sensiblement égale est due à la physique du mouvement de course. L'athlète doit élever son centre de masse à chaque foulée, ce qui absorbe la majeure partie de l'énergie de la course. Cependant, si nous pouvons réduire la traînée de l'athlète, il reste encore beaucoup à faire en termes de performance.
Alors, combien ça vaut ?
Des recherches menées dans les années 1980** ont montré l'effet que l'aérodynamisme peut avoir sur les temps de course. Les chercheurs ont calculé que dans le 100 m, une réduction de 2 % de la traînée aérodynamique pouvait entraîner une réduction de 0,01 s du temps d'arrivée. La course masculine de 100 m à Paris s'est jouée à égalité, peut-on donc dire qu'une modification de 1 % de la traînée aérodynamique aurait pu changer le résultat ? Sur la base des recherches existantes, je pense que c'est possible.
La même recherche a également révélé qu'une réduction de 2 % de la traînée donnerait une amélioration de 5,7 secondes du temps du marathon, les autres épreuves se situant quelque part entre les deux.
En comparant ces résultats à d’autres et à certains de mes travaux antérieurs sur le marathon, cela indique que ce chiffre est toujours exact.
Que peut-on faire pour réduire la traînée afin d’améliorer les temps ?
Passons maintenant à la partie amusante.
5.1. « Dans toutes les épreuves, les athlètes doivent porter des vêtements propres, conçus et portés de manière à ne pas être gênants. Les vêtements doivent être faits d’un matériau non transparent, même s’il est mouillé. Les athlètes ne doivent pas porter de vêtements qui pourraient gêner la vue des juges. »
C'est la seule règle en athlétisme qui régit les matériaux vestimentaires qui peuvent être utilisés et où ils peuvent être placés (à part les dossards avec nom/numéro sur le devant/dossard de l'athlète). Si l'on ajoute à cela les résultats vus plus tôt, il me semble clair que les athlètes laissent beaucoup de temps à jouer.
Juste avant le début des Jeux Olympiques de Paris, Bert Blocken a publié une étude*** sur les différences de traînée entre les différentes coiffures et choix vestimentaires lors du saut en longueur féminin. Du pire au meilleur choix de coiffure et de vêtements, des shorts et gilets amples aux plus serrés et des cheveux bouclés lâchés au bonnet de bain/tête chauve, les chercheurs ont constaté une réduction de traînée de 36,6 %. En appliquant cela au calcul du gain de temps, on obtient un gain potentiel de 0,183 s sur la course de 100 m !
Cependant, la plupart des athlètes portaient des shorts moulants et des gilets de course assez serrés, ce qui signifie que les économies dont les athlètes pourraient bénéficier lors des finales seront bien moindres. En examinant les résultats de plus près, nous avons constaté une différence de 18,2 % entre les shorts amples et les shorts serrés, ce qui réduit notre potentiel de traînée et d'économies de temps à 18,4 % et 0,092 s d'après les recherches. La recherche a également été réalisée sur un mannequin féminin, de sorte que l'effet du mouvement des jambes n'a pas été pris en compte. Nous ne savons pas non plus si les mêmes réductions de traînée s'appliqueraient aux athlètes masculins, mais ce sont les données les meilleures et les plus récentes dont nous disposons, nous devrons donc nous en tenir à cela pour l'instant.
Un résultat intéressant de la recherche de Blocken est qu'une réduction de traînée de 4,4 % peut être obtenue en utilisant un gilet ajusté plutôt qu'un gilet ample. D'après les recherches des années 80, cela donnerait un gain de temps de 0,022 s sur le 100 m. La finale masculine a été remportée par 0,005 s d'avance et la deuxième place a été obtenue en utilisant un gilet ample. Même si les économies ne se traduisent pas entièrement d'un mannequin féminin stationnaire à un coureur masculin, on peut se demander si cela a fait la différence. Les mêmes réserves qui s'appliquent au cyclisme s'appliquent à chaque sport dans la mesure où l'aérodynamisme est très individuel, donc sans test sur Thompson, nous ne saurons pas si le gilet ample a été un facteur décisif dans l'issue de cette course.
