Un capteur de puissance : comment, pour qui, pourquoi ?

4 mai 2016 — Olivier Béart

Depuis quelques années maintenant, l’utilisation du capteur de puissance se généralise dans le milieu du cyclisme de haut niveau, que ce soit en route, VTT ou triathlon. Petit à petit, les prix baissent et les amateurs ont plus facilement accès à ces technologies. Le marché des capteurs de puissance prend de plus en plus d’ampleur et attire de plus en plus de cyclistes de tous les niveaux désireux de progresser avec des outils à la pointe de la technologie. Charles Dewolf, notre consultant pour les questions d’entraînement, vous aide à mieux comprendre les enjeux liés aux entraînements sur base de la puissance.

Annika Langvad and Ariane Kleinhans during stage 1 of the 2016 Absa Cape Epic Mountain Bike stage race held from Saronsberg Wine Estate in Tulbagh, South Africa on the 14th March 2016 Photo by Dominic Barnardt/Cape Epic/SPORTZPICS PLEASE ENSURE THE APPROPRIATE CREDIT IS GIVEN TO THE PHOTOGRAPHER AND SPORTZPICS ALONG WITH THE ABSA CAPE EPIC ace2016
Annika Langvad et Ariane Kleinhans, les gagnantes du dernier Cape Epic, utilisaient un capteur de puissance, situé au niveau du pédalier, lors de l’épreuve. Photo by Dominic Barnardt/Cape Epic/SPORTZPICS

L’utilisation du paramètre « puissance » à l’entrainement comme en compétition est très utile et permet d’analyser et de décortiquer toute une série de données liées à la performance : évaluation du potentiel physique, suivi de la progression, gestion de course, stratégie d’effort … Les applications sont nombreuses. Cet outil de mesure est à présent de plus en plus accessible à tous niveaux et plus seulement réservé à l’élite comme cela a été longtemps le cas.

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Moyeu Powertap, capteur de puissance intégré à la roue arrière.

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 a l’avantage de pouvoir être utilisée en routine avec un coût assez faible mais manque de précision (nous en reparlerons plus loin).

Avec le SRM, il devient possible de mesurer la puissance d’un cycliste en conditions réelles avec un outil simple d’utilisation

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 possible de mesurer la puissance d’un cycliste en conditions réelles avec un outil simple d’utilisation. Rapidement, le SRM devient l’outil scientifique de référence pour la mesure de la puissance mécanique en cyclisme.

SRAM_XX1_1X_winder_detail_1100x380_2Depuis les années 1995-2000, les laboratoires mais aussi les coureurs amateurs et professionnels ont adopté le capteur de puissance (SRM et autres) 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, au fait, qu’est-ce que la puissance ? 

La mesure 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 du principe que, pour se déplacer, le cycliste doit fournir 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).

Alban Lakata of team Topeak Ergon Racing during stage 2 of the 2016 Absa Cape Epic Mountain Bike stage race from Saronsberg Wine Estate in Tulbagh, South Africa on the 15th March 2016 Photo by Nick Muzik/Cape Epic/SPORTZPICS PLEASE ENSURE THE APPROPRIATE CREDIT IS GIVEN TO THE PHOTOGRAPHER AND SPORTZPICS ALONG WITH THE ABSA CAPE EPIC ace2016
Alban Lakata, champion du Monde marathon, est aussi un grand utilisateur du capteur de puissance. Photo by Nick Muzik/Cape Epic/SPORTZPICS

Le cycliste, lors de la phase de poussée sur les pédales, 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 (en rouge) et de la longueur de la manivelle (Fe*Lm). 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.

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Tout le travail de technique de pédalage dont nous avions parlé dans un article précédent réside dans le fait 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.

La force et la cadence de pédalage sont donc deux éléments-clés que l’on doit travailler le plus souvent possible à l’entraînement

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 résumer, on pourrait dire que la puissance motrice à vélo ne dépend que de deux paramètres : la force et la cadence de pédalage ; deux éléments clés que l’on peut, et que l’on doit, travailler à l’entraînement le plus régulièrement possible car le mouvement de pédalage n’est pas un mouvement naturel et inné.

Quels sont les avantages à travailler avec un capteur de puissance ?

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Le pédalier Rex InPower de Rotor sur le vélo de notre correspondant pour le Cape Epic, Jeff Bossler.
  • Le premier élément important à prendre en compte est que la puissance est un paramètre invariable contrairement à la fréquence cardiaque (FC) 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’entraînement 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 à 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 repris ci-dessous, il s’agit d’un intervalle réalisé par un coureur cycliste au seuil à une intensité de 300 watts sur une durée de 8’.

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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 progresse 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 plusieurs paramètres:

– Les conditions environnementales: 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 sanguin, qui va à son tour engendrer une baisse du volume d’éjection du sang par le cœur (éjection systolique). Cette diminution du volume sanguin 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’intervalles 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).

