Capteur de puissance : le maitriser pour s’entrainer et…

Par Frederic SULTANA, Ingénieur et PhD
Docteur en Sciences du mouvement humain
Coach du réseau WTS

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Capteur de puissance : le maitriser pour s’entrainer et performer

L’utilisation du capteur de puissance se généralise dans la pratique du cyclisme mais aussi du triathlon. Depuis que les professionnels (ou presque tous) ont adopté le capteur de puissance, de nombreux amateurs s’y mettent. Pour certains, l’utilisation de ce paramètre devient indispensable à l’entrainement comme en compétition. On ne sait pas comment la génération précédente de sportif a pu s’en passer ! Son utilisation semble facile : évaluation, suivi de sa progression, stratégie de course … Les applications sont nombreuses et accessibles. Cependant, pour utiliser un paramètre, il est indispensable d’en connaître la signification et ses caractéristiques. Il existe une multitude des capteurs qui sont tous différents ! Pour s’y retrouver : il faut comprendre même si c’est complexe. Il n’est pas besoin d’utiliser des équations. Néanmoins si la mécanique du vélo est relativement simple, les capteurs de puissances cachent des technologies de mesure et de traitement très évoluées. La problématique de la mesure de la puissance mécanique de pédalage est délicate. Une description rapide permet de comprendre cet outil et ses limites d’utilisation. Que mesure-t-on avec un capteur de puissance ? Comment suivre sa progression ? Comment se comparer avec les autres ? Comment l’utiliser en compétition ?

La maîtrise de la technologie est une part de la performance

Avant de vouloir utiliser et interpréter un paramètre, il est essentiel que l’athlète fasse l’effort de comprendre. L’utilisation des nouvelles technologies donne à ceux qui savent un avantage. Il ne suffit seulement d’acheter un matériel pour faire comme les professionnels. La maitrise des technologies utilisées pour la performance est une part de l’entrainement. Sur Ironman, le triathlète est seul et doit composer avec les évènements : celui qui a la bonne perception de situation s’adaptera mieux. Si le triathlon n’est pas la course au large en solitaire, la recherche de la performance n’en est pas moins complexe.

Mesure de la puissance de pédalage : c’est facile !

Pour se déplacer, le cycliste doit générer une puissance mécanique afin de fournir l’énergie nécessaire à son avancement. Il doit donc créer au niveau du pédalier un couple de pédalage (Cp). Le couple de pédalage est le produit de la force efficace appliquée sur la pédale et de la longueur de la manivelle. L’intensité du Cp dépend donc, à chaque instant du cycle de pédalage, de l’intensité de la force efficace (FE), c’est à dire de la composante de la force totale (F) appliquée perpendiculairement à la manivelle. La force inutile (FI) correspond à la composante de F appliquée parallèlement à la manivelle (Figure).

Figure : Force totale (F, en noir), force efficace (F_E, en rouge) et force inutile (F_I, en vert) appliquée sur la pédale.

La puissance mécanique développée (P_méca) est le produit du couple de pédalage et de la vitesse angulaire du pédalier (ou cadence de pédalage). Cette puissance mécanique développée est exprimée en Watt. Ce petit rappel de mécanique est nécessaire pour bien percevoir que la puissance est le produit d’une force et d’une quantité de mouvement (la cadence de pédalage). La puissance motrice à vélo ne dépend que de deux paramètres : la force et la cadence de pédalage. 

Jusqu’à présent, on mesurait la cadence. La force restait une notion abstraite. Avec la mesure de la puissance de pédalage, il n’y a plus de zone d’ombre pour le cycliste et l’entraineur : la part de la force et de la cadence sur la propulsion peut être discernée. Les équipementiers fournissent des dispositifs accessibles dont les prix baissent : Pourquoi s’en dispenser !

La puissance de pédalage : des mesures très changeantes et des technologies très différentes

Derrière la simplicité de surface, les réalités physiques sont toutes autres. Le simple fait que la force appliquée sur la pédale ne soit pas constante montre que le couple moteur varie à chaque cycle de rotation. A chaque rotation, il y a bien un point « mort haut » et un point « mort bas ». La force efficace fluctue de manière continue. La puissance de pédalage est calculée à partir de la mesure de variables cycliques très changeantes. La puissance affichée sur le capteur n’est pas mesurée mais estimée par des calculs. 

