TPE combinaisons de natation

09 décembre 2013

Bienvenue !

Bonjour à toutes et à tous, commençons d'abord par nous présenter :
Nous sommes Salomé Moryousef et Justin Ulm, élèves en 1ère S au lycée Agricampus d'Hyères, dans le Var (83).
Nous sommes également des nageurs de niveau national à l'AC Hyères, et nous nous sommes parfois demandés entre nageurs pourquoi les combinaisons en polyuréthane ont fait tant polémique, et pourquoi elles ont été interdites. C'est pourquoi nous avons choisi ce sujet de TPE.
L'évolution technologique des combinaisons a créé une grande polémique. A-t-il été judicieux, d'un point de vue éthique, d'interdire les combinaisons en polyuréthane ?
(Ce blog étant public, à but non lucratif, nous ne gérons pas les publicités présentes sur la page et nous nous excusons du dérangement qu'elles peuvent occasionner)
Bonne lecture,
Salomé & Justin  :)

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Sommaire

Afin de répondre à notre problématique, nous avons choisi trois axes de réflexion :

Nous avons pensé qu'il était important de présenter les combinaisons et les performances qu'elles ont permises.
I- Chronologie des combinaisons, et évolution des performances
   I1- Les maillots et combinaisons en tissu (<2008)  (accéder ici)
   I2- Les combinaisons "2eme génération" (2008)     (ici)
   I3- Les combinaisons "3eme génération" (2009)     (ici)

Puis d'expliquer ces performances, et donc parler du polyuréthane
II- Explication des performances   (ici)
   II1- Le polyuréthane : définition, propriétés chimiques  (ici)
   II2-Usage du polyuréthane sur les combinaisons         (ici)

Afin de comprendre le pourquoi de la polémique
III- Toute une polémique    (ici)
   III1- Que reproche-t-on à ces combinaisons ? Qu'en pensent les nageurs ? Les entraineurs ?  (ici)
   III2- L'interdiction du polyuréthane, restriction des combinaisons   (ici)
Et de pouvoir répondre à la question que nous nous posons : A-t-il été judicieux d'interdire les combinaisons en polyuréthane ?
   Conclusion : Réponse à la problématique (ici)
  
Bibliographie (ici)

Dans ce TPE, tous les mots ou phrases soulignés renvoient vers un lien que vous pouvez visiter en cliquant dessus.
Bonne lecture,
Justin & Salomé :)

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I- Chronologie des combinaisons et évolution des performances

Pour commencer, nous allons vous rapidement vous présenter les combinaisons en polyuréthane, les combinaisons et maillots qui les ont précédées, et l'évolution des performances qu'elles ont induites.

Posté par Justin_Salome à 19:43 - Commentaires [0] - Permalien [#]

I1- Les maillots et combinaisons en tissu (<2008) I2- Les combinaisons "2eme génération" (2008)

I1 Les maillots et combinaisons en tissus

    A la fin des années 90, arrivent progressivement les premières combinaisons, et déjà les premières polémiques apparaissent. Ces combinaisons sont en tissu, en lycra. Ian Thorpe fut le premier nageur à avoir une combinaison intégrale "poignets-chevilles" dès 1999, alors que d'autres nageurs sont encore en simple maillot. Cette disparité va durer encore de nombreuses années, l'effet apporté par ces combinaisons étant encore assez faible, elles étaient peu utilisées. Prenons pour exemple la finale du 200m 4Nages à Barcelone en 2003 : nous retrouvons des nageurs en jammer* comme George Bovell, en combinaison legskin* comme Michael Phelps, bodyskin* comme Jani Sievinen et full bodyskin* comme Ian Thorpe.

