Track Cycling: What are the performance variables on the flying 200m time trial ?

Le cyclisme sur piste est une discipline spécifique comprenant différentes épreuves, individuelles ou en équipe. Les épreuves se déroulent sur un vélodrome en intérieur. La piste est spécifique et présente 2 virages relevés à environ 40 degrés. Le revêtement du sol est souvent en bois. La longueur minimale d’un vélodrome olympique est 250 mètres, mais les pistes peuvent mesurer 200 ou 333 mètres.

Le “200 m départ lancé” est une épreuve individuelle qui est utilisée pour la qualification à l’épreuve de vitesse individuelle. Les cyclistes disposent d’une distance pour s’élancer afin d’atteindre une vitesse maximale pour parcourir les derniers 200 mètres. Seuls les derniers 200 mètres sont chronométrés et le temps réalisé sert à la la qualification. Trois phases principales caractérisent cette épreuve : l’accélération avant la portion du 200 m, la phase de vitesse maximale et la phase de décélération (Les deux dernières phases sont dans la portion de 200 m). Les meilleurs temps sont généralement compris entre 10 et 11 secondes, avec des vitesses de déplacement supérieures à 65 km·h^-1. Le record du monde est détenu par le français François Pervis en 9,347 s, soit une vitesse de 77 km·h^-1.

En cyclisme sur piste, cette épreuve peut être qualifiée d’explosive. En effet, la force, la vitesse, et la puissance mécanique produite (P, en W) sont des facteurs déterminants de la performance. Le système de pédalage étant à pignon fixe, le braquet choisi avant la course influencera la cadence (i.e., la fréquence) de pédalage moyenne sur le 200 m (Cad_moy, en rpm) mais également le couple mécanique (C, en N·m). Le couple correspond au produit de la force appliquée pour faire tourner la manivelle et de la longueur de celle-ci (Fig. 1).

De plus, comme nous vous l’avions expliqué dans l’article sur l’aire frontale projetée en cyclisme, la résistance aérodynamique est la résistance principale à l’avancement du cycliste lorsque les vitesses de déplacement sont supérieures à 40 km·h^-1. Cette résistance est principalement dépendante du coefficient de traînée aérodynamique (C_X) et l’aire frontale projetée du cycliste et de sa bicyclette (A_P, en m²) (Fig. 2). AP est principalement dépendante de la position des cyclistes, de leurs paramètres anthropométriques et de leur équipement.

L’étude réalisée

En 2005, une équipe de chercheurs français a tenté de comprendre si ces paramètres mécaniques et anthropométriques étaient liés à la performance sur le “200 m départ lancé”. Pour cela, 12 cyclistes de niveau international, dont 3 champions du monde ou olympique, ont participé à l’étude un mois avant le début des championnats nationaux de cyclisme sur piste. L’étude s’est déroulée en 3 étapes :

Mesure des paramètres anthropométriques

Le pourcentage de masse grasse corporelle (BF, en %) a été déterminée à l’aide de la méthode des 4 plis cutanés. Le volume de masse sèche des cuisses (V_Cuisse, en L) a été déterminé par une technique indirecte reposant sur les caractéristiques anthropométriques de la cuisse. Et l’aire frontale projetée des cyclistes et de leur bicyclette (A_P, en m²) a été déterminée en utilisant la méthode de digitalisation (Fig. 2) (méthode détaillée ici).

Tests Couple – Cadence

Sur un cyclo-ergomètre Monark, après environ 5 minutes d’échauffement, les cyclistes ont effectué 3 sprints contre 3 résistances différentes en fonction de leur masse corporelle (0.3, 0.6 et 0.9 N·kg^-1). Chaque sprint durait environ 5 secondes. A partir de ces tests, les relations Couple – Cadence de pédalage (Fig. 3) et Puissance – Cadence de pédalage (Fig. 4) ont été déterminées pour chaque cycliste. Grâce à ces relations, les valeurs sont suivantes ont été mesurées :