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Capteur de puissance Quarq, monté sur un pédalier Sram XX1 du team Multivan-Merida.

L’exemple ci-dessous 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 de l’effort fournis en puissance. Pour rappel la PMA est la puissance maximale aérobie, la plus petite puissance pour laquelle la consommation d’oxygène est maximale. Il s’agit de la puissance atteinte à la fin du test à l’effort. On voit clairement ici que sur chaque bloc de 1′ à puissance égale, la FC monte de plus en plus haut (pour une même puissance développée) et la récupération est de plus en plus incomplète. Ce type de séance est impossible à réaliser correctement sans capteur de puissance.

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Cet exemple montre ici tout l’intérêt du capteur de puissance pour le travail à très haute intensité (au-dessus du seuil anaérobie) sur des efforts courts. Dans des zones de résistance ou de tolérance lactique, spécifiques aux VTTistes, on peut alors travailler des zones d’intensités de manière plus précise et instantanée sans tenir compte de la cinétique de la FC.

  • Ensuite, le capteur de puissance, de par la précision qu’il offre, permet à un coach de suivre et d’évaluer avec précision la progression et l’évolution des entraînements de son athlète. A l’heure actuelle, il existe toute une série d’outils et de plateformes de suivi de l’entraînement qui permettent d’analyser et de décortiquer les séances, mais également le volume d’entraînements, la charge de travail accumulée (à court ou long terme), les intensités d’effort fournis, le temps passé dans chaque zone d’entraînements, les périodes de forme optimale et encore bien d’autres paramètres…. Ceci pourrait faire l’objet d’un article à lui seul tellement il y a de paramètres intéressants à analyser. Il y a cependant une donnée qui mérite que l’on s’y attarde un peu car elle est simple à utiliser : le profil de puissances records. 

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Le profil de puissance reprend l’ensemble des records de puissance sur des laps de temps assez large, de 5h à 2 secondes d’effort et permet de voir comment l’athlète évolue. Chaque record correspondant en effet à une qualité bien précise comme reprise sur le graphique ci-dessus. Les intensité de type seuil correspondent aux records sur des laps de temps de 20’ à 60’ (pour simplifier nous dirons seuil longs et seuil court), les intensité de type PMA correspondent à un laps de temps de 5’, les qualités de résistances sur des intensités courtes < 1 minute. Cela permet de visualiser comment le coureur évolue sur du long terme et surtout sur quel(s) type(s) de qualité(s). Des tests de terrain réguliers dans des conditions identiques (même côte par exemple) permettent de suivre la progression du coureur sur le long terme. Enfin, ces courbes de puissance permettent aussi de définir le profil-type (déterminé génétiquement) du coureur : plutôt sprinteur, plutôt puncheur, plutôt grimpeur, etc… et de voir comment il évolue. Ce profil est proposé par l’ensemble des plateformes de suivi.

  • Enfin, le capteur de puissance permet également d’analyser la gestion d’un effort en course, que ce soit en VTT, route ou triathlon, là où la fréquence cardiaque a ses limites pour toutes les raisons que nous avons évoquées précédemment. Les exemples sont nombreux : gestion d’un contre-la-montre, gestion d’une ascension de col, d’un marathon, etc…

Quelques dérives du travail avec le capteur de puissance :

Sally Bigham (R) Adel Morath (L) during stage 4 of the 2016 Absa Cape Epic Mountain Bike stage race from the Cape Peninsula University of Technology in Wellington, South Africa on the 17th March 2016 Photo by Sam Clark/Cape Epic/SPORTZPICS PLEASE ENSURE THE APPROPRIATE CREDIT IS GIVEN TO THE PHOTOGRAPHER AND SPORTZPICS ALONG WITH THE ABSA CAPE EPIC ace2016
Sally Bigham (avant-plan) sur le Cape Epic 2016, avec un capteur SRM au niveau du pédalier. Photo by Sam Clark/Cape Epic/SPORTZPICS

Malgré ses nombreux avantages, attention cependant à ce que le travail qualitatif ne transforme pas le coureur en “robot” complètement accro aux chiffres, les yeux rivés sur ses Watts en permanence. Le but du capteur de puissance sur du long terme est d’apprendre au coureur à se connaître et à pouvoir faire le lien entre les données émanant du capteur de puissance et ses propres sensations. Sur du long terme, le coureur doit être capable de presque « ressentir » au travers de ses sensations les intensités d’effort qu’il fournit. Bien utilisées donc, ces valeurs de puissance objectives doivent être corrélées aux données subjective et aux sensations du sujet par l’entraîneur.

mais le capteur de puissance, tout comme la fréquence cardiaque, n’est pas un outil de comparaison entre individus

A l’heure actuelle, la facilité de partage des informations prête à la comparaison des données entre les coureurs et à la visibilité des données par le monde entier… mais le capteur de puissance, tout comme la fréquence cardiaque, n’est pas un outil de comparaison entre individus. 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. Il peut être intéressant de vérifier l’ordre de grandeur de ses mesures, notamment en les rapportant au poids du coureur, mais il est prudent de ne pas en tirer des conclusions hâtives

Faut il pour autant en oublier la FC ?

