Brevet FR3116804A1 — publié le 20220603

Dispositif de transmission à un utilisateur de la traction d’un système éolien Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur, comportant une bande de support 10 d’allure en U présentant une partie dorsale 1 couvrant une portion du dos et des parties latérales 2, 3 couvrant au moins partiellement les flancs d’un utilisateur dans le prolongement de la partie dorsale 1. Un arceau 20 rigide est fixé à l’extérieur de la bande de support 10, la bande de support 10 et l’arceau 20 étant solidarisés au moins en un point de fixation 15, 16 au niveau de chacune des parties latérales 2, 3. La bande de support 10 est plus courte que l’arceau 20 entre les points de fixation 15, 16, et sa partie dorsale 1 ne présente pas de contact direct avec ledit arceau 20. Figure d’abrégé : Fig.4 Dispositif de transmission à un utilisateur de la traction d’un système éolien La présente invention concerne, de manière générale, un équipement porté par un utilisateur pour aider à la commande d'un système éolien à vocation sportive, tel qu'un cerf-volant, un kite-surf, une aile, une voile ou équivalent. Plus particulièrement, l'invention porte sur un dispositif de transmission de la traction dudit système audit utilisateur au moyen d’un tel équipement. L’utilisation de l'énergie du vent pour propulser un utilisateur implique généralement une surface en matériau souple de type voile ou pièce de toile qui est actionnée par l'utilisateur pour interagir avec le vent et générer une force de propulsion. Une telle interaction s’effectue d’abord par une commande impulsée par les bras de l’utilisateur, lui permettant de contrôler certains paramètres de fonctionnement, dont l'altitude et le positionnement. Dans les activités sportives basées sur la traction du vent, les forces générées peuvent cependant être importantes et les bras ne peuvent être seuls mis à contribution pour le maniement et la commande de l’engin, sous peine de fatigue excessive qui peut facilement entraîner des problèmes de sécurité, pour l’utilisateur et pour les tiers du voisinage. Il est donc classique et connu de répartir les forces sur d'autres parties du corps, via un équipement de type harnais porté par l’utilisateur. La fonction principale d’un tel équipement est de répartir une partie non négligeable de ces forces vers d’autres parties du corps, de solliciter en somme d’autres groupes musculaires tels que les jambes et le torse. Un harnais doit aussi permettre à l’utilisateur d’adopter des positions de compensation qui lui permettent de mieux gérer son effort, en agissant sur le positionnement relatif entre l’aile ou la voile et son corps. De manière générale, ces équipements doivent d’abord procurer un bon appui au dos pour permettre à l’utilisateur de se mettre en opposition lorsqu’il est entraîné vers l’avant par des forces importantes, ce qui implique que dans ces équipements une partie non négligeable de la surface du dos est en général couverte. Pour assurer de manière optimale les fonctions pour lesquelles un tel harnais est prévu, la connexion avec le corps de l‘utilisateur doit non seulement être stable dans le temps, malgré des conditions parfois très variables, mais aussi robuste et confortable à peu près quelles que soient les forces générées et/ou leurs directions d’application. Pour une meilleure répartition, gage d’efficacité et de confort, les harnais sont donc configurés pour que les forces soient transférées vers le corps de l'utilisateur. Il existe en pratique deux familles de harnais. D’une part les harnais dits « ceintures », qui transmettent les efforts au niveau du buste, sur une surface qui comprend mais ne se réduit pas au dos, d’où leur forme ceinturant le torse. Et d’autre part les harnais dits « culottes » qui comprennent des sangles sous-cutales, et permettent un appui au niveau des fesses plus que sur le dos. Les harnais disposent dans la plupart des cas d’un point de fixation à la voile ou à l’aile, qui fait office de point d’entrée de la transmission des forces depuis la voile soumise au vent vers l'utilisateur qui porte cet équipement. Ils sont de plus souvent, pour des raisons de confort, conçus en des matériaux souples pour bien s’ajuster autour du buste du sportif. Dans ce cas, l’application de la résultante des efforts dus au vent en ledit point de fixation, en général situé à l’avant du buste, a pour conséquence de tirer vers l’avant la partie ventrale du harnais et, ce faisant, de comprimer les flancs de l’utilisateur puisque les côtés du harnais souple ont tendance à se rapprocher l’un de l’autre. Pour diminuer ce phénomène, la plupart des harnais présentent, au niveau du ventre, une barre rigide dite de répartition (« spreader bar ») qui se fixe de manière détachable au reste du harnais, et qui est adaptée à la morphologie de l’utilisateur, en réalité principalement à sa largeur au niveau du ventre. La grande rigidité de cette barre ventrale est supposée la rendre indéformable, et par conséquent apte à contrecarrer une partie de la compression en évitant autant que possible la déformation de la partie du harnais qui couvre le dos et les flancs. Cette barre de répartition est dans la plupart des cas fabriquée en métal, et recouverte d’un manchon souple pour des raisons de confort. C’est un premier pas pour atténuer la compression latérale, mais cela ne suffit pas à résoudre correctement ce problème. Le défi, pour la fabrication de ces harnais, est en fait d’allier le confort des matériaux souples, procurant une adaptabilité maximale au corps, avec une bonne répartition des efforts et une résistance aux efforts de compression latéraux, sachant que la notion de confort dépend aussi des conditions de pratique. Celui qui est offert par des matériaux trop souples ne permet pas de diminuer la compression latérale, et la répartition des efforts est moyenne. Les harnais en matériaux plus rigides, faits de coques par exemple composites, le cas échéant recouvertes d’une couche souple, sont plus adaptés pour réduire les efforts de compression latéraux. Ils permettent de mieux gérer les efforts lorsqu’ils sont importants, mais ils sont moins naturellement performants en termes d’adaptabilité à la morphologie du buste, comme par exemple au niveau de sa cambrure, et aux mouvements du pratiquant. C’est par exemple ce qui est divulgué dans le document US 2018/029676, décrivant un harnais comportant un cadre composite rigide qui épouse une région du dos d'un utilisateur. Le cadre composite est directement fixé à une barre de répartition, ce qui facilite la transmission des forces et répond à la problématique de la compression latérale, mais rien de spécifique n’est prévu pour améliorer l’adaptabilité du harnais au pratiquant. En gardant les structures classiques de harnais, on se condamne à essayer de trouver les meilleurs compromis possibles entre performance mécanique et confort de l’utilisateur, donc à tenter de positionner le curseur entre le bien-être de la personne et l’optimisation de la gestion des contraintes applicables au harnais. Le dispositif de l’invention s’extrait des logiques de conception habituelles, par une démarche d’analyse systématisée qui a conduit à séparer dans la mesure du possible les différentes fonctions mises en œuvre dans le cadre d’un tel dispositif. On utilise d’ailleurs à dessein le mot « dispositif » pour l’invention, dans la mesure où il ne s’agit pas d’un simple harnais classique, mais d’un système mécanique plus complet qui a vocation à relier une surface de voilure soumise à des forces extérieures d’une part, à un individu en charge de son contrôle d’autre part. Ainsi, le dispositif de l’invention, permettant la transmission de la traction d’une aile de traction/ voile à un utilisateur, comporte une bande de support d’allure en U présentant une partie dorsale couvrant une portion du dos et des parties latérales couvrant au moins partiellement les flancs d’un utilisateur dans le prolongement de la partie dorsale. Il est en outre tel, selon l’invention, qu’un arceau rigide est fixé à l’extérieur de la bande de support, la bande de support et l’arceau étant solidarisés au moins en un point de fixation au niveau de chacune des parties latérales, la bande de support étant plus courte que l’arceau entre les points de fixation et sa partie dorsale ne présentant pas de contact direct avec ledit arceau. En d’autres termes, la conception se distingue par deux fonctions : une plutôt orientée confort et une autre plutôt orientée gestion d’efforts mécaniques en vue d’éviter la compression de l’ensemble sur les flancs de l’utilisateur. Les deux fonctions sont évidemment liées, mais elles prennent néanmoins chacune en charge principalement un des deux aspects mentionnés. La rigidité de l’arceau extérieur empêche que, sous l’action de la résultante des efforts issus de la voile, qui s’appliquent au harnais via le point d’accrochage de la voile ou de l’aile, les parties latérales dudit support ne compriment les flancs de l’utilisateur. Un tel arceau peut par exemple être réalisé en matériau composite, en matériau plastique chargé, ou encore en métal, etc. L'arceau peut être de toute forme, en