La puissance critique (CP) est un concept clé dans le domaine du cyclisme, offrant aux athlètes et aux entraîneurs un moyen précieux d'évaluer la performance et de guider l'entraînement. Mesurer la CP peut fournir des informations essentielles sur les capacités aérobies et anaérobies d'un cycliste, ainsi que sur sa capacité à maintenir des intensités élevées sur des durées variables. Dans cet article, nous explorerons en détail ce qu'est la puissance critique, comment elle est mesurée avec un capteur de puissance et comment elle peut être utilisée pour améliorer les performances en cyclisme.
Qu'est-ce que la Puissance Critique et comment la mesurer ?
CP (pour "Critical Power" en anglais, ou "Puissance Critique" en français) et W' (souvent prononcé "W prime", représente le "travail au-dessus de CP") sont deux concepts utilisés pour modéliser les performances en cyclisme et d'autres sports d'endurance.
Qu'est-ce que la Puissance Critique (CP) ?
La Puissance Critique (CP, en watt) définit la frontière entre les exercices d'intensité élevée et très élevée. Elle représente l'effort moyen maximal qu'un athlète peut maintenir sur une certaine durée sans atteindre l'épuisement.
Mathématiquement, l'asymptote de puissance (droite bleue sur la Figure 1) correspond à la CP, tandis que l'hyperbole (courbe noire sur la Figure 1) représente la quantité de travail effectuée au-dessus de la CP (W’).
Figure 1. La relation puissance durée pour l’exercice à haute intensité (Lipokova et al., 2022).
Le modèle de puissance critique est souvent considéré comme plus adapté pour des durées d'exercice dans le domaine de l'intensité sévère (typiquement 2-15 minutes, voire 20 minutes).
La CP se situe généralement entre 70 et 80 % de VO2max, et les sportifs entraînés peuvent l’atteindre entre 80 et 90 % de VO2max.
Qu’est ce que W' ? (Travail au-dessus de CP)
W' représente la quantité d'énergie (mesurée en joules ou kilojoules) que l'athlète peut utiliser au-dessus de sa Puissance Critique.
En termes simples, c'est une réserve d'énergie disponible pour des efforts intenses mais de courte durée au-delà de CP.
Une fois cette réserve épuisée, l'athlète ne peut plus maintenir une puissance supérieure à CP et doit revenir à une puissance inférieure pour récupérer.
W’ dépend de plusieurs facteurs :
- la composante lente de l'absorption d'oxygène (VO2), (augmentation lente du VO2 lors d'un effort constant au-dessus du seuil de lactate).
- la consommation maximale d'oxygène (VO2max),
- l'épuisement des substrats intramusculaires (créatine phosphate musculaire, glycogène)
- l'accumulation de métabolites (ions hydrogène, adénosine diphosphate, ions phosphate)
Exemple puissance critique et W’
Vous faites différents tests (expliqués plus bas dans l’article) et vous arrivez à la conclusion que vous avez :
- une puissance critique de 300 watts
- un W’ de 22 kilojoules.
Si vous pédalez pour une puissance de 300 watts (soit votre puissance critique, vous allez pouvoir tenir entre 20 et 40 minutes.
Si vous dépassez 300W, vous allez prendre dans vos réserves d’énergie, vos 22KJ, et votre temps est compté.
Par exemple pour une puissance de 400W, vous tiendrez environ 3min30 et pour une puissance de 360W, vous tiendrez 6 minutes environ.
Lorsque l'effort dépasse la CP, W’ est dépensée, le VO2max est atteint, et l'intolérance à l'effort se manifeste.
Ces concepts aident à planifier et optimiser l'entraînement et les performances en endurance.
Un outil indispensable : le capteur de puissance
Les capteurs de puissance sont des outils indispensables pour les cyclistes souhaitant mesurer et analyser leur performance de manière précise et efficace. Ils sont montés sur le vélo et mesurent la puissance que le cycliste génère en temps réel, ce qui permet de quantifier l'effort fourni lors de chaque séance d'entraînement ou de compétition.
Voici une description des principaux types de capteurs de puissance disponibles sur le marché et des conseils sur leur utilisation :
- Capteurs de pédalier : Ces capteurs sont fixés au niveau du pédalier du vélo et mesurent la force appliquée par le cycliste lorsqu'il pédale. Ils offrent une mesure directe de la puissance produite par le cycliste et sont souvent considérés comme précis et fiables. Les capteurs de pédalier sont généralement faciles à installer et à utiliser, ce qui en fait un choix populaire parmi les cyclistes de tous niveaux.
