L’entraînement par la puissance

La démocratisation (relative) des capteurs de puissance font que de plus en plus de cyclistes se tournent vers ce concept. L’approche traditionnelle avec des zones d'effort (niveau de FC) remarquables et définis est en perte de vitesse. Certes cette méthode a des défauts mais elle apporte toujours selon moi des indications précieuses pour le suivi de l’entraînement.

VO²Cycling ne pouvait ignorer plus longtemps ce sujet.

1. Au fait c’est quoi la puissance ????

Tout travail pour modifier l’état d’une matière d’un liquide, le déplacement d’un objet ou exercer une pression sur les pédales réclame un certain travail. L'énergie nécessaire pour réaliser ce travail est quantifiée en joule (J) ou la calorie (cal).

Entre les deux unités, il existe la correspondance suivante : 1 cal = 4,18 J. Attention aux détails 1kcal = 1 Cal = 1000 cal. Ceci est souvent source de confusion.

La puissance c’est la quantité de travail (d'énergie) que tu peux fournir en 1 seconde. Donc des Joules/s ou Watts.

Voici un article qui essaie de vulgariser les notions puissance, énergie et force: Notions de force puissance énergie en cyclisme

2. Quel intérêt la puissance ?

C’EST UNE VALEUR ABSOLUE, le maître étalon, le juge de paix !!!

Contrairement :
          ° Aux sensations ou au feeling qui par définition sont subjectives         
          ° A La fréquence cardiaque qui selon la forme, la température, la digestion peut varier sensiblement à effort égal.

Les plus :
° Aucune inertie de la mesure. Certains athlètes ont une telle inertie cardiaque que c’est inutilisable lors d’efforts courts et répétés.
° Permet de calibrer exactement un effort sans tenir compte de l’environnement extérieur : vent, revêtement, tenue plus ou moins aérodynamique.

Les moins :
° A trop courir après les watts, on en oublie les fondamentaux, certaines séances de travail qualitatif.
° Ne jamais oublier que d’autres facteurs physiologiques ou mentaux qui ne sont pas pris en compte. Par exemple les signaux du système central avec un suivi de la variabilité cardiaque.

3. Comment ça marche ?

Quel que soit le choix du fournisseur, le principe est invariablement le même. Des jauges de contraintes permettent de déterminer le couple de forces s’appliquant sur la roue, le moyeu ou le pédalier.

La puissance et le couple sont déterminés par ces simples formules:

Pui = Couple (N.m) x Vitesse angulaire (rd/s)

Couple = Force x Longueur des manivelles.

Le couple est mesuré par ces capteurs et la vitesse angulaire est bien sûr la vitesse de rotation de la roue ou du pédalier. C’est simple non ?

Estimation la force exercée sur les pédales par un top  cycliste à 5.8 Watts/kg et un poids de corps de 65 kg.

ComposanteAerodynamique 1
ComposanteRoulement 5
ComposanteGravité 368
PUISSANCE TOTALE (watts) 374
Rapport Puissance/Poids(W/kg) 5.75
Estimation VO2 (ml/min/kg) 73.6
VAM (m/h) 1,740


Donc à 374 watts il monte à 6 km/h dans du 29 %. Cela donne sur 53x27 24 TPM de cadence.

le formule pour trouver le couple:

Couple = PUI / Cadence*60/2/PI = 374/24*60/2/pi = 149 N.m

Pour une longueur de manivelle L = 175 cm:

Force = Couple/L = 149/0.175 = 850 Newton donc ~87 kg sur les pédales. Pour imager, c'est comme si l'on fixait un poids de 87 kg sur la pédale. Avec le 53x23 cela fait ~ 100 kg. Semelle carbone obligatoire.

4. Approche de l’entraînement :

Elle peut-être plus ou moins drastique ou engagée. Certains continuent à surveiller leur fréquence cardiaque (approche pleine de sagesse) et d’autres ne focalisent que sur ce nouvel Eldorado qu’est la puissance.

Les modérés ;-)

Par exemple on peut lors d’un travail de PMA ou d’intervalles courts se servir de la mesure de la puissance afin de bien calibrer la phase active de l’exercice ou même du contre exercice. Par exemple pour un 30x30 ou un Gimenez. Pour le travail au seuil ou en endurance, ils continuent au feeling ou à lorgner sur la fréquence cardiaque.

Les aficionados

Tout leur entraînement tend à se mesurer sur une échelle de puissance. De la récupération active au sprint. Le nom qui revient le plus souvent est un certain Andrew Coggan.

