Energie en cyclisme
Energie mécanique fournie [kJ] ~ Energie métabolique dépensée [Cal]
Définitions
- P[W]: puissance, exprimée en Watt.
- E[J]: énergie, exprimée en Joule. Energie = Puissance x temps.
- calorie[cal]: unité d'énergie. 1 cal = 4,1855 Joule.
- Calorie[Cal]: grande calorie. 1 Cal = 1 000 cal = 4 185,5 J.
- 1/η[%]: rendement = puissance fournie / puissance consommée, sans unité.
Application
Les calculs à titre d'exemple sont fait avec les données suivantes:
- cycliste: homme, 30 ans, 1m80, 65 kg
- vélo + compteur + bidons pleins: 10 kg
- Equipement (casque...) + vêtements + nourriture: 5 kg
- Masse totale: 80 kg
Puissance mécanique fournie
La "puissance mécanique fournie" est la puissance exercée par le cycliste sur les pédales.C'est une valeur instantanée, exprimée en Watt. Elle peut être:
- mesurée par des capteurs intégrés au pédales ou au pédalier
- estimée par un home trainer ou autre machine diabolique
- calculée par un modèle physique, voir l'article Puissance en cyclisme
Exemples
Puissance mécanique nécessaire:
- route plate, sans vent, vitesse = 30 km/h -> puissance = 125 W
- route à 10%, sans vent, vitesse = 10 km/h -> puissance = 237 W
- route plate, sans vent, sprint à 60 km/h -> puissance = 865 W
Energie mécanique fournie
L'énergie est la puissance multiplié par le temps. Donc E[Joule] = P[Watt] x T[seconde].
Exemples
Energie mécanique fournie:
- route plate, sans vent, vitesse = 30 km/h, 125 W pendant 1 heure -> énergie = 448 kJ
- route à 10%, sans vent, vitesse = 10 km/h, 237 W pendant 20 minutes -> énergie = 284 kJ
- route plate, sans vent, sprint à 60 km/h, 865 W pendant 30 secondes -> énergie = 26 kJ
Energie métabolique dépensée
Pour fournir de l'énergie mécanique le cycliste dépense beaucoup d'énergie métabolique. Le ratio entre l'énergie mécanique fournie et l'énergie métabolique dépensée est le rendement du coprs humain. Celui-ci est faible, de l'ordre de 20 à 25%, l'essentiel de l'énergie dépensée est dissipée sous forme de chaleur. Pour fournir une énergie mécanique de 1 000 Joules, le cycliste va dépenser de 4 à 5 000 joules qui devront être consommés, via l'alimentation, pour maintenir l'équilibre métabolique. Le rendement énergétique humain est estimé comme suit:
- rendement de la conversion des nutriements en ATP: 60%
- rendement de la conversion de l'ATP en énergie mécanique: 40%
- rendement global: 60% x 40% = 24% = η
Ce rendement énergétique varie peu d'un individu à un autre et peu avec l'entrainement (quelques %). Par contre ce rendement augmente avec la puissance fournie.
| Puissance mécanique fournie [W] | Rendement énergétique [%] |
|---|---|
| 100 | 15 |
| 200 | 20 |
| 300 | 21 |
| 400 | 22 |
Calorie
L'énergie métabolique dépensée peut aussi être exprimée en grande calorie Cal avec la relation: 1 Cal = 4 185,5 J. On remarque que 1 Joule = 1/4,1855 = 0,239 cal soit 24% d'une calorie, c'est à dire à peu près le rendement énrgétique du corps humain. Energie mécaniqe fournie[kJ] = Energie métabolique dépensée[kJ] x η. Energie mécaniqe fournie[kJ] = Energie métabolique dépensée[Cal] / 4,1855 x η. Energie mécaniqe fournie[kJ] ~ Energie métabolique dépensée[Cal].