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Le cycle de pédalage PDF Imprimer Envoyer
  

Mieux connaître la biomécanique et le cycle du pédalage peut permettre au sportif d'optimiser sa cadence et ses gestes afin d'acquérir un meilleur rendement, d'éviter certaines pathologies et d'adapter son entraînement.

Qu'y a-t-il de si compliqué dans le pédalage ? Cette activité à la portée de tous les enfants paraît bien triviale. Ce n'est pas si simple. Les meilleurs cyclistes ne sont pas toujours ceux qui ont la plus grosse VO2max. Les capacités physiologiques sont essentielles, mais la performance dépend aussi du rendement et de la qualité du pédalage. Ainsi, une meilleure connaissance du geste sportif, peut aider le pratiquant à orienter son geste vers un meilleur rendement et peut améliorer la prévention et la prise en charge des pathologies liées à la pratique du sport. De même, la connaissance de la biomécanique permet la conception d'exercices adaptés permettant d'améliorer certains éléments comme la force ( par la musculation de plus en plus employée ), la vélocité, la coordination.

 



LES PRINCIPES DE BASE

Il s'agit de faire tourner un pédalier qui entraîne une rotation de la roue par l'intermédiaire d'une chaîne (Fig.1). Le moteur est l'énergie musculaire associée au système cardiovasculaire. L'énergie musculaire est majoritairement fournie par les membres inférieurs avec une participation importante des muscles stabilisateurs du bassin.
Les freins sont :
- la résistance de l'air et la traînée aérodynamique sur le corps du cycliste (65% à 40 km/h) ;
- la résistance de l'air et la traînée surle cadre et les roues (31 %) ;
- les résistances au roulement (4 %) dues aux frottements et aux frictions des différents axes et parties roulantes du vélo.


Principe du pédalage

Notons que les résistances aérodynamiques augmentent avec le carré de la vitesse, c'est le principal facteur limitant de la performance. La position de contre la montre actuelle vise à minimiser ces résistances. Dans le bilan des entrées-sorties, il faut aussi tenir compte de la pente qui peut soit s'opposer au déplacement (en montée), soit le faciliter (en descente).

 

L'outil vélo :
Depuis la fin des années 80 on a constatéune accélération de l'évolution du matériel.Au chapitre des révolutions,on re-trouve l'apparition des pédales auto-matiques qui ont permis de solidariser le pied à la pédale sans altérer la liberté du pied et de la cheville.Les avantages sont multiples :
- plus de sécurité (déchaussage rapide) ;
- plus de rendement (efforts de tractions sur la pédale facilités) ;
- plus de confort (plus besoin de serrage des sangles de cale-pieds).

L'amélioration des casques, qui étaient jusqu'à présent quasiment symboliques, constitue également un progrès majeur.

Au chapitre des évolutions, on trouve :
- l'amélioration de l'ergonomie du guidonet des leviers de vitesse,désormais intégrés aux poignées de frein ;
- l'allégement des cadres et des accessoires,le plus souvent en aluminium ou en carbone ;
- les prolongateurs de guidon qui amé-liorent l'aérodynamisme de la position ;
- la meilleure modularité qui permet de régler tous les éléments de la machine en fonction de la morphologie de l'utilisateur.

 

Notion de développement :

Le développement correspond à la distance parcourue sur la route par le vélo lors d'un tour de pédalier. En actionnant ses dérailleurs, le cycliste peut choisir la taille du plateau et la taille du pignon, il peut ainsi faire varier le développement. Avec un plateau de 52 dents et un pignon de 14 dents, le développement est de 7,93m. Si le cycliste pédale à 80tours/min, sa vitesse sera de 38 km/h.Un cycliste ayant choisi un développement long ira vite, mais il lui faudra délivrer une force importante. Avec un plateau de 39 dents et un pignon de 19 dents, la longueur du développement est de 4,39 m. Si le cycliste pédale à 80 tours/min sa vitesse sera de 21 km/h. Pour le cycliste qui choisit un développement plus court, l'effort musculaire sera plus modeste et la vitesse plus lente. Les développements choisis seront donc plus courts en côte et plus longs en descente ou sur le plat.

 

Notion de puissance :

On vient de le voir, la vitesse de déplacement d'un cycliste dépend non seulement de sa force mais aussi de la vitesse de rotation du pédalier. Sa puissance (en Watt) dépend de la force et de la cadence de pédalage.

 

LE CYCLE DE PÉDALAGE

On découpe artificiellement le cycle de pédalage en 4 phases (Fig.2) : 2 phases motrices (poussée et traction) et 2 phases de transition (transition basse et transition haute).


les 4 phases
Les 4 phases du cycle de pédalage

 

Phase de poussée :
C'est la plus rentable sur le plan biomécanique et la plus instinctive.

