Chapitre III. Influence du recul de selle sur l’efficacité du mouvement de pédalage
III.2. Méthodologie de l’expérimentation
Cette section décrit les éléments méthodologiques communs aux prochains chapitres (IV et V). La collecte de données s’est déroulée lors d’une seule session de deux heures organisée en trois temps. Dans un premier temps, le sujet était au préalable équipé de marqueurs réfléchissants (paragraphe II.2.3). Un enregistrement dit « statique » était effectué en position anatomique de référence et en position sur le vélo. Dans un second temps, le cycliste a réalisé des mouvements fonctionnels permettant le calcul des centres articulaires (paragraphe II.2.3).
Pour finir, six différentes conditions de positionnement de la selle ont été évaluées. Les prochains paragraphes s’attachent à décrire cette méthodologie.
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III.2.1.Participants
Sept cyclistes et cinq triathlètes de niveau confirmé ont participé à l’expérimentation. Les caractéristiques des participants sont reportées dans le tableau ci-dessous (Tableau 7).
Tableau 7 Caractéristiques des participants à l’étude.
Participants Age
(années) Masse (kg) Taille (cm)
Entraînement (/semaine) Expérience (années) Triathlètes 1 25 62 173 4 3 2 40 77 181 3 4 3 46 74 178 3 3 4 30 59 180 3 5 5 40 61 170 5 20 Cyclistes 6 27 85 187 5 1 7 31 60 174 4 10 8 41 65 173 3 20 9 24 66 173 4 10 10 25 59 173 5 8 11 20 61 172 4 5 12 19 57 173 2 5 Moyenne 30.7 ± 9.0 65.5 ± 8.7 175.6 ± 4.9 3.8 ± 1.0 7.8 ± 6.3
Les participants ont été informés des procédures, méthodes, bénéfices et possibles risques en lien avec
l’expérimentation avant de signer le consentement de l’étude.
III.2.2.Mise en oeuvre du protocole
Les réglages de positionnement du cycliste permis par l’ergocycle ont été standardisés pour tous les participants.
La longueur des manivelles était identique (175 mm) pour chacun des participants et pour chacune des conditions. Le réglage des cales a été ajusté pour chaque participant afin que la tête du premier
métatarsien soit positionnée à l’aplomb du centre de la pédale (de Vey Mestdagh, 1998). Une position ‘Recommandée’ a été définie pour chacun des participants à partir de leur anthropométrique basée sur
les travaux de (de Vey Mestdagh, 1998). Cette position est basée sur la mesure anthropométrique de la longueur de la cuisse, de de la jambe, du torse et du bras, comme illustré sur la Figure 37.
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A partir de ces mesures anthropométriques, les valeurs de hauteur et de recul de selle et de hauteur et de recul du cintre sont calculées.
Figure 37 Mesures anthropométriques : A/ Mesure de la longueur de la cuisse et B/ Mesure de la longueur du thorax. D’après les travaux de de Vey Mestdagh, (1998).
A partir de cette position Recommandée, standardisée pour chacun des participants, six conditions de recul de selle ont été testées (Tableau 8).
Tableau 8 Les six conditions de recul de selle évaluées lors de l’expérimentation
Conditions Explications
Recommandée Hauteur et recul de selle ajustés selon les recommandations de la littérature (de Vey Mestdagh, 1998).
Reculée La selle est reculée de 10% par rapport à la position Recommandée.
Reculée+ La selle est reculée de 10% et la hauteur de selle et ajustée par rapport à la position Recommandée.
Avancée La selle est avancée de 10% par rapport à la position Recommandée. Avancée+ La selle est avancée de 10% et la hauteur de selle et ajustée par rapport à la
position Recommandée.
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Comme déjà mentionné au paragraphe I.3, l’inclinaison vers l’arrière du tube de selle entraîne une augmentation de la hauteur de la selle lorsque celle-ci est reculée et une diminution de la hauteur de
selle lorsqu’elle est avancée. Afin de garder cette hauteur constante, la hauteur de la selle est ajustée
dans les deux autres positions Avancée+ et Reculée+. Cet ajustement de la hauteur est illustré sur la Figure 38.
