Evaluation de la Puissance maximale

Il est actuellement abusif de dénommer «tests d évaluation de la puissance maximale anaérobie alactique» des tests fondés sur la mesure d'une puissance mécanique. Ceci suppose implicitement que le métabolisme énergétique (resynthèse de l ATP) représente le facteur limitant la performance à ces tests.

Puisqu actuellement l ensemble de ces tests consistent à mesurer une puissance mécanique, il est préférable de les appeler «tests de puissance mécanique maximale» et non pas test de puissance maximale anaérobie alactique, même si c est ce métabolisme qui assure l essentiel de l apport énergétique.

Différents tests ont été proposés pour mesurer la puissance maximale : - tests de détente verticale, - test de l escalier de Margaria, - tests sur bicyclette ergométrique (Wingate test, tests force-vitesse...).

Quel que soit le protocole utilisé, la mesure de la puissance maximale dite «anaérobie alactique» nécessite trois conditions : - l exercice doit être réellement maximal ; - la durée de l'exercice doit être très courte ; - les conditions de force et de vitesse doivent être optimales.

L exercice doit être maximal Sur le plan psycho-moteur, les sujets ne doivent pas éprouver de difficulté à réaliser l épreuve. Une motivation suffisante des sujets est indispensable. Il est donc préférable de faire réaliser des épreuves proches sur le plan biomécanique de la discipline pratiquée.

Brièveté des épreuves

La durée de l'exercice doit être très courte : - la puissance maximale décroît rapidement lorsque l'exercice se prolonge (Wilkie 1960, Davies 1971, Kyle et Caizzo 1986). - Plus la durée de l'exercice est brève plus la participation des métabolismes anaérobie lactique et aérobie est limitée.

Contrairement aux conceptions anciennes, la production d'acide lactique est précoce et commence dès les premières secondes d'exercice. Seuls les exercices très brefs (1 seconde et moins) sollicitent, préférentiellement, le métabolisme anaérobie alactique.

Conditions optimales de force et de vitesse

La puissance, quotient d'un travail par un temps, est égale au produit d'une force et d'une vitesse. Depuis les travaux de Fenn, Hill et Aubert, il est connu que la vitesse de raccourcissement musculaire dépend de la force qui s'oppose au déplacement. Réciproquement la force que peut exercer un muscle dépend de la vitesse du raccourcissement.

Relation Force-Vitesse du muscle isolé

Poids Stimulateur Butée Levier Muscle Capteur de force Ergomètre utilisé pour l'étude d'un muscle isolé

La vitesse du déplacement est mesurée Poids Le muscle se raccourcit La force est mesurée Stimulation du muscle

Poids Stimulateur Il est possible de faire varier la valeur des poids que le muscle soulève.

Poids Stimulateur En faisant varier les poids, il est possible de déterminer une relation entre la force et la vitesse de raccourcissement.

Vitesse 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 Force

Vitesse 100 80 60 40 20 F 0 = force à vitesse nulle = force maximale isométrique 0 0 20 40 60 80 100 Force

Vitesse 100 80 60 V 0 = vitesse à charge nulle = vitesse maximale vitesse calculée par extrapolation 40 20 0 0 20 40 60 80 100 Force

La relation la plus connue, liant la vitesse de raccourcissement V et la force F est celle de Hill : (F + a)(v + b) = b(f 0 + a) = a(v 0 + b) où F 0 est la force maximale isométrique, V 0 la vitesse maximale de raccourcissement, «a» et «b» des paramètres ayant respectivement la dimension d'une force et d'une vitesse.