Elle correspond à une extension active de la hanche associée à une extension active du genou (Fig.3). Les amplitudes articulaires utilisées dépendent beaucoup du positionnement du cycliste,mais globalement la flexion de hanche évolue entre 80°et 120°, la flexion de genou évolue entre 20°et 110°. L'extension active de hanche se fait sous l'action concentrique de l'éventail fessier associée à la contraction excentrique des ischio-jambiers. L'extension de genou se fait sous l'action du quadriceps. Il s'agit de contractions en chaîne cinétique fermée. Les protocoles de musculation devront donc privilégier le renforcement en chaîne fermée (squatts, presse, rameur) au détriment des exercices en chaîne ouverte (leg-extension).

Les études en EMG embarqué mettent en évidence un ordre d'activation bien précis des différents groupes musculaires. Il faut noter le rôle particulier des ischio-jambiers, à la fois extenseurs de la hanche et fléchisseurs du genou. Ces 2 actions qui paraissent contradictoires sont pourtant synergiques lors du pédalage (paradoxe de Lombard). Le triceps se contracte de façon isométrique. L'appui de la pédale se faisant sur l'avant-pied. La contraction du triceps joue un rôle d'aide à l'extension du genou épargnant le quadriceps. Il ne faut pas oublier le poids du membre inférieur qui s'ajoute à la force musculaire pour faire descendre la pédale. Ce poids doit être utilisé pour la poussée, ce qui nécessite une bonne coordination. Durant la phase de poussée, le bassin doit être fixé par les stabilisateurs du bassin ( abdominaux, carrés des lombes)(Fig.4). Sans leur action puissante,l'extension de hanche et de genou entraînerait non pas une descente de la pédale, mais une surélévation de l'hémi-bassin.


La phase de poussée
la phase de poussée correspond à une extension active de la hanche associée à une extension active du genou


phase de poussée
Durant la phase de poussée, le bassin doit être fixé par des stabilisateurs ( abdominaux, carré des lombes )

 

Phase de transition basse :
Elle assure la transition entre la phase depoussée et la phase de traction.L'ex-tension de hanche se poursuit, mais est maintenant associée à un début deflexion active du genou. L'action des ischio-jambiers et du triceps est prépondérante pour conserver l'énergie cinétique accumulée lors de la phasede descente de la pédale. La cheville esten flexion plantaire de quelques degrés. Cette phase doit s'enchaîner de la façon la plus souple et coordonnée avec la phase qui la précède et celle qui la suit.

 

Phase de traction :
C'est la phase la moins instinctive du pédalage. Elle n'est possible que sur les vélos équipés de cale-pieds ou mieux, de pédales automatiques. La traction est réalisée par une flexion active de hanche et de genou. La flexion de hanche est due à l'action du psoas-iliaque, du couturier et des muscles abdominaux. La flexion de genou est essentiellement due aux ischio-jambiers, qui se contractent de façon concentrique (Fig.5). C'est une phase de relâchement et de récupération pour le quadriceps et le triceps et tout le segment jambier (on ne retrouve quasiment aucune activité musculaire au-dessous du genou). Cette traction se déroule alors que le membre inférieur controlatéral est en phase de poussée. Elle joue donc un rôle d'épargne du quadriceps et de l'éventail fessier controlatéraux. Comme pour la phase de poussée, il est essentiel que le bassin constitue un point fixe. Les muscles stabilisateurs du bassin (abdominaux,carrés des lombes,etc.) sont donc sollicités.

 

Phase de transition haute :
Elle permet de remettre le membre inférieur en position de poussée. C'est la seule phase où interviennent les releveurs du pied.

 

COORDINATION ET RENDEMENT

Lors du cycle de pédalage, plusieurs actions musculaires, parfois antagonistes, doivent se succéder dans un temps très court. Cela nécessite une excellente coordination, d'autant plus importante que le geste sera répété des milliers de fois. Les gains, même minimes, dans ce do-maine sont donc très rentables sur le plan de la performance.Un bon rendement permet une meilleure vitesse et une épargne musculaire qui peut faire la différence dans les derniers kilomètres. Lorsque le cycliste applique une force sur la pédale, seule la composante tangentielle à la trajectoire de la pédale est rentable. Les autres composantes sont perdues. Canavagh a étudié l'application des forces sur les pédales lors d'un cycle de pédalage et mis en évidence une différence entre la force appliquée par le cycliste et la composante utile de cette force. Le diagramme présenté sur la figure 6 montre cette différence. On note que la phase de poussée est très rentable sur le plan mécanique. C'est au niveau des phases de transition et des phases de tirage que le "gaspillage" est le plus important. L'auteur a aussi mis en évidence la différence de rendement entre les différents cyclistes inclus dans son étude. Certains font de la phase de tirage une phase rentable, d'autres ne l'utilisent que très peu. On peut penser que, pour les seconds, une meilleure utilisation de cette phase pourrait donner des gains de performance significatifs (Fig.7).

