Les JO de Tokyo se sont achevés il y a quelques semaines. Historiquement, la France fait partie des nations reconnues dans le domaine de la voile. Or, l’impact du matériel est déterminant dans les performances au sein des dix séries olympiques que cette catégorie regroupe. Directement, mais aussi dans les interactions homme /matériel et dans la confiance de l’athlète dans son équipement. « Du carbone à l’or olympique » est le nom d’un projet original et interdisciplinaire dans le domaine sportif ayant recours aux ressources du supercalculateur Jean Zay de GENCI hébergé et opéré par l’IDRIS (centre du CNRS). Il vise à positionner la voile française en haut du podium des JO de 2024. 

L’interdisciplinarité au service de la performance 

Il a pour nom de code "C_to_or". Son objet ? Mettre la science au service des performances sportives lors des épreuves de voile des Jeux Olympiques de 2024 ! Littéralement "Du carbone à l'or olympique", ce projet se situe dans le sillage de l'initiative "Sciences 2024"qui en utilisant physique, mécanique et mathématiques, développe des solutions scientifiques innovantes, en synergie avec le programme du Ministère chargé des Sports "Performance 2024". 

Lauréat du Plan Prioritaire de Recherche « Sports de Très Haute Performance » (financé par les Investissements d’Avenir, géré par l’ANR), « C_to_or » est un projet interdisciplinaire associant notamment des laboratoires spécialisés dans la mécanique des solides et des fluides, et dans le domaine de l’ergonomie cognitive du sport

La diversité des disciplines scientifiques mobilisées trouve un écho dans la richesse de l’écosystème engagé. Des acteurs très complémentaires mettent en commun leurs expertises au service de la performance française : la Fédération Française de Voile (FFV) ; l’École Nationale de Voile et des Sports Nautiques ; l’ESPCI-Paris; l’École Navale ; l’Ifremer ; le CNRS ; l’Université de Nantes ; et enfin l’École Polytechnique. 

 Des femmes et des hommes comme mesure de toute chose 

Plus encore, ce projet se singularise par la place et le rôle accordés aux différents intervenants. Les équipes de recherche deviennent pour ainsi dire des contributeurs à la « préparation scientifique » des sportifs et de leur matériel, à l’instar de préparateurs physiques ou techniques. Un lien très fort se créé entre les entraîneurs, les athlètes, et les scientifiques. Des fédérations sportives se sont d’ailleurs dotées de référents scientifiques à l’instar de la FFV. Pour autant, ni la connaissance scientifique ni les outils technologiques de pointe ne prennent le pas sur le ressenti des sportifs : « La vérité finale, c’est en quelque sorte ce que dit l’athlète », pour reprendre les mots de Patrick Bot, enseignant-chercheur à l’École Navale, et Laetitia Pernod, postdoctoral fellow à l’École Navale, qui utilisent les ressources du supercalculateur Jean Zay dans le cadre de ce projet. « Ils ont une expérience, une sensibilité, un ressenti très fins sur le fonctionnement de leur engin » poursuivent les deux scientifiques. 

 Lors de « séances d’extraction », les chercheurs participent à des entraînements et des discussions de façon approfondie et détaillée afin de formaliser les problématiques des sportifs sur lesquelles ils peuvent apporter des réponses. Il y a là l’un des leitmotivs de Sciences 2024 :  être utile aux sportifs, qui sont in fine les auteurs de la performance.  

 Ces séances ont notamment mis en avant la nécessité d’aider les athlètes à mieux choisir leur matériel et à mieux le régler.

 Quatre grands volets scientifiques

 Le projet comporte quatre grands volets :

  •  Le premier volet renvoie essentiellement à l’usage des sciences cognitives. Des chercheurs, de l’Université de Nantes particulièrement, développent toute cette partie consistant à requérir, rationnaliser, qualifier, catégoriser de façon systématique les retours d’expérience des athlètes pour les relier à des propriétés mécaniques ou physiques que l’on va déterminer de façon scientifique. ·      
  • Le second vise notamment à la caractérisation mécanique des pièces de l’équipement, essentiellement les foils, et à la qualification des disparités identifiées entre les différentes unités. Cela a conduit à la mise en place de mesures embarquées. Il y a là « un vrai challenge » pour Patrick Bot et Laetitia Pernod car « il s’agit notamment d’associer un phénomène physique avec le ressenti des sportifs à un moment t ».  

Image : Simulation numérique de l'écoulement autour d'un foil de planche à voile (Windfoil)

 

  • Le troisième porte sur l’hydrodynamique. Si les technologies de simulation numérique présentent ici un intérêt majeur, l’amélioration des performances est également conditionnée par l’input des sportifs. Ils sont invités à proposer des paramètres afin de permettre de « simuler » au plus près du réel. L’expérience et les ressentis des athlètes constituent en effet des éléments particulièrement importants pour déterminer les efforts produits et les écarts de performance dans une situation donnée, notamment en termes de variabilité, de stabilité, de tolérance, de facilité d’utilisation. Le recours à des supercalculateurs se révèle ici essentiel, en raison du volume de données traitées et d’opérations effectuées dans le champ de la CFD (Computational Fluid Dynamicsmécanique des fluides numériques), mais aussi en raison du caractère inhabituel des paramètres souhaités par les sportifs en comparaison avec ceux utilisés classiquement dans l’univers académique. Patrick Bot et Laetitia Pernod précisent en ce sens que beaucoup de sportifs interrogent « l’état de surface » de leur foil et de leur coque en vue d’améliorer la glisse. « Il s’agit d’un champ de connaissance très ouvert » nécessitant de recourir à des outils puissants en raison du peu d’éléments disponibles, sur l’hydrodynamique des foils par exemple. Effectivement connus, et de plus en plus utilisés pour réduire la résistance à l’avancement en soulevant le navire hors de l’eau, et ainsi permettre d’atteindre des vitesses plus élevées, « les foils n’en restent pas moins une technologie relativement récente, et donc encore sujette à de nombreuses incompréhensions physiques et verrous technologiques ».

 

  • Enfin, le quatrième et dernier volet porte sur tous les aspects relatifs à l’aérodynamique.  Les engins à foil ont une traînée dans l’eau extrêmement réduite par rapport à un bateau traditionnel et la traînée aérodynamique devient un ingrédient essentiel de la résistance à l’avancement qu’il convient de minimiser. Par ailleurs, les athlètes utilisent fréquemment des modes de propulsion instationnaire (« pumping ») qu’il faut également optimiser de manière un peu plus systématique.

 Conclusion

500.000 heures ont été attribuées gratuitement par GENCI à ce projet sur le supercalculateur Jean Zay, permettant d’engager une accélération des connaissances au service de la performance sportive. 

Il y a dans ce projet un merveilleux défi scientifique et sportif, tant par sa configuration que par le temps court dans lequel il s’inscrit. 

Il sous-entend également une conviction partagée par les femmes et les hommes de GENCI et des centres de calcul qui composent l’univers du HPC : l’humain est aussi déterminant pour la réussite des projets scientifiques que dans la performance sportive.