Lorsque le Canada a obtenu le droit d’organiser les Jeux olympiques d’hiver de 2010 à Vancouver, les gouvernements et les fédérations de sport ont décidé de faire tout ce qui est en leur possible pour remporter l’or. Lors des premiers Jeux olympiques organisés au pays (Montréal 1976 et Calgary 1988), le Canada n’a remporté aucune médaille d’or, mais cette fois, ce sera différent.
Le programme À nous le podium (ANP) a été créé pour donner aux athlètes canadiens les ressources et le soutien scientifique dont ils ont besoin pour remporter plus de médailles que toute autre nation. Des projets top secret ont été mis sur pied afin de mettre à la disposition des athlètes canadiens le meilleur équipement et des techniques d’entraînement à la fine pointe de la technologie. Plusieurs de ces projets portaient sur la réduction de la friction afin de permettre à nos athlètes de mieux glisser, manier leur planche de surf des neiges ou jouer au curling que leurs compétiteurs.
Si vous étiez un physicien, vous verriez la friction comme la force qui s’oppose au mouvement entre deux éléments en contact; toutefois, si vous étiez athlète olympique dans un sport d’hiver, vous
verriez la friction comme quelque chose qui pourrait vous empêcher de gagner une médaille d’or.
DES SURFEURS DES NEIGES PLUS RAPIDES
Pour gagner l’or en surf des neiges, il faut avoir un équipement qui s’adapte parfaitement aux conditions climatiques. Alors que la planche dévale la pente, la friction crée assez de chaleur pour
produire une petite quantité d’eau qui agit comme un tampon (une couche de lubrifiant) entre la planche et la neige. La quantité exacte d’eau réduit la friction entre deux surfaces, créant ainsi un effet similaire à « l’aquaplanage ». Lorsque l’eau agit comme un lubrifiant entre la surface de la planche et la neige, elle entraîne une « friction mouillée ». Toutefois, trop d’eau créera une succion qui occasionnera une certaine résistance. Dans les températures plus douces, comme celles qu’on retrouve souvent sur la côte ouest du Canada, l’objectif est de repousser l’eau dans le
but d’éviter la résistance. La surface de la planche et la cire utilisée par l’athlète déterminent si la planche va glisser ou rester collée à la neige mouillée.
« Nous avons commencé à tenir des discussions à l’automne 2006 pour développer un nouveau matériel de base pour nos planches qui s’adapterait mieux à ces conditions climatiques, se rappelle Robert Joncas, directeur de haute performance de Canada~Snowboard. Christos Stamboulides, étudiant au doctorat à l’UBC, nous a dit qu’il pouvait créer une base spéciale en plastique dans lequel il ajouterait des additifs qui pourraient repousser l’eau. »
« Le plastique utilisé pour la base des skis et des planches de surf des neiges a déjà un coefficient friction très bas, explique Stamboulides. J’ai mené des expériences en laboratoire, mélangeant jusqu’à dix additifs différents à ce plastique pour qu’il repousse davantage l’eau (hydrophobe). Si vous avez une surface qui repousse l’eau, vous glisserez davantage et la planche ira plus vite. »
À la compétition, alors que la température s’élevait, Joncas et l’équipe savaient qu’ils avaient les planches les plus rapides sur la montagne. Les médailles d’or et d’argent remportées par Jay Anderson, Maëlle Ricker et Mike Robertson prouvent que cet investissement en a valu la peine.
MEILLEURES TECHNIQUES POUR LES LUGEURS CANADIENS
« De nos jours, dans le monde du sport, si vous pensez pouvoir réussir sans l’aide de la science, vous êtes à côté de la plaque, commente l’entraîneur canadien de luge Wolfgang Staudinger. L’oeil humain n’est pas assez puissant pour voir tout ce qui se passe détail. »
Lorsqu’ANP a mis en place une analyse biomécanique pour l’équipe de luge, certains problèmes liés à leur technique ont été mis à jour. Alors que les athlètes effectuaient leur poussée au départ, les caméras ont capté un léger battement de jambe. La force était en train de se transférer à la verticale plutôt qu’à l’horizontale, ce qui signifie que l’avant de leurs traîneaux se dirigeait dans les airs et non sur la piste. C’était comme s’ils faisaient un « cabré » avec leur luge. Bien que cela donne l’impression d’aller plus vite, en réalité cela ne faisait qu’enfoncer leur luge dans la glace, ce qui augmente la friction avec la glace. En changeant leur technique, ils ont pu réduire la friction, et le transfert de la force a pu s’effectuer à l’horizontale. Cela leur a permis d’effectuer des départs plus rapides.
La clé du succès des sports de glisse comme le bobsleigh, le skeleton ou la luge est de résoudre le problème généré par la friction tout en gérant la force G lors des virages étroits. Pour la luge, cela signifie ajuster constamment les lames d’acier du traîneau (qui sont en contact direct avec la piste glacée) pour trouver un équilibre entre la réduction de la friction et le contrôle des virages. ANP a investi dans la conception de lames d’acier et a conduit des expériences sur différents types de métal pouvant être durcis en vue de diminuer la friction de la piste glacée et retrancher les fractions de seconde qui peuvent séparer la première place de la cinquième.