Figure 38 les trois conditions de recul de selle évaluées: les positions Recommandée, Reculée+ et Avancée+. Rc est le repère du capteur. La hauteur de selle est maintenue constante pour ces trois conditions.
Les mesures anthropométriques et les réglages du vélo ont été réalisés en utilisant un mètre ruban, une équerre, un fil à plomb et un niveau à bulle comme précédemment décrit (Burke and Pruitt, 2003).
L’expérimentation est précédée de dix minutes d’échauffement de pédalage libre dans la position
Recommandée. Les cyclistes réalisent six fois trois minutes de pédalage pour les six conditions de posture de selle. Les participants ont reçu comme instruction de conserver une cadence de pédalage (90 tr/min) et une puissance mécanique externe (200 W) fixe durant tous les essais.
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Le “power control” du capteur SRM installé sur la potence a permis aux participants d’avoir un retour
en temps réel de leur cadence et de leur puissance. Entre les différents essais, un minimum de trois minutes de récupération a été respecté afin de limiter la survenue de phénomènes de fatigue. Les conditions sont randomisées et les participants n’ont pas connaissance de l’ordre de passage des différentes conditions de posture.
III.2.3.Paramètres mécaniques analysés
La chaîne d’acquisition mise en place lors de cette étude décrite au paragraphe II.2, permet de collecter simultanément la cinématique du cycliste lors du mouvement de pédalage, les efforts extérieurs au niveau du cintre, de la selle et des pédales et l’activité EMG de plusieurs muscles.
L’ensemble des acquisitions était synchronisée avec le logiciel Nexus 1.8.2 (Vicon, Oxford, UK).
Dans ce chapitre, nous utilisons les forces appliquées à chacune des pédales et sous la selle.
L’ensemble de ces données sont enregistrées pour les six conditions et projetées dans le référentiel
propre à la manivelle.
Ces données expérimentales donnent accès aux trois paramètres biomécaniques analysés à savoir le
centre de pression de la selle, l’indice d’efficacité de la force à la pédale et l’indice d’efficacité du
travail mécanique externe.
III.2.3.1.Centre de pression de la selle
La position du sujet sur la selle est contrôlée par le calcul du centre de pression de la selle à l’aide du capteur intégré dans la tige de selle. Les coordonnées du centre de pression de la selle sont calculées dans le référentiel du capteur Rs, comme précédemment décrit au chapitre II. Les coordonnées sont projetées du référentiel Rs vers le référentiel du pédalier Rc afin de calculer la position réelle assise du participant représentée par la distance horizontale entre le centre de pression du capteur et le centre du pédalier. Il reflète et quantifie le recul du sujet pour chacune des conditions et permet de contrôler si le cycliste a tendance à s’ajuster sur sa selle afin de conserver un recul constant.
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Pour toutes les conditions, la position du centre de pression moyen de la selle de chacun des sujets pour chacune des conditions est calculée (Figure 39).
Figure 39 Utilisation du capteur intégré au niveau du tube de selle pour évaluer le recul du cycliste par rapport au centre du pédalier
III.2.3.2.L’indice d’efficacité de la force
Il se calcule par l’équation suivante:
IE= FUdroite t + FUgauche(t)
‖FTdroite(t)‖+‖FTgauche(t)‖ (19)
Avec FUdroiteet FUgauche Forces utiles appliquées aux pédales et FTdroite et FTgauc�e Forces totales appliquées aux pédales.
L’indice d’efficacité global varie donc entre 0 et 1. Plus la force résultante appliquée est
perpendiculaire à la manivelle, et plus l'efficacité du mouvement de pédalage est maximale et l’indice tend vers 1. A contrario, moins la force est perpendiculaire et moins elle est efficace plus l'indice tend vers 0.