Coggan a essayé de modéliser une approche de l’entrainement exclusivement basée sur la puissance. Déjà en soi c’est un peu réducteur selon moi. Il y a tellement de paramètres externes qui influent la performance. Il y a déjà pas mal de littérature sur le Net qui décrit cela. Mon but n’est pas de vous expliquer in extenso son approche mais d’expliquer ma vision simpliste de sa démarche.

5. Les paramètres clés:  CP, FTP, TSS :

Coggan a réfléchi aux paramètres utiles afin de construire une approche scientifique et mesurable de l'entraînement. Le 1er paramètre sur qui repose toutes la théorie s'appelle FTP.

FTP (Functional Treshold Power) : C’est la puissance moyenne que l’on peut tenir pendant 1 heure.

On parle des fois de CP pour information c’est la Puissance Critique.

CP(Critical Power): En théorie c’est la puissance que l’on peut maintenir indéfiniment au cours du temps. En mathématique c’est l’asymptote de la relation entre la puissance et le temps.

Sur des tests de puissance de 5’ et 20’ certains modèles peuvent déterminer CP et FTP :

Source: Calculateur CP FTP

Estimation FTP selon Joe Friel

La prochaine notion importante est la Puissance Normalisée.

NP(Normalised power) : Contrairement à la puissance moyenne, la puissance normalisée tient compte de la réponse physiologique à l’effort qui n’est pas linéaire mais suit des courbes du 4^ème ordre. De plus la mesure est intégrée sur une plage mobile de 30 secondes. Je soupçonne Coggan de filtrer les fortes fluctuations de la mesure de puissance avec ce smoothing. La formule de NP ressemble à la formule du TRIMPS.

Par expérience vous verrez, plus l’exercice est lisse et constant est plus NP se rapproche de la valeur moyenne de la puissance. Plus vous fractionnez, plus la sortie est nerveuse et plus ces 2 valeurs s’éloignent.

Il faut être prudent avec des efforts courts comme le 30x30 qui peuvent conduire à une puissance normalisée douteuse.

· NP = moyenne(somme(P_moy30^4)))^(1/4)

IF (Intensity Factor) : Là c’est simple, c’est le rapport de NP sur FTP. Ce facteur mesure l’intensité de la sortie mais pas la charge bien sûr car il n’y a aucune notion de temps dans le calcul de IF. Si tu roules 1 heure à FTP alors IF = 1 !!!

ATTENTION : Un IF supérieur à 1 sur une sortie de moins d'1 heure, cela signifie que FTP est sous-estimé.

· IF = NP/FTP

· Moins que 0.75 = sorties de récupération
De 0.75-0.85 = sorties d’endurance (Z2)
0.85-0.95= sorties tempo, aérobique et anaérobique, intervalles (avec période de repos), sorties longues (>2.5 h)
0.95-1.05 = interval à votre niveau de seuil FTP et plus (période de repos non comprise), shorter, TT 40km
1.05-1.15 = vélo olympique, sprint, course sur piste.

On a enfin toutes les notions pour définir LA mesure ultime pour déterminer la charge d’une sortie !!! Capital pour le suivi de l’entrainement.

TSS(training stress score):

· TSS = (durée (s) x NP x IF)/(FTP x 3600) x 100

1h de votre FTP (puissance moyenne du la puissance maximale que vous êtes capable de tenir sur 1h) = 100 points.

1h à 80% de votre FTP = 80 points. Si vous avez fait 2h à 80% de votre FTP = 80 points x 2 = 160 points.

6. Le suivi de l’athlète : ATL,CTL,TSB

La méthode mise au point par Coggan est finalement assez simpliste. Il se sert de 3 paramètres, CTL, ATL et TSB.

CTL (Chronic Training Load) : C’est la moyenne sur le long terme de la charge TSS journalière. Par défaut la durée est fixée sur 42 jours (six semaines). Cela correspond au fond, aux fondations de la maison. On ne peut pas encaisser des grosses semaines sans avoir un minimum d’acquis. C’est le potentiel à disposition de l’athlète.

Un CTL trop régulier et trop plat n’est pas en général un signe de bon entraînement.

· CTL = CTL(d-1) + [TSS-CTL(d-1)]*[1 - exp^(-1/42)]

ATL (Acute Training Load) : C’est la moyenne sur le court terme de la charge TSS journalière. Par défaut la durée est fixée sur 7 jours (une semaine).

