Chaussures de sport: Matériaux et performances

18.12.08

Valentin Chapuis Etienne Landry-Desy

Alexandre Durussel Christophe Swistak

Plan

• Tests réalisés– Description

– Résultats

– Discussion

• Solutions Matériaux– Shear Thickening Fluids STF

– Composite Thermoplastique / Fibre de verre (TP/GF)

Chaussure type

Tests réalisés (I)

• Compression sur le talon

– Cyclique• Stabilisation après 5 cycles

– Absorption d’énergie

Compression

Compression

Tests réalisés (II)

• Flexion 3 points

– Energie absorbée

– Rigidité en flexion

– Parties A, B et AB

Flexion A

Flexion B

Tests réalisés (III)

• Test cantilever 30°

– Rigidité de l’avant du pied (joint MP - hallux)

– Moment appliqué pour obtenir 30° de rotation

Cantilever 30°

Cantilever 30°

30°

MP

Tests réalisés (IV)

• Torsion

– Intérieure / extérieure

– Rigidité en torsion

Torsion

Torsion

Rigidité

R = ΔF/ Δz

Méthode de calcul

Compression : énergie absorbée

Compression : angle de dorsiflexion

Compression : split de la semelle

Energie absorbée par les différents composants de la semelle

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Elements Dorsi 1 Chaussure Dorsi 1 Elements Dorsi 5 Chaussure Dorsi 5

En

erg

ie a

bs

orb

ée

[J

]

EVA Blanc Ext. Noir

Dorsi 1 Dorsi 5

Chaussure complète dorsi 1 Chaussure complète dorsi 5

Rigidité : flexion AFlexion 3 points, partie A

10.8 11.4

20.9

23.8

29.6

13.1

16

14.215.2

0

5

10

15

20

25

30

35

Asics

course

Saucony Stabil Dragon Asics

Volley

B-train B-spike Old B-

volley

New B-

volley

Rig

idit

és

[N

/mm

]

Course

Intérieur

Springboost

Rigidité : flexion BFlexion 3 points, partie B

23.1

17.3

9.9

18.3

6.3

14.3

21.3

10.2

16.2

0

5

10

15

20

25

Asics Course Saucony

Course

Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike

Dorsi 2

New B-Volley

Dorsi 2

Old B-Volley B-Train Dorsi

3

Rig

idit

és

[N

/mm

]

Course

Intérieur

Rigidité : flexion ABFlexion 3 points, partie AB

5.9

3.7

8.1

5.8

12.512.9 13.1

8.3

1.8

0

2

4

6

8

10

12

14

Asics

Course

Saucony

Course

Adidas

Stabil

Nike

Dragon

Asics

Volley

B-Spike Old B-

Volley

New B-

Volley

B-Train

Rig

idité E

I [N

/mm

]

Concurrence:

Chaussures de course

Concurrence:

Chaussures d'intérieur

Energie absorbée :flexion AFlexion 3 points, partie A

0.329

0.456

0.166

0.2360.262

0.538

0.595

0.4340.423

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Asics Saucony Stabil Dragon Asics

volley

B-train B-spike old B-

volley

new B-

volley

En

erg

ie a

bso

rbée [

J]

Course

Intérieur

Energie absorbée :flexion BFlexion 3 points, partie B

0.14

0.51

0.08

0.19

0.08

0.14

0.51

0.12

0.47

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Asics Course Saucony

Course

Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike

Dorsi 2

New B-

Volley Dorsi

2

Old B-Volley B-Train Dorsi

3

En

erg

ie d

iss

ipé

e [

J]

Course

Intérieur

Energie absorbée :flexion ABFlexion 3 points, partie AB

0.12

0.21

0.13 0.14

0.06 0.07 0.08 0.07

0.55

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Asics Course Saucony

Course

Adidas Stabil Nike Dragon Asics Volley B-Spike New B-

Volley

Old B-Volley B-Train

En

erg

ie a

bso

rbée [

J]

CourseIntérieur

Rigidité : cantilever 30°Cantilever 30°

2.5

1.8

2.3

2.9

3.2

6.1

5.5

3.9

4.8

0

1

2

3

4

5

6

7

Asics course Saucony

course

Adidas Stabil Nike dragon Asics volley B-Train B-Spike Old B-Volley New B-Volley

Rig

idit

é (

N/m

m)

Intérieur

Course

Energie absorbée : cantilever 30°Cantilever 30°

0.330.35

0.57

0.35

0.69

0.61

0.850.82

0.57

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Asics

course

Saucony

Course

Adidas

Stabil

Nike

Dragon

Asics

Volley

B-Train B-Spike Old B-

Volley

New B-

Volley

En

erg

ie a

bs

orb

ée

[J

]

Intérieur

Course

Rigidité : torsionTorsion

41.8

29.9

53.4

42.7

35.1

31.526.926.4

37.3

0

10

20

30

40

50

60

Asics

course

Saucony

course

Adidas

Stabil

Nike

Dragon

Asics

Volley

B-Spike Old B-

volley

New B-

volley

B-train

Rig

idit

é [

Nm

/rad

]

Course

Intérieur

Pause !

