Test de flottabilité de Cazorla, Montpetit, Chatard et Miller
Selon notre passé sportif, notre patrimoine génétique et tout un tas de paramètres physiques et physiologiques, notre flottabilité diffère les uns des autres. Des muscles puissants et des os épais ne favorisent pas la flottaison. Malheureusement, les triathlètes passent plus de temps à rouler ou à courir qu’à nager, ce qui n’arrange pas leur flottabilité. C’est pourquoi la natation est l’épreuve que redoutent souvent le plus les triathlètes surtout lorsqu’ils débutent ce sport sur le tard. Je vous présente dans cet article un test de flottabilité car moins on flotte et plus on doit fournir de gros efforts pour nager à la même vitesse que certains.
C’est pourquoi il n’est pas rare de voir des triathlètes avec pull-buoy « greffé » entre les jambes. Ils vous diront que c’est pour simuler la nage avec combinaison et que c’est pour économiser les muscles inférieurs, mais bien souvent, c’est parce qu’ils ne savent pas se servir de leurs jambes et/ou qu’ils ont un mauvais équilibre (pas bien allongé sur l’eau). Par conséquent, si vous leur retirez le pull-buoy, ils ne seront plus à l’horizontale dans l’eau et vont fortement diminuer leur allure.
Description du test de flottabilité
Il existe un test très simple pour mesurer son niveau de flottabilité.
Tout d’abord le nageur (ou la nageuse) se tient droit à la verticale dans l’eau. Ses jambes sont tendues et serrées, les bras le long du corps et la tête dans l’alignement de ce dernier. Cela revient à se placer au garde à vous par exemple. Ensuite il ou elle prend une grande inspiration et la bloque pour se laisser flotter. Bien entendu, les pieds ne touchent pas le sol. Selon votre expérience, plusieurs essais seront peut-être nécessaires pour réussir à stabiliser sa flottaison.
Ligne de flottaison et incidence
Une fois que le nageur(euse) est stable, une autre personne repère ce qui s’appelle « la ligne de flottaison« .
Comme on peut le voir sur le schéma ci-dessus, il y a plusieurs lignes de flottaison :
- Inférieure ou égale à 0 => très mauvaise ;
- Entre 0 et 1 => mauvaise ;
- Entre 1 et 2 => assez moyenne ;
- Entre 2 et 3 => moyenne ;
- Entre 3 et 4 => assez bonne ;
- Entre 4 et 5 => bonne ;
- Entre 5 et 6 => très bonne ;
- Entre 6 et 7 => excellente ;
- Supérieure ou égale à 7 => exceptionnelle ;
Il est très difficile de modifier sa ligne de flottaison naturellement car celle-ci dépend de votre morphologie, de votre de masse maigre, de votre masse grasse et de votre masse osseuse. Idéalement, il faut une cage thoracique volumineuse avec de longues jambes relativement fines. Malheureusement on ne peut pas cibler la perte de masse graisseuse ou augmenter la longueur de ses jambes. À l’aide de la musculation on peut légèrement augmenter le volume de la cage thoracique mais cela engendrera aussi une augmentation de masse musculaire. Le résultat n’est donc pas toujours à la hauteur des espérances.
Pour conclure, si votre résultat se rapproche de zéro, vous êtes « condamné(e) » à maîtriser le plus parfaitement possible la ou les technique(s) de nage(s) sans quoi, vous serez toujours en difficulté dans le milieu aquatique. On peut améliorer la ligne de flottaison en augmentant artificiellement le volume d’eau que l’on déplace grâce à du matériel volumineux et léger comme un pull-buoy ou une combinaison néoprène.Toutefois cela est à utiliser avec parcimonie sinon vous ne progresserez jamais.
Avec ce test vous saurez au moins ce qu’il vous reste à faire pour progresser.
Pour aller plus loin dans la compréhension de ce test je vous propose de lire la suite…
Principe de fonctionnement
Dans l’eau, notre corps est soumis à deux forces : la gravité et la poussée d’Archimède dans l’eau. Cette dernière dépend de 2 paramètres : le volume du corps en immersion et la densité du liquide. Prenons l’exemple du corps humain plongé dans l’eau.
La gravité s’exerce à la verticale vers le bas et son point d’application est notre centre de gravité (point G sur le schéma).
La poussée d’Archimède s’exerce également à la verticale mais vers le haut et son point d’application est notre centre géométrique (point Cv sur le schéma). Cette poussée est égale au poids du volume du liquide déplacé par l’objet. Quand la poussée est supérieure ou égale au poids de l’objet, il flotte. Si la poussée d’Archimède est inférieure au poids de l’objet, il coule.
Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé
Archimède
Dans cette configuration, notre corps est en équilibre mais selon le milieu dans lequel on se trouve, selon notre poids, selon notre morphotype (volume) et le matériel utilisé, notre ligne de flottaison ne sera pas la même.
Comment flotte t-on ?
Comme vu précédemment, plus on immerge un corps dans l’eau, plus il s’allège grâce à la poussée d’Archimède qui se fait plus forte. Ceci est vrai en eau douce, et cela l’est encore plus en eau de mer, où notre poids apparent n’est plus que d’environ 10% de notre poids (en dehors de l’eau) quand on a de l’eau jusqu’au cou. Mais pourquoi flottons-nous ?
C’est grâce à 4 paramètres que possède le corps humain mais également le milieu dans lequel on nage et l’équipement que nous utilisons. Ces 4 paramètres sont :
- la densité ;
- La masse volumique ;
- La masse ;
- Le volume.
La densité
La densité est une grandeur sans dimension (c’est-à-dire sans unité) qui exprime le rapport de la masse volumique d’une substance à la masse volumique d’une substance de référence.
En d’autres termes, elle indique si une substance est plus ou moins « lourde » pour un même volume que la substance de référence.
La formule générale est la suivante :
Densité = ρ substance / ρ référence
Où :
- ρ substance est la masse volumique de la substance dont on veut connaître la densité.
- ρ référence est la masse volumique de la substance de référence.
Dans cet article, la densité de référence est l’eau. Que se soit l’eau de la piscine, de la rivière, du lac ou de la mer. Et la densité de substance sont le corps humain et le matériel utilisé à savoir la combinaison néoprène par exemple. Donc, toutes les densités indiquée dans cette article aura comme référence la masse volumique de l’eau.
La densité du corps humain
La densité de notre corps y est pour beaucoup dans notre capacité à flotter. En effet, la masse volumique de la graisse oscille entre 0,850 et 950. Ensuite, celle du muscle est de l’ordre de 1,087 et celle des os varie entre 1,105 et 1,8.
Comme le corps des femmes est composé en moyenne de 23 % de graisse et de 28 % de muscle. Et que celui du corps d’un homme contient en moyenne 15 % de graisse et 35 % de muscle. Il y a peu de différence de pourcentage pour les os entre l’homme et la femme.
Par conséquent la densité du corps d’une femme est de l’ordre de 0,87 et celle du corps d’un homme de 0,98. Par conséquent, les femmes flottent généralement mieux que les hommes. Et d’autant mieux du fait d’une répartition assez uniforme de la graisse dans leur corps (poitrine, fesses, cuisses).
La densité de l’eau
La densité de l’eau est principalement influencée par deux facteurs : la température et la salinité (la quantité de sels dissous). Plus l’eau est salée et froide, plus elle est dense.
Voici les différents types d’eau que vous pourriez rencontrer en tant que triathlète ou nageur/nageuse d’eau libre :
Eau de Piscine
L’eau de piscine est de l’eau douce avec des ajouts de produits chimiques (chlore, régulateurs de pH, etc.). Ces ajouts ont un impact minime sur la densité qui est d’environ 0,997 à 1,000 selon la température.
Eau de Lac et de Rivière (Eau Douce)
Les sédiments ou les minéraux dissous peuvent avoir un léger impact, mais il est généralement négligeable par rapport à la température. La densité est donc très proche de 1. Par exemple, une eau de rivière à 20∘C aura une densité d’environ 0,9982.
Eau de Mer
C’est ici que la différence est la plus notable en raison de la salinité (environ 35 grammes de sels par litre en moyenne) et de la température. La présence de sels dissous rend l’eau de mer plus dense que l’eau douce.
La densité de l’eau de mer en surface varie généralement de 0,998 à 1,029, selon la température et la salinité de la zone géographique.
La densité d’une combinaison néoprène
Lorsque la température de l’eau autorise le port de la combinaison néoprène on est généralement (surtout les triathlètes) très heureux. Et pour cause, le néoprène a une densité compris entre 0,13 à 0,17.
La masse volumique
La masse volumique (ρ) est définie comme la masse (m) d’un objet divisée par son volume (V). Elle s’exprime en kilogrammes par mètre cube (kg/m³) dans le système international d’unités (SI). La formule mathématique pour la densité est la suivante : ρ = m/V.
En d’autres termes, c’est la masse d’une substance (corps, eau ou néoprène…) par unité de volume occupé par cette substance.