Vitesse 100 80 60 40 Relation force-vitesse hyperbolique proposée par AV Hill ( F + a )( V + b ) = b ( F + a ) 0 = a ( V + b ) 0 = constante 20 0 0 20 40 60 80 100 Force

Vitesse 3,0 2,0 1,0 0,0 0,0 0,25 0,50 0,75 1,0 Force ( fraction de F ) 0

100 Force 80 La relation vitesse-force peut être transformée en relation force-vitesse 60 Vitesse 40 Force 20 0 0 20 40 60 80 100 Vitesse

Relation Vitesse-Puissance du muscle isolé

Une des conséquences essentielles de cette relation force-vitesse est que la puissance produite lors d'une contraction (égale au produit FV) dépend donc de la vitesse et de la force selon les relations suivantes : P = a.v(v 0 - V) / (V + b) P = b.f(f 0 - F) / (F + a)

La puissance produite lors d une contraction est égale au produit de la force par la vitesse de raccourcissement. Puissance = Force x Vitesse Force 100 80 60 40 20 0 Puissance 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse 140 120 100 80 60 40 20 0

Force 100 80 60 40 20 0 Puissance = Vitesse x Force Puissance 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse 140 120 100 80 60 40 20 0

Force 100 80 Puissance = Vitesse x Force Puissance 60 40 20 0 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse 140 120 100 80 60 40 20 0

Force 100 80 Puissance 60 40 20 0 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse 140 120 100 80 60 40 20 0

Puissance 140 120 100 80 60 40 20 0 Vitesse optimale pour la puissance V opt Vitesse Puissance 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 0 140 120 100 80 60 40 20

Vitesse 3,0 2,4 1,8 1,2 0,6 De la relation force-vitesse, il possible de déduire la relation entre la force et la puissance produite lors d une contraction. Puissance = Vitesse x Force 0,0 0,25 0,50 0,75 1,0 Puissance Force F 140 120 100 80 60 40 20 0 ( fraction de ) 0

Vitesse 3,0 2,4 1,8 1,2 0,6 Relation force-puissance 0,0 0,25 0,50 0,75 1,0 Puissance Force F 140 120 100 80 60 40 20 0 ( fraction de ) 0

Puissance 140 120 100 80 60 40 20 0 Force optimale pour la puissance F opt 0,0 0,25 0,50 0,75 1,0 Puissance Force F 140 120 100 80 60 40 20 0 ( fraction de ) 0

Les relations entre la force et la vitesse produites et mesurées au cours d exercices mono ou polyarticulaires, in vivo chez l homme, sont souvent différentes de cette relation hyperbolique. Quel que soit le test utilisé, celui ci ne peut permettre de mesurer la puissance maximale que si les conditions de force et de vitesse sont optimales (F et V proches de F opt et V opt ).

Effets du type de fibres musculaires

Vitesse de raccourcissement des sarcomères (µm/s) 4,0 V 0 3,0 2,0 Muscle lent Muscle rapide 1,0-0,0 0 F 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Force (F/F 0 )

Comparaison des relations vitesse-force d une fibre musculaire lente et d une fibre rapide Force 100 80 60 40 20 0 f. lente fibre rapide 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse

Relation vitesse-force et vitesse-puissance d une fibre musculaire lente Force 100 80 60 40 20 0 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse Puissance 140 120 100 80 60 40 20 0

Relation vitesse-force et vitesse-puissance d une fibre musculaire rapide Force 100 80 60 40 20 0 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse Puissance 140 120 100 80 60 40 20 0

Puissance 140 120 100 80 60 40 20 0 A cette vitesse, les fibres lentes ne produisent plus de puissance alors que les fibres rapides sont proches de leur vitesse optimale.. Fibre lente Fibre rapide Puissance 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse 140 120 100 80 60 40 20 0

Puissance 140 120 100 80 60 40 20 0 La contribution des fibres lentes à la production de puissance n est significative qu aux faibles vitesses et nulle aux vitesses élevées.. R+L L R Puissance 0,0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8 3,2 Vitesse 140 120 100 80 60 40 20 0

Une des conséquences essentielles de cette relation force-vitesse est que la puissance produite lors d'une contraction (égale au produit FV) dépend donc de la vitesse et de la force selon les relations suivantes : P = a.v(v 0 - V) / (V + b) P = b.f(f 0 - F) / (F + a)

Les relations entre la force et la vitesse produites et mesurées au cours d exercices mono ou polyarticulaires, in vivo chez l homme, sont souvent différentes de cette relation hyperbolique. Quel que soit le test utilisé, celui ci ne peut permettre de mesurer la puissance maximale que si les conditions de force et de vitesse sont optimales (F et V proches de F opt et V opt ).