particulier sa hauteur est idéalement inférieure à celle de la bande de support, mais elle peut aussi être de la même hauteur voire plus haute. L’arceau est fixé à la bande support au niveau des flancs, donc sur les parties latérales et, selon l’invention, il n’y a pas de contact direct entre la partie dorsale de la bande de support et l’arceau. Par contact direct, on entend une liaison qui est à la fois solidaire de l’arceau et de la bande, c’est-à-dire encore une liaison matérielle qui est physiquement fixée/attachée d’un côté à l’arceau et de l’autre à la bande de support. Il peut néanmoins y avoir une couche compressible au contact des deux. La bande de support étant plus courte que l’arceau entre leurs zones de solidarisation latérales, il y a un espace pour une telle couche intermédiaire, dont la présence n’est pas contradictoire avec l’absence de contact direct. De préférence, la bande de support peut être constituée d’un matériau ne présentant pas ou peu d’étirabilité entre les points de fixation. Par « entre les points de fixation », on entend - au sens de cette demande - dans la direction de la bande de support entre lesdits points de fixation, ou dans un plan d’allure horizontale lorsque la personne est debout, et se tient par conséquent sensiblement verticalement, ou encore dans un plan de section transversale du buste de l’utilisateur. L’expression « pas ou peu d’étirabilité » doit être entendue par exemple par comparaison avec le comportement de caoutchoucs synthétiques classiquement utilisés dans ce domaine, par exemple celui qui est commercialisé sous la dénomination néoprène. Ces matériaux sont étirables dans une mesure qui n’est pas du tout celle de la bande de support, qui peut le cas échéant présenter une possibilité limitée d’extension locale n’affectant que d’une manière très minime l’étirabilité globale entre les points de fixation. Le dispositif de l’invention comporte des moyens de fixations entre la bande de support et l’arceau exclusivement situés au niveau des parties latérales de la bande de support et, de préférence, il n’y a qu’un point de fixation par partie latérale, donc deux points de fixation en tout, entre lesquels la bande de support est libre. Ces modalités de fixation garantissent une liberté de mouvement notamment transversale pour une large portion de la bande, puisqu’il n’y a pas de contact direct avec l’arceau. Cette liberté de mouvement est cependant limitée par les possibilités de déformation intrinsèque de la bande de support. De préférence, ladite bande de support est constituée d’un matériau flexible, ou d’un assemblage d’éléments lui conférant une flexibilité, et elle est donc en mesure de s’adapter aux changements de position du buste de l’utilisateur et à la morphologie de son dos, en se déformant localement sans pour autant toucher l’arceau rigide. Ainsi, par exemple, la bande de support peut être fabriquée en matériau synthétique de type plastique. Suivant une possibilité, cette bande de support peut être une structure réticulée ou ajourée. Selon une configuration possible de l’invention, l’arceau rigide peut être fixé à la bande de support par des moyens de fixation rigides monoblocs. C’est par exemple le cas lorsque, dans une version de l’invention, l’arceau rigide est d’une seule pièce avec la structure constituant la bande de support. Une autre fixation rigide pourrait être obtenue par des coutures maintenant les deux éléments au contact serré et par conséquent rigide. Alternativement, l’arceau rigide peut être fixé à la bande de support par des moyens de fixation de type à charnière à un degré de liberté en rotation. Tout autre degré de liberté peut cependant aussi être envisagé. D’autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, se rapportant à des modes de réalisation qui ne sont donnés qu’à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs. Ainsi, notamment, la compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins joints en annexe et dans lesquels : représente une vue schématisée du fonctionnement d’un harnais souple de l’art antérieur ; montre une vue schématisée d’un deuxième mode de réalisation d’un harnais de l’art antérieur, doté d’une structure rigide ; illustre schématiquement la conception propre à l’invention ; représente en vue perspective un mode de réalisation possible d’un dispositif selon l’invention ; montre une autre vue, de derrière, de la configuration représentée en ; représente une vue en section longitudinale de la configuration représentée en ; et montre une vue de côté de la configuration représentée en . En référence