Brevet FR3118886A1 — publié le 20220722

Un putter est un club de golf constitué d’un grip pour tenir le club, d’un manche et d’une tête en contact avec la balle à l’impact. De manière générale il est communément admis que le mouvement idéal du putting se rapprocherait d’un pendulier avec comme centre de rotation le milieu des épaules. L’amplitude du balancier donnant la force du coup et donc une distance de roulement pour chaque angle. Les joueurs essaient donc de se rapprocher de ce mouvement « idéal » en puttant. L’invention concerne un putter de golf qui améliore la régularité du mouvement, le chemin du club et le contrôle de la distance lors du putting par sa répartition de masse et son inertie. Cela est dû à sa masse et sa répartition de masse particulière. Putter de golf inertiel à centre de gravité élevé Le putting est un compartiment de jeu essentiel au golf. Environ 40% des coups sont réalisés à l’aide d’un putter. Le putter de golf est composé d’un grip, d’un manche et d’une tête qui frappe la balle. Il y a beaucoup de théories sur les techniques de putting mais bien qu’il existe autant de joueurs que de techniques de putting, il est communément admis qu’un mouvement se rapprochant d’un pendulier avec une action des mains limitée améliore le dosage, la régularité et la qualité de roulement de la balle. La vitesse des greens, qui a eu tendance à augmenter lors des dernières décennies, a eu un impact également sur la façon dont la balle est tapée avec le putter. Le mouvement de putting est globalement une rotation de l’axe reliant épaules autour de la colonne vertébrale. Les épaules, les bras, et le club tournant autour avec des angles « relativement » fixes. Le « relativement » a son importance. En effet, plusieurs rotations peuvent intervenir durant le mouvement. Elles sont liées aux articulations et notamment au niveau des épaules, des coudes et des poignets. Les coudes n’ont qu’un degré de mobilité et sont généralement faciles à « bloquer », le joueur ne « pompe » pas aves les coudes. Les 2 autres axes de rotation en revanche ont plus de degré de mobilité. La façon dont les épaules tournent autour de la colonne vertébrale est essentiel. Les joueurs ont souvent tendance à putter avec les bras et à avoir l’axe des épaules qui ne tournent pas assez autour de la colonne vertébrale. Les joueurs utilisent ainsi souvent les muscles faibles (bras) au lieu des muscles forts (dorsaux). Les putters actuels étant légers, ce phénomène est amplifié. Les mains sont également sources d’irrégularité, trop de pression au niveau des mains peut générer des mouvement parasites, des « à-coups ». On peut présenter le mouvement du putting comme 2 systèmes évoluant avec des axes de rotation différents: Le premier système « Epaule/bras/mains/putter » tourne autour de la colonne vertébrale qui est l’axe principale de rotation. Lorsque le mouvement est régulier l’amplitude détermine la force, et l’orientation du balancier, la direction. Le deuxième système est le putter qui peut tourner autour de l’axe des mains. C’est un mouvement parasite qui peut altérer la précision. Les mains pouvant contrôler l’orientation de la face du club par rapport au mouvement principal. Ces deux systèmes ont un MOI (moment d’inertie) spécifique par rapport à chacun des axes de rotation. Finalement, aucune bibliographie, ne présente le couplage de ces deux systèmes et comment la conception d’un putter peut les optimiser pour améliorer la qualité du putting. Le premier point marquant aujourd’hui est la masse des putters. Si l’on exclue les « long putter » (longueur supérieur à 45 inches/114.3 cm), la quasi-totalité des putters ont une masse avoisinant les 500 grammes. Certains contrepoids (quelques dizaines de grammes) peuvent être ajoutés sur la tête ou le grip, mais la masse des putters n’excède que rarement, voire jamais, 700 grammes. Si l’on décompose le premier sous-système « épaule/bras/mains/putter » tournant au tour du haut de la colonne vertébrale (cf. ), en 2 sous-systèmes « épaule/bras/mains » et « putter » tournant autour de même axe. En modélisant et en simplifiant ces systèmes (comme des barres auxquelles on affecte les masses au niveau des centres de gravité par exemple), on obtient un MOI du putter /Axe