Dans l' eau, l'Homme n 'est plus dans son élément, il y rencontre un certain nombre de difficultés pour s' y adapter. Sa plus ou moins bonne flottabilité, les difficultés qu'il peut avoir à se maintenir en position horizontale ainsi que le comportement de l' eau vis-à vis de ce corps influenceront sa technique et la réalisation d'une performance.

 A. La poussée d' archimède

 Une force s'exerce sur un corps plongé dans un liquide. Elle est égale au poids du volume d'eau déplacée et s'applique au centre géométrique de ce corps. C'est le principe d' Archimède que tout le monde connait.

Formule :

Π=P .V.g 

 Π la poussée d'Archimède en Newton (N)

P la masse volumique du fluide en kilogramme par mètre cube (kg/m3) 

V le volume du fluide déplacé en mètre-cube (kg/m3) 

g l'intensité de pesanteur en Newton par kilogramme (N/kg).

B. Couple de redressement

   La pesanteur s'exerce aussi sur le corps du nageur, elle s'applique au centre de gravité. Les jambes qui sont plus lourdes que les poumons ont un volume beaucoup plus petit. Elles auront tendance à s'enfoncer vis à vis du haut du corps parce que le centre de gravité où s' applique la pesanteur se situe au niveau du bassin et que le centre géométrique où s'applique la poussée d' Archimède se situe dans la poitrine.

Formule :

Po = 1/2.p.Cz.S.V2

Po la portance aérodynamique en Newton (N)

Cz le coefficient de portance (sans unité)

S la surface du corps en mètre-carré (m2 )

V la vitesse du corps dans le fluide en mètre par seconde (m/s).

Bilan des forces :

Tout corps avançant dans l'eau est soumis à une force opposée à son mouvement : c'est la résistance à l'avancement. Cette force freinatrice peut être décomposée en différentes forces telles que la force de trainée hydrodynamique, la trainée de frottement, etc...

A. La trainée hydrodynamique

  Cette force s'oppose au mouvement du corps dans un fluide. Elle s'exerce sur l'ensemble de la surface du corps.

 La trainée hydrodynamique est définie par la formule suivante :

Formule :

T = 1/2.p.Cx.S.V2  

T la trainée aérodynamique en Newton (N) 

la masse volumique du fluide déplacé en kilogramme par mètre-cube. (kg.m3)

 Cx le coefficient de trainée (sans unité)

S la surface du corps en mètre-carré (m2 )

V la vitesse du corps dans le fluide en mètre par seconde (m/s).

B- Traînée de forme

  C'est la résistance à l'avancement. Selon sa position le corps va être plus ou moins confrontés a des oppositions. Il en est de même pour les mouvements verticaux et latéraux occupent plus ou moins d'espace et entrainent ainsi une plus ou moins forte opposition.

Ici le nageur a un couple de redressement qui est presque horizontal ce qui minimise les oppositions avec les écoulements laminaires et lui permettant d'avoir une vitesse plus élevée que dans le deuxième dessin dans les mêmes conditions.

Ici le nageur a un couple de redressement qui est beaucoup moins horizontal que le premier schéma, ce qui augmente le nombre d'oppositions avec les écoulements laminaires. La vitesse de ce nageur sera donc moins élevée que celle du premier dans les mêmes conditions.

  Pour réduire cette résistance à l'avancement, il faut essayer de trouver la position la plus horizontale possible en rapport avec la technique de nage utilisée. C'est le but premier du gainage de la combinaison. Maintenir le corps du nageur dans une position la plus hydrodynamique possible. La forme du nageur joue un rôle important : il doit orienter son corps de telle sorte que tous ses contours aillent progressivement en diminuant vers l'arrière, tandis qu'il présente la surface la plus petite possible à l'eau devant lui.

C- Traînée de vagues

   Le nageur se déplace à la surface de l'eau à la limite de deux milieux, l'eau et l'air. Son déplacement créé des vagues qui sont plus ou moins importantes en fonction de sa vitesse, de sa forme, des mouvements latéraux et verticaux. Un système de pression/dépréssion se met en place. Ainsi la zone de haute pression forme une vague frontale devant le nageur, qui le freine et qu'il va devoir traverser. Tandis que la zone de dépréssion se formant à l'arrière du nageur provoque un effet de succion qui freine lui aussi la progression vers l'avant.

Vague frontale créée devant le nageur

Vague arrière créée par le nageur

D- Traînée de frottement

   Le frottement entre la peau du nageur et l'eau fait que le nageur entraîne avec lui quelques molécules d'eau. Ces molécules entrent en collision avec d'autres immédiatement en avant d'elles et rebondissent dans des directions aléatoires. Ces molécules pénètrent dans les flux adjacents provoquant une turbulence qui va en s'élargissant et qui augmente la traînée.

Les principaux facteurs qui influencent l'importance de la traînée par frottement que subissent les nageurs sont : leur surface de frottement, leur vitesse et la rugosité de leur surface corporelle. Les nageurs ne peuvent pas influencer leur surface corporelle ; ils ne peuvent jouer sur leur vitesse qu'en choisissant le bon train dans la partie initiale de la course. Celle-ci signifie que la seule possibilité de réduire significativement leur traînée de frottement est de régulariser la surface de friction, grâce nottament aux combinaisons en polyréthane qui vont offrir une surface de friction régulière.

 Bilan des forces appliquées au nageur:

 Les écoulements des fluides, dits mécanique des fluides, ne se font pas sans résistances. L'eau offre beaucoup plus de résistances que l'air.

Le déplacement du nageur est donc le resultat de forces antagonistes de propulsion et de résistances. Pour être plus efficace, il faudra donc augmenter les actions propulsives et diminuer les différentes formes de résistances.

 Les écoulements des fluides sont de deux types:

    -les écoulements laminaires

    -les écoulements turbulents

A. Les écoulements laminaires

  Les fluides quand ils ne sont pas perturbés s'écoulent de façon régulière selon les lignes de courant. La vitesse d'écoulement peut changer le long d'une ligne de courant, elle peut varier selon les lignes de courant, elle peut varier d'une ligne de courant à l'autre. Les différentes couches de fluide glissent les unes sur les autres sans se mélanger de plus les résistances sont faibles.

B. Les écoulements turbulents

L'écoulement laminaire devient turbulent quand les lignes de courant, se heurtent à un corps, subissent de grands changements de direction et de vitesse. Les molécules qui rebondissent dans toutes les directions percutent les lignes de courant proches, les rendant à leur tour turbulentes et ainsi de suites.

3. Ecoulements turbulents et differences de pressions

 A l'avant du corps, cette turbulence qui s'étend, crée une zone de haute pression et le freine.

 Les lignes de courant étant complétement perturbées, aucun écoulement laminaire ne peut se faire autour du corps immergé. Ces lignes de courants ne peuvent se reformer que loin derrière (cf. C. La trainée de vague). Il y a donc mise en place d' un système de pression/dépression, dont l' intensité est proportionnelles à celle de ces hautes et basses pressions.

  Ces forces, qui peuvent être très fortes, s'opposent donc au déplacement vers l' avant.