La plupart des dispositifs utilisés en laboratoire sont constitués d’ergomètres le plus
souvent équipés de capteurs qui affichent, dans leur version scientifique, le couple exercé au pédalier, la fréquence de pédalage, et après calcul, la puissance globale produite au pédalier
que nous notons puissance mécanique externe Pmexttotale, et cela sans distinction des puissances
fournies du côté droit et du côté gauche du pédalier. Le cycliste pédale alors contre une charge
résistive composée d’une roue d’inertie qui peut être plus ou moins freinée par un système d’aimants, par exemple.
Ces différents ergomètres vont se singulariser par (Bertucci [2003]) :
- Leur format: s’agit-il d’un ergomètre complet ajustable pour permettre aux cyclistes
de retrouver leurs propres réglages tels que la hauteur de selle, du guidon, la longueur
des manivelles, la distance selle/guidon ? S’agit-il d’un système type home-trainer sur
lequel on adapte la bicyclette personnelle ou d’un système qui s’intègre directement
sur la bicyclette ? Il en va de la forme de l’ergomètre, de son encombrement et de son
poids. Ainsi, il est possible de pédaler avec un confort optimal avec sa propre bicyclette, ou sur un cycloergomètre aussi appelé ergocycle.
- L’emplacement des capteurs : sur la bicyclette personnelle, le capteur peut être
localisé à divers endroits. Au niveau du pédalier comme le capteur SRM ou l’Ergomo,
dans le moyeu de la roue arrière comme le capteur PowerTap ou le Max One, au niveau de la chaine comme le capteur Polar S710, ou au niveau de chacune des pédales comme le propose la société SENSIX avec les versions I-Crankset.
- Le système de résistance : lorsque la bicyclette est posée sur un home-trainer ou lorsque le cycliste utilise un ergocycle, la résistance au pédalage peut être générée de
plusieurs manières. Nous trouvons le plus souvent : i) un système de friction d’une
courroie sur la roue d’inertie présent sur le Monark par exemple, ii) un dispositif constitué de grandes pales offrant une résistance aérodynamique liée à la vitesse de
rotation comme sur le Kingcycle ou le Repco ; , iii) un frein électromagnétique
comme sur le SRM, le Velodyne, le Cyclus 2, l’Axiom PowerTrain ou le Vélotron, ;
dans ce cas, des aimants produisent une résistance en se rapprochant plus ou moins
- Les informations fournies : certains ergomètres donnent directement la vitesse de
déplacement, la cadence de pédalage, la puissance mécanique externePmext, mais
aussi des indices d’efficacité, la fréquence cardiaque, ou encore les calories dépensées.
- La validité et la reproductibilité: l’objectif est d’avoir les mesures les plus justes
possibles, particulièrement lorsque ces outils sont utilisés en milieux médical et scientifique. Cela se caractérise (figure 3) par les qualités de justesse, de fidélité, de
finesse auxquelles s’ajoutent la sensibilité, l’étendue de la plage de mesure et la
facilité d’utilisation (Bertucci [2003], Boucher [2005]). La pertinence des analyses
quant au profil du cycliste dépend de la qualité des mesures établies.
F idèle
Mesures peu dispersées
Juste Mesures proches de la va leur vra ie Exact Fidèle et juste Pas F idèle Pas juste
Figure 3: Fidélité, Justesse, Exactitude d’un capteur.
Plusieurs chercheurs ont donc réalisé des expérimentations afin de valider ces
différents outils. Ainsi, d’après les travaux présentés par Bertucci et Abbiss (Bertucci [2003],
Abbiss [2009]) le SRM (Lawton [1999], Paton [2001]), le Monark (MacIntosh [2001]), le Kingcycle (Palmer [1996], Balmer [2000a], Paton [2001]), le Lode (Earnest [2005]), le Polar S710 (Millet [2003]), le PowerTap (Paton [2006]) ont subi des tests afin de prouver la
pertinence de leurs résultats. L’ensemble des résultats de ces études est présenté dans le
tableau 2.
