C’est quoi la puissance en cyclisme ?

La notion de « puissance » classe le cycliste qu’il soit professionnel ou cyclosportif, aide à caractériser ses qualités et devient l’une des valeurs à suivre pour espérer progresser. On vous explique tout ça.

Photos : PEdALED, DR

La puissance d’un cycliste quand il appuie sur les pédales est le niveau de l’effort qu’il fournit pour vaincre les résistances qui s’opposent à lui et avancer. Celles-ci sont de trois types : la pesanteur (plus la pente est forte plus la résistance est élevée), la résistance de l’air (qui est proportionnelle au carré de la vitesse), et les frottements mécaniques (qui dépendent de la qualité de la transmission du vélo et du contact des pneumatiques avec le sol). La puissance, c’est l’effort direct, à l’inverse de la fréquence cardiaque qui n’en est que la résultante. Lorsqu’on fait un sprint violent sur quelques secondes, la puissance s’élève et décroît ensuite très rapidement, alors que la fréquence cardiaque réagit avec une certaine inertie, qui n’est pas représentative de l’intensité réelle à l’instant T. De nombreux facteurs peuvent influencer la fréquence cardiaque, comme la durée et l’intensité de l’effort, mais aussi le niveau d’entrainement, de fatigue, l’altitude, la chaleur, un virus, la déshydratation. La puissance fournie découle quant à elle de la gestion de l’effort, du niveau de condition physique, de la force musculaire, des capacités cardio-vasculaires et de la coordination gestuelle. Interviennent dans ces mécanismes les qualités innées, l’entraînement, voire le dopage. On peut également intervenir en diminuant les forces de résistance à affronter. La puissance peut se calculer, mais plus facilement se mesurer, grâce à de capteurs embarqués sur le vélo, qui témoignent directement de l’effort fourni en direct.

Quand on parle de watts

Le watt est une unité de mesure internationale pour quantifier une puissance, un flux énergétique et un flux thermique. Un watt est l’équivalent du transfert d’une énergie d’un Joule pendant une seconde. C’est le produit de la force exercée sur un objet par sa vitesse de déplacement. Produire un watt équivaut à soulever un objet de 98,6 g à une vitesse constante d’un mètre par seconde. Doubler la puissance signifie soulever le même objet en doublant la vitesse, ou soulever un objet deux fois plus lourd à la même vitesse. C’est à comparer à une autre unité de mesure pour la puissance avec les chevaux vapeurs, qui sont utilisés pour les véhicules à moteur. Un cheval vapeur est l’équivalent de 736 watts, une puissance très élevée pour un cycliste. Sur un vélo, la puissance en watts est donc le produit de la force exercée sur les pédales par la vitesse de rotation des manivelles. Pour améliorer la puissance fournie, on peut peut soit augmenter la force, soit augmenter la cadence. Rouler avec un braquet important n’est donc pas gage de puissance, mais de force.

Un rapport entre la puissance et le temps

Une puissance brute exprimée en watt ne veut rien dire si elle n’est pas rapportée à une notion de durée. Produire 400 watts équivaut à soulever un objet de près de 40 kg à la vitesse d’un mètre par seconde, ou un objet de 20 kg à la vitesse de deux mètres par seconde. C’est à la portée de tout le monde sur quelques secondes, beaucoup moins sur plusieurs minutes. C’est ce qui différencie le cycliste occasionnel du coureur professionnel. Ce rapport entre la puissance et le temps détermine notre niveau, mais aussi nos qualités, qui peuvent s’exprimer en termes d’explosivité, d’endurance ou de résistance à de très hautes intensités sur plusieurs minutes. Un sprinter est par exemple très puissant sur quelques secondes et beaucoup moins sur 30 minutes d’effort, à l’inverse d’un grimpeur.

La puissance et le poids

Mais la puissance brute – quelle que soit la durée de la mesure – ne suffit pas à mesurer la performance ou les qualités. Un cycliste grand et lourd fournit plus de puissance brute qu’un cycliste plus petit, grâce à la taille et au poids de ses muscles. Il lui faut pourtant porter son propre poids lorsque la principale résistance à affronter est l’apesanteur. Dans ce cas, un moyen de comparer les coureur est le rapport watts/poids, ce qui permet aux petits mollets de rivaliser voire de dépasser les musculeux. Sur le plat, puisque la principale résistance à l’avancement est la résistance de l’air, le rapport entre la puissance et le poids est moins important, mais par contre on tient plutôt compte du rapport watts/Scx (coefficient de pénétration dans l’air). Lorsqu’on cherche à progresser, on optimise le rapport puissance/poids. Voici quelques exemples de puissance en W/kg en fonction du niveau :