épaule inférieur à celui des bras /axe épaule (MOI [putter]/Axe épaule ) Le moment d’inertie représentant la capacité d’un solide à résister au mouvement autour d’un axe, le joueur sent donc aujourd’hui plus ses bras que son club lorsqu’il effectue le mouvement. Au lieu de laisser le club libre dans son mouvement naturel, tel un pendulier, le joueur peut être amené à le manipuler et à la faire sortir du plan. Pour avoir une trajectoire parfaitement droite et dans la bonne direction au putting, c’est-à-dire sans effet latéral imprimé à la balle, il faut que le chemin du club soit à 0° à l’impact et que la face du club soit perpendiculaire à la trajectoire à l’impact (cf. ). Cela signifie que la tangente au mouvement du putter à l’impact et la direction souhaitée sont confondues. Si le club est trop léger par rapport aux bras, le joueur aura tendance à manipuler le club et à ne pas le laisser suivre son chemin causant un chemin de club extérieur ou intérieur. Avec une face « square » à l’impact cela générera un effet latéral, avec une face perpendiculaire au chemin de club, cela générera une trajectoire rectiligne dans une direction qui n’est pas celle de la cible. Dans les faits, on constate tout de même que la face à l’impact est en partie corrigée malgré un chemin de club incorrect. L’orientation de la face à l’impact étant le critère principal de direction de la balle, le joueur corrige consciemment ou inconsciemment l’orientation de la face ce qui génère souvent des balles avec des effets latéraux faisant sortir la balle de la bonne trajectoire. Cela n’est pas gênant pour le long jeu (driver et fers) ou la trajectoire de la balle est finalement pas ou peu importante par rapport au point d’arrivée et le paramètre fondamental est l’orientation de la face à l’impact. Pour le putting en revanche, la trajectoire est cruciale car le balle doit suivre un chemin précis pour tomber dans le trou. L’effet généré dans la balle est donc fondamental au putting bien qu’il soit sur des niveaux de rotation de balles très faible au putting par rapport au long jeu. On parle ici de quelques millimètres sur une trajectoire qui font que la balle tombe ou pas dans le trou. Le « swing path », chemin de club, est donc le paramètre fondamental pour un assoir son niveau de putting. Plus la masse du club sera élevée, plus le club restera naturellement dans sa trajectoire ce qui favorisera un « swing path » (chemin de club à l’impact) régulier et proche de 0° ce qui est souhaité. Si l’on augmente la masse du putter, le MOI du putter par rapport à l’axe épaule va augmenter, le joueur sentira plus le club par rapport aux bras, et cela améliorera le plan de swing du putter pendant le mouvement. Il faut donc augmenter au maximum la masse des putters actuels, la limite étant liée à la force du golfeur. Pour augmenter le MOI du système « épaules/bras/mains/club » par rapport à l’axe principal de rotation du mouvement, certains fabricants ont imaginé des clubs avec des têtes plus lourdes ou lestées. Ces « heavy putter » faisaient jusqu’à 900 grammes. Dans notre modèle simplifié, avec un tel putter, le moment d’inertie du putter devient supérieur au moment d’inertie des bras par rapport à l’axe (environ 1.5 fois supérieur). C’est positif et suffisant pour sentir le poids du club par rapport au bras. Le problème de ces putters est qu’ils augmentent fortement le MOI putter par rapport au deuxième axe de rotation qui rentre en jeu lors du putting, celui des mains. Lorsque le joueur putt, il bloque ses poignets pour éviter une rotation inutile et néfaste pour la qualité et la régularité du mouvement. Plus le moment d’inertie (MOI) du putter par rapport aux mains est élevé, plus le joueur va avoir besoin de forcer ce qui va générer de la tension dans les mains. C’est cette tension dans les mains qui peut notamment générer des mouvements de la face du club par rapport au chemin du club. Ainsi, dans le cas du putter à 900g avec une tête lestée, le MOI du putter par rapport à l’axe mains est environ plus de 2 fois supérieur à celui du club standard de 500 grammes (son centre de gravité étant également plus bas). Cela générera 2 fois plus de résistance au mouvement et donc 2 fois plus de force à fournir, générateur de