Cette courbe varie beaucoup plus rapidement que CTL. C’est elle qui renseigne sur l’affutage par exemple en influent le paramètre de l’évaluation de la fatigue TSB décrit ci-après.

· ATL = ATL(d-1) + [TSS-ATL(d-1)]*[1 - exp^(-1/7)]

A noter que les durées pour ATL ( 7 jours) et CTL (42 jours) peuvent être modifiées sur WKO si l’athlète désire affiné le modèle au plus près de ses propres qualités intrinsèques.

TSB (Training Stress Balance) : Alors là c’est enfantin ce paramètre est tout simplement la différence entre CTL et ATL.

· TSB = CTL-ATL

TSB > 0 : L’athlète est reposé, affûté ou en sous-entraînement
TSB < 0 : L’athlète est en phase de surcharge ou en surentraînement.

Chaque athlète est différent. A chacun d’interpréter ses propres valeurs qui correspondent à un pic de forme. Valeur pas nécessairement positive.

Voici le style de graphique que l’on obtient! Sur WKO ce graphe se nomme par défaut « Preference Management Chart ».

Bleu foncé : CTL
Violet : ATL
Jaune : TSB
Barre bleu : TSS

Beaucoup plus complexe est l’interprétation des données de puissance, si l’on souhaite rentrer dans les détails. Pour transférer les données de l’entraînement vers un ordinateur, il faut un logiciel compatible, soit livré avec le capteur de puissance, soit téléchargé sur le net, avec ou sans abonnement. Les plus connus sont Goldencheetah (très complet), WKO+, Trainingpeaks, ou Strava (en version payante). C’est là qu’interviennent toutes les compétences de l’entraîneur ou l’intelligence pratique du coureur.

7. Zones de puissance (selon Coggan) :

(source Vsprint)

Andrew Coggan a défini sept zones d'intensité qui sont définies à partir d'un pourcentage de la puissance au seuil (PS), ou d'un pourcentage de la fréquence cardiaque au seuil (FCS).

8. PPR (Profil Puissance Record) 

Il est très important d'établir cette carte d'identité pour chaque cyclique. C'est sa signature. Cela résulte en une carte de puissance en fonction du temps de soutien de cette dernière. Pour des temps de quelques secondes, quelques minutes (5 minutes, 20 minutes) ou 1 heure au plus ! On peut clairement catégoriser chaque cycliste: sprinter, baroudeur, puncheur, grimpeur etc...

On va pouvoir ainsi choisir le type de course qui convient au coureur ou alors établir une stratégie de course.

Évidement ce PPR évolue au grès de la saison. C''est donc un indicateur important de la forme de l'athlète à un instant "t" !

Le PPR varie selon le terrain et le type de cycliste. Mon ressenti est corrélé pare plusieurs études. Le profil sera différent sur le plat ou en montée.

Je soupçonne également un phénomène d'hystérèse propre aux jauges de contrainte utilisé dans ces capteurs de puissance. En gros plus on pédale carré oui plus la montée est effectuée en relance et de manière irrégulière plus la valeur de puissance est surestimée.

(Source Fred Grappe)

Voici quelques le PPR:

Guillaume un excellent coureur amateur 1ère catégorie français: PPR Guillaume 

Un cycliste amateur Pass (64/65 kg)!

Un cycliste pro !

9. Puissance vs FC :

Rappelle de 2 thème abordés dans la rubrique des fondamentaux: 

• Petite réflexion sur le cardiofréquencemètre
• Petite réflexion sur le capteur de puissance !

10. Test terrain PowerTap G3

Nous avons fait exactement le même parcours avec Mig avec compagnon de sortie. Il était intéressant de comparer les puissances avec nos capteurs identiques PT G3+.

Sur le col de Saxel 4.7% de moyenne très régulier Mig obtient 211 watts et moi 203, soit 8 watts de différence.

On va essayer de décortiquer tout cela pour voir si l'écart est recevable.

En rentrant je me suis pesé à 65 kg. Le poids de mon vélo, bidon, kit réparation boyaux, équipement ( casque, habit, chaussures) est estimé à 11.5 kg. Ce qui fait un poids roulant de 76.5 kg.

Pour rappel voici les essais comparatifs

Sur du 4% on a +-9 watts de dispersion pour un PT.

