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Détails sur le calcul de puissance de Nibali à Piancavallo en 2017, par Frédéric Portoleau
2020-10-21, 12:23 - Frédéric Portoleau
Retour sur la 19ème étape du Giro 2017 qui s'était achevée avec la montée de Piancavallo. Vicenzo Nibali avait publié ses courbes de puissance sur Strava pour cette étape du 26 mai 2017.
Le modèle de calcul de puissance d'un cycliste de James Martin est utilisé à vitesse constante (ref 1). Une correction est ajoutée pour tenir compte du drafting.
Le tableau suivant décrit les paramètres de la modélisation:
La distance mesurée sur la carte fournit la distance horizontale. Une petite correction en fonction de la pente doit être appliquée pour obtenir la distance réellement parcourue, soit 3,47 km. La vitesse moyenne est alors de 17,69 km/h, soit 4,913 m/s. La pente moyenne est de 10%.
La position sur le vélo, l'équipement, l'emplacement dans le peloton, le nombre de rangée de coureurs, la distance entre les coureurs, la taille du coureur juste devant, ou le vent peuvent influencer de manière significative les économies de traînée aérodynamique réelles d'un coureur roulant en groupe (ref 2 et 3). La présence des motos devant ou à côté des coureurs est aussi un paramètre à ne pas négliger (ref 5).
Dans le meilleur des cas, celui d'un coureur en position optimale, la réduction du Scx approcherait les 50% en cyclisme sur piste pour une poursuite à 4 coureurs. Pour un contre-la-montre par équipe de 9 coureurs sur route, la réduction de Scx pourrait atteindre 60% pour les coureurs en position 5 à 8, bien alignés et avec un espacement de 0,05m (ref 6). Au coeur d'un peloton idéal de forme constante et optimale de 121 coureurs bien en ligne, la réduction de Scx pourrait être de 90% pour certains emplacements (ref 3). Le vent latéral a tendance à réduire l'effet du drafting. Par exemple avec un vent latéral de 5°, la réduction de Scx passerait de 41% à 30% d'après une étude (ref 7) sur un coureur abrité à 20cm en position haute, les mains sur le guidon.
La distance latérale, sur une seule ligne, entre coureurs joue aussi un rôle. En peloton réel, les espaces entre coureurs ainsi que la largeur des routes varient. Il y a également des virages et des variations de vitesse. C'est pourquoi la réduction de Scx est inférieure aux cas théoriques évoqués ci dessus. En montée de col, la puissance pour vaincre la pesanteur est prédominante.
Le point important est de réaliser des estimations de puissance quand la pente est forte (plus de 7 %), le vent faible, à vitesse réduite (moins de 25km/h), c'est-à-dire quand les forces aérodynamiques n'ont pas trop d'influences. La détermination du drafting réel est impossible avec précision. J'ai fait le choix, en attendant de nouvelles études, d'appliquer une réduction de 30% si un peloton contient plusieurs lignes et de 25% s'il y a une seule ligne de coureurs.
Le vent est supposé être nul (voir article précédent). Le Scx n'est pas corrigé vis à vis du drafting car la vitesse est de seulement 17,69 km/h.
Puissance pour vaincre la pesanteur : Ppes=(63+8)*9,81*4,913*0,1 = 342 watts
Puissance pour vaincre les frottements de l'air : Pair=1/2*1,159*0,35*(4,913)3 = 24 watts
Puissance pour vaincre les frottements de roulement : Pr=(63+8)*9,81*4,913*0,004 = 13,7 watts
Frédéric Portoleau
https://www.researchgate.net/publication/279937184_Validation_of_a_Mathematical_Model_for_Road_Cycling_Power
[2] The impact of relative athlete characteristics on the drag reductions caused by drafting when cycling in a velodrome.
https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/1754337117692280
[3] Aerodynamic drag in cycling pelotons: New insights by CFD simulation and wind tunnel testing.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610518303751
[4] CFD simulations of the aerodynamic drag of two drafting cyclists.
http://www.urbanphysics.net/2013_CAF_BB_TD_EK_JC_PH__Preprint.pdf
[5] Aerodynamic benefit for a cyclist by a following motorcycle
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610516302306
[6] Aerodynamic drag in cycling team time trials
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610518306755
[7] Drafting Effect in Cycling: Investigation by Wind Tunnel Tests
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705816306336
Le modèle de calcul de puissance d'un cycliste de James Martin est utilisé à vitesse constante (ref 1). Une correction est ajoutée pour tenir compte du drafting.