mouvements parasites au niveau des mains. Cela sera d’autant plus vrai pour les putts à plus forte amplitude. Plus le mouvement est ample, plus le club est parallèle au sol, et plus le couple au niveau des poignets, généré par le putter lourd en tête, est important. Nous en arrivons donc à la conclusion que la répartition de masse du putter doit être également différente. Le moment d’inertie diminuant avec le carré de la distance lorsque l’on se rapproche de l’axe de rotation, avec un centre de gravité du club plus proche des mains le MOI putter par rapport à l’axe mains diminuera, ce qui est bénéfique pour la régularité. De la même façon que si le MOI putter/axe mains est trop élevé le joueur force et cela est générateur de tensions et de mouvements parasites, lorsque le MOI tends vers 0, le joueur n’a aucun problème pour faire tourner le club autour de l’axe des mains. Il faut donc que le centre de gravité du putter ne soit pas au niveau du grip. Si le contrepoids du grip compense entièrement la masse de la tête du putter cela devient très inconfortable et générateur de mouvements parasites. Si la hauteur du centre de gravité monte encore, c’est comme si le putter était inversé. La masse passe au-dessus des mains ce qui n’a aucun intérêt. C’est également un risque si le centre de gravité est sous le grip avec une position des mains basses. Le couple « Masse du putter/Hauteur du centre de gravité du putter » est donc fondamental sur l’optimisation du mouvement pour le putting et l’amélioration du chemin de club. La dynamique du mouvement autour des deux axes de rotation (épaules et mains) est régie par les MOI des 2 systèmes par rapport aux 2 axes de rotation évoqués. Ces 2 MOI étant fortement liés notamment par la masse des systèmes et leur répartition de masse (notamment la position du centre de gravité du putter). Les paramètres de masse et de hauteur du centre de gravité du putter sont donc indissociables. On arrive donc à 4 inéquations régissant l’optimum de la conception du putter : (1) : MOI putter/axe colonne-épaules >> MOI épaule-Bras-mains /axe colonne-épaules (2) : Masse Putter (3) : MOI putter /Axe mains (4) : MOI putter/mains >> 0 En prenant des données types de morphologie et de masse, ainsi que celles des putters conventionnels ont obtient le graphique présenté sur la . Chacune des inéquations limitant une partie de la zone optimale de conception du putter. En grisant les parties inintéressantes on obtient la zone « I » qui est la zone de conception optimale. En considérant les simplifications utilisées pour la modélisation en limites de zones (calcul du moment d’inertie du club ou des bras, morphologie des bras et rapport Lbras/Lputter, position des mains sur le club notamment), on peut considérer que la conception du putter doit s’éloigner des limites de zone. Plus on s’éloigne de la limite de zone, plus le gain sera marqué jusqu’à un optimum à partir duquel on se rapproche d’une autre limite de zone et l’on dégrade la performance du putter. La représentation des zones est présentée sur la . Zone A : La masse élevée du putter améliore le mouvement de pendulier par rapport aux épaules et favorise un chemin de club plus juste. Le putter « tracte » et se place plus facilement sur son chemin. La répartition de masse n’est pas bonne et le centre de gravité est trop bas (proche de la tête de putter). Cela créé de la tension dans les mains et une possible manipulation du putter qui dégrade la régularité des coups et empêche l’utilisation du potentiel du putter lié à sa masse. Zone I : La masse élevée du putter favorise un « chemin de club» plus juste. Le putter « tracte » et se place plus facilement sur son chemin. La répartition de masse est bonne et meilleure que la zone A. La tension dans les mains et diminuée nettement grâce au MOI putter/axe main plus faible, sans être trop faible comme dans la zone B. Le club est facile à « bouger » sur son chemin correct au démarrage du mouvement. La régularité est améliorée et le potentiel du putter est utilisé pleinement Zone B : La masse élevée du putter favorise un « chemin de club » plus juste par rapport à la zone A. Le putter « tracte » et se place plus facilement sur son chemin. Mais par rapport à la zone I, la répartition de