Sur une heure :

  • entre 5,7 et 6,4 W/kg : professionnel de très haut niveau
  • entre 4,7 et 5,3 W/kg : amateur de très bon niveau
  • entre 3,5 et 4,1 W/kg : amateur moyen
  • entre 2,4 et 3,1 W/kg : cycliste occasionnel

Sur 5 minutes :

  • entre 7 et 7,6 W/kg : professionnel de très haut niveau
  • entre 5,6 et 6,4 W/kg : amateur de très bon niveau
  • entre 4,3 et 5 W/kg : amateur moyen
  • entre 3 et 3,7 W/kg : cycliste occasionnel

Sur 5 secondes :

  • entre 22 et 24 W/kg : professionnel de très haut niveau
  • entre 18,6 et 20,8 W/kg : amateur de très bon niveau
  • entre 15 et 17 W/kg : amateur moyen
  • entre 12 et 14 W/kg : cycliste occasionnel

Gagner des watts

Pour améliorer les performances, deux voies sont à explorer : optimiser le moteur (le cycliste) ou diminuer les forces de résistance. Mais que peut-on espérer gagner ? Sur le plan physique, tout dépend d’où l’on part. Il y a bien sûr les capacités physiques de base (et la capacité à supporter de grosses charges d’entraînement en fait partie) qui sont limitantes à un moment ou à un autre. Et puis il y a la part d’acquis, celle des saisons, des années et des mois précédents. Disons qu’en quelques semaines de programme bien construit, on peut espérer gagner 10 à 12 % de watts au seuil anaérobie, soit autant qu’avec un dopage high-tech (mais qui pourrait aussi s’ajouter !). On peut aussi diminuer les forces de résistance, avec pour but de rouler plus vite avec la même énergie dépensée, ou d’en dépenser moins pour rouler à une certaine vitesse. Le poids est l’ennemi du cycliste qui doit affronter la gravité. Mais il faut tenir compte de l’ensemble du poids à élever, et pas seulement celui du vélo (voir ici). Indépendamment du fait qu’un gain d’1 kg sur le poids du cycliste est aussi bénéfique sur la condition physique (ce qui n’est pas le cas lorsqu’on agit sur le matériel) s’alléger du même poids dans une pente de 8 % à 15 km/h permet d’effacer approximativement 4,5 watts de résistance. Soit un gain de 20 secondes pour 30 minutes de montée. Il y a beaucoup plus à attendre d’une amélioration de la pénétration dans l’air. 75 % de la résistance aérodynamique à 45 km/h provient du cycliste sur sa machine. En passant d’une position avec les mains en haut du cintre à la position mains aux cocottes, on économise une vingtaine de watts (selon le gabarit). En passant avec les mains en bas, c’est presque 40 watts supplémentaires. En position « chrono » avec un vélo adéquat, c’est encore 70 à 80 watts de plus ! Une quinzaine de watts peuvent encore être gagnés sur la tenue (combinaison et casque). Soit au final presque 150 watts de moins pour la même vitesse quand on met toutes les chances de son côté. Sans changer radicalement de discipline, un cadre de route aéro permet déjà d’économiser approximativement 25 watts par rapport à un cadre avec des tubes ronds. Avec des roues aérodynamiques, on est autour de 10 watts. Bien sûr ceci sans tenir compte de différents compromis pour la position ou le matériel utilisé. Enfin, les frottements mécaniques représentent les dernières forces à vaincre. Comptez de 3 à 9 watts en remplaçant de mauvais roulements par le top du top, et de 5 à 15 watts au niveau des pneumatiques (modèle et pression de gonflage), et même jusqu’à 15 watts entre une transmission sale et mal entretenue et un ensemble fluide et bien huilé. Notons que les pertes ou gains liés à la rigidité du matériel n’ont pas encore été quantifiés.

Au total, un cycliste développant 300 watts au seuil anaérobie (effort optimal sur 20 minutes) peut espérer gagner entre 30 et 40 watts à la même intensité avec l’entraînement, autant en se dopant comme un sauvage, seulement 4,5 watts en s’allégeant d’un kilo dans une pente à 8%, entre 10 et 25 watts en optimisant sa transmission et ses pneumatiques aux petits oignons, et jusqu’à 150 watts de plus en passant d’une position de touriste à une position CLM sur le plat. De quoi justifier de s’intéresser à la puissance, non ?

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