Mieux connaître la biomécanique et le cycle du pédalage peut permettre au sportif, que nous sommes, 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 pourtant 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.

Il s'agit de faire tourner un pédalier qui entraîne une rotation de la roue par l'intermédiaire d'une chaîne. 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 :

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).

Depuis la fin des années 80 on a constaté une accélération de l'évolution du matériel. Au chapitre des révolutions on retrouve l'apparition des pédales automatiques qui ont permis de solidariser le pied à la pédale sans altérer la liberté du pied et de la cheville. Les avantages sont multiples :

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

Au chapitre des évolutions on trouve :

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 7,79m. Si le cycliste pédale à 80 tours/min, sa vitesse sera de 37 km/h. Le développement choisi est dit long ou grand, le cycliste 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 4,30m. Si le cycliste pédale à 80 tours/min, sa vitesse sera de 20,5 km/h. Le développement choisi est dit court ou petit, 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.

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 de pédalier. Sa puissance (en watt) dépend de la force et de la cadence de pédalage.

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

Elles correspondent à une extension active de la hanche associée à une extension active du genou. 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 ischios 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 (legs extension). Les études en électromyogramme embarqué mettent en évidence un ordre d'activation bien précis des différents groupes musculaires. Il faut noter le rôle particulier des ischios 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 poussé, le bassin doit être fixé par les stabilisateurs du bassin (abdominaux, carrés des lombes). 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.

C'est la plus rentable sur le plan biomécanique et la plus instinctive. La phase de poussée correspond à une extension de la cuisse (action du grand fessier) associé à une extension de la jambe (action du quadriceps) comme du pied (action du triceps sural). Durant la phase de poussé, le bassin doit être fixé par des stabilisateurs (action des abdominaux, carré des lombes).

Elle assure la transition entre la phase de poussée et la phase de traction. L'extension de la cuisse se poursuit (action du grand fessier), mais elle est associée à un début de flexion de la jambe (action des ischios jambiers) et une extension du pied (action du triceps sural). L'action des ischios et du triceps est prépondérante pour conserver l'énergie cinétique accumulée lors de la phase de descente de la pédale. Cette phase doit s'enchaîner de la façon la plus souple et coordonnée avec la phase qui la précède et celle qui la suit.

C'est la phase la moins instinctive du pédalage. Elle n'est possible que sur les vélos équipés de pédales automatiques qui ont permis de rentabiliser ce secteur, en solidarisant efficacement le pied et la pédale. La traction est réalisée par une flexion prononcée de la cuisse (action du psoas iliaque, du droit antérieur et du couturier et des muscles abdominaux). D'une flexion de genou essentiellement due aux ischios jambiers. 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 l'autre jambe est en phase de poussée. Elle joue donc un rôle d'épargne musculaire pour l'autre jambe. 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.

Elle permet de remettre la jambe en position de poussé. C'est la seule phase où interviennent les releveurs du pied.

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 domaine 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.

On note que la phase de poussée est très rentable sur le plan mécanique. C'est au niveau des phases de transition et de tirage que le " gaspillage " est le plus important. 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 performances significatifs. Le cycle de pédalage permet, pour chaque groupe musculaire, l'alternance de phase d'activité et de récupération. Plus le cycliste sera coordonné et relâché, plus il pourra bénéficier de ces phases de récupérations. Cette coordination très fine s'acquiert au fil des kilomètres, mais également par la visualisation du geste idéal, l'écoute des sensations, les exercices de coordination (pédalage d'un seul pied, pédalage à des cadences très élevées avec petit développement, avec un développement délibérément trop grand, alternance de pédalage assis et de pédalage en danseuse, etc.).

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

Quelle est la cadence la plus rentable : de court développement à vitesse lente ou de long développement à vitesse élevée ?

Sur les parcours plats, le rendement le plus important se situe entre 90 et 110 tours/min. La plupart des records de l'heure ont été établis à des cadences de pédalage supérieur à 100 tours/min. Pour des cadences plus basses, les durées de contractions sont prolongées, les phases de repos sont moins fréquentes, conduisant à une fatigue musculaire plus rapide. Pour des cadences plus élevées, les différentes étapes du cycle de pédalage se 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 entretient la cadence de pédalage. Par conséquent 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 70-80 tours/min. Il est sûr 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, surtout en montagne.