 

                                                                  

 

une combinaison "bodyskin"              une combinaison "full bodyskin"                   une combinaison "legskin"

20140126_155301-1                                          2014-01-26 15

      un "jammer"                                                       une combinaison "kneeskin"

 

 

1ère génération

Evolution des records du monde du 50m NL jusqu'en février 2008 (document IRMES)

 

I2 Les combinaisons "2eme génération"

    En 2008, à la suite de plusieurs années de recherche avec la Nasa, Speedo lance la LZR Racer, la première combinaison assemblée par ultrason et composée de plaques de polyuréthane, réduisant la trainée de 10% par rapport aux autres combinaisons. Lors de l'année 2008, ce ne sont pas moins de 105 records du monde qui seront battus dont 79 avec cette combinaison, et 94% des médailles d'or des JO de Pékin auront été glanées avec la LZR !!²

La LZR, composée de plaques de polyuréthane

 

2ème génératon

Entre février et aout 2008, avec la LZR, le record du monde du 50m NL a autant évolué (0.6s) que sur les 20 dernières années et battu autant de fois que sur ces 20 années (IRMES).

Salomé & Justin :)

 

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I3- Les combinaisons "3eme génération" (2009)

En 2009 sont alors arrivées les combinaisons 100% polyuréthane, amplifiant encore la polémique. La Jaked 01 est la première combinaison de ce type, et dès sa sortie, de nombreux records du monde tombent, avec des temps jugés peu crédibles. Fred Bousquet est alors le premier nageur sous les 21" au 50m.

La Jaked 01, tout polyuréthane.

Les Championnats du monde de Rome ont lieu à l'apogée de la controverse des combinaisons, et sont vite surnommés les "Plastic Games". De très nombreuses performances sont critiquées.

3ème génération

(Evolution du record du monde en secondes sur 50m NL, dans les dernières années)

Entre février 2008 (premières combinaisons 2ème génération) et avril 2009 (premières combinaisons 3ème génération), c'est à dire 14 mois, le record du monde du 50m NL a évolué autant que sur les 25 dernières années. (IRMES)

Salomé & Justin :)

 

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II- Explication des performances

Nous allons maintenant centrer nos recherches sur le polyuréthane, dans le but d'expliquer comment les combinaisons en polyuréthane ont permis de réaliser ces performances impressionnantes.

Justin & Salomé :)

 

 

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II1- Le polyuréthane : définition, propriétés chimiques

Généralement, les molécules employées dans l'équipement sportif ne proviennent pas de la nature. Elles sont synthétisées en laboratoire, et entrent donc dans la catégorie des matières synthétiques. On peut tout à fait synthétiser en laboratoire une espèce chimique qui existe déjà dans la nature. Mais dans le cas du polyuréthane, c'est une espèce entièrement nouvelle. Elle n'est donc pas seulement synthétique, mais complètement artificielle.

Les polyuréthanes sont de très grosses molécules qui repoussent l'eau: elles sont hydrophobes. Si ces molécules sont aussi grosses, c'est parce qu'elles résultent de l'assemblage, bout à bout, de plusieurs milliers de molécules plus petites : les uréthanes. Les molécules d'uréthane sont des monomères tandis que la grosse molécule de polyuréthane est un polymère.

 

-Uréthane : On appelle uréthane, ou plus couramment "carbamate", tout composé produit par la réaction d'un isocyanate et d'un alcool. Cette réaction était connue depuis plusieurs décennies lorsqu'en 1937, Otto Bayer découvrit comment en faire un plastique utilisable. Les polyuréthanes peuvent être associés à plusieurs objets et matières de la vie ordinaire. Par exemple, ils peuvent être des colles, des fibres, ou même de la peinture... Voici sa formule développée :

urethane-1.jpg

 

-Molécule organique  Une molécule organique est composée essentiellement des atomes de carbone et d'hydrogène.

-Polymérisation :  La polymérisation désigne la réaction chimique, ou le procédé, permettant la synthèse de polymères à partir de molécules réactives qui peuvent être des monomères ou des pré-polymères linéaires.

 

Les différentes étapes de sa fabrication : [pour les mordus de physique :) ]

Il faut d'abord introduire le diol et le diisocyanate et les mélanger avec un catalyseur (composé chimique qui accélère la cinétique sans apparition dans l'équation bilan et est régénéré à la fin): le DABCO, ou le1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane qui est une diamine bicyclique saturée.