L'étude n'a pas examiné les différentes textures et positions des tissus. C'est là que, selon moi, les possibilités sont énormes. J'ai constaté que, sur les jambes nues, les meilleures protections pour mollets en cyclisme/triathlon peuvent réduire la traînée jusqu'à 10 %. Ensuite, en utilisant une combinaison intégrale à manches longues et un short qui s'étend le plus loin possible, il est possible de réaliser une économie supplémentaire de 10 %. Nous avons constaté des économies plus importantes dans d'autres sports grâce à l'utilisation de combinaisons et au choix des tissus. Les coureurs présentent une surface frontale beaucoup plus importante. Je m'attends donc à ce que davantage d'économies soient possibles, mais je serai prudent avec l'estimation et la maintiendrai à 10 %. Bien sûr, la course à pied se déroule dans une position différente du cyclisme, mais ce sont des estimations prudentes basées sur des tests que j'ai vus de mes propres yeux.
Il n'y a eu aucune recherche (que je puisse trouver) sur l'aérodynamisme des chaussures. Et ce, malgré le fait que le pied se déplace à une vitesse presque deux fois supérieure à celle de déplacement moyenne de l'athlète (Clark et al.****). Pour la course de 100 m, cela donne une vitesse de pointe du pied de plus de 80 km/h. Comprendre les caractéristiques de traînée et de portance de la chaussure pourrait permettre des économies importantes, car la traînée augmente au carré de la vitesse et le pied se déplace très rapidement dans la foulée de course. Je ne peux pas mettre de chiffre sur ce point car je ne l'ai jamais testé, mais un bon modèle pourrait donner un bon aperçu de ce qui est possible ici (une idée de thèse de maîtrise, quelqu'un ?).
Je ne pense pas qu'il soit déraisonnable de penser qu'en utilisant des vêtements moulants et en développant de nouvelles solutions de vêtements et de chaussures utilisant des tissus adaptés aux exigences aérodynamiques des courses, une réduction de traînée de 30 % pourrait être possible. Dans le 100 m, cela pourrait permettre de gagner jusqu'à 0,15 s de temps. Cela ne fait pas seulement la différence dans le résultat de la course, mais pourrait également ramener les records du monde de sprint à portée de main. Les mêmes méthodes peuvent être appliquées à toutes les courses avec des résultats similaires. Le Ineos 1:59 Challenge a montré que l'aérodynamisme fait toujours une différence (même minime) à des vitesses plus faibles.
Certains pourraient penser que ce chiffre est irréaliste, mais je leur dirais de regarder d’où vient le cyclisme. Des maillots amples et sans casque jusqu’à la situation actuelle, nous avons constaté une énorme réduction de la traînée aérodynamique et des performances des coureurs. En athlétisme, d’un point de vue aérodynamique, les victoires faciles restent à remporter.
Je ne voudrais pas que cet article donne l'impression que je dis que le cyclisme est un meilleur sport que la course à pied. Pendant des années, le cyclisme a été le pire coupable en ignorant la science du sport et a été en retard de plusieurs décennies sur des sports comme la natation, le ski et le patinage de vitesse en particulier.
Il faut se rappeler que l'athlétisme n'a pas encore commencé à prendre l'aérodynamisme au sérieux. Ce n'est pas sans raison, car cela fait beaucoup moins de différence que tous les sports mentionnés ci-dessus. Mais avec des temps stagnants par rapport à ceux de la natation, du cyclisme et du patinage de vitesse, je pense qu'il est temps qu'ils s'y mettent.
Les références
* Schickhofer et Hanson, 2021 Effets aérodynamiques et améliorations des performances de la course en formations de drafting
** CR Kyle, VJ Caiozzo, 1986 L'effet de l'aérodynamisme des vêtements de sport sur la vitesse de course
***Bert Blocken et al. 2024 Modélisation numérique-physique du vol de saut en longueur des athlètes féminines : impact du style de saut, de la coiffure et des vêtements
****Clark et al. 2023 Vitesse horizontale du pied pendant la course sous-maximale et maximale
