1.1 L’ergocycle et les capteurs associés

L’ensemble des tests a été réalisé avec le même matériel : un ergocycle réglable home-

trainer de type SRM-Indoor Basic. Il s’agit d’un vélo simulant les conditions de pratique du

cycliste. L’un des avantages de cet ergocycle est de permettre au cycliste de retrouver sa

posture habituelle. En effet, la selle et le cintre sont ajustables en hauteur et en profondeur. De plus, sur la version utilisée, la longueur des manivelles est ajustable (de 165 mm à 180 mm).

L’augmentation de la résistance au pédalage est assurée par un volant d’inertie sur lequel

vient se positionner des aimants ; le développement est aussi modulable par un changement de

braquet assuré par un moyeu à vitesse intégrée, augmentant la résistance si l’on conserve une

cadence de pédalage identique. Ce dernier influence la vitesse de rotation de la roue d’inertie. Il n’y a donc pas de dérailleur. La figure 5 présente l’ergocycle instrumenté.

Figure 5 : Représentation de l’ergocycle. En vision loupe sont notés les aimants, et le moyeu à vitesse intégré.

Le capteur SRM :

Le système SRM (Schoberer Rad Messtechnik, Jülich, Allemagne) est un capteur de

mesure d’effort, positionné sur le plateau du pédalier (Figure 6a). Deux paramètres sont

mesurés : le couple au pédalier et la vitesse angulaire du plateau. A partir de ces deux données, la puissance mécanique externe totale développée au pédalier par le cycliste est calculée. Le moment au pédalier est obtenu par la déformation des jauges de contraintes (8

pour la version scientifique, tableau 5) disposées à l’intérieur du plateau (Figure 6b). L’application d’une contrainte sur les jauges entraine une modification de la valeur électrique

de sortie. Ces variations analogiques sont alors associées à un moment de force

correspondant. Pour cela, une procédure régulière est nécessaire pour redéfinir l’offset sur les

jauges de contrainte afin de limiter ainsi les dérives de mesure. Aussi, avant le début de chaque expérimentation, nous avons réalisé cette procédure. Cet offset correspond à la tension

de base, exprimée en Hertz, lorsqu’il n’y a aucune force appliquée sur les pédales (Bertucci

[2003]). La pente, spécifique au capteur, convertit les valeurs de sortie fournies en valeurs couple produit au pédalier.

(a) (b)

Figure 6 : Photographie du (a) capteur SRM et (b) intérieur du plateau, comprenant les quatre poutres (cercles rouges) supportant les huit jauges de contrainte.

Version Science

Localisation Plateau du pédalier

Quantité de jauge de contrainte 8

Précision de mesure ± 0,5%

Cadence 30 rpm à 255 rpm

Puissance 0 W à 4096 W

Alimentation Batterie (1000 heures)

Mode de transmission Télémétrique (Induction)

Tableau 5 : Caractéristiques spécifiques du capteur SRM Scientifique.

Les données du SRM sont enregistrées à l’aide d’un logiciel propre à ce dispositif.

Une interface « Torques Analysis » donne accès aux valeurs du couple à une fréquence

d’échantillonnage de 200 Hz. La vitesse angulaire est une vitesse moyenne, par tour du

couple est associée une valeur d’angle de la manivelle comprise entre de 0° et 360°. La

variation entre deux angles consécutifs est alors constante puisque qu’elle dépend de la vitesse

moyenne de rotation des manivelles. Plus la cadence de pédalage est importante et plus la

variation d’angle entre deux mesures l’est aussi. Chaque cycle de pédalage déterminé par le

SRM commence nécessairement par une valeur d’angle nul.

La figure 7 représente le déroulement méthodologique suivi par le système SRM pour obtenir la valeur de la puissance mécanique externe totale à partir des données mesurées et calculées.

Figure 7 : Organisation des données et des calculs proposés par le dispositif SRM pour obtenir une valeur de puissance mécanique externe globale. Les cadres rouges symbolisent

les mesures réalisées, les cadres gris les données d’entrée nécessaires et les cadres noirs, les

différentes étapes du calcul.

