Comment estimer sa Vo2max?

Si la pertinence de la valeur de VO2max fait débat (pour certains c’est un reflet du niveau sportif, pour d’autres c’est un indicateur parmi d’autres), c’est en tout cas quelque chose que j’ai toujours cherché à estimer depuis que je me suis remis au vélo il y a quelques années. C’est même pas loin de l’obsession pour moi, comme si connaître cette valeur pouvait influer (en positif comme en négatif) sur ma motivation à persévérer dans ce sport.

La meilleure façon de connaître sa Vo2max est évidemment de faire un test en labo avec mesures des échanges gazeux (masque respiratoire). Mais il existe tout sortes de mesures indirectes.

Formules basées sur la PMA

Ce sont les formules les plus courantes. Avant toute chose, il faut connaitre sa PMA (puissance maximale sur 5 minutes, CP5).

Evidemment le mieux pour cela est d’avoir accès à un capteur de puissance, et soit de se tester à fond sur une bosse pendant 5 minutes, soit de faire un test triangulaire sur home trainer ( par exemple départ à 100 watts, incrémentation de la puissance de 30 watts toutes les 3 minutes jusqu’à craquer).

L’autre solution est d’estimer sa PMA via Strava, mais on rajoute une couche d’imprécision. Et surtout, contrairement à ce que je pensais, il n’est pas aisé d’estimer sa PMA sur Strava.

En effet, il faut déjà rajouter environ 5% à la puissance calculée par Strava (voir ici). Mais en plus de cela, se lancer dans un test PMA sans capteur est hasardeux, à moins de très bien se connaître: on a tendance à partir trop fort et à effondrer sur le final (ou plus rare, l’inverse). Et les variations de pentes faussent les sensations: on a tendance à se relâcher dans les replats et à se mettre dans le rouge sur les portions difficiles.

Ainsi, avant d’avoir un capteur de puissance j’estimais ma PMA à 285/315 watts au maximum, alors qu’elle est en réalité d’environ 340 watts.

Revenons donc à la première formule, la plus connue:

VO2Max= [0.01141 * PMA + 0.435] 

Le résultat (exprimé en l/minutes) reflète la cylindrée ‘absolue’ du sportif. Pour pouvoir comparer des sportifs de gabarits différents, on va diviser le résultat par le poids  pour obtenir la VO2max relative ( et multiplier par 1000 pour retomber sur des ml/min/kg, unité de la Vo2max relative).

Un petit exemple pour ma PMA de 340 watts et mon poids de 58 kg: VO2max absolue = 4.31 l/min, VO2max relative= 74.38 ml/min/kg

Chiffre flatteur mais l’on va voir plus loin comment ce chiffre peut être influencé par le rendement du corps humain.

Voici quelques autres formules que j’ai trouvé. En les développants, on constate souvent que l’on retombe plus ou moins sur la formule précédente, les constantes d’ajustement expliquant les différences. On notera que ces formules donnent directement la VO2max relative.

VO2MAX = [ 11.55 * PMA +260 ] /poids

VO2MAX = 12 * (rapport poids puissance à la PMA) + 3.3

VO2MAX = 1.8 * (PMA * 6.12 / poids) + 3.5

Toujours avec mes chiffres, la première me donne 72.2, la deuxième 73.6 et la troisième 68.1. Voila déjà de quoi relativiser (plus de 6 points de différences entre les deux extrêmes).

Formules basées sur le rythme cardiaque

C’est quelque chose que j’ai découvert récemment, qui est assez étonnant et qui vient balayer les affirmations du genre ‘le rythme cardiaque (maxi, repos)  ne veut rien dire’. La formule est la suivante:

VO2max = 15.3 * fcmax / fcrepos

Après tout ce n’est pas étonnant que les sujets disposant de la plus grande amplitude cardiaque fassent de meilleurs sportifs. Dans mon cas (fc repos=40, fc maxi=194) cela donne une VO2max de 74.2, chiffre étonnamment voisin des résultats précédents!

Cette formule provient d’une étude réalisée sur 46 sujets entraînés: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14624296 . Je tuerais pour avoir une étude à plus grande échelle, en attendant je tente de vérifier avec des données trouvées ici où là sur des forums, et je retombe souvent juste. Ça me laisse bouche bée d’avoir de si bonnes estimations avec une formule aussi simple!

A noter qu’il existe une autre méthode d’estimation, basée sur les variations de durée entre deux battements cardiaques ( RR-intervals), méthode qui est probablement utilisée par Polar dans ses cardios possédant la fonction ‘own index’ (un indicateur chiffré similaire à la VO2max). Voir par exemple ici: http://www.firstbeat.com/userData/firstbeat/download/white_paper_vo2_estimation.pdf

Mon prochain joujou sera sans doute un cardio permettant de mesurer ces fameux intervalles, car pas mal de chose en découlent (analyse de la fatigue par exemple).

Approche ‘scientifique’

C’est la méthode utilisée chaque été dès la fin du tour de France par certains entraîneurs / analystes /journalistes pour affirmer que untel ou untel est dopé.

Elle se base sur des constantes propres au corps humain, puis le tout est saupoudré d’un zeste de conversion d’unité physique / mécanique. On trouve un exemple d’analyse ici même: http://quentin-leplat.org/2010/07/31/commentdetecterunepuissanceextraphysiologique/

J’ai mis pas mal de temps à comprendre la première étape du calcul, aussi je vais tenter de bien détailler le cheminement qui conduit à estimer une Vo2max à partir d’une puissance.

Il  convient tout d’abord de préciser certains points et de faire quelques rappels de physique.

Tout d’abord le rendement du corps humain: celui ci se situe entre 21 et 25%. C’est à dire que pour fournir 100 watts aux pédales, le corps doit générer 4 fois plus de puissance, soit environ 400 watts!! Le reste est dissipée sous forme de chaleur.

Ensuite, la consommation de 1 litre d’oxygène nécessite 21 kilojoules (kJ). Une calorie vaut 4.18 joules.

Enfin on gardera en mémoire que 1 kilowatts-heure (kWh) vaut 3600 kilojoules, le kWh correspondant à l’énergie générée lors de la production de 1000 watts pendant une heure.

Ainsi par exemple si l’on effectue une sortie de 1h30 à 150 Watts, on aura produit une énergie totale de 1.5*150=225 watts heure, ou encore 0.225*3600=810 kJ.

J’en profite pour faire un petit aparté sur ce point. 810 kJ généré nécessite, à cause du faible rendement du corps humain, 4 fois plus d’énergie (comme vu précédemment). Pour cette sortie de 1h30 à 150 watts, le corps devra donc générer environ 3240 kJ. Pour connaître le nombre de calories consommées, on divise par 4.18, ce qui donne environ 775 kcal, une chiffre pas très loin des 810 kJ de départ.

C’est par ce heureux hasard (multiplication par 4 pour le rendement et division par 4.18 pour la conversion en calorie), que l’on peut dire que 1kJ produit nécessite environ 1kCal. Certains cardios ou logiciel font donc directement cette approximation pour déterminer le nombre de kCal dépensé lors d’une séance de sport.

On notera parfois Calorie ou lieu de kCal. Ce n’est pas scientifique, mais le terme Calorie avec une majuscule vaut 1000 calories.

Mais revenons à notre calcul de Vo2max…

Je vais reprendre les valeurs de l’article de Quentin Leplat: un coureur de 70 kg génère 400 watts pendant 5 minutes.

Il faut ramener la puissance sur ces 5 minutes ( 300 secondes) en énergie sur une heure (3600 secondes). Une simple règle de trois donne: 400 * 300 / 3600 soit 33.3 Wh. Un Wh valant 3600 J, cela nous donne une énergie de 120 kJ.

Pour trouver ce qu’a réellement produit le corps en énergie, il faut tenir compte du rendement de ce dernier. Le rendement d’un système (électrique, mécanique, chimique…) est le rapport entre l’énergie disponible sur l’énergie générée. On va prendre le cas où ce rapport est de 22%.

Cela signifie que le rapport entre puissance utile (celle appliquée sur les pédales) et puissance générée (celle qui inclus les pertes calorifiques) vaut 0.22. La puissance générée vaut donc la puissance utile divisé par 0.22.

Cela nous donne donc une dépense énergétique totale de 120/0.22 = 545 kJ.

On a vu plus haut qu’un litre d’oxygène consommé nécessite 21 kJ, cela nous donne donc 545/21=26 litres consommés par ce coureur en 5 minutes. Soit 5.2 l/minute, qui est la VO2max absolue du coureur.

Il ne reste plus qu’à diviser par le poids du coureur pour obtenir la VO2max relative: 5.2/70=74.28 ml/min/kg.

 

A priori c’est implacable pour trouver la VO2max d’un coureur, et prouver que certaines puissances nécessiteraient des VO2max impossibles à atteindre en théorie. J’y mettrais quand même quelques bémols: le rendement du corps humain est approximatif, et rien ne dit que certains grands champions ne pourraient avoir des rendements exceptionnels, au delà de la fourchette 21-25%.

Ensuite, il y a ce chiffre de 21 kilojoules par litre consommé. Je n’y connais rien en biomécanique, mais un rapide coup d’oeil sur google indique ‘environ 21’ , ce qui pourrait changer pas mal de choses.

Si je reprend ce calcul avec mes valeurs, la seule variation du rendement de 21 à 25% me donne une VO2max comprise entre 66.7 et 79.4! On voit donc comme je le soulignais plus haut l’importance du rendement du corps humain dans l’estimation d’une VO2max.

Vu comme j’ai toujours été mauvais en sport, et que je galère régulièrement dans de simples courses pass cyclisme, je doute quand même d’avoir une VO2max au delà des 70. Même le seuil bas estimé à 66 me parait élevé vu mon niveau. J’en déduis que j’ai sans doute une VO2max plus basse, mais avec un excellent rendement, mais ça seul un véritable test en labo pourra me le dire!

Ou bien les pelotons pass / Ufolep / FSGT sont remplis de gars avec des VO2max de 70!!