Le tableau suivant décrit les paramètres de la modélisation:
La distance mesurée sur la carte fournit la distance horizontale. Une petite correction en fonction de la pente doit être appliquée pour obtenir la distance réellement parcourue, soit 3,47 km. La vitesse moyenne est alors de 17,69 km/h, soit 4,913 m/s. La pente moyenne est de 10%.
Drafting
Il y a peu d'études disponibles sur l'effet de drafting à faible vitesse, à moins de 25 km/h. L'essentiel des publications concernent des études où les vitesses sont supérieures à 40 km/h comme la poursuite par équipe sur vélodrome couvert.La position sur le vélo, l'équipement, l'emplacement dans le peloton, le nombre de rangée de coureurs, la distance entre les coureurs, la taille du coureur juste devant, ou le vent peuvent influencer de manière significative les économies de traînée aérodynamique réelles d'un coureur roulant en groupe (ref 2 et 3). La présence des motos devant ou à côté des coureurs est aussi un paramètre à ne pas négliger (ref 5).
Dans le meilleur des cas, celui d'un coureur en position optimale, la réduction du Scx approcherait les 50% en cyclisme sur piste pour une poursuite à 4 coureurs. Pour un contre-la-montre par équipe de 9 coureurs sur route, la réduction de Scx pourrait atteindre 60% pour les coureurs en position 5 à 8, bien alignés et avec un espacement de 0,05m (ref 6). Au coeur d'un peloton idéal de forme constante et optimale de 121 coureurs bien en ligne, la réduction de Scx pourrait être de 90% pour certains emplacements (ref 3). Le vent latéral a tendance à réduire l'effet du drafting. Par exemple avec un vent latéral de 5°, la réduction de Scx passerait de 41% à 30% d'après une étude (ref 7) sur un coureur abrité à 20cm en position haute, les mains sur le guidon.
La distance latérale, sur une seule ligne, entre coureurs joue aussi un rôle. En peloton réel, les espaces entre coureurs ainsi que la largeur des routes varient. Il y a également des virages et des variations de vitesse. C'est pourquoi la réduction de Scx est inférieure aux cas théoriques évoqués ci dessus. En montée de col, la puissance pour vaincre la pesanteur est prédominante.
Le point important est de réaliser des estimations de puissance quand la pente est forte (plus de 7 %), le vent faible, à vitesse réduite (moins de 25km/h), c'est-à-dire quand les forces aérodynamiques n'ont pas trop d'influences. La détermination du drafting réel est impossible avec précision. J'ai fait le choix, en attendant de nouvelles études, d'appliquer une réduction de 30% si un peloton contient plusieurs lignes et de 25% s'il y a une seule ligne de coureurs.
Estimation de la puissance réelle développée par Nibali :
Le vent est supposé être nul (voir article précédent). Le Scx n'est pas corrigé vis à vis du drafting car la vitesse est de seulement 17,69 km/h.
Puissance pour vaincre la pesanteur : Ppes=(63+8)*9,81*4,913*0,1 = 342 watts
Puissance pour vaincre les frottements de l'air : Pair=1/2*1,159*0,35*(4,913)3 = 24 watts
Puissance pour vaincre les frottements de roulement : Pr=(63+8)*9,81*4,913*0,004 = 13,7 watts
Puissance totale = (342 + 24 + 15) / 0,975 = 390 watts soit 6,2 w/kg
Incertitudes de l'estimation de la puissance absolue : 3,5% = 14 watts.
L'incertitude est calculée avec la méthode décrite dans l'article dédié.
Les incertitudes de chaque paramètres sont les suivantes :
Frédéric Portoleau
Références
[1] Validation of a Mathematical Model for Road Cycling Powerhttps://www.researchgate.net/publication/279937184_Validation_of_a_Mathematical_Model_for_Road_Cycling_Power
[2] The impact of relative athlete characteristics on the drag reductions caused by drafting when cycling in a velodrome.
https://journals.sagepub.com/doi/full/10.1177/1754337117692280
[3] Aerodynamic drag in cycling pelotons: New insights by CFD simulation and wind tunnel testing.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610518303751
[4] CFD simulations of the aerodynamic drag of two drafting cyclists.
http://www.urbanphysics.net/2013_CAF_BB_TD_EK_JC_PH__Preprint.pdf
[5] Aerodynamic benefit for a cyclist by a following motorcycle
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610516302306
[6] Aerodynamic drag in cycling team time trials
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610518306755
[7] Drafting Effect in Cycling: Investigation by Wind Tunnel Tests
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877705816306336