THÈSE

16 Chapitre 1. Développement et validation d’un ergomètre instrumenté
Fig. 1.4 – Deux cardans sont placés après les poulies du frein. Les filins coulissant dans le
tube entraînent la rotation des deux axes. Les coordonnées sphériques sont enregistrées par
deux potentiomètres placés sur les axes verticaux et horizontaux. Les trois photographies
représentent de gauche à droite : le premier modèle de cardan, la version allégée avec une
aiguille en composite et le dernier modèle de taille réduite. La taille des potentiomètres et
du filin rend compte des proportions.
analogique. Ces mécanismes sont basés sur le principe de l’articulation cardan ; deux pivots
orientés verticalement et horizontalement sont instrumentés par des potentiomètres.
Comme le filin passe à travers un tube solidaire de l’axe horizontal, le cardan suit son
orientation. Les premières versions avaient des inerties importantes et les axes étaient
montés sur roulements à billes ; ils avaient tendance à vibrer et à osciller lors du retour
du filin. Les inerties furent diminuées par enlèvement de matière, changement de matériau
et diminution des dimensions (Figure 1.4). Le bénéfice de ces modifications a conduit à
confectionner des mécanismes de taille minimale en repensant la position et la fixation des
potentiomètres.
Le frein : il est composé d’un premier arbre connecté à deux poulies d’enroulement des
filins (Figure 1.4). Une roue d’inertie est solidaire de cet arbre. Le second arbre reçoit une
roue avec 4 ailettes. La transmission est réalisée par courroie avec un rapport de réduction
de 3,3. Un carter se place plus ou moins près du ventilateur pour faire varier la résistance
aérodynamique. Lorsque le filin se déroule de la poulie, un élastique de rappel s’enroule.
L’arbre est entraîné dès que la vitesse angulaire de la poulie est supérieure à celle de
l’arbre, sinon la poulie fonctionne en roue libre. Lors du retour du filin, l’élastique génère
un couple propice à son déroulement et à l’enroulement du filin. Aucun couple moteur n’est
alors exercé sur l’arbre du ventilateur. De l’énergie cinétique de rotation est stockée entre
les coups pour simuler la vitesse acquise par le kayakiste. L’effort résistant du ventilateur
est approximativement proportionnel au cube de sa vitesse angulaire (51).