Sa formule brute est : C6H12N2, et donc son écriture topologique :

tpe-1.png

Quant à la synthèse du polyuréthane, trois étapes la composent:

1) Le DABCO forme une liaison N-H , le N ayant formé la liaison est chargé positivement, le O du diol lié au H ayant formé la liaison est chargé négativement.

tpe2.png

 (Cliquez sur les photos pour une meilleure netteté)

 

2) Le O chargé précédemment établit ensuite une liaison avec le C du diisocyanate. Un pont se forme à ce moment-là. Le même O est chargé positivement et le N juxtaposant la liaison C-O se charge négativement.

tpe3.png

 

 

3) Le N chargé négativement établit une liaison avec le H lié au DABCO. Un autre pont se forme alors entre le N et le H. Le dernier électron est donné au O. Le DABCO se détache et la molécule de polyuréthane est alors formée.

 tpe4.png

 

 

Salomé & Justin :)

 

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II2- Usage du polyuréthane sur les combinaisons

Maintenant, cherchons comment cette matière est mise à profit de la natation.

Les combinaisons en polyuréthane arrivent! Nous savons que les molécules de polyuréthane sont hydrophobes: elles repoussent l'eau. En repoussant l'eau, elles améliorent la flottabilité du nageur (ou de la nageuse) qui porte la combinaison. C'est pourquoi elles sont accusées de lui fournir un avantage. 

 

Une fabrication complexe :

La composition des combinaisons reste secrète. Néanmoins, à partir de 2009, jusqu'en 2010, nous pouvons parler de combinaisons 100% polyuréthane.

Le design est étudié et conçu grâce au travail de spécialistes dans plusieurs domaines : sociétés d'effets spéciaux, spécialistes des fluides, la NASA, scientifiques en ergonomie et en biomécanique.

Les experts privilégient les propriétés hydrophobes du textile afin de diminuer la traînée et les forces de frottement de l’eau sur le corps du nageur. Les combinaisons sont soudées par ultrasons ce qui permet de diminuer la traînée de 6% par rapport aux combinaisons anciennement cousues. Des études ont montré que lorsque les nageurs portent les combinaisons qui recouvrent la totalité du corps, la résistance totale diminue de façon conséquente par rapport aux combinaisons sans manches.

Les combinaisons sont également tissées de façon à exercer une contention sur les muscles utilisés lors de la nage, permettant ainsi d'obtenir un meilleur rendement : la contention améliore la circulation sanguine dans les membres, augmentant l'apport en dioxygène au muscle, permettant une meilleure élimination des toxines (comme l'acide lactique). 

 

L'hydrodynamisme est également amélioré grâce à cette compression, car la traînée de forme est réduite, ainsi que la traînée de frottement.

Resistance maillot                Hydrodynamique 2eme génération

 

Les panneaux de polyuréthane assurent une glisse et un gainage supérieurs. La densité du polyuréthane utilisé dans la composition des combinaisons et très faible, ainsi il permet au nageur de flotter un peu plus qu'avec un simple maillot. Le nageur dépense moins d'énergie à flotter, et peut consacrer cette énergie à avancer plus vite.

Flottant plus, le nageur accuse encore moins de résistance à l'avancement, car proche de la surface de l'eau, les forces de résistance sont plus faibles.

 

-La flottabilité est la poussée verticale qu'un fluide exerce sur un objet immergé. Elle agit dans la direction opposée à la gravité.

-La densité est le rapport entre la masse volumique d'un corps et la masse volumique de l'eau (ou de l'air). La densité de l'eau est donc de 1, celle du corps humain est en moyenne de 1,07. Le corps humain étant plus dense que l'eau, il coule.

 

 

Synthèse du I et II :

Nous avons donc appris jusqu'à présent que ces dernières années, la natation a acceuilli de grandes avancées technologiques avec l'arrivée des combinaisons, puis du polyuréthane. Ces combinaisons ont permis d'exploser d'anciens records, grâce à leurs propriétés physiques et aux avantages apportés aux nageurs : densité plus faible entraînant une plus grande flottabilité, compression du corps permettant un meilleur hydrodynamisme un gainage plus efficace et un meilleur rendement musculaire, soudures par ultrasons réduisant la traînée, propriétés hydrophobes réduisant les forces de frottement.