- Capteurs de moyeu de roue : Ces capteurs sont intégrés dans le moyeu de la roue arrière du vélo et mesurent la puissance en fonction de la force exercée sur la roue pendant la rotation. Bien que les capteurs de moyeu de roue puissent offrir des mesures précises de la puissance, ils nécessitent souvent un calibrage précis et peuvent être plus difficiles à installer que les capteurs de pédalier.
- Capteurs de manivelle : Ces capteurs sont fixés au niveau des manivelles du vélo et mesurent la puissance en fonction de la flexion de la manivelle pendant le pédalage. Ils offrent une mesure directe de la puissance produite par chaque jambe du cycliste et peuvent être particulièrement utiles pour détecter les déséquilibres de puissance entre les jambes. Cependant, ils peuvent être sensibles aux vibrations et aux chocs, ce qui peut affecter leur précision.
Lors de l'utilisation d'un capteur de puissance, il est important de suivre quelques conseils pour garantir des mesures précises et fiables :
- Calibrage régulier : Assurez-vous de calibrer votre capteur de puissance régulièrement pour garantir des mesures précises. Suivez les instructions du fabricant pour le calibrage et effectuez-le régulièrement et avant chaque compétition.
- Positionnement correct : Montez votre capteur de puissance conformément aux recommandations du fabricant pour garantir des mesures précises. Assurez-vous qu'il est correctement fixé et aligné pour éviter les erreurs de mesure.
- Vérification des piles/de la batterie : Assurez-vous que les piles de votre capteur de puissance sont suffisamment chargées avant chaque utilisation. Les piles faibles peuvent affecter la précision des mesures, il est donc important de les remplacer régulièrement.
Quels protocoles de test pour évaluer la Puissance Critique ?
Plusieurs protocoles de test ont été développés pour évaluer la puissance critique chez les cyclistes.
Parmi les plus courants figurent les tests de temps maximal de différentes durées, tels que les tests de 3, 7, 12 minutes, avec une récupération entre les efforts.
Ces tests permettent de recueillir des données sur la capacité du cycliste à maintenir des intensités élevées sur des périodes variables, fournissant ainsi des informations précieuses pour déterminer sa puissance critique.
Dans l’étude de Clark & Macdermid (2021), les cyclistes avaient passer 2 tests pour déterminer leur CP :
- 4-minute test : Le cycliste doit maintenir l'effort maximal pendant 4 minutes.
- 10-minute test : Le cycliste doit maintenir l'effort maximal pendant 10 minutes.
Les cyclistes avaient 20 minutes de récupération passives entre les 2 tests mais vous pouvez tout à fait faire ces 2 tests sur 2 jours différents avec 24h de récupération entre ceux-ci.
Gardez à l’esprit que vous reproduirez exactement le même protocole pour évaluer vos progrès.
Avant de vous engagez sur un test comme celui-ci, il faut que vous vous connaissiez bien car il est difficile de tenir ce type d’effort maximal. Un test de familiarisation peut être fait dans les semaines précédentes le test.
Une fois vos 2 ou 3 tests effectués, vous pouvez rentrer vos résultats sur le document suivant en l’ayant téléchargé avant de l’utiliser. Il vous permettra de définir votre PC et W’ et de vous donner une estimation du temps que vous pouvez tenir à une certaine puissance et inversement.
Quelles différences entre Puissance Critique et FTP ?
Puissance Critique (CP)
- Définition : La Puissance Critique (CP, en watt) définit la frontière entre les exercices d'intensité élevée et très élevée. Elle représente l'effort moyen maximal qu'un athlète peut maintenir sur une certaine durée sans atteindre l'épuisement.
- Physiologie associée : CP est étroitement liée à la capacité aérobie maximale de l'athlète, reflétant la capacité de maintenir un taux métabolique soutenu basé principalement sur l'utilisation d'oxygène pour produire de l'énergie. Elle correspond généralement à l'intensité à laquelle l'athlète atteint un équilibre entre la production et l'utilisation d'énergie aérobie.
- Métabolisme impliqué : À des intensités proches de CP, le métabolisme énergétique est principalement aérobie, avec une utilisation efficace de l'oxygène pour produire de l'ATP. Cependant, à mesure que l'intensité de l'exercice augmente au-dessus de CP, le recours aux voies anaérobies augmente, entraînant une accumulation de lactate et d'autres métabolites.
Puissance Fonctionnelle Seuil (FTP)
- Définition : La puissance fonctionnelle seuil (FTP) est définie comme la puissance maximale qu'un cycliste peut maintenir pendant une durée d'environ une heure dans des conditions optimales.
