Estimation du rendement mécanique

Dans les articles précédents est évoquée une grandeur, le rendement mécanique, définie comme le rapport entre l'énergie mécanique produite et l'énergie E dépensée pour produire la précédente. L'énergie mécanique est le produit de la puissance mécanique produite P et de la durée. Le rendement s'écrit alors:

Rendement = Puissance P * Duree / Energie E

La puissance mécanique est donnée par le PowerTap. Le logiciel de Polar (Polar Precision Performance) donne, pour chaque relevé, une énergie dépensée par unité de temps (kCal/h) estimée via la fréquence cardiaque, le poids et la VO2Max. La VO2 étant la quantité d'oxygène consommée en ml/mn/kg, l'énergie dépensée vaut:

E[kCal/h] = Energie[kCal] produite par ml d'O2 * VO2 * 60 * Poids

D'après http://www.volodalen.com/13physiologie/energie.htm, la dégradation de glucose par un litre d'oxygène apporte une énergie de 5,05 kCal, celle de lipide 4,69 kCal, celle de protéine 4,46 kCal.

Après quelques recherches sur le Net et une étude des valeurs données par le logiciel, il semblerait que la formule programmée dans PPP utilise:

-une variation linéaire de la VO2 en fonction de la fréquence cardiaque jusqu'au seuil anaérobie donc VO2=VO2Max*%Fc(Karvonen) avec:

%Fc(Karvonen) = (Fc-FcRepos)/(FcMax-FcRepos)

-une énergie produite par ml d'oxygène constante de l'ordre de 4,7 kCal

Cela donnerait la formule (c'est une estimation donc je mets ~ à la place de =) :

E[kCal/h] ~ 4,7 /1000 * VO2Max * %Fc* 60 * Poids

Une joule vaut 4,184 calories donc l'énergie E dépensée exprimée en [J] vaut:

E[J] = E[kCal/h] * Duree * 3600/1000 * 4,184

D'où en remplaçant:

E[J] ~ 4,7 * Duree * VO2Max * %Fc* 0,06 * Poids * 3,6 *4,184

La formule du rendement devient donc:

Rendement ~ 3,05 * Puissance / (VO2Max * %Fc * Poids)

Si l'on ne connait pas sa VO2Max mais que l'on a une idée de sa PMA, la formule de Hawley peut être utilisée:

VO2Max [ml/mn/kg] = (0,435 + 0,01141 * PMA) / Poids

A vrai dire, je devrais programmer cette dernière car les chiffres de rendement donnés dans ce blog sont calculés avec une VO2Max constante de 63 ml/mn/kg (d'après un test d'effort datant de 2005). Or, ma VO2Max ayant évolué depuis 2 ans, cela donne actuellement des rendements de parfois 27% (!) qui ne veulent plus rien dire en absolu (20-25% est la norme).

Néanmoins, la diminution plus ou moins rapide du rendement au cours d'une longue sortie de vélo (ou au cours de séances de home trainer) est toujours intéressante à regarder car révélatrice d'une gestion de l'alimentation ou de l'hydratation déficiente. Deux exemples pour illustrer ce point:

-Une sortie calamiteuse en 2005 (pas assez alimenté la veille en sucres lents, plus de jambes en fin de parcours dû à une hypoglycémie). Le rendement chute de 21,5% à 16,2%:
-Ma meilleure sortie 2007, où dans des conditions très particulières (température extérieure idéale et quasi constante), le rendement s'est miraculeusement maintenu entre 24 et 25% pendant 4 heures:
C'est aussi grâce à cet indicateur que je me suis aperçu que rouler dans les 2 premières heures après un petit déjeuner fait chuter le rendement de près de 2 points (22% au lieu de 24%). D'après ces chiffres, une part importante d'énergie est détournée pour s'occuper de la digestion.

PMA confirmée: 375 watts

C'est bien quand tout se recoupe :-). Dans un précédent article, j'avais évoqué le fait de vérifier sur route la véracité de la PMA trouvée lors de mes tests triangulaires sur home trainer. En particulier, je voulais essayer de mesurer le temps de soutien de la PMA (il doit se situer entre 5 et 7 minutes selon F.Grappe. D'autres évoquent une fourchette plus large: 4-9 minutes). Ce soir, pour ce qui était très probablement ma dernière sortie du soir, j'emprunte encore une fois le début de la montée du col de Vence pour m'échauffer aux alentours de 95% FTP et je finis en L5.