Salomé & Justin :)

 

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Posté par Justin_Salome à 19:40 - Commentaires [5] - Permalien [#]

III- Toute une polémique. Celle-ci est-elle justifiée ?

Parlons maintenant de la polémique, Qui était favorable à cette évolution technologique ? Qui était contre ? Quelles en sont les issues ? Nous allons présenter les réponses à ces questions, ainsi nous pourrons répondre à notre problématique.

Salomé & Justin :)

 

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Posté par Justin_Salome à 19:39 - Commentaires [0] - Permalien [#]

III1- Que reproche-t-on à ces combinaisons ? Qu'en pensent les nageurs ? Les entraîneurs ?

    Nous avons interviewé des nageurs et des entraîneurs afin d'avoir leur avis personnel. Tout d'abord Alain Bernard (champion olympique) lors des championnats de France en bassin de 25m à Dijon le 6 décembre 2013 (excusez la mauvaise qualité de la vidéo) :

Interview Alain Bernard

Alain a donc contribué à cette évolution technologique en aidant Arena à développer ses combinaisons en polyuréthane. Cependant il approuve la décision de la Fina (fédération internationale de natation) d'interdire ces combinaisons.

    Nous avons par la suite interviewé nos propres entraîneurs à Hyères, Annick de Susini (participation aux JO de Montréal en 1976 et Moscou en 1980), dont nous avons des réponses écrites, et Frédéric Barale (ex entraîneur de Coralie Balmy, médaillée aux JO de Londres, et Solenne Figues, médaillée à Athènes en 2004), qui nous ont beaucoup aidés pour ce TPE :

Interview Fred Barale et Annick De Susini 

Suite à la mauvaise qualité de la vidéo, nous avons choisir de la retranscrire par écrit. Vous pourrez donc trouver juste en dessous le script de cette vidéo.

1/ Lors de la polémique, qu'avez-vous pensé de l'évolution technologique des combinaisons? Y étiez-vous favorable?

Annick.   "La technologie fait partie intégrante de notre société... Y compris dans le sport. La natation a beaucoup évolué au cours du dernier siècle. Essentiellement basée sur le loisir, elle a acquis au début du XXème siècle une évolution professionnelle dans la pratique et c est ainsi que " l’art de nager" s'est transformé progressivement en " science de la natation". L’équipement est devenu " un critère de performances". L’importance de la combinaison aujourd'hui est aussi grande que les chaussures d'un coureur à pieds. Le type de combinaison peut modifier le coût énergétique de la nage et la densité corporelle du nageur. Avant l’introduction du polyuréthane, des nageurs ont superposé (en toute impunité) jusqu' à 3 combinaisons en tissu et battu ainsi des records du monde. Les équipementiers ont profité d’un vide juridique pour imposer leur technologie et introduire le polyuréthane, laissant la FINA complètement dépassée par les évènements de cette évolution technologique. Elle n'a pas su entrevoir la vitesse de cette évolution, ou n’a pas voulu la voir. Conséquences: une multitude de records du monde battus à Rome, lors des championnats du monde en 2009. Face à cette réalité, la natation en pleine polémique, et en accord avec mes nageurs de niveau international, j’ai refusé le port de cette combinaison en tout polyuréthane. Je ne suis pas contre l'évolution technologique des combinaisons (c’est comme si je refusais d’avoir un portable aujourd'hui) mais pas au détriment des qualités naturelles du nageur. Je pense que le matériel ne doit pas inhiber ou inventer les qualités aquatiques du nageur et là, en l’occurrence, le tout polyuréthane permettait aux nageurs moins aquatiques de rester gainé jusqu' à la fin de leurs courses."

