Chaussure de running Enko : Spécifications techniques
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Spécifications techniques

Etude technique

La chaussure de running ENKO utilise des composants mécaniques intégrés dans la semelle, lui apportant un amorti (gain de confort) et une restitution d'énergie (gain de performance) significatifs. La semelle innovante est munie de deux amortisseurs, permettant de restituer avec douceur et au bon moment toute l'énergie emmagasinée lors de l'amortissement de la foulée.
Ont donc été évalués de manière analytique, la qualité de l'amorti et le gain en performance apporté par le concept "ENKO running shoes" par rapport à une chaussure classique et pour un coureur de 70 kg courant à différentes allures.

Rappels sur la foulée

La foulée peut être définie comme le bond compris entre deux contacts successifs avec le sol. Elle se compose d'une période d'appui et d'une période de suspension. La période d'appui est celle retenue dans le cadre de cette étude, puisque c'est durant ce laps de temps que les transferts énergétiques ont lieu. Elle correspond au moment où le pied du coureur est en contact avec le sol.
Selon cette approche, cette phase se divise en trois étapes successives

  • Phase d'amortissement : elle débute à l'instant où le pied entre en contact avec le sol, et se termine au moment où la projection verticale du centre de gravité coïncide avec la verticale de l'appui.
  • Phase de soutien : elle correspond au moment où la vitesse de déplacement vertical du centre de gravité s'annule. Le centre de gravité est alors approximativement à l'aplomb de l'appui au sol.
  • Phase de poussée : d'un point de vue mécanique, la poussée commence au moment du soutien et se termine au moment où le pied quitte le sol. C'est donc le moment moteur par excellence.

Descriptifs des calculs énergétiques

Pour traiter le problème de l'apport des semelles sur la performance du coureur, une approche énergétique a été adoptée, c'est-à-dire une estimation des quantités d'énergie emmagasinée puis "restituée" à la semelle grâce à ses amortisseurs, et les comparer avec les énergies mises en jeu lors de la course, pour un coureur de 70 kg possédant une foulée d'efficacité moyenne.

Ces calculs ont été effectués pour 4 allures différentes : 9, 12, 15 et 18 km/h en utilisant les valeurs de dépense énergétique moyenne référencées pour ces 4 allures et une foulée d'efficacité moyenne. Les amplitudes de foulée considérées ont été de 1m, 1.2 m, 1.5 m et 1.75 m pour les 4 allures respectives tandis que les composantes du coût énergétique lié au coureur, nécessaires aux calculs, sont issues de données scientifiques reconnues.

Energie emmagasinée et restituée par le système à chaque foulée

Pour calculer l'énergie emmagasinée et restituée par les amortisseurs, le système a été considéré dans les phases successives récapitulées précédemment.

Au début de l'amortissement, les ressorts sont relâchés et ne subissent aucune contrainte. Ils possèdent une longueur L0.
Lors de la phase d'amortissement, ils vont se comprimer et exercer une force de résistance Fressort, qui va contribuer à limiter l'énergie encaissée par la semelle et la jambe du coureur.
Cette énergie emmagasinée par les ressorts en se comprimant durant la phase d'amortissement pour notre coureur de 70 kg correspond à :
Eemmag = 2 x ERessort = 2 . (1/2.K. (L0 - L1)) = K.(L0 - L1)2

De = 15.2 mm
d = 3.1 mm
K = 52.8 N/mm (raideur du ressort pour un coureur de 70kg)
L0 = 52 mm
Lc = 40 mm
Avec les valeurs du ressort, on a :
Energie emmagasinée par les 2 ressorts K. (L0 - Lc)2 = 7.6 J



Analyse de la phase d'amortissement
Ce qui rend cette chaussure unique, c'est qu'elle est dotée de ressorts interchangeables choisis en fonction du poids du coureur et que la phase d'amortissement va se faire sur 25 mm de hauteur. L'amorti sera toujours optimisé, apportant un confort incomparable.

Coût Energétique de la course à pied

Ce coût énergétique est une donnée largement étudiée dans le domaine de la course à pied, il est estimé à partir de bilans énergétiques sur un grand nombre de coureurs représentatifs.
Pour un coureur de 70 kg ce coût est de :

  • 1.036 kcal/kg/km (4330.5 J/kg/km) à 18 km/h
  • 1.028 kcal/kg/km (4297 J/kg/km) à 15 km/h
  • 1.027 kcal/kg/km (4292.9 J/kg/km) à 12 km/h
  • 1.037 kcal/kg/km (4334.7 J/kg/km) à 9 km/h

Rendement mécanique
Pour pouvoir estimer l'apport réel des chaussures, il a été nécessaire de connaitre le rendement mécanique de course h correspondant à la proportion du coût énergétique uniquement utilisée pour maintenir la course.
La plage de rendement pour un coureur moyen se situe entre 18 et 24%. Il a été pris les valeurs suivantes en fonction des vitesses :

  • h=18% à 9km/h
  • h=20% à 12km/h
  • h=22% à 15km/h
  • h=24% à 18km/h

Coût énergétique corrigé
Pour un coureur de 70 kg :

  • 72752.1 J/km à 18 km/h
  • 66174.4 J/km à 15 km/h
  • 60100.0 J/km à 12 km/h
  • 54616.7 J/km à 9 km/h

Gains rapportés au Coût Energétique
Pour pouvoir comparer l'énergie apportée par les ressorts, il a été nécessaire de la rapporter à 1 km de course. Pour cela, les amplitudes de foulée (L) considérées ont été de :

  • 1m à 9 km/h
  • 1.2 m à 12 km/h
  • 1.5 m à 15 km/h
  • 1.75 m à 18 km/h

L'énergie Eressort / km apportée par les ressorts pour 1 km de course est alors déduite de l'énergie apportée à chaque foulée par : Eressort/km = Eressort. 1000/L

Gain apporté par la chaussure « Enko Running Shoes » en pourcentage de la vitesse

ALLURE 9 km/h 12 km/h 15 km/h 18 km/h
Coût énergétique total de la course 303426 J/Km 300500 J/Km 300792 J/Km 303134 J/Km
Rendement mécanique de la course 18 % 20 % 22 % 24 %
Coût énergétique corrigé 54616.7 J/km 60100.0 J/km 66174.4 J/km 72752.1 J/km
Energie rendue par les ressorts Eressort / km 7603.2 J/km 6336.0 J/km 5068.8 J/km 4344.7 J/km
Gain apporté par la "Enko Running Shoes" en % du coût énergétique 13.92 % 10.54 % 7.66 % 5.97 %

Il a été constaté que le gain apporté par les amortisseurs en termes d'énergie mécanique est compris entre 6% et 14% selon l'allure considérée, ce qui représente un avantage significatif.
Il est également intéressant de noter que l'apport des amortisseurs est plus important pour les faibles allures de course puisque le nombre de foulées par km est plus important.
Les chaussures "Enko Running Shoes" sont destinées aux coureurs désirant bénéficier non seulement d'un apport significatif pour la propulsion mais également d'un gain d'amorti permettant de limiter les blessures liées à la course.

Système breveté

Brevet international WO2012 / 131244 - Chaussure avec entrainement amélioré et amortissement

Portée de l'invention :
La présente invention concerne le domaine de la chaussure et en particulier les réglages pour optimiser les phases d'amortissement, de support et de propulsion d'une foulée.

Un développement high-tech

Modelisation 3D

Grâce à la méthode de modélisation par éléments finis, il a été possible d'optimiser précisément toutes les contraintes mécaniques intervenues sur la semelle.