masse du putter avec un centre de gravité au niveau du grip, et donc sous les mains, donne l’impression que la « tête du putter n’a pas de masse ». Le contrepoids compense toute la masse. « L’équilibre » des forces au niveau des mains fait que le moindre effort peut faire bouger la tête de club et la faire sortir du plan. La tête du putter devient extrêmement volatile. La régularité est dégradée. Zone C : La masse élevée du putter favorise un « chemin de club» plus juste. Le putter « tracte » et se place plus facilement sur son chemin. La répartition de masse avec un centre de gravité tout en haut du putter et au-dessus des mains est très inconfortable et recréé une tension dans les mains liées à la masse au-dessus qui dégrade la régularité des coups. Cela peut intervenir si le centre de gravité est au niveau du grip et que les mains sont en position basse. Cette zone est à éviter Zone E : La répartition de masse du club est bonne et limite les mouvements de main du joueur. En revanche le putter n’est pas assez lourd. Le joueur sentira plus l’inertie des bras et va avoir tendance à tirer le putter avec ses « muscles » et manipuler le putter plutôt que de le laisser sur son arc. Une augmentation de la valeur absolue du « chemin de club» engendra des effets sur la balle même avec une face square à l’impact Zone X : La zone X n’est pas représentée sur le graphique. La masse du putter devient trop élevée. Il est aisé de conceptualiser qu’au-delà d’une certaine masse, le putter peut générer de la fatigue et de l’inconfort. Cette limite est liée à la force de la personne et il est difficile de la déterminer précisément. Les prototypes qui ont été testés jusqu’à 3kg auprès d’adultes n’étaient pas dans cette zone. La zone X n’est pas représentée sur le graphique et commence au-delà de 5kg. On peut avoir une représentation en deux dimensions de la qualité du putter en figeant successivement chacune des variables. Cette représentation est présentée sur la . On obtient au sein de cette zone « I » une zone idéale de conception qui correspondrait à la majorité des golfeurs. Elle est définie telle que : 1.5 kg Et : 60% Le putter de golf optimal pour une majorité de joueur se situerait à 2.3 kg et aurait une hauteur du centre de gravité telle que %Hcg = 0.68 avec un grip s’arrêtant juste au-dessus de ce centre de gravité. Si l’on regarde l’état de l’art, cette zone « idéale » n’est aujourd’hui pas connue et non identifiée. Les putters du marché sont quasiment tous positionnés sur la partie inférieure gauche du graphique. Cette zone est loin de l’optimal et ne présente finalement que peu d’intérêt. 2 brevets sont intéressants à noter : Dans leur brevet US 5632691, Hannon; Richard H et Wagner; Carl T., positionne des masses dans le shaft permettant d’augmenter la masse et la hauteur du centre de gravité du club. Bien qu’ils n’aient pas identifiées de zone optimale de conception, leur brevet couvre une zone de masse entre 0.5 kg et 1.05 kg ainsi qu’une position du centre d’inertie Hcg entre 31% et 55% de longueur par rapport au sol (à noter que dans leur brevet ils raisonnent par rapport au haut du club, le grip, et donc une zone entre 45% et 69%). Dans son brevet US 6966846, Blomm, James P, utilise une zone différente de la zone optimale définie ici. Sa zone, couvre un spectre large de masse de putter et une zone de hauteur du centre de gravité beaucoup plus élevée puisqu’elle se situe dans le grip « the counterweight having sufficient mass such that the center of gravity of the club lies within the grip ». La zone qu’il préconise est donc au niveau des mains c’est-à-dire là où le MOI putter/axe mains est proche de 0. Elle n’est donc pas dans la zone optimale de conception du putter telle que définie ici. Il est intéressant de noter qu’il a défini la position du centre de gravité par rapport au grip ce qui est approximatif car le grip pourrait être très long. En mesurant sur la du brevet cité la position du centre de gravité qu’il indique, cela correspondrait à un %hauteur du CG de 74% positionné au niveau du grip et au niveau des mains du joueur. La présente l’état de l’art sur les différents zones de conception identifiées. La hauteur élevée du centre de gravité nécessite une masse importante du