Après une courte descente, j'aborde une montée très sèche du coin (1600m à 11%) en gardant l'oeil sur la cadran du PowerTap pour rouler dans la fourchette 360-370 watts. C'est assez étonnant l'évolution des sensations: les 40 premières secondes "Trop facile, ça va vite passer". A la 3ème minute "Pas mal, on continue comme cela", à la 4ème minute "Euh, je vais peut être pas me mettre minable", à la 5ème minute "Oui, bon ça va comme ça!".

Voilà, je tiens mon premier test CP5 (puissance moyenne maximale sur 5 minutes) effectué à fond: 376 watts. Tiens, tiens, ma PMA estimé par un test triangulaire sur home trainer en septembre: 375 watts! Continuons encore les recoupements, en 2007, mon meilleur CP5 était jusqu'à alors de 365 watts (-10 watts). En 2006, mon meilleur CP5 était de 343 watts, à rapprocher de ma PMA d'alors 351 watts (-8 watts).

Pour finir, donc, quelques conclusions personnelles:
-Ma PMA actuelle est bien de 375 watts
-Le temps de soutien de ma PMA actuelle est bien au minimum de 5 minutes
-Test CP5 à fond ~ Test triangulaire sur HT (incréments 30W/3mn)
-Même si ce dernier test sur HT est assez sensible à certaines paramètres (température extérieure, état de forme et motivation), il reste malgré tout plus facile à mettre en place qu'un test sur route et surtout par définition, il est progressif donc moins exigeant pour l'organisme: je le conserve pour 2008.

Bilan de la saison (1ère partie)

Première sortie de l'automne

Les températures sont franchement à la baisse et malgré un beau soleil, elles oscillent entre 10 et 15 ce dimanche après midi pour une petite sortie de 2h30. Après 1h30 de plat, je me décide à grimper le col du Coq mais au bout de 20 minutes, l'envie de se faire mal n'est plus là et je fais demi tour. Un peu plus loin, une montée de 10 minutes (1/2 Vence par Biviers) à fond me permet de me rassurer: malgré un volume d'entrainement en nette baisse, il semble que sur des efforts de 10-15 minutes, ma puissance n'est pas encore trop affectée. Derniers journées avant le changement d'heure: profiter au maximum de cette semaine sur route avant le retour sur home trainer. Pas de programme bien précis encore pour les prochaines semaines, si ce n'est l'arrêt complet de toute séance de type L5 jusqu'en février. En revanche, j'essaie encore de maintenir un minimum de travail à L4 dans chaque montée de 10-20 minutes et de rouler en L2/L3 sur le plat.

Une saison plus régulière
Avec le recul, ma saison 2007 révèle une rupture dans la façon de m'entrainer: les années précédentes de 2002 (non visible sur le graphe) à 2005 offrent un même visage: un hiver sans vélo, un printemps studieux avec une variation rapide du volume d'entrainement et un pic vers juin-juillet. Depuis 2006, j'ai essayé de lisser le volume d'entrainement: peu ou pas de coupure en hiver et surtout cette année, la volonté d'être très régulier au niveau de la progression de la charge de travail afin de ne pas être atteint par la démotivation à un moment de l'été. Au final, pour 2007, un temps total de 337h pour environ 300h en 2006 soit 12% de plus mais surtout une pratique mieux étalée sur la saison.

Toujours plus d'intensité
En comparant le temps passé dans les différentes zones de puissance (le temps passé en roue libre est exclu sur les graphes ci-contre), je me rends compte que c'est justement la proportion des zones d'intensités 4 et 5 qui a augmenté entre 2006 et 2007. Le temps passé en L4 passe de 19.9% à 22.0% (progression de +10%) et celui en L5 de 6.8 à 8.1% (bond de 20%). Cet entrainement, plus en intensité, s'est fait au détriment de l'endurance basse (L2) et dans un degré moindre de l'endurance haute (L3). Dans les forums anglo-saxons, nombreux évoquent les kilomètres réalisés à L2 comme des "junk miles" ce qui est une expression assez imagée. A vrai dire, il est nécessaire de parfois rouloter 2 heures pour décompresser de l'enchainement de séances difficiles, mais si l'on a une base aérobie solide (plusieurs années de vélo derrière soi), il semble inutile de travailler l'endurance par de longues séances de plat. Et beaucoup plus efficace de travailler en accumulant le maximum de temps à des intensités élevées au moyen de fractionnés. Si le temps passé en L4 et L5 a donc augmenté de 12%, il me faut maintenant essayer d'évaluer plus finement le temps passé à L4 et L5 lors de séances de fractionnés (type 2*20mn ou 5*5mn). Je parierais bien que la progression de ce temps total d'une année sur l'autre est encore plus significative.