L’une des limites majeures de ces capteurs est qu’ils mesurent la puissance mécanique
externe globale produite au pédalier, excepté le système Lode. Il n’est donc pas possible de
différencier la puissance développée par chacun des membres inférieurs. Dans l’objectif
d’affiner l’analyse du pédalage, plusieurs auteurs se sont intéressés à la conception et la
validation de capteurs de puissance aux pédales (Soden [1979], Hull [1981], Davis [1981],
Boyd [1996], Reiser [2003], Bini [2011]), ou à l’utilisation de manivelles instrumentées de
jauges de contrainte (Vergara [2014]). Avec l’utilisation de ces pédales instrumentées il est
par chacune des deux jambes tout au long du cycle de pédalage. Nous pouvons dorénavant
différencier l’action des jambes pendant les différentes phases du cycle. A notre connaissance, l’acquisition de ces signaux ne peut se faire, aujourd’hui, que de façon filaire. C’est-à-dire que
des câbles partant des pédales et remontant le long des jambes doivent être utilisés. Cette
contrainte technologique est la principale limite de l’utilisation de ce matériel.
Le tableau suivant récapitule les paragraphes précédents.
Validité Repro ductibilité
Diff G/D
Type de frein Commentaires
Ergomètre intégré à l’ergocycle
Monark X* X* Friction d’une
courroie
Largement utilisé dans le milieu médical et scientifique
Repco X X Résistance de l’aire Puissance dépendante de la cadence
Lode X Electromagnétique
SRM X X Electromagnétique
DynaOne X X Electromagnétique Fonctionne avec un SRM, possibilité
de modifier posture pendant le pédalage Home Trainer
Kingcycle * X* Résistance de l’air
Velodyne Volant d’inertie
Cyclus2 Electromagnétique Oscillations latérales possibles
Axiom PowerTrain * X* Electromagnétique Largement utilisé dans le peloton
Tacx Electromagnétique
Velotron * * Electromagnétique
Ergomètre adaptable sur bicyclette Localisation
SRM X X Pédalier Largement utilisé dans le peloton
PowerTap X* X* Moyeu Arrière Largement utilisé dans le peloton
Ergomo * * Axe du pédalier
Polar S170 * * En fonction de la
chaîne
Problème avec l’état de la route
Max One * X* Moyeu Arrière
Pedal dynamometer X Pédale D et G Mesure 6 composantes
SGI pedals * * X Pédale D et G Mesure en 2D
I-Cranset X Pédale D et G Mesure 6 composantes
*En référence au SRM
Tableau 2 : récapitulatif des principaux capteurs mentionnés dans la littérature avec leurs principales caractéristiques.
Depuis plusieurs années, la plupart des études comparant des ergomètres se font en référence au capteur SRM. Aussi, le SRM est comparé au Kingcycle (Balmer en [2000a] et
Balmer [2000b]), au PowerTap (Gardner [2004], Bertucci [2005]) à l’Axiom Powertrain
(Bertucci [2011]), au Velotron (Abbiss [2009]), au Polar S710 (Millet [2003]) et au Lode et
des outils les plus performants puisqu’il permet l’acquisition de mesures validées,
reproductibles, et cela aussi bien en condition réelle sur route qu’en laboratoire. Le SRM est
donc considéré comme étant la référence des ergomètres. Plusieurs études (Jones [1998], Gardner [2004], Abbiss [2009]), à notre connaissance ont cherché à valider le SRM en le
comparant à l’ergomètre MONARK ou à un capteur de couple disposé sur un banc d’étalonnage ; ce dispositif est très utilisé dans le milieu médical.
Aussi, dans le cadre de notre travail, et au regard des validations des différents
capteurs, nous avons fait le choix d’un ergocycle muni d’un capteur SRM (Schoberer Rad
Messtechnik, Julich, Welldorf, Allemagne) auquel nous avons ajouté des capteurs de pédales I-Crankset (Sensix, Poitiers, France) présentés au chapitre II ainsi que leur validation.
Pour que l’analyse soit complète, il faut associer aux mesures dynamiques, l’évaluation cinématique du mouvement de pédalage. La complémentarité des deux approches
offre, lorsqu’elle est possible et essentiellement en condition de laboratoire actuellement, des
perspectives d’étude très complète, comme nous le ferons aux chapitres III et IV.