Test de l escalier de Margaria (1966)

En 1966 Margaria a proposé un test de mesure de la puissance maximale anaérobie qui consiste en la montée à vitesse maximale d'un escalier. La vitesse de montée est mesurée selon les protocoles soit entre les 4ème et la 8ème marches soit entre les 6ème et 12ème marches. Une course d'élan sur un palier horizontal précède cette montée qui est réalisée deux marches par deux ou trois par trois selon le protocole.

Margaria 1966 : montée des marches entre la 4ème et la 8ème marche 2par 2 H= h H 8 h 4 0.42 Chronomètre

Compte-tenu de la phase d'élan avant la sixième marche, il est supposé que : - la vitesse du sujet (et de ses différents segments corporels) est constante à la sixième et à la douzième marche, - la résistance de l air est négligeable à cette vitesse - le seul travail réalisé pendant ce temps est donc celui réalisé contre la force de pesanteur.

La puissance en watts, produite contre la force de pesanteur est donc égale à : P (W) = 9,81.m (kg).h (m) / t (s) où «9,81.m (kg)» est le poids du sujet en newtons, h (m) la différence de hauteur entre la 6 ème et la 12 ème marche et t (s) le temps en secondes, écoulé entre ces marches.

Variante : montée des marches 2par 2 entre la 6ème et la 12ème marche h 12 6

Variante : montée des marches 2par 2 puis 3 par 3 entre la 6ème et la 12ème marche 12

La comparaison des résultats obtenus avec les protocoles «2 par 2», «3 par 3» et «2 par 2 puis 3 par 3», donne statistiquement les meilleurs résultats avec le protocole «2 par 2 puis 3 par 3». Ce meilleur résultat est en fait dû à l inadaptation du protocole «2 par 2 puis 3 par 3» à la détermination du travail réellement effectué entre la 6 ème marche et la 12 ème marche.

Montée des marches 3 par 3 entre la 6ème et la 12ème marche H= h H 12 h 6 0.42 Chronomètre

Montée des marches 2 par 2 puis 3 par 3 entre la 6ème et la 12ème marche H< h H 12 h

Ce test qui a été très utilisé dans les années qui suivirent sa publication a été abandonné par la suite pour les raisons suivantes : - la puissance mesurée était inférieure à la puissance maximale qui nécessite l'utilisation de surcharge (par exemple un gilet lesté) afin d'être dans les conditions optimales de force et de vitesse ; - certains sujets éprouvent des difficultés à monter l'escalier à vitesse maximale tout en posant les pieds à un endroit déterminé (6ème et 12ème marches par exemple).

Le désintérêt actuel pour ce test n'est peutêtre que temporaire. En effet, des modifications de protocole et l utilisation des techniques actuelles de mesure des déplacements des sujets devraient améliorer la faisabilité de cette épreuve.

Evaluation de la puissance maximale sur bicyclette ergométrique

Bicyclette ergométrique à freinage mécanique mis au point en 1954 par von Döbeln.

Wingate-test

Le Wingate test (Ayalon et coll 1974) et ses dérivés sont probablement les tests anaérobies les plus utilisés dans le monde actuellement. Ce test consiste en un exercice de pédalage à vitesse maximale pendant 30 secondes contre une force de freinage constante établie en fonction du poids corporel.

Pour une bicyclette ergométrique dont le développement est de 6,1 m, la force de freinage proposé était 75 g par kilogramme de poids corporel dans la première étude. Une force de 87 g par kilogramme de poids corporel a été proposée par la même équipe dans une étude plus récente. Il est probable qu une résistance de 100 g par kilogramme soit préférable dans une population sportive moyenne (Vandewalle et coll 1987).

Trois indices sont mesurés dans le Wingate test : - la valeur du pic de vitesse, - la quantité de travail effectuée pendant les 30 secondes, - la baisse de puissance au cours de l'épreuve.

La valeur du pic de vitesse multipliée par la force de freinage donne la valeur du pic de puissance (P pic ) pendant l'épreuve : P pic (watt) = F (kg). V pic (tours/min) Formule valable pour tout ergomètre dont le développement est de 6,11m. Cette valeur de puissance est présentée comme une estimation de la puissance maximale anaérobie.