L’intérêt du capteur SRM réside aussi dans le « Power Control » qui lui est associé. Il s’agit d’un écran qui affiche en temps réel les données moyennes par cycle de pédalage, de la

puissance, de la cadence, de la vitesse simulée sur route, ainsi qu’un chronomètre et

éventuellement la fréquence cardiaque.

A l’heure actuelle, comme nous l’avons précisé dans le Chapitre I, le SRM est l’un des

il est pris comme capteur de référence pour évaluer le couple et la puissance produits au pédalier (Gardner [2004], Bertucci [2005b], Abbiss [2009]).

Le capteur I-Crankset:

Les pédales instrumentées I-Crankset (Sensix, Poitiers, France) mesurent les efforts

générés par le cycliste à l’interface pied/pédale par l’intermédiaire de plateforme de Stewart

instrumentées en jauges de déformation et intégrées dans un dispositif mécanique adapté aux types de pédales automatiques indispensables pour fixer la chaussure. Une matrice de découplage, obtenue par étalonnage, donne accès aux 6 composantes du torseur des actions

pied/pédale, soit les trois composantes de force (Fx, Fy, Fz) et les trois composantes de

moment de force (Mx, My, Mz), connues dans le référentiel du capteur.

Chaque pédale intègre également un codeur de position angulaire situé à l’extrémité de son axe, permettant d’orienter la force mesurée par le capteur par rapport à la manivelle. Un

troisième codeur de position angulaire est fixé sur le boitier du pédalier. Il est composé d’une

tête de lecture et d’un anneau magnétique. Ce dernier renseigne sur la position de la manivelle

par rapport au cadre. La figure 8, présente les pédales instrumentées et les éléments qui les composent.

(a) (b)

Figure 8 : Représentation d’une pédale instrumentée I-Crankset. Sont présents (a) la cale automatique et le codeur angulaire et (b) le codeur manivelle (tête de lecture et anneau

magnétique).

Ainsi, à partir de ces données que sont les forces et leurs moments associés mesurés

dans le référentiel du capteur, l’orientation des pédales par rapport aux manivelles, et l’orientation des manivelles par rapport au cadre, les couples et les puissances développés au

pédalier par les côtés droit, gauche et résultant sont calculés. Comme pour le capteur SRM, préalablement à chaque expérimentation ou suite au démontage-montage, il faut déterminer

l’offset numérique des capteurs d’effort de façon à obtenir la précision affichée par le constructeur soit <1% de l’étendue de mesure.

Version KPL1105A4D et KPL1105A4G

Localisation Pédales

Quantité de jauges de contrainte 6 par pédale

Précision de mesure ± 1% de l’étendue de mesure

Alimentation Sur secteur pour la version laboratoire

Codeur angulaire aux pédales Scancon -> Résolution : 0,018°

Codeur angulaire à la manivelle Willtec -> Résolution : 0,011°

Mode de transmission Filaire

Tableau 6: Caractéristiques spécifiques des capteurs pédales I-Crankset.

Le système I-Crankset est fourni avec un logiciel adapté aux tests cyclismes. Une

partie acquisition permet le lancement et l’arrêt de l’enregistrement, la visualisation des

paramètres biomécaniques en direct, tels que : le couple et la puissance du côté droit, gauche

et valeurs résultantes, les forces mesurées, l’indice efficacité ou encore la cadence. Une

deuxième partie concerne le post-traitement des données acquises et exporte un tableau

comprenant les éléments cités précédemment (Tableau 7). La fréquence d’acquisition peut

être choisie entre 50 et 500 Hz. Lors de nos acquisitions, nous avons retenu une fréquence de 200 Hz.

Données côté gauche, droit et global

Force (repère pédale) Moment (repère pédale) Centre de pression Codeur angulaire Force (repère manivelle) Moment (repère manivelle) Couple moteur Puissance Travail Indice d’efficacité Autres Temps

Vitesse angulaire de la manivelle

Tableau 7 : Ensemble des données exportées suite au post-traitement des acquisitions du système I-Crankset.