Il existe sur le marché de nombreux capteurs de puissance. Force est de constater que les technologies employées sont très différentes pour mesurer le même paramètre ! Les prix aussi sont très différents mais le principe est le même. A partir de la mesure des contraintes mécaniques sur le système de transmission, il est possible de calculer la puissance mécanique propulsive. Les différences entre les solutions proposées résident :

• Sur la technologie des jauges de contrainte, leur sensibilité, leur nombre et leur positionnement. La fiabilité de la mesure dépend en grande partie de la technologie des jauges de contrainte utilisées. Sur ce point, il est difficile de ce faire une idée. Intégrées par les constructeurs, l’utilisateur n’a pas beaucoup de visibilité sur leur sensibilité et leur fiabilité. Le nombre des jauges varie aussi en fonction des modèles. Par exemple, le nombre de jauges de contrainte est doublé chez SRM dans sa version scientifique. 
• Sur le positionnement des capteurs. SRM et Rotor positionnent les jauges de contrainte au niveau du pédalier ; Power Tap au niveau du moyeu de la roue arrière ; Look Keo Power et Garmin Vector au niveau des pédales. 
• Sur le traitement des informations. L’échantillonnage, la quantification des valeurs mesurées et les calculs sont bien sûr différents. Il en est de même pour le calibrage de la chaine de mesure et pour la prise en compte de données extérieures (comme les conditions de température). Les nouvelles technologies renferment et cachent la partie intelligente de leur système.
• Sur la possibilité de différencier les jambes. Certains systèmes offrent la possibilité de distinguer le travail fournit par chaque jambe afin de rechercher un meilleur équilibrage.

En conclusion, les différents capteurs mesurent des valeurs différentes, de manière différente, avec des précisions différentes pour calculer la même chose avec des équations différentes. Même si pour les besoins du marché, les études de comparaison essaient de faire un peu de lumière, il n’est donc pas étonnant qu’on peut avoir du mal à s’y retrouver. Tous ces capteurs ont des avantages et des inconvénients. Les capteurs de puissance à vocation scientifiques sont très précis, mais ils sont plus chers et leur utilisation est plus complexe.

Pourquoi utiliser la puissance à l’entrainement ?

Le suivi de la puissance permet d’évaluer les aspects quantitatifs et qualitatifs d’un entrainement en s’affranchissant de toutes les contraintes extérieures. En intégrant la puissance sur la durée totale de l’entrainement ou sur des intervalles de temps ont mesure le travail effectuer indépendamment du profil du parcours, des conditions de vent ou d’abri à l’intérieur d’un peloton. On peut ainsi savoir si le travail énergétique demandé par le coach a été réalisé conformément aux consignes.

Avant d’utiliser le capteur de puissance dans un environnement complexe, il est pratique de se mettre dans un environnement reproductible. Par exemple pour apprendre à s’en servir, une configuration sur home trainer ou ergocycle est pratique. Il est possible d’effectuer un travail de fractionnés en contrôlant l’ensemble de paramètres de cadence, de fréquence cardiaque et de puissance. Le triathlète amateur avec ce type de dispositif dispose d’un véritable laboratoire pour effectuer une combinaison quasi infinie de scénarii d’entrainement en fonction de ses besoins. Mais, l’intérêt d’un capteur de puissance est avant tout d’apprendre à se connaître pour mieux s’exprimer. L’information de puissance est importante à celui qui est capable de l’interpréter pour s’adapter et réaliser son objectif. Ça ne s’improvise pas.

Une fois l’utilisation bien maitrisée en configuration home trainer, le capteur de puissance offre un panel d’utilisation encore plus large dans les conditions de circulation : c’est le but. Il s’agit d’utiliser l’information de puissance de pédalage pour s’adapter au parcours et aux conditions extérieures : ne pas subir. Par exemple, lors d’une ascension, une information de puissance et de cadence de pédalage permet d’optimiser son effort en fonction de ses possibilités. Le capteur de puissance ne revêt donc un intérêt que si l’on a pris le temps de connaître ses possibilités. Un travail préliminaire important est nécessaire. Il faut trouver des parcours ou des portions de route avec des profils différents pour servir de références : des spots. A partir des données enregistrées sur les spots, il est alors possible de mieux se connaître, de s’évaluer, de se fixer des consignes. Parce qu’il existe de vraies différences dans son état de forme, un suivi annuel de l’entraînement permet de mettre en évidence de manière objective les portions ascendantes. 

WATT : Combien de W ? Dresser son profil.

« Alors combien de Watts ? Tu fais combien de Watts ? Moi je monte à 1250W! » ; « Aujourd’hui, j’étais en forme : j’ai développé 453 W » ; « Avec mon nouveau vélo, je vais gagner 30 W! » .
Ces types de phrases fusent dans tous les sens. Ont-elles un sens ?

Comme nous l’avons vu précédemment, l’intérêt d’un capteur est avant tout personnel : mieux se connaître pour mieux s’adapter. Alors comment peut-on suivre sa progression et comparer ses séances. Le Watt est un flux énergétique (en N.m.s^-1). Le capteur de puissance mesure un flux instantané. Si l’on veut comparer deux séances, il faut le faire sur des intervalles de temps. Il est donc impératif d’associer à une puissance un temps de maintien. Ceci est essentiel. Pour mieux se connaître, il me semble indispensable d’établir son profil de puissance en mesurant sa puissance moyenne en fonction de la durée de maintien. L’utilisateur doit donc connaître et avoir mesuré sa puissance maximale en sprint sur quelques secondes avec différents développements mais aussi sur des durées plus longues. « Se profiler » simplement consiste à remplir le type de tableau ci après. Pour suivre sa progression et prendre en compte ses variations de poids, il est aussi intéressant de rapporter la puissance à son poids corporel. Mieux, le couplage des données de puissance au paramètre de fréquence cardiaque permettra d’améliorer son analyse en faisant le lien entre deux paramètres : l’un mécanique et l’autre physiologique. Certains iront jusqu’à caractériser la dérive de la fréquence cardiaque par rapport à la puissance sur les efforts de longue durée.

Si des tests de quelques minutes à une heure sur home trainer sont envisageables, les sorties vélo longues durées peuvent être l’occasion de remplir la partie gauche du tableau (qui est essentielle si on prépare un Ironman). Avec ces éléments, vous serez en mesure comparer alors votre puissance moyenne par intervalle de temps en fonction de votre meilleure marque indépendamment du profil du parcours. Il n’est pas difficile de devenir expert de sa pratique, de vérifier sa progression, d’évaluer son état de fatigue et de mettre en place une stratégie de gestion de son effort : à condition de toujours associer à une puissance de pédalage une durée de maintien. 

Néanmoins, le capteur de puissance n’est pas un outil de comparaison entre individu ! Hormis dans des conditions de mesures reproductibles (le plus souvent en laboratoire avec des capteurs validés scientifiquement), il n’est pas pertinent de vouloir comparer ses valeurs de puissance avec celles d’un ami. On peut toujours rapprocher ses données entre pratiquants. Il peut être intéressant de vérifier l’ordre de grandeur de ses mesures. Cependant, il est prudent de ne pas en tirer des conclusions hâtives.

Utiliser son capteur de puissance pour aller plus vite

La performance en triathlon, c’est d’aller vite. Ce n’est pas que produire des Watts. Pour se déplacer, le cycliste doit vaincre les différentes résistances externes à son avancement. Il existe une relation entre la puissance mécanique de pédalage, les résistances externes à l’avancement et la vitesse. Les résistances aérodynamiques prédominent sur un parcours plat. Elles représentent 90% des résistances totales à des vitesses supérieures à 40 km.h⁻¹. Quand on roule contre le vent, il est autant important de contrôler sa posture que de produire de la puissance. Le capteur de puissance associé à une vitesse de déplacement permet de mesurer la réduction de vitesse induite par une tête relevée ou des mains mal positionnées. Le capteur de puissance devient alors un outil de travail et de maintien de la posture.

Sur les parcours vallonnés, le capteur de puissance permet de mettre en place une stratégie de dépense énergétique où :

• les ascensions seront mises à profit pour potentialiser de l’énergie gravitationnelle sans induire une fatigue trop importante. Un effort trop intense en montée peut hypothéquer la fin de course ;
• les descentes seront utilisées pour optimiser ses qualités de pilotage en utilisant l’énergie gravitationnelle combinée à la puissance propulsive du pédalage.
  

Il est parfois plus intéressant de monter moins vite pour pédaler dans la descente. L’intérêt de données enregistrées en compétition réside surtout dans l’analyse a posteriori que l’on peut faire pour encore mieux se connaître. Le coût énergétique du déplacement constitue un facteur de performance dans les épreuves de longue durée. L’emploi du capteur de puissance sur distance Ironman est un plus qui risque de devenir un impératif. 

Conclusion

Annoncer que l’on développe 400W à vélo n’est pas une information pertinente si elle n’est pas accompagnée d’un temps de maintien. L’investissement dans un capteur de puissance mérite mieux. Par une meilleure connaissance de soi, prenez le temps de vous l’approprier et il vous le rendra. Et si vous avez du mal à mettre en pratique l’utilisation de la puissance, comme pour l’entrainement, prenez contact avec un coach qui y trouve un intérêt et dont le parcours professionnel garantit son expertise. Enfin, il ne s’agit pas d’utiliser le capteur de puissance pour se débarrasser du cardio fréquence mètre. Ces deux capteurs sont avant tout complémentaires. 

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Pour aller plus loin

>> L’article 5 conseils pour améliorer sa puissance en côte
>> Le panorama des capteurs de puissance (en anglais)
>> Matsport, distributeur des capteurs Powertap, et SRM en France 
>> Le Ebook Cyclisme écrit par Jean-Baptiste Wiroth, fondateur de WTS 
>> Le Ebook Triathlon écrit par Jean-Baptiste Wiroth, fondateur de WTS 

 

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