Cet article a été initialement publié dans La Conversation.
John Eric Goff est professeur de physique à l'université de Lynchburg.
Imaginez que vous commenciez à pédaler dès le départ de l'étape 17 du Tour de France de cette année. Tout d'abord, vous feriez du vélo sur environ 70 miles (112 km) avec une augmentation progressive de l'altitude d'environ 1 300 pieds (400 m). Mais vous n'avez pas encore atteint la partie la plus amusante : les montagnes des Hautes-Pyrénées. Au cours des 40 miles (64 km) suivants, vous devrez gravir trois sommets montagneux avec une augmentation nette d'un mile (1,6 km) en altitude. Le jour le plus en forme de ma vie, je ne serais peut-être même pas en mesure de terminer l'étape 17, et encore moins de le faire dans un délai proche des cinq heures environ que le vainqueur prendra pour terminer le trajet. Et l'étape 17 n'est qu'une des 21 étapes qui doivent être complétées au cours des 23 jours de la tournée.
Je suis physicien du sport et j'ai modélisé le Tour de France pendant près de deux décennies en utilisant des données de terrain - comme ce que j'ai décrit pour l'étape 17 - et les lois de la physique. Mais je ne peux toujours pas imaginer les capacités physiques nécessaires pour terminer la course de vélo la plus célèbre du monde. Seuls quelques humains d'élite sont capables de terminer une étape du Tour de France en un temps mesuré en heures au lieu de jours. La raison pour laquelle ils sont capables de faire ce dont nous ne pouvons que rêver, c'est que ces athlètes peuvent produire d'énormes quantités de puissance. La puissance est la vitesse à laquelle les cyclistes brûlent de l'énergie et l'énergie qu'ils brûlent provient de la nourriture qu'ils mangent. Et sur le parcours du Tour de France, le cycliste vainqueur brûlera l'équivalent d'environ 210 Big Mac.
Pour faire bouger un vélo, un coureur du Tour de France transfère l'énergie de ses muscles, à travers le vélo et aux roues qui repoussent au sol. Plus un cycliste peut produire de l'énergie rapidement, plus la puissance est grande. Ce taux de transfert d'énergie est souvent mesuré en watts. Les cyclistes du Tour de France sont capables de générer d'énormes quantités d'énergie pendant des périodes de temps incroyablement longues par rapport à la plupart des gens.
Pendant environ 20 minutes, un cycliste récréatif en forme peut constamment produire 250 watts à 300 watts. Les cyclistes du Tour de France peuvent produire plus de 400 watts pendant la même période. Ces pros sont même capables d'atteindre 1 000 watts pendant de courtes périodes de temps dans une montée raide, soit à peu près assez de puissance pour faire fonctionner un four à micro-ondes.
Mais toute l'énergie qu'un cycliste du Tour de France met dans son vélo n'est pas transformée en mouvement vers l'avant. Les cyclistes luttent contre la résistance de l'air et les pertes par frottement entre leurs roues et la route. Ils reçoivent de l'aide de la gravité dans les descentes, mais ils doivent lutter contre la gravité en montant.
J'intègre toute la physique associée à la puissance de sortie du cycliste ainsi que les effets de la gravité, de la résistance de l'air et de la friction dans mon modèle. En utilisant tout cela, j'estime qu'un vainqueur typique du Tour de France doit produire en moyenne environ 325 watts sur les quelque 80 heures de course. Rappelez-vous que la plupart des cyclistes amateurs seraient heureux s'ils pouvaient produire 300 watts pendant seulement 20 minutes.
Alors, d'où ces cyclistes tirent-ils toute cette énergie ? Nourriture, bien sûr.
Mais vos muscles, comme n'importe quelle machine, ne peuvent pas convertir 100 % de l'énergie alimentaire directement en énergie. Les muscles peuvent être efficaces entre 2 % lorsqu'ils sont utilisés pour des activités comme la natation et 40 % efficaces pour le cœur. Dans mon modèle, j'utilise une efficacité moyenne de 20 %. Connaissant cette efficacité ainsi que la production d'énergie nécessaire pour gagner le Tour de France, je peux alors estimer la quantité de nourriture dont le cycliste vainqueur a besoin.
Les meilleurs cyclistes du Tour de France qui terminent les 21 étapes brûlent environ 120 000 calories pendant la course, soit une moyenne de près de 6 000 calories par étape. Sur certaines des étapes de montagne les plus difficiles, comme l'étape 17 de cette année, les coureurs brûleront près de 8 000 calories. Pour compenser ces énormes pertes d'énergie, les cyclistes mangent de délicieuses friandises telles que des roulés à la confiture, des barres énergétiques et des "gelées" alléchantes afin de ne pas gaspiller d'énergie à mâcher.
Le vainqueur de l'année dernière, Tadej Pogačar, ne pèse que 146 livres. Les cyclistes du Tour de France n'ont pas beaucoup de graisse à brûler pour obtenir de l'énergie. Ils doivent continuer à mettre de l'énergie alimentaire dans leur corps afin qu'ils puissent produire de l'énergie à ce qui semble être un taux surhumain. Alors cette année, en regardant une étape du Tour de France, notez combien de fois les cyclistes mangent, vous connaissez maintenant la raison de tout ce grignotage.