La quantité de travail réalisée pendant les 30 secondes l'épreuve est présentée comme une estimation de la capacité maximale anaérobie (c est-à-dire de la quantité maximale de travail pouvant être réalisée grâce à l énergie fournie par le métabolisme anaérobie).

La baisse de puissance (différence entre le pic de puissance et la valeur la plus basse de la puissance pendant l'épreuve divisée par le temps écoulé entre le pic et le moment où la valeur la plus basse est atteinte) est un indice de fatigabilité.

L'intérêt de l indice de fatigue du Wingate test est qu'une corrélation positive a été trouvée entre cet indice et le degré d'hypertrophie des fibres musculaires de type rapide (Bar-Or et coll. 1980). Cet indice de fatigue aurait donc pu être un test d'évaluation indirecte de la typologie musculaire.

Les études les plus récentes remettent en question l'intérêt du Wingate test dans l'exploration fonctionnelle du métabolisme anaérobie. Comme pour tout test, les critiques portent sur : - sa validité, - sa reproductibilité.

Validité du Wingate test

Le Wingate test mesure-t-il réellement ce qu'il est supposé mesurer? - Le pic de puissance est-il une bonne estimation de la puissance maximale anaérobie? - La quantité de travail réalisée pendant l'épreuve est-elle une estimation de la capacité anaérobie? - L'indice de fatigue est-il un bon reflet de la typologie musculaire?

La critique essentielle de la validité du pic de puissance comme estimation de la puissance maximale est d'ordre biomécanique : il n'est pas possible de déterminer la force de freinage d'un Wingate test qui soit a priori optimale (Vandewalle et coll. 1987, 1988, 1989).

Le caractère très éprouvant de ce test empêche de recommencer l'épreuve dans le cas où la force de freinage utilisée s avérerait a posteriori trop différente de la force optimale. L'estimation de W max est donc a priori moins précise que celles obtenues au moyen d'exercices plus brefs qui permettent la réalisation de sprint contre différentes forces de freinage dans une même séance.

Cependant, compte tenu de la relation parabolique entre la force de freinage et le pic de puissance, une force de freinage différente de la force optimale donne un pic de puissance peu inférieure à W max. Ainsi, on peut démontrer que lorsque la force de freinage est de 50 % inférieure à la force optimale, le pic de puissance n est que de 25 % inférieur à W max.

Reproductibilité du Wingate test

La reproductibilité de la mesure du pic de puissance est très bonne dans toutes les études (r >0,90 pour Bar-Or et coll. 1977 et Patton et coll. 1985).

La reproductibilité de la quantité de travail réalisée en 30 secondes est moins élevée que celle du pic de puissance mais reste bonne (0,90 < r < 0,93 pour Bar-Or et coll. et Patton et coll.).

Par contre, la reproductibilité de l'indice de fatigue est mauvaise (0,43 < r <0,74), ce qui limite sérieusement l intérêt de cet indice. Cette mauvaise reproductibilité peut être expliquée par le fait que les sujets qui ne produisent pas un effort maximal au début du test, devraient être capables de produire plus de puissance à la fin de celui-ci.

Applications de la relation Force-Vitesse aux exercices sur bicyclette

Un test simple appelé test "force-vitesse" sur ergocycle mécanique à force de frottement (par exemple du type Monark) a été mis au point à partir de travaux antérieurs sur la relation force-vitesse du muscle isolé et des protocoles préexistants concernant la mesure de la puissance maximale sur bicyclette ergométrique (Ayalon et coll. 1974, Pirnay et Crielaard 1979).

Ce test a dans un premier temps été conçu pour évaluer la puissance maximale des membres supérieurs. Il consiste en la réalisation de sprints maximaux de quelques secondes contre différentes force de freinage (F). La valeur du pic de vitesse de moyenne sur un tour (V pic ) est mesurée.