• Couple maximal théorique (C₀, en N·m) : Couple maximal lorsque la cadence est nulle, il représente indirectement la force maximale isométrique
• Cadence maximale théorique (, en rpm) : Cadence maximale lorsque les résistances qui s’opposent au pédalage sont nulles
• Puissance maximale (P_MAX, en W) : Pic de la relation Puissance – Cadence de pédalage
• Cadence optimale (Cad_Opt, en rpm) : Cadence de pédalage pour laquelle la puissance mécanique produite est maximale
• Couple optimal (C_Opt, en N·m) : Couple pour lequel la puissance mécanique produite est maximale

Nous reviendrons plus en détails sur toutes ces notions dans le cours de biomécanique du sport et de l’exercice.

Performance sur le “200 m départ lancé”

Lors des championnats nationaux de cyclisme sur piste, les performances au “200 m départ lancé” ont été prises en compte pour cette étude. A partir des performances chronométriques, les paramètres mécaniques suivants ont été déduits : la vitesse moyenne sur le 200 m (v_moy, en m·s^-1) et la cadence moyenne sur le 200 m (Cad_moy, en rpm).

A partir de ces tests, des analyses statistiques ont été utilisées pour déterminer les relations entre les paramètres anthropométriques, les paramètres mécaniques déterminés lors des tests en laboratoire sur cyclo-ergomètre et les performances sur le “200 m départ lancé”.

Résultats & Analyses

Les résultats montrent qu’il existe des corrélations significatives entre :

• V_Cuisse et C₀ (r = 0.77) et C_Opt (r = 0.69)
• P_MAX et C₀ (r = 0.92) et C_Opt (r = 0.91)
• v_moy et P_MAX/A_P (r = 0.63)
• v_moy et C_Opt (r = 0.77)

Le fait que la puissance maximale soit corrélée au couple optimal et au couple maximal théorique montre que la force maximale joue un rôle très important dans cette discipline sportive. Cela est renforcé par la corrélation significative observée avec le volume de masse sèche des cuisses. Les cyclistes sur piste suivent depuis de nombreuses années un entraînement en force complémentaire à l’entraînement technique, ce qui peut expliquer ces résultats.

Lors d’un 200 m départ lancé, la puissance mécanique produite par le cycliste est utilisée à hauteur de 90% pour vaincre les résistances aérodynamiques. Dans ce cas, pour une puissance mécanique donnée, en minimisant les paramètres aérodynamiques, comme l’aire frontale projetée par exemple, il est possible d’augmenter la vitesse de déplacement. Cette supposition est confirmée par la corrélation entre la vitesse moyenne sur le 200 m et le rapport entre la puissance maximale et l’aire frontale projetée des cyclistes.

Les résultats ont démontré également que la cadence de pédalage moyenne sur le 200 m départ lancé était supérieure à la cadence optimale. Cela implique que la puissance mécanique produite à cadence moyenne est inférieure à celle produite à la cadence optimale (Fig. 4). Cela peut être du au choix du braquet avant la course. Il serait possible d’augmenter celui-ci, mais d’autres facteurs entrent en jeu. Puisque le braquet utilisé lors du 200 m départ lancé est généralement utilisé ensuite pour l’épreuve de sprint individuel, des paramètres tactiques sont à prendre en compte.

Applications pratiques

Il est intéressant de voir que de nombreux paramètres affectent la performance en cyclisme sur piste. Les épreuves de vitesse nécessitent un effort physique explosif, mais les critères tactiques sont à prendre en compte également. La minimisation de l’aire frontale projetée en gardant le buste le plus proche de la bicyclette et l’augmentation du braquet pourraient permettre une meilleure performance. Néanmoins, puisque la phase d’accélération est une phase déterminante lors des épreuves, le choix du braquet doit être un compromis entre l’accélération au départ et la vitesse moyenne ensuite.

Référence

Dorel S, Hautier CA, Rambaud O, Van Praagh E, Lacour J-R and Bourdin M. Torque and power-velocity relationships in cycling : Relevance to track sprint performance in world-class cyclists. Int J Sports Med 26 : 739-746, 2005.