Le capteur de puissance

Le capteur de puissance

 

Cyclisme et capteur de puissance : l’instrument de mesure lié à la performance

 

Présentation

 

Le cyclisme est un sport porté où le déplacement est réalisé grâce à une puissance produite par l’athlète. Selon une étude de Faria (1992), le cyclisme est une activité physique qui requiert un taux moyen de production d’énergie très élevé pendant des périodes plus ou moins prolongées.

Physiologiquement, le corps humain se voit différencier des intensités de productions énergétiques, déterminant sa performance sportive. Afin de visualiser ces différentes échelles d’intensités, des tests physiques sont réalisés afin de cibler les zones intensives exprimées par la fréquence cardiaque, et surtout par les watts (Pinot et Grappe, 2011).

La fréquence cardiaque possède ses limites dans sa qualité de précision en fonction de facteurs externes (Conditions météorologiques, textiles …) ou internes (Forme physique, sommeil, digestion …) (F.GRAPPE, 2006).

La puissance développée ne peut pas être influencée par des facteurs externes, sa quantification n’est qu’un témoignage d’une force musculaire exercée : c’est donc l’outil le plus précis dans l’analyse de la performance cycliste.

Le capteur de puissance permet donc de mesurer une production de watts témoin d’une performance propre à chacun. A ce jour, c’est l’outil le plus précis qu’un coureur cycliste puisse adopter pour s’entraîner et s’évaluer. (PINOT.J, 2014 ; GRAPPE.F, 2006)

Inclut dans le pédalier, les pédales, les plateaux ou la roue arrière du vélo, la fréquence d’acquisition se fait rapide et surtout précise. Depuis le début des années 2000, c’est la société SRM (précurseur du capteur de puissance) qui reste le système d’analyse le plus précis : les ingénieurs de cette entreprise annoncent une marge d’erreur de +/- 1% sur les données transmises, permettant l’analyse de chaque pression sur les pédales à la seconde près (W.Bertucci & Al, 2005). SRM utilise le pédalier pour capter la puissance produite.

         

 

Ce marché s’agrandit, et SRM se voit être concurrencé par d’autres marques naissantes efficaces (Costa &Al 2019).

Il est intéressant dans la mesure où sa précision permet au coureur d’être efficace dans son entraînement quel que soit son ressenti. Le pourcentage d’erreur est faible et l’appareil ne peut pas être influencé par des facteurs extérieurs (hors disfonctionnement de l’appareil). L’efficacité de pédalage et donc le rendement mécanique peuvent être utilisés en guise d’amélioration des qualités de pédalage du coureur.

Cet outil permet d’analyser également le rendement biomécanique du coureur, et optimiser sa symétrie de pédalage : la plupart de ces capteurs (pédales ou pédaliers) permettent l’analyse de l’équilibre de puissance développée entre la jambe droite et la jambe gauche de l’athlète. Ces informations sont utiles à l’entraîneur pour orienter des exercices autour de cette qualité afin d’optimiser le rendement mécanique du sujet.

 

 

Tests et base d’utilisation

Chaque entraîneur doit connaître les différents seuils d’intensités de son coureur soit par le biais d’un test à l’effort encadré par un corps médical, soit d’un test d’évaluation physique comme le Test PPR (Profil Puissance Record).

Ce test permet l’évaluation et le suivi du potentiel physique du coureur à partir de la relation entre la puissance mécanique (Pméca) et le temps. (J.Pinot et F.Grappe, 2011).

Il permet d’observer :

  • L’explosivité en force, et en vélocité :

Cette explosivité se traduit par la force/vitesse du coureur : il réalise deux sprints de 7secondes.

Un sprint se déroule avec grand braquet (grand plateau, milieu de cassette), puis un autre sprint se déroule en vélocité (petit plateau, haut de cassette).

  • La tolérance au lactique: effort maximal sur 30secondes braquet libre.
  • La Puissance Maximale Aérobie : effort record établi pendant cinq minutes braquet libre.
  • Le seuil aérobie : effort record établi pendant vingt minutes braquet libre.

Exemple de test d'évaluation PPR

 

A partir de ce test, chaque coureur peut réaliser un entraînement précis en fonction de ses propres capacités physiques, et reproduire ces évaluations pour observer la progression dans une filière énergétique désirée. Il permet également, grâce à l’échelle de Coggan (2003), de déterminer les points forts et les points de progrès de l’athlète si l’on en suit les différentes classifications ci-dessous :

 

 

Cette échelle couple les watts développées par l’athlète sur un test, avec sa masse corporelle afin d’en cibler les watts par kilo. Le calcul est simple : watts / masse = Watts par kilo.

Le travail qualitatif et quantitatif peuvent être réalisés, dans le but d’obtenir une visualisation et une maîtrise de la charge d’entraînement de l’athlète.

 

Charge d’entraînement : Training Stress Score

 

Par définition, la charge d’entraînement est une résultante de sollicitations de l’organisme entraînant une fatigue physique, visant à provoquer un état de stress dans le but d’améliorer la performance.

Grâce aux possibilités technologiques actuelles, nous pouvons rapidement observer les différentes charges d’entraînements adressées au coureur, tant par la quantité que la qualité.

En effet, en plus d’exprimer la puissance en watts, en fonction des renseignements sur les qualités physiques du coureur, les appareils quantifient la charge d’entraînement subi par le biais du TSS : Training Stress Score (Coggan, 2003, 2006).