Fred.   "Mon avis importait peu, on subit les changements. Dans un premier temps on pensait que cela pouvait être intéressant mais vu l'ampleur que prenaient les choses, je pense que c'était une connerie de la FINA d'avoir laissé se développer ce matériel."

2/ Cela changeait-il la préparation des nageurs?

Annick.   "Le gainage, devenant un facteur moins important, puisque compensé par un matériel, le facteur musculaire est devenu une presque "priorité" dans l’entraînement. Ayant des nageurs relativement jeunes, je n’ai pas accéder à cette tendance... Qu’aurais- je fait  avec des nageurs adultes? Je me serais certainement adaptée à cette évolution."

Fred.   "Non, ça n'a rien changé. Ce qui changeait, c'est que des nageurs moyens sont devenus très bons. On s'apercevait qu'il n'y avait plus besoin d'être gainé, parce que la combinaison faisait le travail à la place du nageur. Par contre il n'y avait aucune amélioration de la flottabilité (sauf pour celle 100% polyuréthane). La combinaison compressait le corps du nageur et la flottabilité dépend du poids, qui ne changeait pas, et du volume, qui diminuait. La combinaison ne fait pas maigrir. Cela améliore la glisse, on a un meilleur contact avec l'eau (le tissu a une meilleure glisse que la peau sur l'eau)."

3/ Maintenant, que pensez-vous de l'interdiction ? Etait-ce judicieux, ou aurait-il fallu laisser la technologie évoluer ?

Fred.   "Il aurait fallu le faire avant, mais c'est toujours des histoires politiques et des histoires de gros sous. Je peux admettre qu'il y ait une amélioration au niveau de la technologie mais qui irait acheter un maillot ou du tissu à 400€ ? Alors oui, tu veux acheter la raquette de Nadal ou le vélo d'Armstrong avec la pharmacie qui va avec, mais je ne vois pas les gens acheter le maillot de Phelps. Donc je pense que c'était une connerie monumentale d'entrer là- dedans."

Annick.   "La technologie évolue sans cesse... Elle est simplement depuis 2010 plus réglementée. Je suis favorable à l’interdiction du tout polyuréthane depuis janvier 2010, PLACE aux qualités aquatiques du nageur, et à sa capacité d’atteindre, grâce à son travail, un effort maximal au niveau technique et énergétique. La FINA a déclaré lors de l’interdiction du polyuréthane, " la FINA tient à rappeler que la natation est un sport dont l’essence est la performance physique du sportif, le principe le plus fondamental" Dommage qu’elle n’eut pas été plus visionnaire... La technologie ne créé t’elle pas des inégalités entre les sportifs? Et ne dénature t'elle pas ainsi le sport?"

 

Chacun avait donc des avis différents, mais des points communs dans leur réflexion.

 

    Nous avons également recherché d'autres réactions de personnalités de la natation à cette polémique. Ainsi, si certains parlent de "dopage technologique" (Fred Barale), d'autres pensent que "ce n'est pas du dopage" mais une simple évolution technologique (Christian Donzé, ex DTN). Au coeur de la polémique, Denis Auguin, entraîneur d'Alain Bernard était "favorable à ce que l'on revienne aux combinaisons classiques, uniquement composées de tissu", mais pensait le retour aux simples maillots impossible à cause "d'enjeux financiers considérables".

Nous avons, suite aux interviews et à des recherches, regroupé les arguments favorables et défavorables à l'interdiction des combinaisons sous forme d'un tableau récapitulatif :

 

Favorables à l'interdiction

Défavorables à l'interdiction

Arguments :
  • Les combinaisons avantagent plus certains nageurs, ayant des morphologies plus imposantes, plus denses : 1/ en les aidant à mieux flotter, 2/ en réduisant leur traînée, de façon plus importante que d'autres nageurs plus "aquatiques" (fins, longilignes, légers)
  • Les combinaisons sont considérées comme du "dopage technologique" F. Barale                     
  • "Ces combinaisons gomment de façon incroyable les défauts des nageurs aux capacités moindres." D. Auguin                                              
  • "la natation est un sport dont l’essence est la performance physique du sportif, le principe le plus fondamental", et non pas la technologie.
  • De très importants enjeux financiers, les combinaisons rapportant énormemément d'argent aux différents équipementiers (une combinaison LZR coûte 450 €).        
  • Une évolution technologique semble "logique" comme dans d'autres sports (les cyclistes n'ont plus les mêmes vélos qu'en 1950 !)    
  • Une fois les combinaisons interdites, les records du monde ne seront plus égalables.                         
  • "Les combinaisons permettent plus de spectacle dans l'eau" F. Bousquet