Effets de la force de freinage sur la courbe de vitesse au cours d'un sprint maximal sur bicyclette ergométrique Monark. Fréquence de pédalage (tours / min) 200 19 N Pic de vitesse 100 0 secondes 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Effets de la force de freinage sur la courbe de vitesse au cours d'un sprint maximal sur bicyclette ergométrique Monark. Fréquence de pédalage (tours / min) Pic de vitesse 200 38 N 100 0 secondes 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Effets de la force de freinage sur la courbe de vitesse au cours d'un sprint maximal sur bicyclette ergométrique Monark. Fréquence de pédalage (tours / min) 200 Pic de vitesse 57 N 100 0 secondes 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Effets de la force de freinage sur la courbe de vitesse au cours d'un sprint maximal sur bicyclette ergométrique Monark. Fréquence de pédalage (tours / min) 200 Pic de vitesse 100 76 N 0 secondes 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Effets de la force de freinage sur la courbe de vitesse au cours d'un sprint maximal sur bicyclette ergométrique Monark. Fréquence de pédalage (tours / min) 200 19 N 38 N 57 N 100 76 N 0 secondes 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Il est possible de déterminer une relation entre la force de freinage et le pic de vitesse (flèche) lui correspondant. Fréquence de pédalage (tours / min) 200 19 N 38 N 57 N 100 76 N 0 secondes 0 1 2 3 4 5 6 7 8

La valeur de ce pic de vitesse (V pic ) est d autant plus faible que la force de freinage est élevée. Différentes études ont montré que pour les pics de vitesse V pic compris entre 100 et 200 tours par minute, la relation entre la force de freinage F et V pic peut être écrite par une relation linéaire (V pic = a - b F).

250 Fréquence de pédalage (tours / min) V 0 Ergomètre Monark exercice réalisé avec les membres supérieurs 200 V = 254-22 F r = 0,996 150 100 50 0 Puissance (watts) 800 500 200 0 2 4 6 8 Charge (kg) d'après Vandewalle et coll 1983 F 0

V 0 (tours / min) 300 200 W max (watts) tennis sédentaires boxe canoé-kayak (hommes) canoé-kayak (femmes) équipe olympique 1980 5 10 15 20 25 1000 850 700 550 400 250 F0 (kg) d'après Vandewalle et coll. 1983

Une relation linéaire a aussi été observée entre le moment maximal exercé sur les manivelle et la vitesse de pédalage sur cyclo-ergomètre isocinétique (Sargeant et coll 1981) ou électronique (Buttelli et coll 1996).

Ces relations linéaires peuvent être réécrites sous la forme suivante : V pic ou V = V 0 ( 1 F / F 0 ) V 0 intersection de la droite représentative de la relation force-vitesse avec l'axe des vitesses ; F 0 intersection de cette même droite avec l'axe des forces.

V 0 et F 0 ont la dimension respectivement d'une fréquence maximale de pédalage et d'une force maximale. La puissance maximale W max est obtenue pour un pic de vitesse égal à 0,5 V 0 et une force égale à 0,5 F 0. W max est donc égal à 0,25 V 0 F 0.

Les valeurs de puissance maximale anaérobie sont supérieures chez les athlètes pratiquant des sports de puissance et de vitesse (Komi et coll. 1977, Vandewalle et coll. 1987, Seresse et coll. 1989).

300 Paramètres V 0, F0 et Wmax de la relation force vitesse sur bicyclette ergométrique (membres supérieurs). V O (tours/ min) W/kg canoé-kayak (H) 20 canoé-kayak (F) équipes de France 200 17 14 Hand-ball (H) Boxe (H) Volley-ball (H) niveau régional 8 0,2 0,3 12 18 11 F O sédentaires (H) kg/kg J / kg / tour d'après Vandewalle et coll. 1987 et Driss et coll. 1998

300 Paramètres V 0, F0 et Wmax de la relation force vitesse sur bicyclette ergométrique (membres inférieurs). V O (tours/ min) sprinteur olympique 200 Garçons 11à13ans Femmes Hommes W/kg 20 17 14 8 0,2 0,3 12 18 11 F O kg/kg J / kg / tour d'après Vandewalle et coll. 1987

Cependant, la puissance maximale W max peut être mesurée au cours d un sprint unique contre une force de freinage inférieure à la force optimale (F < 0,5 F 0 ) à condition de calculer à chaque tours la variation d énergie cinétique du volant d inertie de l ergomètre et d ajouter cette valeur à la puissance dépensée contre la force de freinage (Lakomy 1986).

