Technologie des planches à pagaie gonflables : application de la physique à la forme des planches SUP

En tant que sport relativement jeune, le stand up paddle a connu une croissance rapide au cours de la dernière décennie et la technologie des planches à pagaie gonflables a évolué en parallèle. Les planches de SUP sont visibles sur les voies navigables du monde entier et se déclinent en une gamme de formes, tailles et constructions. Ces différences ne sont pas seulement superficielles ; elles jouent un rôle important dans l'expérience du pagayeur dans l'eau.

Mais comment savoir avec certitude ce qui rend une planche plus rapide ? Qu'est-ce qui affecte réellement la manière dont une planche se déplace dans l'eau ? Il existe des moyens d'étudier et de mesurer les performances d'une planche. Pour cela, notre équipe de recherche et développement a appliqué une branche de la physique appelée Dynamique des Fluides Numérique (CFD). Grâce à la CFD, ils ont pu obtenir une compréhension plus scientifique des performances des planches à pagaie. Préparez-vous pour un cours de science SUP 101 !

Un modèle de SUP scanné en 3D pour simulation CFD

Technologie des planches à pagaie gonflables : décryptage scientifique

Qu'est-ce que la CFD ? C'est une technique utilisée pour étudier la physique du mouvement des fluides. Elle utilise des nombres et des données pour analyser et résoudre des problèmes liés à l'écoulement des fluides, dans ce cas l'eau autour d'une planche à pagaie. En termes simples, lorsqu'une planche à pagaie se déplace dans l'eau, ses performances sont impactées par le déplacement même de l'eau qu'elle provoque.

Pour mesurer cet impact, une simulation CFD est réalisée à partir d'un fichier de Conception Assistée par Ordinateur (ou CAO). Les résultats de la simulation nous montrent les propriétés physiques telles que la vitesse et la pression, qui peuvent être utilisées pour évaluer les performances d'une planche. Par exemple, en analysant la ligne de courant, nous pouvons voir comment le champ d'écoulement autour de la planche et le contour d'une planche (ou la forme d'une planche) peuvent être améliorés pour réduire la traînée et la résistance. Cette technique est largement utilisée dans des industries telles que l'automobile, l'aérospatiale, et même les articles de sport !

Lignes de courant autour d'une planche de SUP dans une simulation CFD

Quelle traînée !

Notre équipe a réalisé une série de simulations CFD sur le Waterwalker 126. L'image ci-dessus montre les lignes de courant autour de la planche. Les courbes des lignes de courant représentent la vitesse locale de l'écoulement. Comme vous pouvez le voir, l'écoulement stagne à l'avant de la planche puis accélère le long du rail, qui finit par se séparer à la poupe. Cela crée une traînée sur la planche, ce qui se produit lorsqu'un objet solide (la planche) entre en contact avec un fluide (l'eau).

Il existe deux principaux types de traînée qu'une planche à pagaie subit lorsqu'elle se déplace dans l'eau. L'un s'appelle traînée de pression, et l'autre s'appelle traînée de cisaillement. Bien que les deux soient dues au mouvement de la planche dans l'eau, elles ont des causes et des effets différents.

Images CAO montrant la haute et la basse pression au nez et à la queue

Traînée de pression

La traînée de pression provient de la différence de pression entre le nez et la queue de la planche. Lorsque vous pagayez, l'eau devant la planche est poussée vers l'avant, et en retour, l'eau essaie de repousser la planche vers l'arrière. Cette interaction crée une pression relativement élevée au niveau du nez.

En même temps, lorsque la planche avance, une zone de basse pression se crée à la queue, et l'eau est attirée pour remplir cette zone. La différence entre la haute pression au nez et la basse pression à la queue forme la traînée de pression, qui agit pour résister au mouvement vers l'avant de la planche. C'est pourquoi les planches de course ont des nez pointus et des queues étroites, afin que la différence de pression soit plus faible entre le nez et la queue, réduisant ainsi la traînée de pression.

Image CAO montrant la contrainte de cisaillement sur le dessous d'une planche à pagaie

Traînée de cisaillement

La traînée de cisaillement, qui provient également du mouvement relatif, ne repose pas sur la différence de pression entre le nez et la queue. Elle est plutôt basée sur la résistance à la surface de la planche et affecte les parties de la planche en contact avec l'eau, à savoir les rails et le dessous de la planche.