grip et cela n’est pas sans problème. En effet, dans le cadre d’un putter traditionnel la masse du grip est faible, il n’y a donc qu’une masse (tête de club) fixée à une extrémité. Dans le cadre de l’invention, le putter possède une 2 e masse (dans le grip) à l’extrémité du club. Cela modifie les fréquences propres de vibration du système, ainsi que les amplitudes de vibration. Sans autre modification de conception, les prototypes qui ont été conçus, avec un grip alourdi notamment, sont difficilement jouables. A l’impact, le club donne une sensation de souplesse trop importante. Cette sensation est amplifiée lors des frappes décentrées, avec un impact de la balle éloignée du « sweet spot ». Cette sensation de souplesse du club est principalement due à des manches ayant des fréquences trop faibles montés sur les putters de série. Ou plutôt la conception des putters actuels ne nécessite pas des manches ayant des fréquences élevées. La fréquence du manche est aujourd’hui le paramètre principal pour déterminer sa rigidité. Les études sont nombreuses sur le dimensionnement des manches de club (fer, driver, hybrides notamment) mais très peu ont été réalisées sur les putters. La vitesse du mouvement faible et la conception des putters actuels (notamment leur masse), ne le nécessitant pas. Plusieurs prototypes du putter de l’invention ont été conçus avec différents manches. La vibration, et la sensation de flexion à l’impact sont fortement diminuées avec des manches ayant une rigidité accrue. Ces manches portent la dénomination « stiff », « Xstiff » extra stiff ou XXXStiff (et plus encore). Il est à de noter que les fabricants ne fournissent généralement pas les spécifications précises (Fréquences notamment) permettant de parfaitement définir la rigidité du manche. Cette fréquence est déterminée aujourd’hui sous le terme CPM (cycle per minute) et dépend de la longueur du club. Bien que le procédé ne soit pas complètement identique d’un fabricant à l’autre, la masselotte fixée au bout du manche pour réaliser les mesures est généralement d’environ 260 grammes. Dans le cadre de l’invention, pour limiter les vibrations dans le manche liées à la conception particulière du putter, la fréquence minimale en CPM du manche doit être telle que « CPM > 591-7,7*Longueur manche » (Longueur manche en inches). Pour un manche de putter de 35 inches/88.9 cm (standard), le CPM minimal doit être de 321. Le prototype ainsi conçu a été testé sur plusieurs joueurs ayant différents niveaux (handicap 40, 10 et 3). Une première série de 10 balles ont été puttées avec un putter traditionnel. Une deuxième série de 10 balles ont été puttées avec un putter prototype selon les critères de l’invention. La tête du putter était la même. Le putter prototype a été équipée d’un grip fortement lesté, le putter prototype pesant 2.3 kg et avec %Hcg = 0.68. La répartition de masse étant telle que le centre de gravité était en haut du manche et en dessous du grip d’un point de vue hauteur. Il a été monté et ajusté en longueur avec un manche ajusté de fer 9 Xstiff 130g. Les tests ont été effectués à l’aide d’un outil de mesure appelé SamPuttLab. Cet appareil permet notamment de mesurer toutes les caractéristiques du mouvement de putting, avec notamment : le « path at impact », le « face at impact », la position du contact de balle sur le putter. Une note sur 100% est également calculée. Les résultats sont présentés sur les figures 5, 6 et 7. Pour chacun des joueurs les tests sont concluants. Le club permet une amélioration nette du chemin de club lors de la réalisation du coup. On a pu constater une amélioration sur la tendance moyenne pour l’ensemble des joueurs, le « Path at impact » étant divisé par 2 en moyenne et une amélioration très nette sur la consistance notamment pour les joueurs confirmés (Index 10 et Index 3). Pour revenir également sur le brevet US 6966846, Blomm, James P, décrit son innovation de telle façon que le centre de gravité soit dans le grip « the counterweight must be sufficient mass to cause the center of gravity of the entire club to be contained within de boundaries of the grip ». Un tel putter a été réalisé en alourdissant encore la masse du grip afin de le positionner sous les mains. La performance de ce