La biomécanique du cyclisme repose sur une activation musculaire efficace et une stabilisation du tronc. La thermographie infrarouge (TRI) offre une surveillance non invasive de la fatigue musculaire. Ce protocole établit une méthodologie standardisée pour intégrer la TI dans l’analyse biomécanique, visant à optimiser les performances et à prévenir les blessures chez les cyclistes amateurs grâce à une surveillance physiologique précise.
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Article de méthode
Protocole standardisé pour la surveillance de la fatigue musculaire et de la biomécanique chez les cyclistes amateurs utilisant la thermographie infrarouge
Dans cet article
Résumé
Résumé
L’utilisation des vélos d’appartement a considérablement augmenté, rendant l’activité physique plus accessible à la population générale. Cependant, l’absence de surveillance précise et non invasive pendant les séances d’entraînement peut masquer des déséquilibres musculaires et des schémas biomécaniques inefficaces. Ces facteurs, subcliniques à leurs premiers stades, peuvent entraîner une forte incidence de lésions musculosquelettiques. Actuellement, l’évaluation de l’exercice repose sur la perception subjective de l’effort ou sur des indicateurs de performance conventionnels, créant un écart critique dans la détection précoce des problèmes physiologiques avant qu’ils n’évoluent vers des maladies chroniques. Compte tenu du rôle crucial de l’exercice dans la santé publique, il est impératif de mettre en œuvre des stratégies d’évaluation durables applicables à différents niveaux de forme physique. Dans ce contexte, la thermographie infrarouge (TRI) s’impose comme une alternative prometteuse grâce à sa capacité à quantifier la température de surface de la peau, un indicateur direct de l’activité métabolique, de la thermorégulation et du flux sanguin. Ce projet établit un protocole méthodologique standardisé utilisant la TI pour surveiller la réponse physiologique lors des séances de vélo dans une population non sportive. L’application de ce protocole a révélé que la TIR standardisée peut détecter efficacement les asymétries thermiques subcliniques et les « points chauds » localisés dans les articulations (par exemple, le genou à 32,8 °C) qui seraient autrement indétectables par perception subjective de l’effort (échelle de Borg) ou la surveillance de la cadence par pédalage. En contrôlant systématiquement les variables environnementales et liées au sujet, cette recherche analyse la distribution de la température de surface dans le bas du corps afin d’évaluer la biomécanique et la fatigue musculaire. Plus précisément, le protocole facilite la corrélation entre les schémas thermiques, les niveaux de fatigue et la cadence de pédalage. Cette approche soutient non seulement l’innovation technologique en médecine préventive et en santé publique, mais pose également les bases d’un outil de détection précoce capable de réduire les risques de blessures et d’optimiser le bien-être de la population engagée dans cette activité.
Introduction
La biomécanique du cyclisme est une discipline aux multiples facettes qui intègre les principes du mouvement humain, de la physiologie musculaire et du transfert d’énergie pour optimiser la performance et prévenir les blessures. Au fond, le cyclisme implique une alternance cyclique entre la phase de puissance — où les quadriceps, les muscles fessiers et le gastrocnémium produisent la majeure partie de la force propulsive — et la phase de récupération, durant laquelle les ischio-jambiers et les fléchisseurs de la hanche facilitent le retour de la jambe à sa position initiale. Le transfert efficace d’énergie vers les pédales n’est pas seulement une fonction de l’activation des muscles des membres inférieurs, mais dépend également de manière cruciale de la stabilisation du tronc, ce qui garantit une efficacité biomécanique et minimise les mouvements compensatoires susceptibles de prédisposer le cycliste à uneblessure 1,2,3.