MEILLEUR BALAYAGE
La friction joue un rôle différent dans le sport du curling. Les balayeurs contrôlent la vitesse de la pierre alors qu’elle glisse sur la piste. En balayant avec plus de force, la pierre glisse plus vite, et les curleurs peuvent faire sortir la pierre de l’adversaire ou déplacer une garde.
Pendant longtemps, on a cru que le balayage du curleur faisait fondre la surface de la glace, et que cette mince couche d’eau était ce qui permettait à la pierre de maintenir son élan. Cependant, Thomas Jenkyn, un biomécanicien orthopédique de l’Université de Western Ontario, a utilisé des caméras infrarouges pour tenter de voir ce qui se passait réellement dans la glace sous les balais des curleurs. Il a découvert que le balayage vigoureux augmentait la température de la glace en la faisant passer de -5 o C à -3 o C. Cette légère augmentation de température était suffisante pour diminuer la friction en ramollissant la surface.
« S’il fallait concevoir un nouveau balai pour être plus efficace, encore fallait-il savoir ce qui se passait dans la glace, explique Jenkyn. « Ceux qui pensaient que le balayage faisait fondre la glace ont conçu des balais pour la friction mouillée. De notre côté, nous avons conçu un balai en nous basant sur la friction sèche qui ramène les particules de chaleur dans la glace et non dans le balai.»
Encore mieux, la conception du nouveau balai est demeurée un secret total. Lorsque les curleurs canadiens utilisaient leurs balais à la fine pointe de la technologie, ils pouvaient faire glisser leurs pierres sur trois pieds de plus, et leurs adversaires n’ont pas réussi à faire mieux qu’eux.
LE DÉBAT SUR LA SCIENCE DU SPORT
Tout le monde ne pense pas que l’investissement dans des projets top secret relatifs à la science du sport soit équitable. Cela donne aux pays plus riches ou plus avancés sur le plan technologique un avantage par rapport aux autres. Toutefois, le Canada a pris la décision d’appuyer ses athlètes dans leurs efforts pour remporter des médailles. Cela signifie que ceux qui représentent notre pays doivent avoir le soutien nécessaire pour être compétitifs. Lorsque le Canada remporta plus de médailles d’or que tous les autres pays aux Jeux olympiques d’hiver, il a prouvé que la science, alliée à l’entraînement et à un bon encadrement, donne d’excellents résultats.
Case Questions
- Choisissez un sport qui a fait l’objet d’une recherche d’ANP et expliquez l’impact de l’uniforme et de l’équipement sur la performance. Expliquez le lien qui unit l’uniforme et l’équipement à la physique.
- Proposez un sujet de recherche pour un sport olympique d’été et expliquez comment la physique et la science aident les athlètes à améliorer leur performance.
- Lisez « Comment fonctionne la luge » et « La physique du bobsleigh » sur www.olympic.ca/education/fr//bibliotheque dans la section « La friction et les sports d’hiver » dans le Centre de recherche et expliquez les facteurs déterminants pour la vitesse en luge, bobsleigh et skeleton.
Activités d’enrichissement
Vous pouvez enrichir l’étude de cas en y ajoutant un volet recherche.
- Faites des recherches sur le fonctionnement du patin clap ainsi que sur ses effets sur le sport du patinage de vitesse.
- Choisissez une pièce d’un équipement sportif et décrivez comment la science a influencé sa construction. Suggérez des endroits où des recherches futures pourraient révolutionner cet équipement sportif.
- Comment est-ce que la technologie du système de positionnement par satellite (GPS) est utilisée pour améliorer la performance sportive?
- Comment les innovations dans l’équipement sportif des athlètes d’élite peuvent-elles profiter aux personnes qui pratiquent le sport de manière récréative?
- Est-il juste d’utiliser la science pour améliorer la performance ou tous les compétiteurs doivent-ils concourir avec le même équipement ou les mêmes vêtements?
- Le Canada devrait-il continuer à investir dans les projets top secret du programme À nous le podium?
Incorporez les compétences en écriture en demandant aux élèves de rédiger un paragraphe persuasif dans lequel ils se déclarent en accord ou en désaccord avec les énoncés suivants.
Projet
Le projet suivant est assez long à réaliser, mais il permettra à vos élèves d’examiner le sujet en profondeur.
En tant que scientifique du programme À nous le podium, suggérez un sport dans lequel la technologie et l’innovation scientifique pourraient aider le Canada à gagner des médailles aux Jeux olympiques de 2012 à Londres. Au moyen de vos recherches sur ce sport, déterminez le type de projets qui pourrait recevoir un financement afin d’aider les athlètes canadiens à s’améliorer dans ce sport.