Sur le Tour de France, l'ingénieur Frédéric Portoleau compare les watts-étalons dégagés par les coureurs lors d'ascensions de cols. (©photo)
La troisième semaine du Tour de France 2017 a débuté aujourd’hui. Lors de deux étapes décisives dans les Alpes, la « puissance » des cyclistes à l’attaque sera à nouveau commentée. Les watts dégagés par ces champions font l’objet d’une attention croissante et nourrissent parfois quelques suspicions de dopage.
Rappels sur la puissance
Pour désigner un champion cycliste, il est souvent fait référence à ses qualités physiques, mentales ou cardio-vasculaires. Lorsque la route s’élève et que des coureurs s’illustrent dans les cols, ce sont les différences de puissance entre coureurs qui peuvent interpeller. Cette puissance est exprimée en watts, une unité du Système international d’unités (SI) qui est par ailleurs employée en particulier pour désigner la capacité de centrales électriques.
Pour les énergéticiens, un watt (W) correspond ainsi à la puissance d’une machine qui fournit un joule toutes les secondes. Pour rappel, un wattheure (Wh) désigne pour sa part la quantité d’énergie délivrée par une machine d’un watt durant une heure. Une éolienne de 3 MW de puissance fonctionnant 2 000 heures par an (facteur de charge de 22,8%) produit ainsi annuellement près de 6 GWh.
En d’autres termes, la puissance dégagée par un être humain désigne le produit de la force (mg, avec m la masse de la charge et g = 9,81 m/s2) par la vitesse. De nombreuses personnes peuvent déployer une puissance de 100 W pendant 30 minutes alors que certains sportifs de haut niveau peuvent « développer » jusqu’à 500 W sur la même durée.
La puissance des cyclistes en questions
La puissance d’un cycliste correspond plus spécifiquement à la force de propulsion qu’il exerce au niveau de la roue arrière pour avancer. De nombreuses forces s’opposent à son avancée (air, pesanteur, résistance de roulement, etc.) et obligent le cycliste à dégager une puissance plus importante. A contrario, le phénomène de « drafting » (aspiration) ressenti derrière un coureur ou en peloton réduit jusqu’à 30% l’effort des cyclistes.
Les coureurs du Tour de France disposent aujourd’hui de capteurs de puissance de référence (SRM) qui mesurent en direct au niveau du pédalier la puissance qu’ils dégagent. Les cyclistes et leurs équipes ne communiquent pas toujours ces données(1) mais des calculs « indirects » de cette puissance peuvent néanmoins être effectués si l’on dispose d’un ensemble de critères : poids du cycliste et de son équipement, vitesse moyenne, pourcentage de la pente, densité de l’air, rendement du vélo (97,5%), etc.
Antoine Vayer, ex-entraîneur de l’équipe Festina, et Frédéric Portoleau, ingénieur en mécanique des fluides, ont ainsi créé dès 2000 un modèle leur permettant de calculer les puissances de cyclistes dans les cols, avec des marges d’erreur estimées à moins de 3% (jusqu’à 5% pour le calcul des W/kg, compte tenu des incertitudes sur le poids réel des cyclistes). Pour comparer les performances des différents coureurs, les puissances calculées sont converties en « watt-étalons », c’est-à-dire rapportées à un coureur « étalon » pesant 78 kg, poids du vélo compris(2). Les calculs de puissance effectués par Frédéric Portoleau sont disponibles sur le site ChronosWatts(3).
Sur le Tour de France 2011, Frédéric Portoleau indique avoir bénéficié des données du capteur de puissance d’un coureur pour tous les étapes. « La somme des étapes avait représenté une dépense d'énergie mécanique de 8 1246 kJ, soit 22,568 kWh », indique-t-il. Pour connaître la dépense d’énergie totale de ce coureur, il faut toutefois « multiplier ce chiffre par 4 car environ 75% de l’énergie fournie métabolique est perdue sous forme de chaleur ». La dépense énergétique du coureur en question avait ainsi atteint près de 90,3 kWh sur l’ensemble du Tour. Il pesait 70 kg, sachant que « les petits gabarits dépensent moins d’énergie », rappelle Frédéric Portoleau.
La puissance des cyclistes, matière à suspicions ?
Au cours des dernières années, le modèle de Vayer et Portoleau, bien que critiqué par certains observateurs et acteurs du Tour, a souvent été utilisé pour identifier des performances « anormalement » élevées. Lors d’ascensions de grands cols, différentes zones de performance ont été définies pour classer des coureurs : le seuil suspect (« dopage avéré » selon Antoine Vayer) débute au-dessus de 410 W étalons de moyenne, le seuil « miraculeux » au-dessus de 430 W étalons et le seuil « mutant » à partir de 450 W étalons.
Les données de puissance doivent naturellement être remises dans leur contexte, en fonction de la durée d’une ascension ou des efforts consentis préalablement dans une étape. Sur une route sans dénivelé, un « sportif du dimanche peut tenir une puissance de 480 W pendant un sprint sur 20 secondes », indique ainsi Frédéric Portoleau(4), tandis qu'un sprinteur professionnel sur le Tour peut dégager une puissance de 1 200 W pendant 15 secondes. Les conditions de vent peuvent par ailleurs significativement influer sur les niveaux de puissance observés.
Lors de la 5e étape du Tour de France 2017, Frédéric Portoleau a estimé à 463 W étalons la puissance moyenne du vainqueur Fabio Aru durant les 16 minutes et 11 secondes de son ascension de La Planche des Belles-Filles(5). L’effort est jugé « trop court » sur le site ChronosWatts pour exprimer des doutes sur cette performance exceptionnelle. Lors de deux étapes du Tour de France en 1995 et 1997, l’ancien coureur Marco Pantani avait pour sa part dégagé une puissance plus importante durant près de 37 minutes. Une performance « mutante ».