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III.2.3.3.L’indice d’efficacité du travail mécanique externe
Comme précédemment décrit au paragraphe I.2.3, le travail mécanique externe résulte de l’intégration au cours du temps de la puissance mécanique externe (Figure 3). La puissance mécanique externe est calculée au pédalier par le produit scalaire du couple au pédalier et de la vitesse angulaire et le couple au pédalier est calculé par le produit du bras de levier41 et de la force utile à la manivelle.
L’indice d’efficacité du travail est le rapport entre le travail mécanique externe positif cumulé et le
travail cumulé total.
Il se calcule donc de la façon suivante :
IW+= WD++WG+
∑n phases|WT| (20)
Avec ∑n phases|WT| = travail mécanique (J) total cumulé produit au pédalier, IW+ = indice d’efficacité du travail mécanique total produit au pédalier (J), IWD+= travail mécanique positif produit au pédalier du côté droit (J) et IWG+= travail mécanique positif produit au pédalier du côté gauche (J).
Pour le calcul du numérateur de cet l’indice, sont retenues uniquement les périodes du cycle pour lesquelles le travail mécanique externe est positif (+). Pour le dénominateur, le travail mécanique externe cumulé est calculé en additionnant les valeurs absolues du travail. Le travail du couple
correspond à l’énergie fournie par ce couple lorsqu’il ce dernier crée une rotation du système42 sur
lequel il s’applique. Ce travail mécanique peut être positif ou négatif selon les signes respectifs de ces
deux grandeurs puisqu’il résulte d’un produit.
On a différentié le travail négatif dû à la puissance négative et le travail positif obtenu lorsque la puissance est positive, et donc lorsque le couple est moteur. Le rapport entre le travail positif (phase motrice) et le travail mécanique cumulé total permet d’évaluer la part du travail réalisé participant exclusivement au mouvement (Figure 3, p23).
Le travail mécanique cumulé total correspond à la somme en valeur absolue, des travaux positifs et négatifs. Il est plus élevé que le travail mécanique total car il prend en compte en valeur absolue le travail mécanique négatif alors que le travail total s’obtient par une somme algébrique des travaux moteurs et résistifs.
41 Dans cette situation, le bras de levier est la longueur de la manivelle. 42Ici c’est la rotation du pédalier.
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La Figure 40 illustre l’évolution du travail mécanique total au cours du temps.
Figure 40 Exemple du travail mécanique externe total (J) pour un participant durant 50 secondes de pédalage.
L’indice du travail mécanique externe caractérise le mouvement de pédalage d’un point de vue
énergétique ; il traduit ainsi l’efficacité énergétique de la tâche de pédalage. Cet indice IW+ varie de 0 à 1. Plus IW+ tend vers 1, plus le travail positif mécanique produit au pédale (W+=WD++WG+ est important comparativement au travail mécanique négatif produit (W−). Ainsi, dans ce cas le cycliste
est capable de produire plus de travail mécanique moteur que résistant, gage d’une meilleure efficacité
de son « coup » de pédale. Les résultats des deux indices ont été rapportés en pourcentage afin de
pouvoir comparer les résultats aux précédentes études sur l’indice d’efficacité.
III.2.4.Analyse statistique
Un test de Friedman a été réalisé sur les variables suivantes: puissance mécanique externe; cadence, et centre de pression de la selle afin de confirmer que les instructions ont bien été respectées pour chacune des 6 conditions. Le test de Friedman a été choisi car la normalité de la distribution des
valeurs n’était pas respectée (Shapiro Wilk test > 0.01).
Le même test a été utilisé pour évaluer l’influence du recul de selle sur les deux indices ainsi que sur le
travail mécanique cumulé. Le niveau de significativité a été défini à p < 0.05.
Dans le cas où un effet significatif est retrouvé, une analyse ‘post hoc’ est effectuée en utilisant le test de Wilcoxon. Ce test est associé à une correction de Bonferroni ajustant le seuil de significativité à 0.008.
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