putter, telle que décrit dans le brevet US 6966846 avec un centre de gravité dans le grip, est dégradée par rapport au putter de la présente invention, bien que plus performante que la quasi-totalité des putters du marché. On retrouve ici la notion de zone optimum de conception par rapport au couple [Masse putter/hauteur centre de gravité] et les résultats sont présentés sur la . Un autre facteur important a dû être modifié pour tenir compte de la masse du putter de l’invention, il s’agit de l’angle du manche avec la verticale lorsque la tête du putter repose au sol dans sa position normale à l’adresse, appelé « lie ». Les règles du golf définissent un angle minimal de 10° là où la quasi-totalité des clubs vendus font 20°. Etant donné la forte de masse du putter, et pour bénéficier au maximum de la « traction du club » dans son plan, la position à l’adresse doit être revue. Si le « lie » n’est pas adapté, une bonne position engendre des frappes décentrées sur la face avec une position du club à l’impact qui n’est pas bonne. Les résultats sont présentés à la . Un mode de réalisation de l’invention est un putter de golf ayant un grip un manche et une tête. Il a une répartition de masse telle que le centre de gravité soit au-dessus de 60% de la longueur totale du putter (0.6*L) par rapport au sol et en dessous de 72% de la longueur totale (0.72*L). Le centre de gravité du putter n’est pas au niveau du grip mais en dessous lorsque le putter est posé sur le sol. Ce putter de golf doit avoir une masse comprise entre 1.5 kilogramme et 5 kilogrammes. Description des dessins La présente le mouvement effectué lors du putting avec les différents systèmes et axes de rotation intervenant dans le cadre de ce mouvement. La représente les directions et les effets pris par la balle par rapport au chemin de club à l’impact, « path at impact », et à l’angle de la face à l’impact « face at impact ». La représente la conception d’un putter conventionnel et du putter de l’invention avec la zone de positionnement du centre de gravité. La représente la conception du putter de l’invention avec une zone optimale de positionnement du centre de gravité qui se situerait en dessous du grip sans être sous le grip. La représente les résultats de mesure sur la qualité du chemin de club pour un putter marché, et le putter prototype conçu selon les revendications du présent brevet. L’index du jouer étant 40. On voit notamment l’amélioration forte du chemin de club sur la tendance moyenne et la régularité. La représente les résultats de mesure sur la qualité du chemin de club pour un putter marché, et le putter prototype conçu selon les revendications du présent brevet. L’index du jouer étant 10. On voit notamment l’amélioration forte du chemin de club sur la tendance moyenne et la régularité. La représente les résultats de mesure sur la qualité du chemin de club pour un putter marché, et le putter prototype conçu selon les revendications du présent brevet. L’index du jouer étant 3. On voit notamment l’amélioration forte du chemin de club sur la tendance moyenne et la régularité La représente les résultats de mesure sur la qualité du chemin de club le putter prototype conçu selon les revendications du présent brevet et un putter conçu avec un centre de gravité sous les mains comme selon les revendications du brevet US 6966846. L’index du joueur étant 10. On voit notamment la dégradation du chemin de club sur la tendance moyenne et la régularité dans ce second cas. La présente les résultats de mesure sur la qualité de centrage de la frappe pour le putter prototype conçu selon les revendications du présent brevet avec une modification du « lie » (angle par rapport à la verticale quand la tête du putter repose au sol). Putter de golf ayant la caractéristique d’avoir une masse supérieure à 1,5 kilogrammes et inférieure à 5 kilogrammes et un grip lesté tel que le centre de gravité (51) soit au-dessus de 60% de la longueur totale du putter (0.6*L) par rapport au sol (Fig.3) et en dessous de 72% de la longueur totale du putter (0.72*L) sans être dans le grip. Putter de golf qui selon la revendication 1 aura un manche tel que sa fréquence en CPM (cycle per minute) est définie ainsi, CPM > 591-7,7*Longueur manche (en inches)