Lorsque la planche se déplace dans l'eau, une couche très fine de fluide adhère à la surface de la planche, provoquant une contrainte de cisaillement qui ralentit la planche. La traînée induite par cette contrainte de cisaillement est la traînée de cisaillement. C'est pourquoi les planches de course sont plus étroites et plus profilées, car ces caractéristiques aident à minimiser le contact avec l'eau et ainsi réduire la traînée de cisaillement.

Graphiques démontrant les effets de la vitesse et de l'angle sur différents types de traînée

Comment d'autres facteurs affectent la traînée

Vitesse

Outre la conception de la forme du SUP, les conditions de pagaie affectent également l'ampleur de la traînée de pression et de la traînée de cisaillement. Dans notre étude, nous avons examiné l'effet de la vitesse et de l'angle de la planche SUP. La traînée de pression et la traînée de cisaillement sont toutes deux liées à la vitesse de la planche dans l'eau. Plus vous allez vite, plus la traînée sera importante. Cependant, les deux types de traînées se comportent différemment à différentes vitesses. La traînée de pression commence plus petite, puis augmente plus significativement avec la vitesse de la planche comparée à la traînée de cisaillement, dont l'effet est plus progressif.

Angle

L'angle d'une planche est affecté par l'endroit où le pagayeur se tient sur la planche. Plus vous vous tenez en arrière sur votre paddleboard, plus le nez se soulèvera de l'eau, créant un angle d'attaque plus grand. Plus l'angle d'attaque est grand, plus la traînée de pression augmente, tandis que la traînée de cisaillement diminue en raison de la surface de contact réduite dans l'eau.

Ailerons

Il existe aussi d'autres types de traînée. La traînée causée par les ailerons en est un. Les ailerons jouent un rôle important dans le contrôle de la direction de la planche. Et bien qu'ils puissent sembler être une partie relativement petite de la planche, les ailerons causent une traînée notable. Dans notre étude, nous avons constaté qu'à basse vitesse, la traînée causée par les ailerons était plus significative. À mesure que la planche allait plus vite, les ailerons créaient moins de traînée. Des facteurs tels que la disposition des ailerons et leurs formes jouent un rôle dans la détermination de la traînée, et il y a donc un potentiel pour optimiser la disposition et les formes des ailerons.

De meilleures planches grâce à la science

Alors, que nous disent toutes ces découvertes ? En fin de compte, nous quantifions comment le contour de la planche et d'autres facteurs peuvent être optimisés pour réduire la traînée. La traînée affecte définitivement la performance d'une planche et votre plaisir sur l'eau en vous ralentissant et en vous faisant fournir plus d'efforts. En comprenant exactement quelles zones créent de la traînée et en quelle quantité, nous pouvons mieux optimiser nos designs pour réduire la traînée, augmenter la stabilité et la glisse, et vous offrir la meilleure expérience SUP sur l'eau !

Nous sommes toujours en laboratoire, travaillant dur pour tirer le meilleur de notre équipement et appliquant les connaissances que nous découvrons aux designs et formes de nos planches de paddle. Bien qu'il puisse sembler que la solution soit simplement de créer des planches étroites avec un nez et une queue effilés pour minimiser la traînée, l'interaction complexe de facteurs tels que la stabilité, le volume et l'usage prévu doit être prise en compte. Restez à l'affût de plus de publications techniques comme celle-ci à l'avenir.

Plus nous comprenons précisément où et comment la traînée affecte un SUP dans l'eau, mieux nous serons capables d'offrir le mélange parfait de performance et de stabilité pour toute activité ou utilisation de SUP. Avec l'aide de la CFD, nous pouvons créer des modèles plus précis, réaliser des tests plus pertinents et tirer des conclusions plus impactantes. Grâce à ces techniques améliorées intégrées à notre processus de recherche et développement, nous sommes enthousiastes à l'idée de faire avancer ce sport !

Pour paraphraser le personnage de Matt Damon dans Seul sur Mars, « Face à des probabilités écrasantes, il ne nous reste qu'une seule option. Nous allons devoir faire de la science à fond. »