10 secondes pour souffler après

tous ces graphiques…

Analyse des résultats (I)Flexion AB // Rigidité vs Energie absorbée

Saucony

Stabil

B-Train

New B-Volley

Asics CDragon

Asics V

B-Spike

Old B-Volley0

100

200

300

400

500

600

0 2 4 6 8 10 12 14

Rigidité [N/mm]

En

erg

ie a

bs

orb

ée

[m

J]

Analyse des résultats (II)Rigidité vs énergie absorbée

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0

Rigidité R [N/mm]

En

erg

ie a

bs

orb

ée

E [

mJ

]

Flexion A

Flexion B

Flexion AB

B-Train Saucony

New B-VolleyStabil

Dragon

Analyse des résultats (III)

Cantilever // Energie vs Rigidité

Stabil

Dragon

B-SpikeOld B-Volley

New B-Volley

Asics C

Saucony

Asics V

B-Train

200

300

400

500

600

700

800

900

1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

Rigidité [N/mm]

En

erg

ie [

mJ

]

Analyse des résultats (IV)Rigidités // Cantilever vs Flexion A

Asics C

Saucony

Asics V

B-Spike

New B-Volley

Stabil

Dragon

B-Train

Old B-Volley

1

2

3

4

5

6

7

5 10 15 20 25 30 35

Rigidité Flexion A [N/mm]

Rig

idit

é C

an

tile

ve

r [N

/mm

]

Analyse des résultats (V)Rigidité // Torsion vs Flexion B

Saucony

Stabil

B-Train

B-Spike

Old B-Volley

New B-Volley

Asics C

Dragon

Asics V

20

25

30

35

40

45

50

55

60

5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25

Rigidité Flexion B [N/mm]

Rig

idit

é T

ors

ion

[N

m/r

ad

]

Confort vs performances

Solution envisagée : Shear Thickening Fluid STF

Qu’est-ce que le STF ?

• Fluide capable de se rigidifier sous certains types de sollicitation

– Déformation en cisaillement

– Fréquence / amplitude

Shear Thickening Fluid

La preuve :

• Améliore l’amortissement

• Augmente la rigidité

>> D

>> η

Peut-on utiliser le STF pour améliorer le confort et avoir de bonnes performances ?

Christian Fischer, thèse EPFL (2007)

Méthode

• Challenge– avoir une rigidité suffisante tout en augmentant le

confort

• Solution – Trouver un design de structure sandwich qui

permette d’obtenir la même rigidité

Chaussure Springboost

Structures sandwich avec STF

Ddéterminé par essais flexion

D

Structures sandwich

• Structure sandwich avec cœur taillé en dents de scie

• Structure sandwich en plaques

STF

STF

Fibres de verre + STF

• Structure sandwich avec fibres et STF à l’interface

EVA injecté

EVA mousse

Tests• UTS : flexion à différentes vitesses

– Déterminer la rigidité, activation du STF

• VBT: vibrations à différentes fréquences

Rigidification

Amortissement

Half-power bandwith method

Résultats UTS

• Fibres: rigidité augmente avec la vitesse activation du STF à l’interface

• Dents-de-scie / plaques: pas d’activation, vitesse de cisaillement trop faible

Résultats VBT (I)

Référence – sans STF : Coefficient de rigidification = 1.8

Référence – avec STF : Coefficient de rigidification = 6.9

• Structure sandwich en plaques

Résultats VBT (II)• Structure sandwich taillée en dents de scie

Référence – sans STF : Coefficient de rigidification = 16.4

Référence – avec STF : Coefficient de rigidification = 18.9

Résultats VBT (III)

Avec le STF l’effet de rigidification est maintenu pour différentes amplitudes

Résultats VBT (IV)• Structure sandwich avec fibres et STF à l’interface

Référence – avec STF : Coefficient de rigidification = 41.3

Résultats VBT (V)

ηplaque > ηdents-de-scie > ηfibres

Conclusion STF

• Coefficient de rigidification k entre la référence et structures sandwich avec STF:

kfibres > kdents de scie > kplaques

• Amortissement:

ηplaque > ηdents de scie > ηfibres

Perspectives

Quel type de chaussure pour:

•Volley•Running

…

Fréquences = ?Amplitude = ?

Choix de la structure sandwich avec STF

Ex: 20% de rigidification

Est-ce suffisant pour le percevoir, ressentir le confort et la performance ?

TP/GF

• Fibres imprégnées puis déposées par robotique et surinjectées

• Différents types de renforts– UD Rigidité en flexion– Tissé Rigidité en torsion

• Renforts localisés– Géométrie libre– Inconfort localisé ?

Conclusions

• Tests mécaniques reproductibles développés

• Chaussures Springboost caractérisées par rapport à la concurrence

• Des matériaux actifs peuvent être utilisés pour adapter les propriétés en fonction des sollicitations.

Remerciements

• Aimée Challande

• David Bourgit

• Jörg Fuchslocher

• P.-Etienne Bourban

• François Bonjour

• Cristian Neagu

• Julien Carron

Springboost LTC