Le cycle de pédalage permet, pour chaque groupe musculaire, l'alternance de phases d'activité et de récupération. Plus le cycliste sera coordonné et relâché, plus il pourra bénéficier de ces phases de récupération (Fig.8). Cette coordination très fine s'acquiert au fil des kilomètres, "les heures de selle"des anciens, mais également par la visualisation du geste idéal, l'écoute des sensations, les exercices de coordination (pédalage d'un seul pied, pédalage à descadences très élevées avec développements courts ou très basses, avec développements délibérément trop importants, alternance de périodes de pédalage assis et de pédalage en danseuse, etc.). La recherche du meilleur rendement conduit à l'utilisation de dynamomètres embarqués. La plupart des équipes pro-fessionnelles utilisent des mini-dynamomètres fixés sur le pédalier (systèmeSRM) ou sur la chaîne (système Polar) qui apportent un feed-back. En comparant les données du dynamomètre et du cardio-fréquence mètre, le coureur peut avoir des informations sur son rendement et améliorer sa coordination.


Figure 6
Il existe une différence entre la force appliquée par les cyclistes et la composante utile de cette force


Figure 7
Mise en évidence des différences de rendement entre différents cyclistes


Le cycle de pédalage
Le cycle de pédalage permet, pour chaque groupe musculaire, l'alternance de phases d'activité et de récupération

 

INFLUENCE DE LA CADENCEDE PÉDALAGE

 

Quelle est la cadence la plus rentable : de gros développements à vitesse lente ou de petits développements à vitesse élevée ?

Dans une série de publications, Neptune et Coll.ont montré que,sur les parcours plats, le rendement le plus important se situe entre 90 et 110tours/min. La plupart des records de l'heure ont été établis à des cadences de pédalage supérieures à 100 tours/min, les tests de terrain confirment donc l'hypothèse scientifique. Pour des cadences plus basses, les durées de contractions sont prolongées, les phases de repos sont moins fré-quentes, conduisant à une fatigue musculaire plus rapide. Pour des cadences plus élevées, les différentes étapes du cycle de pédalagese télescopent et on voit apparaître certaines contractions musculaires parasites qui s'opposent au mouvement. La cadence de pédalage est influencée par le relief. Sur le plat ou en descente, la vitesse de déplacement est plus élevée, l'inertie en rotation des roues est donc importante, ce qui auto-entretient la cadence de pédalage. Il est facile de garder une cadence de pédalage élevée. Dans les côtes où les contraintes musculaires sont plus importantes, il est bien plus difficile de rester coordonné. Les vitesses sont réduites et l'inertie des roues devient négligeable. La cadence de pédalage diminue naturellement à 70-80tours/min. Il est probable que l'entraînement joue un grand rôle dans la maîtrise des cadences élevées. Les succès de Lance Amstrong par exemple semblent dus en partie à une coordination parfaite et une maîtrise du pédalage à des cadences élevées, y compris en montagne.

 


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CONCLUSION

La biomécanique du pédalage est à l'image du vélo : simple au premier abord, mais subtile et passionnante. Elle confirme, le plus souvent, les connaissances acquises "au fil des kilomètres" par des générations de cyclistes. Elle apporte également des réponses nouvelles qui trouvent des applications pratiques dans le cyclisme d'aujourd'hui.

 

Pour en savoir plus

- Boyd TF, Neptune RR, Hull ML. Pedal and knee loads using a multi-degree-of-freedom pedalplatform in cycling. J Biomechanics 1997 ; 30 (5) : 505-11.

- Cavanagh PR, Sanderson DJ. The biomechanics of cycling : studies of the pedaling mecha-nics of elite pursuit riders. Science of Cycling. Human Kinetics Publishers, Champaign IL1986.

- Haushalter G. Cyclisme et performance. Paris, Chiron 1990.

- Haushalter G. La biomécanique en cyclisme. Biologie et Médecine du sport, FédérationFrançaise de Cyclisme 1994.

- Marsh AP, Martin PE. The association between cycling experience and preferred and most eco-nomical cycling cadences. Med Sci Sports Exerc 1993 ; 25 : 1269-74.

- Neptune RR, Hull ML. Accuracy assessment of methods for determining hip movement in sea-ted cycling. Journal of Biomechanics 1995 ; 28 (4) : 423-37.

- Neptune RR, Kautz SA, Hull ML. The effect of pedaling rate on coordination in cycling. J Bio-mechanics 1997 ; 30 (10) : 1051-58.

- Neptune RR, Hull ML. A theoretical analysis of preferred pedaling rate selection in endu-rance cycling. J Biomechanics 1999 ; 32 (4) : 409-15.

- Neptune RR, Herzog W. The association between negative muscle work and pedaling rates.J Biomechanics 1999 ; 32 (10) : 1021-26.

 

 

Source de l'article : www.msport.net