J'ai également pris soin de passer notre montée au calculateur:

Mig (poids roulant estimé 81 kg):

                PUISSANCE TOTALE (watts) 216

Bibi (poids roulant estimé 76 kg):

                PUISSANCE TOTALE (watts) 206

(A titre d'information sur une pente de 8% à 12 km/h on aura 13 watts d'écart. )

Si on tient compte de la dispersion de la mesure on obtient la fourchette suivante:

Mig

Bibi

Nous sommes donc dans le tir !!!

Il est vrai qu’intuitivement je m'attendais à beaucoup plus.

J'ai pu également rouler avec un PowerTap G3+ et un Powe2Max simultanément. De subtiles différences de mesures peuvent se rencontrer lorsqu’on compare deux types de capteurs de puissance, notamment si l’on compare un appareil situé dans le pédalier avec un autre dans le moyeu, ou dans une paire de pédales. J'ai effectué une même sortie avec un Power2Max et un PowerTap (et deux compteurs Garmin Edge 500). Il a relevé les différences suivantes :

Fichier Excel PTG3 POWE2MAX

(source Vélo Magazine N° 517 mars 2014)

Pour progresser, facile acheter un Ergomo  :lol: 

11. La puissance sur Home-trainer ?

Nombreux sont ceux qui remplacent les entraînements sur route par du home-trainer, surtout l’hiver, en semaine. Et bien sûr, le capteur de puissance est un excellent outil pour s’assurer des séances de qualité. Selon Ivan Borcard, « sur la route, l’énergie cinétique provoquée par le déplacement du cycliste est très importante. Si on pédale si rond et si efficacement, c’est grâce à cette énergie emmagasinée. Les points morts, les phases de relâchement, les changements de vitesse et de terrains sont lissés par cette énorme énergie stockée. Sur un home-trainer, la vitesse de déplacement est nulle. Le rendement tombe lorsque le système manque d’inertie. Il n’est donc pas étonnant de constater une différence significative de puissance sur un home-trainer (à la baisse), pour une même intensité d’effort ressentie. »

Fichier PowerPoint PTG3 POWE2MAX

Ce soir il pleuvait alors je pars pour un exercice POWER 5 x (30’’ Sprint 30’’ Récup 2' Force 2' PMA récup 2’30’’ ). Après 3 séries sur HT une éclaircie se dessine j’en profite pour terminer les 2 dernières séries sur une montée douce de 4% !

La différence de puissance développée est juste colossale. Bon OK j’ai pas un HT top et j’avais derrière ma roues PT G3 avec boyaux. Pas évident d’éviter les glissements etc ..Merci à Guillaume Judas de nous avoir consulté pour cette étude sur les capteurs de puissance ;-)

(source Vélo Magazine N° 517 mars 2014)

12. Pourquoi les watts baissent en faux plat descendant !

Il faut discerner le système roulant (vélo+cycliste) et le capteur de puissance qui n’affiche que la puissance mécanique fournit par le cycliste.

Quelques notions avant de continuer:

Energie cinétique: Tout objet avec une masse offre une résistance au déplacement. C'est ce que l'on appelle « l'inertie ». Pour bouger cet objet il faut appliquer une force. Le travail pour bouger cet objet c'est la force appliquée par la distance de déplacement. Pour effectuer ce travail il faut de l’énergie, l’unité pour ce travail se mesure en joules.

Un cycliste qui roule possède une énergie cinétique.

·  Pour le déplacement en translation: ½ * m * v2 avec m masse cycliste+vélo, v vitesse

·  Pour les parties en rotation (roues, pédalier): ½ m * I * w2 avec m masse de l’objet, I moment d’inertie, w vitesse angulaire en rd/s

Quand tu abordes un faux plat descendant tu as de l’énergie gratuite sur l’instant, c'est la force gravitationnelle qui intervient (bon tu as quand même grimpé à un moment pour l’emmagasiner) donc tu accélères et l’énergie gravitationnelle se transforme en énergie cinétique. Donc si tu veux afficher la même puissance mécanique tu dois accélérer comme un dingue (changement de braquet et augmenter la cadence).  ;-)

Autre cas lorsque tu rentres dans une bosse alors cette fois tant que tu décélères l’énergie cinétique te fournit de l’énergie gratuite sur l’instant.

Donc on peut dire que lorsque le système n’est pas stable (variation de pente, variation énergie cinétique) la composante globale de puissance a cet instant uniquement est fausse. 

Sur une sortie globale, il y a quand même une conservation de l’énergie globale si on considère le couple cycliste/vélo comme non déformable. Donc le capteur donne une mesure exacte de la puissance fournit par le cycliste sur l’ensemble de la sortie.

Je ne sais pas si j’ai été très clair ???