Puissance (watts) 1000 Fréquence de pédalage (tours / min) 200 Force de freinage = 19 N 500 Puissance 100 V opt 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 secondes

En effet, la vitesse de pédalage passe de la valeur zéro au début du sprint jusqu'à la valeur V pic. La valeur de V pic est supérieure à la vitesse optimale (V opt vitesse permettent de produire sa puissance maximale) si F < 0,5 F 0. Si V pic est supérieure à V opt, le sujet produit alors sa puissance maximale lorsqu il atteint V opt à conditions que l activation des muscles soit maximale à cet instant.

1000 500 Force de freinage = 19 N Force de freinage = 76 N 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 secondes

La valeur du pic de puissance ainsi calculé est indépendante de la force de freinage (Lakomy 1986) à condition que celle-ci soit inférieure à 0,5 F 0. Cette relative indépendance du pic de puissance de la force de freinage ne signifie pas que la puissance est indépendante de la force ou de la vitesse.

1000 500 Force de freinage = 19 N Force de freinage = 76 N 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 secondes

Fréquence de pédalage (tours / min) 1000 Puissance 200 V opt 500 100 Force de freinage = 76 N 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 secondes

Relation moment-vitesse au cours d'un sprint sur bicyclette ergométrique

Des études (Seck et coll 1995, Arsac et coll. 1996) ont montré qu il est possible de déterminer la relation entre la vitesse de pédalage et le moment maximal correspondant à cette vitesse au cours d un sprint unique contre une seule force de pédalage.

Les forces exercées sur le pédalier au cours d un sprint correspondent non seulement aux forces de freinage mais aussi à la force nécessaire pour accélérer le volant cinétique de l ergomètre. A partir des variations d énergie cinétique du volant entre le début et la fin de chaque tour de pédalier, il est possible d évaluer la force moyenne correspondant à la vitesse moyenne de ce tour pédalier.

Vitesse de rotation (rad / s) 20 Fréquence de pédalage (tours / min) 200 10 100 Force de freinage = 19 N 0 0 40 80 120 160 moment exercé sur les manivelles (N.m) 0

Vitesse de rotation (rad / s) 20 Fréquence de pédalage (tours / min) 200 10 100 Force de freinage = 76 N 0 0 40 80 120 160 moment exercé sur les manivelles (N.m) 0

Puisque la vitesse de pédalage passe de la valeur zéro au début du sprint jusqu'à la valeur V pic il est possible de reconstituer la relation force-vitesse à partir des valeurs de force calculée à chaque tour de pédalier. L utilisation d une faible force de freinage est conseillée afin que Vpic soit suffisamment élevée et qu ainsi la relation force-vitesse (ou moment-vitesse) soit déterminée sur une gamme de vitesse assez large.

Vitesse de rotation (rad / s) 20 V 0 Fréquence de pédalage (tours / min) 200 10 100 Force de freinage = 19 N Force de freinage = 76 N 0 0 40 80 120 160 moment exercé sur les manivelles (N.m) T 0 180 0

Relation moment-vitesse au cours d'un sprint sur bicyclette Lode Excalibur

Il est possible de déterminer la relation moment-vitesse au cours d un sprint unique sur un cyclo-ergomètre électronique disposant de jauges de contrainte collées sur les manivelles (Buttelli et coll. 1996, Capmal et Vandewalle 1997). Le moment moyen sur un tour de pédale peut être calculé en intégrant la courbe moment-angle.

