Pour s’affranchir des problèmes liés aux résistances au roulement, des chercheurs ont choisi de fixer les roues arrière du FRM sans contact avec le sol, sur un châssis rigide et fixe sur lequel le Sujet pouvait s’asseoir. Dans ce cas, le sujet n’utilise pas son propre FRM, mais le FRM est simulé par la configuration de l’ergomètre, permettant notamment de nombreux réglages de l’assise ou de l’angle de carrossage des roues motrices. Puisque les roues n’avaient pas de contact avec le sol, les frottements de roulement étaient alors uniquement localisés au niveau des roulements à billes des axes de rotation des roues et étaient généralement négligés. En outre, cette configuration permettait de régler facilement la position antéropostérieure et verticale du siège par rapports aux roues.
Figure 7 : Photographie d'une expérimentation sur un simulateur relié à un volant d'inertie (Brattgard et al., 1970).
La première utilisation de ce type d’ergomètres remonte au début des années 1970 avec les travaux de Brattgard et al. [33] (Figure 7). Les deux roues équipées de mains
courantes étaient solidaires et reliées à un volant d’inertie. Ainsi, la rotation des roues faisait tourner le volant d’inertie qui était freiné par une courroie de friction selon un mécanisme similaire à celui des ergocycles de l’époque. La vitesse de rotation du volant d’inertie était mesurée et la puissance mécanique externe était calculée en multipliant la force de résistance de la courroie de friction par la vitesse linéaire de la circonférence du volant d’inertie. Cependant, le modèle mécanique ne prenait pas en compte la puissance liée aux accélérations du volant d’inertie et des roues. De plus, la validité de l’estimation des forces de frottement sur le volant d’inertie par la courroie de friction a depuis été remise en cause [154]. Par ailleurs, à l’instar des ergomètre à rouleaux, les
mouvements du Sujet n’avaient aucune influence sur la stabilité puisque l’ergomètre était fixe. Si cette configuration peut représenter un avantage pour le Sujet, elle reste néanmoins éloignée de la réalité du déplacement sur le terrain.
En 1982, Jarvis et Rolfe [168] ont conçu un simulateur adapté à l’étude de la
propulsion des enfants en FRM et qui permettait de tester différents systèmes de propulsion comme des roues équipées de mains courantes ou des leviers. Le système d’application de la résistance et le calcul de la puissance mécanique étaient similaires à ceux utilisés par Brattgard et al. [33].
A la fin des années 1980, une équipe suédoise, Samuelsson et al. [267, 268], a
développé un nouveau simulateur relié non pas à un volant d’inertie, mais à un appareil isocinétique intégrant un dynamomètre. La résistance était uniquement produite par l’appareil isocinétique de manière à maintenir une vitesse constante, déterminée par l’expérimentateur. Les vitesses angulaires permises par l’appareil isocinétique
correspondaient à une vitesse du FRM variant entre 0,08 et 1,60m/s. La résistance appliquée était mesurée par l’appareil et la puissance mécanique était calculée en multipliant le moment résistant imposé par le dynamomètre par la vitesse de rotation déterminée par l’expérimentateur. Puisque, par définition, la vitesse était constante, les moments d’inertie des roues et du système de transmission des efforts jusqu’à l’appareil isocinétique n’entraient pas en compte dans le calcul de la puissance mécanique. L’avantage de ce simulateur était qu’il permettait de simplifier le modèle mécanique de la propulsion et donc d’apprécier très précisément la puissance mécanique externe. Par contre, l’inconvénient était qu’il était très éloigné de la réalité du terrain. En effet, lorsqu’aucun effort n’était appliqué sur les mains courantes, comme c’est le cas lors de la phase de roue libre, la vitesse de rotation de la roue devenait nulle. Aussi, au début de la phase de poussée, le Sujet saisissait les mains courantes avec une vitesse nulle, ce qui n’est pas le cas dans la réalité, à l’exception du démarrage. De plus, l’inertie de translation ne pouvait pas être reproduite sur ce simulateur. Les résultats de ces études ont donné des puissances moyennes par cycle comprises entre 98 et 134 Watts avec un pic de puissance compris entre 228 et 523 Watts, obtenus avec des sujets valides lors d’un test de puissance maximale. Lors d’un exercice maximal anaérobie constitué de 50 poussées, la puissance pic lors des cinq dernières poussées était de 272 Watts en moyenne tandis que la puissance moyenne était de 85 Watts pendant le cycle de propulsion.
Enfin, en 1990, l’équipe néerlandaise du professeur van der Woude, conçut et fabriqua son propre simulateur, à partir d’un siège de dentiste [233, 333]. Le siège était
équipé de deux roues fixées sur des montants instrumentés permettant d’évaluer différentes configurations de mains courantes ou d’angle de carrossage. La résistance
frein électromagnétique. La vitesse de rotation des roues était mesurée ainsi que le moment propulsif appliqué sur les mains courantes. La puissance mécanique était calculée en multipliant le moment propulsif par la vitesse de rotation des roues. Avec la même précision que Samuelsson et al. [267, 268], ce simulateur permettait de reproduire
l’inertie de translation à l’aide du frein électromagnétique. Cependant, le freinage appliqué était indépendant des mouvements du Sujet sur le siège, contrairement à ce qui se passe dans la réalité. Ce simulateur offrait néanmoins un bon compromis entre validité des mesures et validité avec le terrain.
L’avantage des simulateurs de FRM est qu’ils permettent de tester différents réglages comme la position de l’assise ou l’angle de carrossage des roues arrière, par exemple. Le modèle mécanique de la propulsion est également simplifié par rapport aux ergomètres à rouleaux et aux tapis roulants ce qui permet une meilleure quantification du travail et de la puissance mécaniques externe. Cependant, l’influence des mouvements du Sujet sur le siège n’a pas été quantifiée pour estimer le travail et la puissance mécanique développée par le Sujet. Cet aspect est l’inconvénient majeur des simulateurs car ni les forces de résistance à l’avancement, ni la cinématique du FRM ne sont modifiés en fonction des mouvements du Sujet sur le siège.