La masse volumique d’un corps humain
La masse volumique du corps humain est en moyenne de 985 kg/m³.
On peut préciser que poumons pleins (la capacité pulmonaire totale, qui peut aller de 4 à 7.5 litres chez l’adulte), le volume du corps augmente sans ajout significatif de masse. Comme L’air est très peu dense cela a pour effet de diminuer la masse volumique globale du corps. Cela donne une masse volumique d’environ 940 kg/m³ à 960 kg/m³. C’est pourquoi on flotte plus facilement après une bonne inspiration.
Il y a un particularité poumons vides car même après une expiration maximale, il reste un certain volume d’air dans les poumons (Volume Résiduel, environ 1 à 1.5 litre). Dans ce cas la masse volumique du corps humain avec les poumons vidés peut augmenter pour atteindre environ 1010 kg/m³ à 1030 kg/m³.
La masse volumique de l’eau
Pour des températures comprises entre 13 et 30 degrés Celsius et avec plus ou moins de sel, l’eau de mer possède une masse volumique comprise entre 998 kg/m³ et 1029 kg/m³. Et celle de l’eau douce ainsi que celle des piscines est comprise entre 995,646 kg/m³ et 999,377 kg/m³.
La masse volumique d’une combinaison néoprène
Le néoprène utilisé dans les combinaisons de triathlon est un type de néoprène. La masse volumique du néoprène utilisé dans les combinaisons de triathlon varie généralement de 100 kg/m³ à 200 kg/m³.
La masse
Cette grandeur physique qu’est la masse mesure la quantité de matière contenue dans un corps. C’est une propriété intrinsèque d’un objet, ce qui signifie qu’elle ne dépend pas de sa localisation, de sa vitesse, ou des forces qui s’exercent sur lui (contrairement au poids). L’unité de la masse dans le Système International (SI) est le kilogramme (kg).
La masse du corps humain
Pour un triathlète comme vous, la masse du corps humain est un chiffre que l’on connaît bien, car il est directement lié à des aspects comme la puissance développée en cyclisme ou en course à pied, et bien sûr, à la masse volumique dont nous avons parlé.
- Masse moyenne des hommes adultes : Généralement autour de 75 à 85 kg.
- Masse moyenne des femmes adultes : Généralement autour de 60 à 70 kg.
Cependant, il est important de noter que ce ne sont que des moyennes. Pour un individu, la masse peut se situer bien en dessous ou bien au-dessus de ces fourchettes, et être tout à fait saine en fonction de sa propre constitution.
La masse de l’eau ou volume du corps en immersion
Pour calculer la masse de l’eau il ne suffit pas de calculer le volume de la piscine, ni le volume du lac et encore moins le volume de la rivière ou de la mer multiplié par la masse volumique de l’eau de piscine, rivière ou de mer. C’est un peu plus subtil ici. Il faut calculer la masse du volume d’eau déplacé par le nageur. C’est le principe d’Archimède qui stipule que la poussée de flottabilité reçue par un corps immergé est égale au poids du volume de fluide déplacé.
Comme 95% à 99% du volume corporel d’un nageur est immergé (car tout le corps n’est pas complètement immergé), alors la masse d’eau déplacée par ce nageur (et qui génère la poussée de flottabilité) correspond à :
Masse d’eau déplacée=(% de volume immergé)×(Volume total du nageur)×(Masse volumique de l’eau du milieu)
Par conséquent, pour qu’un nageur/nageuse flotte il faut que la poussée de flottabilité soit égale entre 95% ou 99% de la masse du nageur/nageuse.
En réarrangeant l’équation ci-dessus on peut écrire :
Masse du nageur / Volume total du nageur=(% de volume immergé)×(Masse volumique de l’eau du milieu)
Nous savons que Masse du nageur/Volume total du nageur s’est la masse volumique moyenne du nageur (ρ nageur).
Donc :
ρ nageur=(% de volume immergé)×(ρ eau du milieu)
C’est une formule qui permet de relier la masse volumique du nageur à la partie de son corps qui est immergée et à la densité de l’eau.
Exemple :
Si la masse volumique d’un nageur est 985 kg/m³ et qu’il nage en piscine dont la température est de 25°C et dont la masse volumique est 997 kg/m³, le pourcentage de volume immergé est ce qui permet à la poussée d’Archimède d’équilibrer son poids.
985=(% de volume immergé)×997
% de volume immergé=985/997 soit environ 0,96 dont 96%
Ceci confirme bien qu’une très large partie du volume du nageur est immergée pour qu’il puisse flotter.