Dernières compétitions

Ce week end, participation à deux compétitions pas tout à fait similaires. Samedi, avec un contre la montre en côte assez court sur 7 kms. Le dimanche, une course de côte en peloton, sur 8kms d'un de mes parcours préférés (Fort du Murier et côte des 4 Seigneurs).

Lors du CLM, les coureurs sont lâchés minute par minute, et il s'agit de maintenir un effort constant pendant environ 20 minutes. Cette fois ci, la puissance cible que je compte tenir est facile à mémoriser puisque elle correspond à celle obtenue lors de mes tests habituels aux environs de 330 watts. Je réalise 18mn46s@334W (18ème/82). La moyenne est de 22.6km/h et il est intéressant de voir qu'à cette vitesse, la puissance pour vaincre la résistance à l'avancement de l'air est de 50 watts (soit environ 15% du total) et elle passe à 100 watts (27% du total) si un petit vent de 10km/h vous souffle dans le nez. Ce jour là, le vent était tourbillonnant et c'est peu dire l'importance de soigner l'aérodynamisme dans ces conditions (matériel, position). Démarrage un peu rapide peut être (400W pendant 1mn) puis ensuite un rythme régulier aux alentours de la puissance cible (330 watts en pointillés jaunes sur le graphe ci-contre) mais avec l'impression d'être vraiment au maximum, à la limite (je finis à 96%FcMax).

Le lendemain, départ groupé pour cette grimpée: 1mn30s@412W dans les premiers instants, le peloton s'étire et première cassure en tête, un groupe d'une dizaine d'unités se dégage en force. Derrière, nous sommes 5-6 à former un 2ème groupe. La montée se décompose en 5 efforts de respectivement 2, 2, 3, 4 et 10 mn. Entre, 3 faux plats montants et une courte descente. Si le départ s'est fait en intensité L6, il s'agit ensuite de rouler en L5 puis de faire les 10 dernières minutes en L4/L5: c'est là que j'ai prévu d'accélérer, si cela est possible. Au passage au fort du Murier, nous ne sommes plus que 5 et il me semble que nous avons rejoint et doublé un, voire deux éléments, du 1er groupe partis trop vite. J'avais repéré une ultime fois cette partie les jours précédents et cela m'a d'ailleurs permis de dénicher un nouveau spot pour travailler des répétitions de 2-3 mn en L5. Je suis à ma place dans ce groupe, la fréquence cardiaque est assez élevée, 93%FcMax, mais la respiration n'est pas encore à la limite. Juste un peu de mal au début de chaque bosse, avec l'accélération habituelle des coureurs qui dure environ 30-45 secondes: je me laisse à chaque fois très légèrement décrocher pour revenir ensuite doucement. Dans la dernière montée (très régulière à 8.5%), un coureur se détache et roule une cinquantaine de mètres devant. Il semble que le groupe a ralenti, le dernier kilomètre est annoncé et comme prévu je me place en tête, le compteur oscille alors entre 330 et 340 watts. Un coureur me relaie une dernière fois puis j'accélère franchement à mon tour: les 15 dernières secondes à 595 watts (97%FcMax) me permettent de rester devant les 3 autres mais sont insuffisantes pour revenir sur le 5ème, échappé un peu plus tôt. Résultat: 26mn30s@329W, 11ème/61.

Puissance anaérobie: un point faible

L'entrainement est parfois ingrat: beaucoup de travail et des progrès lents, souvent inférieurs à ce que l'on souhaiterait. C'est d'autant plus vrai si l'on vise à améliorer ses points forts. En revanche, lorsque l'on travaille ses points faibles, même un tout petit peu, il est toujours réjouissant de voir que la marge de progression est importante, vu qu'ils sont injustement laissés de côté. Sur le graphe ci-contre, tiré du logiciel CyclingPeaks, sont représentées mes meilleurs puissances, en W/kg, obtenues chaque mois (barres jaunes) sur des durées de 5 secondes, 1mn, 5mn et 60mn (de gauche à droite). Ces résultats personnels sont comparés à une table de coureurs de différents niveaux (cela va de non entrainé à classe mondiale en passant par des coureurs de catégorie 1 à 5). On peut mieux appréhender d'un coup d'œil les forces et faiblesses d'un cycliste avec un tel graphique: mes sprints sont médiocres (effort 5s), ma capacité anaérobie mauvaise (effort 1mn), et seules PMA (effort 5mn) et puissance seuil (effort 60mn) atteignent le niveau catégorie 3.

