L'utilisation du capteur de puissance: comment, pour qui, pourquoi?

Depuis quelques années maintenant l’utilisation du capteur de puissance se généralise dans le milieu du cyclisme (Route-VTT-Triathlon). Le marché du capteur prend de plus en plus d’ampleur ces dernières années et attire de plus en plus de cyclistes de tous les niveaux désireux de progresser avec des outils à la pointe de la technologie. L’utilisation de ce paramètre « puissance » à l’entrainement comme en compétition est très utile et permet d’analyser et de décortiquer une série données liées à la performance : évaluation du potentiel physique, suivi de la progression, gestion de course, stratégie d’effort … Les applications sont nombreuses. Ces outils de mesure sont de plus en plus accessibles et pas seulement réservé à l’élite comme cela a été longtemps le cas.

Nous allons ici essayer de passer en revue les avantages de cet outil, définir ses caractéristiques et les différences par rapport à l’utilisation de la fréquence cardiaque.


Petit historique du capteur de puissance.


Depuis les années 1980, les variables physiologiques de référence pour l’évaluation de l’effort physique sont la consommation d’oxygène (VO2) et la fréquence cardiaque (FC). La première est une donnée de référence pour évaluer la capacité du « moteur » du sportif mais ne peut se réaliser qu’en laboratoire. La seconde à l’avantage d’être utilisée en routine avec un coût assez faible mais manque de précision (nous en reparlerons plus loin). En 1986 un ingénieur Allemand, Ulrich Schoberer, développe le premier système de mesure de la puissance mécanique adaptable sur un vélo : le pédalier « SRM ». Il devient alors possible de mesurer en condition réelle de locomotion la Puissance d’un cycliste avec un outil de mesure simple d’utilisation. Le SRM devient alors l’outil scientifique de référence de la mesure de la Puissance mécanique en cyclisme. Depuis les années 1995-2000, les laboratoires, coureurs amateurs et professionnels ont adopté le capteur de puissance (SRM et autre) et l’ont progressivement démocratisé (encore plus ces 5 dernières années). Les recherches menées sur la performance en cyclisme considèrent de plus en plus la puissance comme la variable de référence en ce qui concerne la mesure de l’intensité de l’effort et la charge d’entraînement.


Mais finalement qu’est-ce que la puissance ??


La production de la puissance mécanique est un modèle assez complexe qui prend en compte de multiples paramètres tant liés au cycliste qu’à l’influence de son environnement. Pour « simplifier » les choses, partons sur le principe que pour se déplacer, le cycliste doit fournir de l’énergie nécessaire à sa progression dans l’espace et donc générer un certain niveau de puissance mécanique. De manière très schématique et simplifiée nous pouvons dire que la puissance exprimée en Watts, est le produit du couple de force développé sur les pédales et de la cadence de pédalage (vitesse angulaire).

Le cycliste lors de la phase de poussée sur les pédale doit donc créer au niveau du pédalier un couple de force optimal (voir schéma ci-dessous). Ce couple est le produit de la force efficace appliquée sur la pédale et de la longueur de la manivelle. L’intensité de ce couple de force va donc dépendre 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.

Tout le travail de technique de pédalage permet d’améliorer sensiblement le niveau de force efficace, surtout aux phases de transition basse et haute et donc de diminuer le plus possible la force inutile.



Ce petit rappel de mécanique est intéressant pour bien comprendre que la puissance est le produit d’une force et d’une quantité de mouvement (la cadence de pédalage).

Pour résumé on pourrait dire que la puissance motrice à vélo ne dépend que de deux paramètres : la force et la cadence de pédalage, 2 éléments clés donc que l’on peut, et que l’on doit, travailler à l’entraînement le plus régulièrement possible.


Quelles sont les avantages de travailler avec un capteur de puissance ?


- Le premier élément important à prendre en compte est l’invariabilité de la puissance contrairement à la fréquence cardiaque qui est une donnée facile d’utilisation mais moins précise. En effet, de nombreuses études ont montré que la FC ne reflète qu’en partie l’effort réellement réalisé par le sportif. La FC est soumise à de nombreuses influences : climat, température, stress, fatigue, position du corps, nature du terrain, etc…. La puissance est une mesure directe de l’énergie mécanique qui ressort du sportif, ce qui n’est pas le cas de la FC qui est un témoin biologique interne de l’organisme. En d’autres termes la Puissance mécanique représente un stimulus d’entraînements alors que la FC n’est qu’une relative réponse à ce stimulus.


- Ensuite, la mesure de la puissance fournie à l’effort n'a aucune inertie contrairement à la FC qui a tendance à dériver ou mettre un certain laps de temps pour se stabiliser. Certains athlètes ont une telle dérive cardiaque à l’effort que la mesure de la fréquence cardiaque est beaucoup moins précise et efficace. On peut observer par exemple une dérive sur des efforts longs et soutenus (proche du seuil anaérobie ou juste en dessous). Celle-ci correspond alors à l’élévation progressive de la FC dans le temps pour une même puissance fournie. Sur l’exemple ci-dessous, il s’agit d’un interval au seuil à 300 watts sur une durée de 8’. La puissance est constante sur l’ensemble du bloc tandis que la FC monte progressivement au cours de l’interval. L’athlète démarre à 135 pulsations pour un travail de 300 Watts, lors de la première minute la Fc monte à 160 pulsations (il faut un certain délai pour qu’elle monte). Ensuite elle monte encore légèrement pour finir le bloc à 170p à la fin des 8’. Les pulsations varient donc assez fortement pour une même puissance stable à 300 Watts.



Cette dérive vers le haut s'explique par deux paramètres :

Les conditions climatiques :

Si l'exercice est effectué dans des conditions chaudes (ou sur rouleau par exemple donc sans effet de refroidissement) l’organisme va orienter le débit sanguin vers les zones cutanées afin de diminuer la température centrale. Cette dérivation aura pour conséquence une diminution du volume sanguin au niveau des groupes musculaires impliqués dans le mouvement. Pour compenser et maintenir le débit sanguin musculaire et donc maintien de l'oxygénation nécessaire la FC va donc naturellement s’élever

La déshydratation :

La déshydratation va entraîner une diminution du volume d’éjection par le cœur (éjection systolique). Elle est principalement due à la diminution du volume sanguin qui résulte du phénomène de transpiration (qui est également un phénomène de refroidissement du corps cité ci-dessus). On aboutira à la même conséquence au niveau musculaire avec une élévation de la FC pour maintenir une oxygénation constante.


Sur un fractionné court, par exemple une séance de PMA ou d’intrevals courts, on retrouve également une dérive de la FC qui va ici s'expliquer par le temps de réaction que va mettre le système cardiovasculaire pour réagir à la commande nerveuse (ce qu’on observe également sur la première minute de l’exemple précédent).



L’exemple ci-dessus permet de bien visualiser ce délai. Il s’agit ici d’une séance de type PMA avec 10*(1’ à PMA – 4’ à 55%). Un effort, même très intense, de 1’ est trop court pour avoir une réponse cardiaque représentative d