La masse d’une combinaison néoprène
La masse d’une combinaison de néoprène pour la natation ou le triathlon varie considérablement en fonction de plusieurs facteurs :
- Taille de la combinaison : C’est le facteur le plus évident. Une combinaison de taille XS pèsera moins qu’une combinaison de taille XL.
- Épaisseur du néoprène : Les combinaisons de triathlon ont différentes épaisseurs de néoprène selon les zones (par exemple, 5mm sur le torse et les jambes pour la flottabilité, 1.5mm ou 2mm sur les épaules pour la souplesse). Plus le néoprène est épais, plus la combinaison sera lourde.
- Qualité et type de néoprène : Les néoprènes de haute performance (comme certains types de Yamamoto) peuvent être plus légers pour une même épaisseur, car leur structure cellulaire est plus sophistiquée, optimisant la flottabilité et la flexibilité sans ajouter de masse inutile.
- Marque et modèle : Chaque marque et modèle a ses propres spécifications de conception et de matériaux, ce qui influe sur le poids final.
- Accessoires : Des éléments comme des fermetures éclair robustes, des renforts, des revêtements spéciaux, peuvent ajouter un peu de masse.
En général, une combinaison de néoprène de triathlon sèche pèse le plus souvent entre 1 kg et 2.5 kg.
- Une taille plus petite ou un modèle avec des néoprènes plus fins (pour la course à pied en swimrun, par exemple) pourrait être plus proche de 1 kg.
- Une grande taille ou un modèle axé sur une flottabilité maximale avec des épaisseurs de 5 mm sur de larges zones peut aller jusqu’à 2.5 kg.
Le volume
Le volume est une grandeur physique qui mesure l’extension de l’espace occupé par un objet ou une substance (qu’elle soit solide, liquide ou gazeuse). Pour le dire plus simplement, c’est la « place » qu’un corps prend dans l’espace. L’unité du Système International (SI) pour le volume est le mètre cube (m3).
Les extrêmes comme exemple
Prenons les deux profils extrêmes de flottabilité car c’est un facteur déterminant, surtout en triathlon.
Caractéristiques nageur/nageuse qui flotte mal
Ce profil correspond à une densité corporelle élevée (supérieure ou très proche de celle de l’eau dans laquelle il nage).
Composition Corporelle
Faible pourcentage de masse grasse : La graisse est le tissu le moins dense du corps. Moins de graisse signifie une densité corporelle globale plus élevée. C’est typique des athlètes très affûtés et musclés, comme vous l’êtes probablement en tant que triathlète.
Masse musculaire et osseuse élevée : Le muscle et l’os sont des tissus plus denses que l’eau. Un fort développement musculaire et une ossature dense contribuent à une masse volumique corporelle élevée.
Gestion de la Respiration
Une mauvaise respiration : Ne pas inspirer correctement et avoir une mauvaise technique de respiration empêche le corps de bénéficier d’une flottabilité maximale.
l’Âge
Les adultes développant une forte masse musculaire sans prise de graisse ce qui augmente la masse volumique.
Posture/Technique dans l’eau
Jambes et hanches qui s’enfoncent : C’est la conséquence directe d’une mauvaise flottabilité. Le nageur doit dépenser une énergie considérable avec ses battements de jambes pour maintenir une position horizontale, ce qui est très fatigant et inefficace.
Corps en position « banane » : Tête haute, hanches basses. Cela augmente la traînée et accentue l’enfoncement des jambes.
Combinaison de Néoprène
Absence de combinaison : Sans la flottabilité supplémentaire apportée par une combinaison, les nageurs/nageuses ayant les caractéristiques ci-dessus rencontreront des difficultés accrues pour flotter.
Type d’eau
Eau de piscine ou lac : Comme on l’a vu plus haut, la masse volumique de l’eau douce est plus basse que l’eau de mer. On flotte donc moins bien.
Caractéristiques nageur/nageuse qui flotte bien
Ce profil correspond à une densité corporelle faible (nettement inférieure à celle de l’eau dans laquelle il nage).
Composition Corporelle
Pourcentage de masse grasse élevé : Le tissu adipeux est moins dense que l’eau. Un pourcentage de graisse corporelle plus important favorise grandement la flottabilité.
Faible masse musculaire et osseuse : Moins de muscle et d’os contribuent à une densité globale plus faible.
Gestion de la Respiration
Poumons pleins d’air (inspiration profonde) : L’air est très léger. Remplir les poumons augmente le volume du corps sans ajouter de masse significative, ce qui diminue la densité corporelle et augmente la flottabilité (pouvant descendre à 940 kg/m3).