Dimanche, à la fin d'une sortie de 3h30 où j'ai effectué quelques efforts à L6, je réalise un sprint long sur la montée habituelle où je teste les progrès de ma (faible) capacité anaérobie: 627 watts pendant 30 secondes. C'est 42 watts de mieux qu'en 2006 alors qu'en comptant bien je n'ai effectué que 2 vraies séances structurées à L6 dans l'année qui vient de passer. Nous étions deux à rouler avec un capteur de puissance, dimanche: un lecteur du blog roulait avec moi, ptorres, qui partage le même enthousiasme pour l'entrainement avec cet outil. Il me décrit ses séances actuelles sur home trainer avec le modèle graphique de Thibault et cela m'incite à explorer à nouveau cette approche permettant de faire des séances très variées en fractionné court sur plusieurs points: capacité anaérobie, puissance aérobie maximale et endurance.

Tests du mois d'octobre

Deux choses me chagrinent à l'issue des tests PMA et 20 minutes de cette semaine. Peu m'importe qu'ils n'affichent aucun progrès sensible. Le protocole du test PMA (358W ce mois ci) révèle à nouveau son inconstance: pourquoi -17W par rapport au mois précédent alors que la température est de 20°C et que les paliers lors de ce test triangulaire sont réguliers autour de 30W? En 2006, j'étais très confiant sur ce test car il offrait une continuité dans les résultats d'un mois à l'autre (voir la partie gauche du graphe ci-contre). Cette année, il a révélé plusieurs fois des contre-performances que l'on ne peut pas toujours expliquer par la chaleur. Il semble qu'il faille aborder ce test dans un parfait état de motivation (ce n'était pas le cas mardi soir, pas très bien dormi la veille).

Le test sur route de 20 minutes est depuis plusieurs mois très fidèle par rapport à mes réels progrès. Il quantifie bien la puissance au seuil. En revanche, je suis assez intrigué par la cadence de pédalage que j'utilise depuis 2 tests (328W@73tr/mn,90.4%FcMax et 329W@71tr/mn,88.8%FcMax). Il s'avère que j'optimise ma puissance sur 20 minutes en utilisant un développement assez important qui permet d'une part de gérer le départ plus facilement (respiration mieux maitrisée) mais également d'accélérer en cours d'effort (voir courbe ci-contre). En revanche, si par malheur je décide d'augmenter ma cadence, très rapidement, la respiration n'arrive plus à suivre. Rétrospectivement, comment ai je pu réaliser par exemple 320W@85tr/mn en mai! En feuilletant le livre de F. Grappe (Cyclisme et optimisation de la performance), on relève que la fréquence optimale (VoptVO2) visant à minimiser la VO2 sur un effort de 4mn est aux alentours de 50tr/mn@200W, et que VoptVO2 augmente avec la puissance pour atteindre par exemple 60tr/mn@300W. De même si la durée de l'effort augmente, VoptVO2 suit la même tendance (+15tr/mn en passant de 4 à 30mn). Enfin, VoptVO2 est plus importante pour un cycliste entrainé. Plus intéressant encore, les 3 raisons avancées pour expliquer l'augmentation de la VO2 au delà de cette fréquence optimale sont:
-travail supplémentaire demandée par la stabilisation du tronc lors d'un pédalage à fréquence élevée
-travail interne (mouvement des jambes à vide) qui augmente exponentiellement avec la fréquence de pédalage
-utilisation des fibres rapides qui sont moins économiques que les fibres lentes lorsque la fréquence augmente

Les 2 premiers points révèlent tout l'intérêt d'une gestuelle efficace (pas de mouvement parasite du tronc et des jambes) lors d'un pédalage à fréquence élevée, une économie de la VO2. Cela donne vraiment envie de travailler ce point cet hiver.

Dernière belle sortie du soir?

Les jours raccourcissent, mais il est encore possible de profiter d'une belle douceur début octobre. Direction, les villages de Venon et Pinet d'Uriage pour réaliser une séance de force, sans faire monter le cœur (en dessous 80% FcMax, ~250W, intensité L3).

Séance de force avec un couple de pédalage entre 35 et 45 N.m.
La cadence de pédalage entre 50 et 60 tr/mn.

Le soleil est rasant, la lumière belle: pas un brin d'air, les ombres s'allongent à l'infini, les couleurs ne sont pas encore flamboyantes mais l'automne arrive tout doucement... Tandis que les jambes travaillent en silence, une des mains tient le guidon, l'autre manipule l'appareil photo: