Bases physiques du cyclisme

Tu pédales et le vélo se met à rouler. En montée, c’est plus fatigant, tandis que dans le sillage du vent, c’est plus facile. Dans cet article, les bases physiques du cyclisme te sont expliquées et des lois claires et intuitives te sont présentées.

Lorsque l’on parle de physique, il est souvent question de forces. Le cyclisme se résume lui aussi à deux forces opposées. La force motrice, qui résulte de la force musculaire pure avec laquelle nous pédalons, et la force opposée, qui se compose de différentes résistances (voir graphique) qui agissent sur le cycliste. Ces résistances seront examinées plus en détail par la suite et leur influence sur le système sera discutée.

Résistance au roulement

La résistance au roulement dépend du poids du système et de ce que l’on appelle le coefficient de résistance au roulement. Le poids du système désigne la masse de l’ensemble du système qui est déplacé, c’est-à-dire le vélo et le cycliste, y compris l’équipement complet. Le coefficient de résistance au roulement décrit la nature du sol ainsi que les propriétés de roulement du pneu.

D’un point de vue physique, la résistance au roulement peut être décrite comme suit :

F_roll = m*g*Cr*cos(alpha)

Résistance à la pente

En montant une pente, il faut surmonter la résistance de la pente. La résistance à la pente correspond à la force de poussée qui dépend de la pente et du poids du système. Cela signifie donc que plus la pente est raide ou plus le poids du système est élevé, plus la force de propulsion en pente est importante. 

Physiquement, la résistance à la pente peut être décrite comme suit:

F_slope = m*g*sin(alpha)

Résistance à l’air

La résistance de l’air est un peu plus complexe que les résistances précédentes, car elle dépend de plusieurs facteurs différents. Ce qui est remarquable, c’est la dépendance quadratique entre la vitesse d’avancement et la vitesse du vent. Cela signifie qu’un doublement de la vitesse de déplacement entraîne une résistance quatre fois plus élevée.

Physiquement, la résistance de l’air peut être décrite comme suit :

F_air = 0.5 * p * Cd * A * v²

De la résistance à la performance

La puissance peut maintenant être calculée à partir des résistances mentionnées. Pour ce faire, les différentes résistances sont multipliées par la vitesse et la somme des produits obtenus donne la puissance totale :

P_tot = Fair * v + Fslope * v + F_roll * v

Jusqu’à présent, les pertes par frottement dans la propulsion n’ont pas été prises en compte. L’efficacité de la propulsion peut être prise en compte dans la formule. Si l’on part d’un rendement de 97,7%, le calcul de la puissance se présente comme suit :

P_tot = (Fair * v + Fslope * v + F_roll * v) / 97.7%