aux figures 1 à 3, le cheminement qui a notamment conduit à la mise au point de l’invention est schématisé en trois étapes. Historiquement les harnais les plus simples étaient en général souples, constitués d’une sorte de corset ou de ceinture large qui visait à relier l’aile par exemple d’un kite surf au buste de son utilisateur, afin d’offrir des appuis additionnels à ses bras, dont la capacité d’énergie devait être préservée pour la commande directionnelle. Abstraction faite de la barre rigide 4 placée à l’avant du buste, cet appui se fait très largement au niveau du dos, ainsi que sur les flancs. Ainsi, la partie dorsale 1 se prolonge de chaque côté par des parties latérales 2, 3, lesquelles sont munies de moyens de fixation de la barre 4 avant sur laquelle s’exercent directement les forces issues de l’aile en prise avec le vent. Les efforts appliqués au harnais au niveau des flancs sont montrés, dans les figures 1 à 3, sous forme de deux forces F, F’ orientées dans le prolongement des parties latérales 2, 3, et qui se décomposent – aux points d’application – en une composante radiale C, C’ et une composante tangentielle T, T’. Cela constitue une modélisation correcte de la situation mécanique en termes d’exercice d’efforts sur la structure souple telle que partiellement figurée. Dans la , le harnais 10 – représenté en traits interrompus - est souple, et l’existence des forces F, F’, qui naissent lorsqu’une traction est exercée sur la barre 4 avant, tend à réduire la largeur de la partie dorsale 1. Les composantes C, C’ ont en effet pour résultat de rapprocher les parties latérales 2, 3. Ces efforts C, C’ aboutissent à comprimer les flancs de l’utilisateur, ce qui prive pour partie le harnais de son efficacité fonctionnelle. Aucune fonction d’anti-compression n’est en effet assurée, ce qui conduit à réduire le confort, dans une configuration pourtant initialement orientée vers une adaptabilité maximale au corps de l’utilisateur censée lui apporter un certain confort. En , le harnais représenté présente une coque rigide 20 – représentée en trait plein - coopérant avec une couche souple 10. Cette construction préserve de manière plus pérenne la configuration initiale avec partie dorsale 1 et parties latérales 2, 3. Dans cette hypothèse, il n’y a pas de compression latérale C, C’, du fait de la rigidité qui génère sur la coque 20 une réaction d’anti-compression AC, AC’. Dans cette configuration, l’adaptabilité réduite de la couche souple au contact de l’utilisateur (directions P) conduit en pratique à un inconfort d’usage. Ce type de harnais prend bien en considération l’aspect rigidification pour éviter les compressions latérales, améliorant le confort à ces endroits, mais il est susceptible de créer un inconfort, du fait de son adaptabilité réduite aux mouvements et à la morphologie du pratiquant, comme par exemple au niveau de la cambrure du dos. Le harnais de la , celui qui reprend les principes de l’invention, distingue mieux les aspects ou fonctions adaptation/confort et anti-compression latérale, en proposant une conception dans laquelle la couche rigide et la couche souple sont conservées, mais agencées différemment que dans la solution de la . La couche souple ou flexible 10 est de longueur inférieure à la structure rigide 20, et comme elle ne présente pas de possibilité d’étirabilité dans le plan de la figure, elle ne peut jamais venir au contact de cette dernière, au moins dans la partie dorsale 1 lors de l’utilisation. Selon une possibilité, la distance entre la bande 10 et l'arceau 20 peut être progressive depuis les points de fixation. Mais des variantes à espace constant sont également envisageables. Au centre la distance peut être d'au moins 5mm, mais elle est de préférence au moins 10mm, et encore plus préférentiellement d'au moins 15mm. Il peut y avoir contact au voisinage des parties latérales 2, 3, puisque la fixation de la bande flexible 10 à la structure rigide 20 s’effectue en ces zones qui font face aux extrémités de l’arceau 20. Il est à noter que, dans cette demande, lorsqu’on parle de non déformabilité de la bande de support 10, entre points de fixation ou dans la direction de l’arceau 20, ou encore de non étirabilité de ladite bande de support 10 entre les points de fixation, ou dans la direction de l’arceau 20, cela signifie qu’il n’y a pas d’allongement possible de la bande de support 10 dans le plan de la . La bande support 10 est flexible mais non étirable : lorsque le dos de l’utilisateur y est appuyé, il y a flexion permettant à la bande 10 d’épouser le dos mais, lorsque tout le