- Physiologie associée : FTP est souvent utilisée comme indicateur de la capacité aérobie de l'athlète sur des efforts de longue durée. Elle représente généralement la puissance maximale que l'athlète peut soutenir sans accumuler de lactate à un rythme supérieur au seuil aérobie.
- Métabolisme impliqué : FTP correspond à l'intensité à laquelle l'athlète peut maintenir un équilibre entre la production et l'élimination du lactate dans le sang, permettant un fonctionnement relativement stable des systèmes énergétiques aérobie et anaérobie.
En résumé, CP et FTP sont tous deux des paramètres importants de la performance en cyclisme, mais ils reflètent des aspects différents du fonctionnement métabolique et physiologique de l'athlète.
CP met l'accent sur la capacité à maintenir une intensité soutenue sur des périodes plus courtes, tandis que FTP met l'accent sur la capacité à maintenir une intensité élevée sur des périodes plus longues.
Différences clés entre CP et FTP
La principale différence entre la CP et la FTP réside dans la durée des efforts qu'elles évaluent. Alors que la CP se concentre sur la puissance maintenue pendant des durées variables, allant de quelques minutes à 20 minutes, la FTP se concentre spécifiquement sur la puissance maintenue pendant une heure.
L’étude de Karsten et al. (2021) visait à comparer puissance critique et FTP.
Les tests de CP comprenaient des efforts de 12, 7 et 3 minutes, avec 30 minutes de repos passif entre chaque effort. Les tests de FTP consistaient en un effort de 20 minutes.
Les résultats ont montré une corrélation significative entre CP et FTP, avec une probabilité de plus de 90 % que CP soit supérieur à FTP.
Les deux paramètres étaient fortement corrélés mais ne devraient pas être utilisés de manière interchangeable.
Il est important de noter que bien que la CP et la FTP soient des mesures différentes, elles sont souvent utilisées conjointement dans la planification de l'entraînement. Ensemble, elles offrent une vision complète des capacités physiologiques d'un cycliste et aident à personnaliser les zones d'entraînement et les stratégies de course.
Comment utiliser la Puissance Critique et W’ ?
Calibrer les entrainements à haute intensité
CP et W' peuvent être utilisées pour concevoir des séances d'entraînement par intervalles et prédire le nombre de répétitions possibles avant l'épuisement.
Le modèle W’bal est un modèle qui permet de prédire ces répétitions (Skiba et al., 2014).
Voici une explication de chaque terme :
- Wbal′ : C'est le W′ balance, ou le travail au-dessus de la puissance critique (CP) qui reste à un instant donné.
- W′ : C'est la capacité totale de travail au-dessus de la CP. Dans votre cas, c'est 25 kJ.
- Wexp′: C'est le travail dépensé au-dessus de la CP jusqu'à présent. Par exemple, si l'athlète a fait un effort intense au-dessus de la CP, cette valeur augmente.
- t : C'est le temps actuel.
- u : C'est le temps au début de la période de récupération.
- τW′ : C'est la constante de temps pour la reconstitution du W′. Elle représente la rapidité avec laquelle le W′ se reconstitue pendant la récupération. Cette valeur dépend de la différence entre la puissance de récupération et la CP.
Imaginons que l'athlète ait une CP de 300W avec W’ = 25kJ
Il a fait un intervalle à 400W pendant 2 minutes (120 secondes).
- Travail dépensé au-dessus de la CP :
W'exp =(400W−300W)×120s=100W×120s=12000J=12kJ
Ensuite, l'athlète récupère à 150W pendant 2 minutes (120 secondes).
Si nous supposons τW′ = 546 secondes :
- Reconstitution du W'
W'bal = W'exp * (1 - e-120/546 )
W'bal = 12 kJ * (1 - 0.8027)
W'bal = 2.37 kJ
L'athlète récupérerait environ 2.37 kJ pendant ces 2 minutes de récupération.
En d'autres termes, lorsque l'exercice est effectué au-dessus de CP, les réserves anaérobies diminuent et W'Bal également. En revanche, lorsque la puissance est inférieure à cette CP, les réserves anaérobies se reconstituent et W'Bal aussi.
Illustration de la réserve d’énergie de l’athlète qui baisse de 12kJ lorsqu’il pédale à 400W (au dessus de CP) et qui remonte de 2.37kJ lorsqu’il pédale à 150W (en dessous de CP).
Lorsque les réserves W'Bal sont épuisées, le sportif ne peut plus poursuivre son effort.