Moment (M/M ) 0 0,8 0,6 0,4 er 1 tour Effet de la vitesse de pédalage sur le moment produit au cours d un tour de manivelle à faible vitesse (1er tour, 90 rev/min) et à vitesse élevée ( 9ème tour, 196 rev/min) lors d un sprint maximal de brève durée (< 6 s). d'après Buttelli et coll 1996. 0,2 0,0 ème 9 tour Ergomètre Lode - 0,0 0 90 180 270 360 Angle de la manivelle ( )

La relation entre le moment moyen sur un tour et la vitesse moyenne sur ce tour est linéaire. Les valeurs de W max sur ce type de bicyclette électronique sont légèrement supérieures à celles mesurée au cours d un sprint unique sur ergocycle Monark parce que les frottement dans le pédalier, la chaîne et le pignon ne pas pris en compte dans les ergocycles mécaniques de ce type.

Fréquence de pédalage (tours / min) 250 200 150 100 50 V 0 Relation entre le moment moyen sur un tour et la vitesse moyenne de ce même tour, au cours d un sprint maximal partant de la vitesse zéro.(durée du sprint < 6s). Le premier tour, incomplet, n est pas représenté. Données collectées chez trois sujets. d'après Buttelli et coll. 1996. 0 0 40 80 120 160 200 Moment (N.m)

Comparaison des puissances maximales obtenues avec différents protocoles

Les études ayant comparé les valeurs des puissances maximales obtenues avec différents protocoles de mesure ont généralement trouvé des coefficients de corrélation significatifs mais des valeurs moyennes statistiquement différentes.

Il existe des corrélations positive et significatives entre la puissance maximale sur bicyclette ergométrique et le pic de puissance sur plateforme de force (Davies et Young 1984) ou la détente verticale (Vandewalle et coll. 1987).

Bicyclette ergométrique Puissance maximale (membres inférieurs) W max enw/kg 20 W max = 0,53 + 0,231 DV 10 0 0 détente verticale 0,2 0,4 0,6 0,8 m d'après Vandewalle et coll. 1987

W max ergocycle (W) Y = 0,49X + 167 r = 0,67 1000 800 600 Cyclistes / piste Cyclistes / route Autres 400 900 1300 1700 2100 (W) test de Margaria d'après Pérès et coll.1988

Les différences entre les puissances maximales obtenues selon différents protocoles ont de nombreuses origines : - puissance maximale instantanée ou puissance moyenne ; - exercice est mono ou poly-articulaire ; - un ou deux membres inférieurs actifs ; - durée d'exercice plus ou moins longue ; - inertie des segments corporels prise ou non en compte...

Prise en compte du travail interne Le calcul de la puissance P doit tenir compte non seulement de la puissance P ext dissipée contre les forces externe (résistance de l ergomètre, force de la pesanteur) mais aussi de la puissance P cine nécessaire pour augmenter l énergie cinétique des différents corps mobilisés au cours du test : P = P ext + P cine

Il faut ainsi tenir compte des variations d énergie cinétique : - des différents segments corporels du sujet ; - des différentes parties de l ergomètre utilisé : - volant d inertie des bicyclettes ergométriques, - leviers et manivelles, - etc.

Soit G le centre des masses (centre de gravité du corps), la somme E S des énergies cinétiques des différents segments corporels du sujet est égale à : E S = ½ [ MV 2 + Σ( I i A i 2 + m i V Gi 2 )] où M est la masse corporelle totale, V la vitesse de G, V Gi les vitesses de translation des i segments par rapport à G, m i et I i leurs masses et moments d inertie et A i leurs vitesses angulaires.

On peut donc écrire : P = P ext + de S /dt P = P ext + ½ d[ MV 2 + Σ( I i A i 2 + m i V Gi 2 )]/dt

2 La valeur de Σ( I i A i + m i V 2 Gi ) est généralement ignorée dans le calcul de la puissance produite au cours des différents tests. Cette erreur devrait être nulle si la vitesse de chaque segment corporel est la même au début et à la fin de la période prise en compte dans les cas où la puissance calculée correspond à la valeur moyenne sur un nombre entier de mouvements.

L erreur sur la valeur de la puissance n est pas négligeable dans les autres situations (Duboy et coll. 1994) en particulier si la puissance calculée correspond à la valeur instantanée (et non pas moyenne) de la puissance.