dos est en appui, il n’y a pas d’étirement et donc pas de contact avec l’arceau rigide 20. En référence aux figures 4 à 7, un exemple concret d’une telle configuration est donné. Un arceau 20 extérieur est fixé à une bande de support 10 du corps par deux points de fixation 15, 16, ces deux éléments 10, 20 étant réalisés en matériau synthétique ayant soit des propriétés différentes, soit des paramètres configurationnels différents. Ainsi, l’arceau 20 est rigide, et sensiblement indéformable en flexion ou en traction/compression. La bande de support 10 est flexible, mais elle ne présente pas d’étirabilité dans la direction de l’arceau 20 (voir ci-dessus pour l’interprétation à donner). La partie dorsale 1 de la bande de support 10 est large, pour accroître le confort pour l’utilisateur, notamment en permettant de mieux répartir les efforts qui s’y appliquent. C’est le dos qui travaille, par compensation, notamment mais non exclusivement en cas de vents forts. La flexibilité de la bande support 10 résulte non seulement du matériau choisi mais également de choix dimensionnels, par exemple sur l’épaisseur de la bande de support 10, ou de choix géométriques avec les motifs ajourés. La structure en maillons encadrés de l’arceau 20 combine également des choix géométriques et des paramètres dimensionnels, qui sont prévus et sélectionnés pour conférer une grande rigidité audit arceau 20. Les parties latérales 2, 3 de la bande de support 10 sont de largeur inférieure à la partie dorsale 1 et sont reliées, sur leurs faces externes, aux extrémités de l’arceau 20 par des points de fixation 15, 16 uniques de chaque côté au moyen de liaisons à rotation de type charnière. Sur chaque côté, le point de fixation 15, 16 comporte en l’occurrence un arbre 21 inséré dans deux oreilles 11, 12 dépassant de ladite face externe de chaque partie latérale 2, 3, ainsi que dans une extrémité tubulaire coaxiale de l’arceau 20. Une conception d’une seule pièce est également, comme mentionné, possible dans le cadre de l’invention. Les exemples illustrés dans ces figures ne sont d’ailleurs évidemment pas exhaustifs de l’invention, qui englobe les différences de géométrie, de dimensionnements etc. notamment de l’arceau 20 et de la bande support 10, le mode de fixation en les points de fixation 15, 16 etc. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur, comportant une bande de support 10 d’allure en U présentant une partie dorsale 1 couvrant une portion du dos et des parties latérales 2, 3 couvrant au moins partiellement les flancs d’un utilisateur dans le prolongement de la partie dorsale 1, caractérisé en ce qu’un arceau 20 rigide est fixé à l’extérieur de la bande de support 10, la bande de support 10 et l’arceau 20 étant solidarisés au moins en un point de fixation 15, 16 au niveau de chacune des parties latérales 2, 3, la bande de support 10 étant plus courte que l’arceau 20 entre les points de fixation 15, 16 et sa partie dorsale 1 ne présentant pas de contact direct avec ledit arceau 20. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bande de support 10 est constituée d’un matériau ne présentant pas ou peu d’étirabilité entre les points de fixation 15, 16. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte des moyens de fixations 11, 12, 21 entre la bande de support 10 et l’arceau 20 exclusivement situés au niveau des parties latérales 2, 3 de la bande de support 10. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il y a un unique point de fixation 15, 16 par partie latérale 2, 3. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande de support 10 est constituée d’un matériau flexible ou d’un assemblage d’éléments lui conférant une flexibilité. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bande de support 10 est fabriquée en matériau synthétique de type plastique. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la bande de support 10 est une structure 10 réticulée ou ajourée. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’arceau 20 rigide est fixé à la bande de support 10 par des moyens de fixation rigides monoblocs. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’arceau 20 rigide est d’une seule pièce avec une coque constituant la bande de support 10. Dispositif de transmission de la traction d’une aile de traction/voile à un utilisateur selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’arceau 20 rigide est fixé à la bande de support 10 par des moyens de fixation de type à charnière 11, 12, 21 à un degré de liberté en rotation selon un axe d’allure perpendiculaire à la direction de l’arceau 20.