S'entra?ner sans limites : Quand l'air n'est plus une résistance
Géraldine Frey, sprinteuse de haut niveau et étudiante à l'ETH, se prépare à ses compétitions avec un appareil d'entra?nement innovant. L'Airshield, développé à l'ETH Zurich, permet de courir sans résistance à l'air et à une vitesse excessive.
Plus que quelques secondes avant le départ. Le soleil br?le dans le ciel et fait perler des gouttes de sueur sur le front de l'athlète. Géraldine Frey se met en position sur la piste d'athlétisme. Lentement, elle tend son bras gauche pour signifier qu'elle est prête. Très concentrée, elle attend le feu vert. Puis elle s'élance.
Pourtant, le stade reste silencieux. Les gradins sont vides. En cette chaude journée de juin, aucune compétition n'a lieu au stade du Letzigrund. Il s'agit de recherche. La sprinteuse de 27 ans fait partie d'une équipe qui teste un système d'entra?nement innovant mis au point par l'ETH Zurich : un véhicule en plexiglas ouvert vers l'arrière et tracté par un go-kart. Lorsque l'athlète court derrière cette protection contre le vent, appelée Airshield, elle doit lutter contre moins de résistance à l'air et peut ainsi courir plus vite.
"Globe" Un monde sans barrières
Ce texte est paru dans le numéro 24/03 de l'ETH Magazine. Globe est paru.
Tout exploiter
Si l'entra?nement a pu avoir lieu aujourd'hui, c'est gr?ce au beau temps. En effet, l'Airshield a été optimisé à la demande des athlètes pour s'entra?ner dans des conditions chaudes et sèches. "C'est génial que nous puissions effectuer l'entra?nement après avoir d? le reporter plusieurs fois à cause de la pluie", déclare Géraldine Frey. La fenêtre d'opportunité qui lui reste avant les Jeux olympiques de Paris est de plus en plus étroite. Elle s'est préparée pendant trois ans à ce grand objectif. "A Paris, je veux atteindre ma performance maximale", déclare la Zougoise avant l'entra?nement. "C'est pourquoi je veux maintenant exploiter au maximum tout ce qui peut me rendre plus rapide".
Courir dans le sillage de l'Airshield est une forme récente d'entra?nement de survitesse : un entra?nement de vitesse qui permet d'augmenter la vitesse des mouvements gr?ce à l'utilisation d'appareils et de repousser les limites de performance. Mais jusqu'à ce que l'athlète et les appareils soient prêts pour l'entra?nement avec l'Airshield, il faudra encore attendre environ deux heures au stade du Letzigrund. Entre-temps, Andrea Carron, chercheur à l'ETH et responsable du projet Airshield, est arrivé. Il s'assure que le kart électrique qui tire le paravent est entièrement chargé, que les c?bles de connexion à l'Airshield sont posés et que la technique très complexe fonctionne. Melanie Zeilinger, professeure à l'ETH au Département de génie mécanique et des procédés, est elle aussi sur place. Elle attend avec impatience la première course : "Nous avons développé l'Airshield en quelques mois seulement. La joie de voir que des athlètes féminines peuvent désormais s'entra?ner avec est grande".
S'entra?ner à la survitesse
Mais quel est exactement l'objectif de ce nouveau développement ? "Nous voulons découvrir quels sont les avantages de l'entra?nement en survitesse - également par rapport à d'autres appareils", explique Andrea Carron. Lors de l'entra?nement de la vitesse, les athlètes doivent optimiser les séquences de mouvements, les intérioriser et être en mesure de rappeler plus tard la performance maximale dans une situation de compétition. L'entra?nement avec l'Airshield réduit massivement la résistance de l'air. En effet, plus une personne court vite, plus la résistance augmente - et ce au carré. Par rapport à une autre méthode d'entra?nement en survitesse, dans laquelle la coureuse est tirée vers l'avant par un c?ble fixé au tronc, l'Airshield présente des avantages évidents pour Géraldine Frey : elle peut sprinter plus vite que ce qui est normalement possible tout en conservant sa position de course naturelle. Et elle n'est pas accélérée par un c?ble supplémentaire, mais peut atteindre la vitesse par ses propres moyens.
