2.5 La comparaison des travaux mécaniques externes

Les résultats et les conclusions que nous avons obtenus suite à l’analyse de la puissance mécanique externe totale, rend compte d’une similitude entre les trois outils d’acquisitions. Toutefois, nous nous sommes posé la question de l’impact des écarts de puissances sur l’estimation du travail mécanique externe, Wext. Ce dernier est un paramètre

énergétique calculé à partir de l’intégration de la puissance comme étant : . . Ce travail a été évalué pour les trois outils de mesure sur les 30 cycles retenus.

Le tableau 14 présente les écarts obtenus, à l’issue des 30 cycles, sur entre les capteurs I-Crankset, SRM et le capteur de référence Lebow. La différence est aussi exprimée en pourcentage du travail total cumulé.

Condition 1 210W et 80rpm Condition 2 Incrément Charge Condition 3 Incrément Cadence

Ecart (J) (%) Ecart (J) (%) Ecart (J) (%)

I-Crankset vs Lebow 1.63 0.03 74.27 1.88 117.44 1.56

SRM vs Lebow 46.25 0.98 45.72 1.16 396.77 5.26

Tableau 14 : Comparaison du travail calculé à partir des puissances fournies par les capteurs I-Crankset et SRM et calculé à l’aide des données issues du capteur de référence

pour les différentes conditions de pédalage.

Les résultats montrent des écarts relativement faibles pour les conditions 1 et 2, en Joules et en pourcentage, entre les capteurs I-Crankset et SRM et le système Lebow. Par contre, la condition 3 est marquée par une augmentation forte de cet écart entre le capteur SRM et le système Lebow, atteignant près de 400 Joules, soit 5.26%. Pour cette même condition, nous constatons également une augmentation de ces écarts entre I-Crankset et Lebow qui reste toutefois acceptable puisque inférieure à 2%. Dans cette condition 3, le paramètre qui évolue, est la cadence de pédalage qui, rappelons-le, est considérée constante

pour le SRM. Aussi nous émettons l’hypothèse que l’augmentation cet écart constaté sur le travail est en partie due à l’estimation moyenne de cette vitesse sur chaque cycle. Pour vérifier

cette hypothèse, un nouveau calcul du travail est proposé à partir de la puissance qui

associe le couple mesuré par le SRM à la vitesse angulaire mesurée par I-Crankset, soit : .

Le tableau 15 présente ces nouveaux résultats obtenus labellisé SRM*. Condition 1 210W et 80rpm Condition 2 Incrément Charge Condition 3 Incrément Cadence

Ecart (J) (%) Ecart (J) (%) Ecart (J) (%)

SRM vs

Lebow 46.25 0.98 45.72 1.16 396.77 5.26

SRM* vs

Lebow 38.42 0.81 39.37 1.00 108.28 1.44

Tableau 15 : Comparaison du travail pour les différentes conditions de pédalage, avec le capteur de référence Lebow.

SRM vs Lebow : calculé à partir des puissances fournies par le SRM,

soitW_ext [Couple_SRM SRM]dt

_









.

SRM* vs Lebow : calculé à partir du couple issu du SRM et de la vitesse angulaire instantanée mesurée par I-Crankset, soit : W_ext 



[Couple_SRM ICr a nkset]dt

Ainsi, la proposition de calculer le travail en associant le couple mesuré par le SRM et

la vitesse angulaire mesurée par I-Crankset divise par trois l’écart constaté entre le SRM et le

capteur de référence Lebow. Ce résultat vérifie l’hypothèse énoncé selon laquelle la vitesse

fournie par le SRM influence le calcul du travail mécanique externe produit au pédalier, ce

qui limite l’utilisation de ce capteur dans le cadre d’une étude énergétique du mouvement de

pédalage.

II-2.6 Le bilan

L’objectif de cette partie a été de comparer les mesures (couple, vitesse, puissance et

travail) fournies par deux capteurs utilisés dans les études du mouvement de pédalage, à

savoir i) le SRM très employé actuellement au sein des laboratoires et des équipes de

cyclistes, ii) le système I-Crankset, récemment développé et intégré plus particulièrement

dans les laboratoires. Ces deux systèmes sont comparés à un capteur de référence. Différentes

Le premier bilan est réalisé sur la mesure du couple produit au pédalier. Dans ce cas,

les résultats du test statistique, Tor que

ip

CMC , ne montrent pas de différence significative par

rapport au capteur de référence. Ce constat est indépendant de la cadence de pédalage et de la résistance. Les couples obtenus par les capteurs I-Crankset et SRM sont donc semblables.

Le deuxième bilan concerne l’évaluation de la mesure de la vitesse angulaire des

manivelles. Sur ce point, le Velocity

ip

CMC montre qu’il y a des différences significatives entre la

mesure réalisée par I-Crankset et SRM.

La troisième comparaison concerne la puissance mécanique externe produite au

pédalier. Comme pour le couple, le calcul du Power

ip

CMC donne une valeur proche de 1. Ce

constat montre que les puissances calculées par I-Crankset et SRM sont très voisines.