La combinaison de ces différents facteurs explique que, par exemple, chez un même sujet, le pic de puissance sur plate-forme de force puisse être quatre fois plus élevée que la puissance moyenne sur un tour de pédalier.

Quels que soient les tests utilisés ceux ci montrent que les valeurs de puissance maximale anaérobie : - sont supérieures chez les athlètes pratiquant des sports de puissance et de vitesse ; - sont nettement plus faibles chez l'enfant que chez l'adulte ; - décroissent avec le vieillissement, - sont supérieures lorsque les épreuves sont proches des exercices réalisés à l entraînement ou en compétition.

Les résultats des tests de puissance maximale sont supérieurs chez des athlètes qui sont supposés posséder une prédominance de fibres musculaires rapides. Les performances aux tests de puissance maximale sont corrélées avec le pourcentage de fibres de type rapide (généralement exprimé en pourcentage de la surface de section sur des coupes transversales de biopsies musculaires)

300 Paramètres V 0, F0 et Wmax de la relation force vitesse sur bicyclette ergométrique (membres inférieurs) chez l'homme. V O (tours/ min) 200 garçons 11à13ans 8 0,2 0,3 12 18 W/kg 20 17 14 11 F O hockey/gazon course sprint course endurance rugby arrières rugby avants cyclisme/piste cyclisme/route football tennis volley-ball sportifs kg/kg J / kg / tour niveau international niveau régional d'après Vandewalle et coll. 1987 et Driss et coll. 1998

300 Paramètres V 0, F0 et Wmax de la relation force vitesse sur bicyclette ergométrique (membres inférieurs) chez la femme. V O (tours/ min) W/kg 20 200 17 14 100-200 m équipe heptathlon 400-800 m de France athlétisme sédentaires (M + SD) 8 0,2 0,3 12 18 11 F O kg/kg J / kg / tour d'après Vandewalle et coll. 1987

Vitesse verticale (m / s) 2,0 Test de l'escalier de Margaria Puissance (W / kg) 20 1,5 15 1,0 10 0,5 population alpine eskimos italiens africains 5 0,0 adapté d'après Margaria et coll. 1969 0 10 20 30 40 50 60 Age (années) 0

Bicyclette ergométrique Puissance maximale (membres inférieurs) W max enw/kg 20 W max = 0,39 + 0,237 DV 10 femmes gymnastes (18 à 22 ans) garçons (11 à 13 ans) 0 0 Détente verticale 0,2 0,4 0,6 0,8 m d'après Vandewalle et coll. 1987

Evolution des indices de puissance maximale chez des jeunes nageurs (M + SD) d'après Vandewalle et coll. 1989 détente verticale 70 cm pédalage membres supérieurs W.kg -1 60 50 10 40 5 12 14 16 18 Age (années)

Evolution des indices de puissance maximale chez des jeunes nageurs (% de la valeur à 17,5 ans)) d'après Vandewalle et coll. 1989 100 90 80 70 60 12 14 16 18 détente verticale pédalage membres supérieurs Age (années)

Masse musculaire (kg) 40 Garçons 30 20 Filles 10 0 6 8 10 12 14 16 18 Age (années)

Testostérone (µg/l) 5 4 3 2 Après la naissance, de façon transitoire, le taux de testostérone est aussi élevé qu à l âge de 15 ans puis décroit pour rester très bas jusqu à la puberté. Garçons 1 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Age (années)

Type de fibres Naissance 1 an 6 ans 30 ans I 40 60 59 60 IIa 30 30 21 20 IIb 10 10 20 20 IIc 20 0 0 0 Distribution des différents types de fibres musculaires en % du nombre total (d après les données de Gollnick 1973, Bell 1980, Colling-Saltin 1980 ).

Fibres I Fibres IIA Fibres IIB Hommes Femmes Valeurs moyennes et écarts-types des surfaces de section transversale des différents types de fibres musculaires chez les hommes et les femmes adultes (d après Glenmark et coll. 1992)

Bicyclette ergométrique Puissance maximale (membres inférieurs) W max enw/kg 20 10 0 0 cyclistes autres Détente verticale 0,2 0,4 0,6 0,8 m d'après Vandewalle et coll. 1987