Calcul du temps d'épuisement à une puissance supérieure à la CP
Pour déterminer le temps pendant lequel l'athlète peut soutenir une puissance supérieure à sa CP avant d'épuiser complètement son W′, vous pouvez utiliser l'équation de base du modèle de puissance critique : P= W′ / Tlim + CP
Par exemple, si vous souhaitez que l'athlète travaille à 400W (100W au-dessus de la CP), vous pouvez calculer le temps limite (Tlim) jusqu'à l'épuisement de W′ : 400=25 000/Tlim+300
400-300 = 25000/Tlim
100 = 25000/Tlim
Tlim = 25000/100
Tlim = 250s
Suivre la progression
En effectuant régulièrement des tests de CP, vous pouvez suivre votre progression au fil du temps.
En observant comment votre CP évolue, vous pouvez évaluer l'efficacité de votre programme d'entraînement et apporter les ajustements nécessaires pour continuer à progresser.
Cela peut vous aider à rester motivé et à atteindre vos objectifs de performance.
Planifier les courses
La connaissance de votre CP peut également être précieuse lors de la planification des courses. En comprenant votre capacité à maintenir une certaine puissance pendant des durées spécifiques, vous pouvez élaborer des stratégies de course plus efficaces.
Par exemple, vous pouvez décider du moment optimal pour attaquer ou répondre aux attaques de vos concurrents en fonction de votre CP et de votre capacité à maintenir l'intensité nécessaire.
Les limites et les outils de la puissance critique
Bien que la puissance critique soit un outil précieux pour structurer l'entraînement et optimiser les performances, elle présente certaines limites.
L'un des principaux défis réside dans la variabilité individuelle.
La CP peut fluctuer en fonction de l'état de forme, de la fatigue accumulée, et des conditions environnementales telles que la température et l'altitude.
De plus, la méthode de test et la précision des capteurs de puissance peuvent influencer les résultats. Il est donc essentiel de répéter les tests régulièrement pour ajuster les zones de puissance en fonction de l'évolution de votre condition physique.
Les outils pour déterminer la CP se sont diversifiés avec l'avancée technologique. Des plateformes d'entraînement en ligne intègrent des calculs automatiques de la CP basés sur les données de performance.
Les capteurs de puissance modernes, comme ceux de Garmin, et Wahoo, fournissent des mesures précises et fiables, facilitant la collecte des données nécessaires pour estimer la CP.
Enfin, il est essentiel d'utiliser la CP en complément d'autres indicateurs de performance et de bien-être, tels que la fréquence cardiaque, la variabilité de la fréquence cardiaque, et les sensations subjectives de fatigue et d'effort.
Conclusion sur la puissance critique
La puissance critique (CP) et le travail au-dessus de la CP (W') sont des concepts essentiels pour comprendre et optimiser les performances en cyclisme. La CP représente l'effort maximal soutenu que l'athlète peut maintenir sans épuisement, tandis que le W' quantifie la réserve d'énergie disponible pour des efforts intenses au-dessus de la CP.
L'utilisation de capteurs de puissance permet de mesurer ces paramètres de manière précise, offrant des indicateurs précieux pour structurer l'entraînement et planifier les courses.
En comprenant et en appliquant ces concepts, les cyclistes peuvent améliorer leur capacité à maintenir des intensités élevées, gérer leur fatigue et optimiser leurs stratégies de course.
Cependant, il est important de considérer les variations individuelles et les facteurs externes, en intégrant la CP avec d'autres indicateurs de performance pour une approche d'entraînement holistique et efficace.
RÉFÉRENCES
Clark, B., & Macdermid, P. W. (2021). A comparative analysis of critical power models in elite road cyclists. Current Research In Physiology, 4, 139‑144.
Karsten, B., Petrigna, L., Klose, A., Bianco, A., Townsend, N., & Triska, C. (2021). Relationship Between the Critical Power Test and a 20-min Functional Threshold Power Test in Cycling. Frontiers In Physiology, 11.
Lipková, L., Kumstát, M., & Struhár, I. (2022). Determination of Critical Power Using Different Possible Approaches among Endurance Athletes : A Review. International Journal Of Environmental Research And Public Health/International Journal Of Environmental Research And Public Health, 19(13), 7589.
Skiba, P. F., Clarke, D., Vanhatalo, A., & Jones, A. M. (2014). Validation of a Novel Intermittent W′ Model for Cycling Using Field Data. International Journal Of Sports Physiology And Performance, 9(6), 900‑904.