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Tableau de commande du capteur de puissance Pioneer sur le vélo de Pauline Ferrand-Prevot

La fréquence cardiaque n’en est pas pour autant à jeter aux oubliettes. En effet, il s’agit d’un outil très simple d’utilisation donnant des repères intéressants :

  • La diminution de la FC au repos et à l’effort sous maximal est un signe d’adaptation à l’effort d’endurance. Il est alors intéressant de corréler puissance et fréquence cardiaque. Le travail de fond par exemple va aboutir à une diminution de la FC pour une même puissance développée. L’adaptation cardiaque évolue donc en fonction du niveau d’entraînement. Sur de nombreuses plateformes d’entraînement, on retrouve des possibilités d’analyses de ce rapport entre la FC et la Puissance. Sans rentrer dans le détail, la pente de la relation FC/puissance et la corrélation entre ces 2 valeurs permet d’évaluer le niveau d’entraînement et/ou de fatigue du sujet et sa réaction à la charge d’entraînement sur une séance ou sur du long terme.
  • La FC permet de juger la qualité de récupération après un effort par un retour plus ou moins rapide à des valeurs basses.
  • La FC permet de juger de l’état de forme du moment et du niveau de fatigue. Une fréquence cardiaque qui ne monte plus en fin d’effort par exemple est synonyme de fatigue importante. A l’inverse, le fait de savoir atteindre sa FC max est un signe de fraîcheur.
  • La FC de repos prise régulièrement est assez révélatrive du niveau de forme d’un sujet ou de l’apparition d’une surcharge de travail ou encore d’une maladie

Quel capteur acheter ? 

1-Entrainement_capteur_puissance_Copyright_VojoMag-1Le nombre de capteurs sur le marché est en pleine expansion et il y en a pour toutes les bourses. La technologie reste onéreuse, mais les prix baissent fortement. Il est désormais possible de disposer d’un bon capteur pour environ 600€, alors qu’il y a peu, c’était encore près de 2000€ qu’il fallait débourser. Les mesures peuvent être très changeantes et les technologies employées sont parfois très différentes, mais le principe est le même. A partir de la mesure des contraintes mécaniques sur la pédale, le pédalier ou encore le moyeu, il est possible de calculer la puissance développée. Les différences entre les solutions proposées – et leur prix – résident dans :

  •  la technologie des jauges de contrainte, leur sensibilité, leur nombre et leur positionnement. Sur ce point, il est difficile de se 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.
  • 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.
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  • 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, ceci est intéressant pour travailler la technique et essayer d’équilibrer le travail musculaire entre les 2 jambes.

On le voit, les différents capteurs mesurent des valeurs différentes, de manière différente, avec des précisions différentes pour calculer la même chose avec des équations différentes. Compliqué tout ça… Même si pour les besoins du marché, les études de comparaison essaient de faire un peu de lumière, il n’est donc pas étonnant d’avoir du mal à s’y retrouver. Tous ces capteurs ont des avantages et des inconvénients, mais la plupart offrent néanmoins une précision suffisante pour réaliser des entraînements de qualité. On peut par contre affirmer que les capteurs de puissance à vocation scientifique restent le Powertap et le SRM. Ce sont des références sur le marché et ils sont très précis, mais ils sont plus chers, bien que la tendance soit à la baisse.

Entrainement_capteur_puissance_Copyright_VojoMag-3Conclusion

L’investissement dans un capteur de puissance peut être un réel plus à l’entraînement. Prenez le temps de vous l’approprier, de maîtriser les différents paramètres de mesure et il vous le rendra ! Et si vous avez du mal à mettre en pratique l’utilisation de la puissance, comme pour l’entraînement, prenez contact avec un entraîneur qui pourra facilement vous aider à en tirer tous les bénéfices qu’il procure. Il ne faut cependant pas devenir accro voire dépendant aux chiffres, le capteur doit vous faire évoluer vers une meilleure écoute et compréhension de vos sensations sur le vélo. Enfin, il ne s’agit pas d’utiliser le capteur de puissance pour se débarrasser du cardiofréquencemètre. Ces deux capteurs sont avant tout complémentaires dans l’analyse des données.

Rendez-vous dans quelques jours avec notre test du moyeu Powertap afin de mesurer ses apports en utilisation vtt !