Aux vues de ces premières trois conclusions, nous montrons que le fait d’obtenir des différences significatives dans l’estimation de la vitesse angulaire n’altère en rien le calcul de

la puissance. Dans le but de faire un constat précis, nous avons pris un cycle au hasard de la condition 1 dont le couple au pédalier est connu et la vitesse moyenne issue du capteur I-

Crankset est, elle aussi, connue. Nous avons fait évoluer l’écart type des valeurs de la vitesse

angulaire sur ce cycle sans modifier la cadence moyenne sur le cycle, comme le montre

l’équation suivante :

Ici est la valeur de la vitesse angulaire instantanée à chaque angle sur un cycle (360 valeurs), est la vitesse angulaire moyenne sur le cycle mesurée par I-Crankset, est le

pourcentage que l’on souhaite ajouter par rapport aux valeurs initiales et les 360 nouvelles

valeurs de vitesse angulaire. La figure 17 représente les différentes vitesses en considérant

l’augmentation de l’écart type expliquée précédemment et sa répercussion sur la puissance

mécanique externe totale. La démarche est la suivante : l’écart type initial est de 0.2 rad/s.

Chaque courbe de vitesse (Figure 17) correspond à une augmentation de l’écart type de 200%

correspondant à 0.408 rad/s. Ainsi pour le couple mesuré sur ce cycle, la puissance mécanique externe peut être calculée pour chaque courbe de vitesse.

Figure 17 : (a) Représentation de la vitesse angulaire suite à l’augmentation de son

écart type. Entre chaque courbe de vitesse, l’écart-type augmente de 200% soit 0.408 rad/s à

partir d’un écart type initial de 0.2 rad/s. (b) Représentation des puissances mécaniques

externes associées aux courbes de vitesse.

Enfin nous utilisons cette nouvelle vitesse angulaire pour estimer la nouvelle

puissance mécanique externe. Un Power

ip

CMC est évalué entre cette nouvelle puissance et la

puissance d’origine. Il faut augmenter l’écart type de la vitesse angulaire de 930% (soit un

écart type final de 2.01 rad/s pour la vitesse de rotation) pour obtenir un Power

ip

CMC non

significatif, c'est-à-dire inférieur à 0.95. Ceci confirme le peu d’influence quant au degré de

précision de la vitesse angulaire nécessaire pour le calcul de la puissance cycle à cycle. Cette dernière semble donc plus dépendante de la précision de la mesure du couple.

Pour le confirmer, comme pour la vitesse angulaire, nous avons testé la sensibilité de la précision de la valeur du couple sur le calcul de la puissance. La vitesse angulaire retenue

est celle donnée par I-Crankset et nous avons fait évoluer l’écart type des valeurs du couple

sans en modifier la valeur moyenne, par la relation :

Ici est la valeur du couple à chaque angle sur un cycle (360 valeurs),

est le couple moyen sur le cycle mesuré par I-Crankset, est le pourcentage que l’on

souhaite ajouter par rapport aux valeurs initiales et les 360 nouvelles valeurs du couple.

La figure 18 représente les différents couples en considérant l’augmentation de l’écart

suivante : l’écart type initial est de 12.78 Nm. Chaque courbe de couple (Figure 18)

correspond à une augmentation de l’écart type de 5% soit 0.64 Nm. Ainsi pour la vitesse de

rotation mesurée sur ce cycle, la puissance mécanique externe peut être calculée pour chaque courbe du couple.

Figure 18 : (a) Représentation du couple globale suite à l’augmentation de son écart type.

Entre chaque courbe, l’écart-type augmente de 5% soit 0.64 Nm à partir d’un écart type

initial de 12.78 Nm. (b) Représentation des puissances mécaniques externes associées aux courbes du couple.

Ainsi, pour obtenir un Power

ip

CMC inférieur à 0.95 entre la puissance d’origine et la

puissance modifiée, il faut augmenter l’écart type sur le couple de seulement 30% (soit un écart type final de 16.48 Nm pour le couple) alors que l’écart type de la vitesse angulaire des

manivelles devait être augmenté de 930% ce qui montre une plus grande sensibilité de la

puissance à la mesure du couple au pédalier qu’à celle de la vitesse angulaire du pédalier.

Le quatrième bilan concerne le paramètre énergétique, le travail évalué sur les 30 cycles de pédalage retenus. Dans cette partie les écarts constatés sont faibles, inférieurs à 2% de la valeur de travail obtenu avec le système de référence. La condition 3 qui intègre

l’évolution de la cadence de pédalage sur les 30 cycles, soulève cependant le problème de l’utilisation, par le SRM, de la vitesse angulaire moyenne dans le calcul de la puissance

mécanique. Nous montrons que le fait de prendre en compte une vitesse angulaire instantanée

permettrait au capteur SRM d’améliorer considérablement le calcul du travail mécanique externe produit au pédalier. Ce constat limite l’utilisation du SRM dans les études

énergétiques du mouvement de pédalage.

En résumé, même si les capteurs SRM et I-Crankset donnent des valeurs de couples et

puissances voisines, il semble que l’utilisation du système d’acquisition I-Crankset apporte

plus de pertinence dans l’optique d’une analyse scientifique plus précise de la réalité.

La possibilité d’avoir des données de force, de couple, et de puissance dissociées de

chaque côté droit et gauche, de connaitre avec exactitude l’orientation des pédales et des

manivelles à chaque instant du cycle de pédalage offrent de nombreuses possibilités

d’analyse. En particulier nous pouvons, par les procédures de calcul dites en dynamique

inverse, évaluer les forces et moments nets articulaires, ainsi que les puissances articulaires. La dynamique interne peut alors être évaluée. Par ailleurs ces données sont indispensables dès

lors que l’on s’intéresse aux calculs des forces musculaires.

Dans le document Évaluation du profil biomécanique du coureur cycliste (Page 69-74)