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La professeure Melanie Zeilinger et le chef de projet Andrea Carron examinent la caméra et le capteur dans l'Airshield. (Image : Alessandro Della Bella / ETH Zurich) -
Les capteurs intégrés dans une ceinture enregistrent les mouvements de l'athlète. (Image : Alessandro Della Bella / ETH Zurich) -
La professeure Christina Spengler prépare les semelles à capteurs qui mesurent la répartition de la pression pendant la course. (Image : Alessandro Della Bella / ETH Zurich)
La configuration actuelle, composée d'un kart et d'un airshield, est un prototype. Tout a commencé par une demande des coaches de l'équipe suisse de sprinters, dont fait partie, outre Géraldine Frey, la championne d'Europe en titre Mujinga Kambundji. Ils voulaient savoir si l'ETH Zurich était prête à développer un airshield avec lequel les sprinters de haut niveau pourraient s'entra?ner et, dans le meilleur des cas, améliorer leurs performances en compétition. Le résultat est un projet qui allie science, sport et technologie. Il est dirigé par Melanie Zeilinger, professeure à l'ETH, et Emilio Frazzoli, professeur à l'ETH, qui a développé le kart utilisé pour tirer l'airshield. L'algorithme qui permet d'adapter automatiquement l'Airshield à la coureuse a également été créé par des chercheurs de l'Institut des systèmes dynamiques et des techniques de régulation. Plus tard, une spécialiste des sciences de la santé, la professeure Christina Spengler de l'ETH, a rejoint l'équipe de projet pour étudier en plus les aspects scientifiques du sport du nouveau système d'entra?nement.
Pendant ce temps, dans le stade, la température a continué de grimper. Tandis que le personnel de nettoyage arrose les places vides des tribunes avec des tuyaux d'arrosage, Géraldine Frey et ses deux coéquipières entament la phase d'échauffement. Celui-ci est essentiel pour pouvoir prévenir les blessures - même lorsque la température extérieure atteint 30 degrés Celsius.
?tudes et carrière sportive
Frey était déjà passionnée de sport à l'école primaire. Elle a commencé sa carrière d'athlète à l'école cantonale de Zoug. Plus tard, elle a découvert l'attrait d'être une sportive professionnelle, mais elle ne voulait pas miser à cent pour cent sur sa carrière sportive : elle a opté pour des études de sciences pharmaceutiques à l'ETH et a commencé un master après avoir obtenu son bachelor. "L'ETH est favorable au sport et me convient en tant que membre du cadre", dit Frey, "ce que j'apprécie beaucoup". Elle veut terminer son master dans un an, mais d'ici là, elle veut encore mettre les bouchées doubles en tant que sprinteuse en vue des Jeux olympiques.
En marge de la piste de course, Christina Spengler s'installe. Un ordinateur portable est posé sur un caisson suédois, où la professeure de l'ETH regarde une vidéo d'une course d'entra?nement. Elle montre ainsi comment se déroule "l'arrimage" de l'athlète à l'appareil d'entra?nement : "L'athlète se met à courir, le Gokart se met en mouvement, mais il est encore plus lent que la coureuse. Un algorithme calcule, sur la base de la distance et de la vitesse de la coureuse, la valeur de l'accélération nécessaire pour maintenir la distance idéale entre la coureuse et l'Airshield. Et contr?le ainsi directement la vitesse du kart. Le conducteur se contente de piloter.
La technologie à la rencontre du sport
Mais c'est maintenant sur la piste que Spengler est sollicitée. Elle place des semelles spéciales, développées par le biomécanicien de l'ETH Roland Zemp et sa start-up lucernoise, dans les chaussures de course de Géraldine Frey et fixe deux capteurs au bas de son dos. Ceux-ci enregistrent les mouvements de l'athlète, tandis que les semelles des capteurs mesurent la répartition de la pression pendant la course. "Nous voulons saisir la dynamique de la course et la biomécanique avec de nouveaux outils", explique Spengler. L'Airshield contient certes une caméra frontale qui enregistre la course - mais les semelles et les capteurs permettent de saisir divers autres paramètres de mesure qui sont importants pour pouvoir comparer les sprints avec et sans Airshield et aussi avec la méthode d'entra?nement à la corde.
Echauffé et équipé de capteurs : Géraldine Frey est prête pour sa première course. Après une pause de quelques semaines, elle s'entra?nera aujourd'hui pour la troisième fois avec l'Airshield. "Au début, je dois à chaque fois reprendre un peu confiance pour que l'appareil me suive vraiment. Mais ensuite, je peux accélérer à fond, c'est vraiment amusant".
Frey s'élance, son entra?neur Lucio di Tizio l'encourage : "Allez, Géry, come on - maintenant !" Elle atteint la ligne d'arrivée après soixante-dix mètres. Frey est satisfaite de son temps lors de la première course. La maximisation de la vitesse n'apporte peut-être qu'un centimètre par pas, mais sur cinquante pas, c'est déjà un demi-mètre. Courir sans résistance à l'air est une sensation incroyable, dit-elle : "Presque comme si on volait".