Déterminé dans les travaux de Coggan, le TSS est calculé en fonction de la durée de l’exercice et de l’intensité de cette dernière : d’une manière simplifiée, le calcul est le suivant :

TSS = (IF)² x durée sortie (en heures) x100

 

IF représente l’intensité de l’effort, déterminée par la puissance normalisée réalisée lors d’une sortie de cyclisme, divisée par la puissance FTP : (IF = Puissance Normalisée (PN) / FTP).

La FTP (Functional Threshold Power) est la puissance maximale que le coureur est capable de tenir 1 heure. Pour la déterminer, le coureur se voit observer sa moyenne de watts réalisée sur 20min (Exercice subit dans le test PPR) x0.93 (Coggan, 2003).

FTP = Puissance Moyenne sur 20min x 0.93

 

La puissance normalisée (PN) est la puissance développée par l’athlète exprimée en watts. Elle est calculée en fonction des variations d’intensités réalisées dans la sortie : elle représente la moyenne des watts sur la durée totale de l’exercice, tout en prenant en compte les pics de puissance de la sortie.

Exemple de calcul de TSS pour un athlète produisant 280watts d’FTP, sur une sortie de 3heures réalisée à 190 watts de moyenne (Puissance Normalisée) :

 

IF = 190 / 280 = 0.67

TSS = (0.67)² x 3 x 100 = 134

 

D’après les recherches de Coggan, nous pouvons cibler les différentes charges subies par l’athlète :

 

  • 0 à 80 TSS charge peu élevée
  • 80 à 150 TSS charge de travail moyenne
  • 150 à 220 TSS charge importante
  •  220 à 300 TSS charge très importante
  • Supérieure à 300 TSS charge extrêmement difficile nécessitant plusieurs jours de récupération

 

Dans une logique d’entraînement, pour une même sortie subite avec 3 mois d’intervalle l’athlète devrait subir moins de TSS dans la mesure où son seuil FTP aura augmenté.

L’objectif de gérer la charge d’entraînement est d’éviter le surentraînement (fatigue trop importante), mais également programmer un pic de forme afin d’être performant pour une compétition cible.

 

Visualiser la performance : Curent Training Load (CTR) et Acute Training Load (ATL)

 

L’accumulation et l’analyse de TSS peuvent déterminer un pic de forme : en effet, avec la corrélation de la charge d’entraînement calculé par le biais de la CTL (Curent Training Load) et de la fatigue liée à l’entraînement ATL (Acute Training Load), nous pouvons calculer un indice de performance appelé TSB (Training Stress Balance).

ATL représente la fatigue accumulée sur les 7 derniers jours : la moyenne des TSS journalier.

CTL représente la charge d’entraînement en cours : la combinaison des intensités réalisés avec la quantité de travail.

En fonction de ces résultats, nous pouvons adapter chaque semaine la charge d’entraînement afin de mettre le coureur dans les meilleures conditions possibles, et gérer les périodes de surcompensation.

 

La performance se calcul par la différence entre CTL et ATL. Si la moyenne des TSS des 7 derniers jours est inférieure à votre moyenne de TSS des 42 dernies jours alors la balance reste positive, déterminant une aptitude physique à être performant.

 

Exemple de courbe témoignant déterminant TSB (Training Stress Balance)

 

L’ensemble des données du capteur de puissance peuvent analysées de différentes manières, afin d’exposer la charge et observer les conséquences de ces derniers.

 

 

 

LIMITES 

 

Les watts représentent une quantité importante de données exploitables cependant, selon Passfield et al (2019) les calculs mesurant la charge d’entraînements (TSS notamment) ne sont pas si précis. En effet, selon leur étude le TSS peut être influencé et donc erroné en fonction des facteurs externes non pris en compte, comme le stress métabolique.

Potentiellement, nous pourrions rajouter que le cyclisme est un sport individuel mais pratiqué en équipe, et donc en peloton. Le stress induit dans ces phases de courses, où la tension est parfois élevée n’est pas prise en compte, tout comme le sommeil, les capacités intrinsèques de récupération, ou la nutrition sont de nombreux facteurs à prendre en considération.

 

Conclusion

Le capteur de puissance représente aujourd’hui l’appareil d’analyse le plus fiable et précis possible : il retransmet la puissance développée par l’athlète, lui permettant d’obtenir une vitesse plus ou moins élevée. Par le biais de tests, l’athlète peut obtenir un visuel sur sa progression et permettre de cibler ses points forts et points de progrès, grâce à l’échelle de Coggan, utilisée et validée par Pinot et Grappe (2011). Cette échelle permet de cibler et quantifier une performance réalisée, d’un niveau débutant à world tour (top niveau mondial).

Les calculs de Coggan (2003) sont remis en cause dans une étude menée par Passfield et al (2019) mais à ce jour, il est le seul à avoir utilisé l’ensemble des données exploitable et quantifiable de la mécanique du cycliste en toute circonstance.

 

 

 

BIBLIOGRAPHIE

 

Andrew.R; Coggan, Ph.D.; Trainingand racing using a power meter, 2003

W.Bertucci ; S.Duc ; V.Villerius ; J.N. Pernin; F.Grappe  ;Validity and realiability of the PowerTap Mobile Cycling Powermeter when compared with the SRM Device, 2005

Pinot.J & Grappe.F, Determination of Maximal Aerobic Power on the filed in cycling, p.102. Université de Besançon, France, 2011.

 

L.Passfield, JG Hopker, S.Jobson, D.Friel & M.Zabala; Knowledge is power: Issues of measuring training and performance in cycling, 2017

Costa, Vitor P.; Tramontin, Artur F. ; Visentainer, Luis Henrique; Borszcz, Fernando K; Test-retest reliability and validity of the stages mountain bike power meter, 2019

 

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