Mesurer l'aire frontale projetée
La surface frontale projetée du cycliste correspond à la surface du cycliste exposé à l’air, c’est la partie qui résiste à l’air et donc à l’avancement du cycliste.
Surface frontale projetée de lucas
L’aire frontale effective (ApCd) qui est le paramètre le plus important dans l’évaluation de l’aérodynamisme est en partie influencée par l’aire frontale projetée (Ap) du cycliste car une diminution de Ap engendre une diminution de l’ApCd. L’évaluation de l’aire frontale
projetée est très souvent utilisée par les cyclistes en entraînement car elle reste assez simple à mesurer et elle permet d’améliorer les performances du cycliste. Les méthodes d’évaluation de l’Ap peuvent être classées dans deux catégories : 1) les méthodes utilisant une surface d’étalonnage à côté du cycliste, 2) les méthodes qui n’en utilisent pas. Dans cette partie nous expliquerons chacune de ces méthodes.
Méthode de pesage des photographies
Cette méthode qui permet de calculer l’aire frontale projetée (Ap) est une méthode assez rudimentaire mais qui est relativement facile a réaliser. Cette méthode consiste à prendre en photo l’ensemble cycliste-vélo avec une aire d’étalonnage à côté dont nous sommes en connaissance de l’aire. Ensuite nous imprimons cette photographie et nous découpons le plus précisément possible la zone d’étalonnage et l’ensemble cycliste-vélo. Pour finir il faut avoir à disposition une balance dont la sensibilité est plus ou moins de 0,001g. Enfin nous devons mesurer la masse (g) de la zone d’étalonnage et la masse (g) de l’ensemble cycliste-vélo et nous pourrons déterminer ainsi l’aire frontale projetée en m² du cycliste et de son vélo :
Aire cycliste-vélo =
Néanmoins comme toute les autres méthodes celle-ci présente quelques contraintes. Dans un premier temps pour que les mesures soient fiables il faut que le découpage soit très précis. De plus la taille standard des images à l’impression est trop petite pour permettre le découpage précis du vélo, c’est pour cela que l’image doit être imprimée en grand format.
Méthode par Digitalisation
De même que pour la méthode de pesage des photographies, il est nécessaire de prendre une photo de l’ensemble cycliste et vélo avec une aire d’étalonnage dont l’aire est connue mais au contraire de celle-ci le calcul de l’aire frontale projetée ne se fait pas par impression mais entièrement par informatique. Grâce à des logiciels gratuits nous pouvons calculer l’aire en fonction du nombre de pixels de l’image. Nous avons réalisé cette méthode dans plusieurs positions pour voir la différence d'aire frontale pour chaque position et en déduire celle qui diminue le plus la résistance aérodynamique. Dans un premier temps nous avons retouché les photos avec le logiciel gimp pour découper et noircir les zones à étudier (l’aire frontale projetée du cycliste et la zone d’étalonnage) :
Position bras tendu
Position contre la montre
Dans un second temps nous avons utilisé pour chaque image d’une position, le logiciel imageJ (gratuit) qui est un logiciel de traitement et d’analyse d’image. Dans ce logiciel nous avons d’abord configuré l’échelle, pour cela nous nous sommes aidé de la zone d’étalonnage dont nous connaissions les mesures et le logiciel détermine ensuite automatiquement le nombre de pixels par m ou cm suivant l’unité choisie. Pour finir le logiciel lance l’analyse et mesure l’aire des différentes zones en fonction des couleurs.
Résultats : _ position bras fléchis, Ap = 0.508 m²
_ position contre la montre, Ap = 0.381 m²
Nous pouvons donc conclure que la position contre la montre reste la plus aérodynamique car la surface de l’ensemble cycliste-vélo est la plus faible, et le cycliste et moins exposé aux contraintes de l’air.
Méthode par planimétrie
Pour réaliser cette méthode il faut avoir obligatoirement à disposition un planimètre. Un planimètre c’est un outil très utilisé pour la cartographie car il permet de calculer l’aire de zones complexes. Dans notre situation il va nous être utile car il permet de calculer l’aire sans zone d’étalonnage. Pour calculer l’aire frontale projetée du cycliste nous devons tracer le contour de l’ensemble cycliste-vélo avec le planimètre et ensuite nous pouvons calculer l’aire grâce au théorème de Green. Le seul problème de cette méthode, c’est que le planimètre ne permet pas de retirer les petites zones non-exposées à l’aire, entre la cuisse et le vélo par exemple, dans l’aire totale ce qui ne donne pas un résultat très précis.
Dessin d'un planimètre
Pour résumer
Parmi les différentes énumérées il semble que la méthode par digitalisation soit la plus simple et demande moins de matériel mise à part un ordinateur et un appareil photo. Les deux autres méthodes par pesage et planimétrie demande plus de temps car elles sont plus compliquées à réaliser. Cependant la méthode numérique par digitalisation repose presque entièrement sur la photographie. Il nous a fallu plusieurs essais pour réaliser la photo parfaite et nous en avons tiré quelques conclusions :
_ la zone d’étalonnage doit être placé environ à mi-chemin entre les deux roues du vélo sinon l’aire frontale projetée augmente et les résultats sont faux
_ le cycliste doit être sur un plan de face, l’appareil photo doit être placé à peu près à hauteur du guidon
_ le photographe doit éviter de zoomer de trop pour rendre la photo plus nette et éviter les déformations de l’image.