 

Justin & Salomé ;)

 

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Posté par Justin_Salome à 19:38 - Commentaires [6] - Permalien [#]

III2- L'interdiction du polyuréthane, restriction des combinaisons

En juillet 2009, la FINA (fédération internationale de natation) se réunie à Rome lors d'un congrès. Le but de cette réunion ? Il sera décidé que les combinaisons en polyuréthane seront interdites dès janvier 2010. La Fina a rappelé que "la natation est un sport dont l’essence est la performance physique du sportif, le principe le plus fondamental" et qu'il fallait donc interdire les combinaisons car elles cachaient les principales qualités aquatiques de certains nageurs. Néanmoins, certains nageurs voudraient qu'il y ait une distinction entre les records établis avec les combinaisons en polyuréthane et ceux réalisés sans combinaisons en polyuréthane, ce qui n'a jamais été fait à ce jour. Il est donc plus devenu très difficile de battre les records établis en combinaisons polyuréthane, mais ce n'est toutefois pas impossible puisque certains y arrivent.

Interdites également : les combinaisons intégrales. En effet, ne serons autorisées plus que les combinaisons qui iront des épaules jusqu'au dessus des genoux pour les femmes, et les hommes auront un short type cycliste (jammer).

Ci contre, le lien de l'article autentique publié par la FINA à propos de ces restrictions: FFN_JA_2010_02_01_Info_Maillots_de_bain___Liste

Restriction

 

            

 

Effectivement, comme certains l'avaient prédis, les records ont été quasiment inégalables pendant les années qui ont suivies l'interdiction de ces combinaisons (aucun record en 2010). Cependant, des records ont commencé à être battus bien plus vite que prévu (par exemple Ryan Lochte sur 200m 4N en 2011) et les nageurs ont su faire taire les mauvaises langues qui les pensaient incapables de nager aussi vite sans les combinaisons.
                                           

 

 

Salomé & Justin ;)

 

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Conclusion

Au cours de la polémique, de nombreuses personnes ont opposé leurs arguments pour ou contre l'interdiction de certaines combinaisons. La décision finale de les interdire a pris beaucoup de temps, sachant que les premiers scandales ont eu lieu à la fin des années 1990. Elle a été pressée par l'arrivée du polyuréthane en 2008. 

Nous nous sommes demandés si il avait été judicieux d'interdire les combinaisons en polyuréthane. Il s'avère que la décision fut difficile, en raison des importants enjeux financiers. Néanmoins, il semblerait que cette décision ait été la bonne d'un point de vue éthique. Elle remet les nageurs sur un même pied d'égalité, mais s'oppose à de nouvelles évolutions technologiques importantes.

L'interdiction des combinaisons en polyuréthane ne fait pas disparaître les autres problèmes, scandales ou polémiques dont la natation et le sport en général font face, tel que le dopage. D'autres évolutions technologiques ne font également pas l'unanimité dans d'autres sports, et les solutions sont parfois compliquées.

Nous tenions à remercier Annick De Susini, Frédéric Barale et Alain Bernard, pour leur participation à nos interviews, et leur partage de documents officiels sur les combinaisons. Merci également à Mme Sabatier, notre professeur de Physique-Chimie, pour avoir répondu à toutes nos questions à propos du polyuréthane, et avoir éclairci de nombreux points dans les étapes de sa fabrication. 

 

 En espérant que ce TPE vous a intéressé et vous a beaucoup appris,

Salomé & Justin :)

 

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08 décembre 2013

Bibliographie

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