Grande capacité pulmonaire : Un volume pulmonaire important permet de stocker plus d’air.
l’Âge
Les très jeunes enfants et certaines personnes âgées (ostéoporose) peuvent avoir des compositions corporelles spécifiques favorisant la flottabilité.
Posture/Technique dans l’eau
Corps aligné et horizontal : Une bonne technique permet de « glisser » à la surface de l’eau, avec les hanches et les jambes bien en ligne avec le reste du corps.
Tête basse : Le regard vers le fond ou légèrement vers l’avant aide à maintenir les hanches en surface.
Combinaison de Néoprène
Présence de combinaison : C’est le facteur le plus impactant pour augmenter la flottabilité. Le néoprène des combinaisons de natation a une densité extrêmement faible. Porter une combinaison permet au nageur d’être beaucoup plus « haut » sur l’eau, réduisant considérablement la traînée et l’effort nécessaire pour maintenir une position horizontale. C’est un avantage majeur en eau libre et en triathlon, notamment pour les nageurs naturellement plus denses.
Type d’eau
Eau salée (mer) : L’eau de mer est plus dense que l’eau douce. Nager en mer procure une poussée d’Archimède plus importante et donc une meilleure flottabilité naturelle, même sans combinaison.
Conclusion sur la flottaison
Pour bien flotter, il faut donc avoir un corps volumineux, avec une masse volumique légère et avoir un volume corporelle élevée. Il faut également nager dans une eau fraîche et salée. Et enfin, il faut une combinaison avec une bonne répartition de l’épaisseur du néoprène pour maximiser la poussée d’Archimède.
Attention à l’Excès de Flottaison
Dans le cas le plus favorable à la flottaison (par exemple, avec une combinaison de néoprène très épaisse ou pour des individus avec une très faible densité corporelle), on peut dire qu’il peut devenir moins facile, voire « mauvais », de nager efficacement en crawl si l’on flotte trop.
Voici pourquoi :
- Déséquilibre de l’alignement corporel :
- Le crawl idéal exige un corps aussi horizontal et plat que possible. Si les jambes et les hanches flottent trop haut (par exemple, elles « sortent » de l’eau), cela peut créer un déséquilibre.
- La tête et le haut du corps peuvent alors avoir tendance à s’enfoncer légèrement pour compenser, ou le nageur peut être trop cambré. Cela perturbe l’alignement parfait du corps.
- Perte de la « prise » sur l’eau :
- Des jambes qui flottent trop haut peuvent sortir de l’eau plus facilement lors du battement, ou leur battement devient moins efficace car elles ne sont pas suffisamment immergées pour « pousser » l’eau correctement.
- De même, si le corps est trop « haut » sur l’eau, il peut être plus difficile de prendre appui sur un volume d’eau suffisant avec les mains et les avant-bras pour une propulsion optimale. On a moins de « profondeur » pour les appuis.
- Hydrodynamisme perturbé :
- Un corps qui « flotte trop » n’est pas plus hydrodynamique au contraire. La résistance de vague devient très importante. Un alignement légèrement déséquilibré ou des parties du corps qui sortent fait augmenter la traînée plutôt que la diminuer.
- L’objectif n’est pas de flotter le plus haut possible, mais de flotter dans la position la plus efficace pour minimiser la résistance.
- Sensation de l’eau modifiée :
- Les nageurs très flottants (ou avec une combinaison très flottante) peuvent perdre une partie de la « sensation » de l’eau. Le corps étant moins en contact avec l’eau, les retours proprioceptifs sur la position et les appuis sont altérés.
L’Équilibre Optimal
L’objectif en crawl est une flottaison horizontale optimale où le corps est juste sous la surface (ou la ligne de flottaison est très fine), avec les hanches et les jambes bien alignées avec le reste du corps. C’est ce que l’on vise avec le gainage et la position de la tête.
- Pour un nageur qui flotte mal, une combinaison de néoprène apporte un avantage indéniable en corrigeant ce problème de flottabilité et en améliorant l’efficacité.
- Pour un nageur qui flotte très bien naturellement, une combinaison très flottante (par exemple, 5mm sur toute la longueur) pourrait paradoxalement créer un déséquilibre et rendre sa nage moins efficace qu’à la normale. C’est pourquoi certains nageurs élites qui flottent déjà très bien préfèrent des combinaisons moins épaisses ou ajustées spécifiquement pour maintenir un équilibre.