Actuellement, les chercheurs se concentrent sur l’évaluation des schémas d’activation musculaire, de la fatigue et des réponses thermorégulatrices lors du cycle 3,4,5. Cet intérêt s’explique par la reconnaissance que la fatigue musculaire est un phénomène complexe, qui nuit aux performances et augmente le risque de blessure, et que sa détection précoce et sa gestion sont essentielles aussi bien pour les cyclistes d’élite que pour les cyclistesrécréatifs 2,6. Parmi la gamme d’outils d’évaluation disponibles, la thermographie infrarouge (TRI) s’est établie comme une technique prometteuse et non invasive pour surveiller l’activité musculaire et la fatigue5. L’IRT permet de visualiser les variations de température cutanée, qui peuvent refléter l’activation musculaire sous-jacente et les processus thermorégulateurs pendant l’exercice ayant un effet direct sur le métabolisme desathlètes 5,7.
Malgré son potentiel, l’application de la TI dans la recherche et la pratique de la biomécanique du cyclisme rencontre plusieurs défis méthodologiques. Bien que certaines procédures opérationnelles standard (SOP) aient été proposées dans des contextes sportifs et cliniquesgénéraux 8,9, il est reconnu qu’il est nécessaire d’affiner davantage les protocoles existants pour répondre aux exigences physiologiques et convectives uniques du cyclismeamateur 7,10. La variabilité des conditions environnementales, les incohérences dans la préparation des sujets et le manque de consensus concernant la sélection des régions anatomiques d’intérêt ont limité la reproductibilité et la comparabilité des résultats entreles études 1, 5, 7, 9. Ces limitations soulignent la nécessité de cadres méthodologiques rigoureux pour exploiter tout le potentiel de la TI dans le contexte ducyclisme 7, 10, 11, 12.
La littérature révèle que les principaux axes thématiques dans ce domaine incluent la physiologie de l’exercice, la TI, la surveillance de la température cutanée, la performance à l’exercice et lathermorégulation 2,5,7. Des études ont démontré des corrélations significatives entre la température cutanée et les paramètres d’activation musculaire, tels que ceux obtenus par électromyographie de surface (sEMG), suggérant que la TRI peut servir de marqueur substitutif de la fatigue musculaire lors d’un exercicedynamique 5. Cependant, des facteurs externes tels que la transpiration, la température ambiante et les différences individuelles de capacité thermorégulatrice pourraient influencer les résultats thermographiques, nécessitant un contrôle et un rapport attentifs des conditionsexpérimentales 7.
De même, les avancées dans la surveillance de la fatigue musculaire non invasive se sont étendues au-delà de la TIR, incluant des techniques telles que le sEMG, la mécanomyographie (MMG), la spectroscopie du proche infrarouge (NIRS) et l’imagerie par ultrasons 13,14,15,16,17. Chaque modalité offre des perspectives uniques sur la fonction musculaire : le sEMG quantifie l’activité électrique pendant la contraction, le MMG capte les vibrations mécaniques, le NIRS évalue l’oxygénation musculaire, et l’échographie visualise la déformation musculaire. L’intégration de la TRI dans ce paysage multimodal présente un potentiel particulier pour le cyclisme, où une surveillance continue sans contact est avantageuse. L’IRT peut compléter d’autres modalités en fournissant des données spatialement résolues en temps réel sur la distribution de la température cutanée, qui peuvent refléter une activation musculaire localisée, des asymétries et des sites potentiels de surutilisation ou deblessure 14,18.
Pour surmonter les incohérences méthodologiques identifiées dans les recherches précédentes, le protocole proposé dans cette étude est strictement aligné sur les normes internationales en thermographie clinique et sportive. Plus précisément, les paramètres de préparation des sujets et de contrôle environnemental — tels que la restriction des stimulants et de l’activité physique, ainsi que l’utilisation de périodes d’acclimatation standardisées — sont basés sur les directives établies par l’Académie internationale de thermologie clinique (IACT), l’Académie américaine de thermologie (AAT) et le ProtocoleGlamorgan 8. De plus, les environnements environnementaux et techniques, y compris l’évaluation de l’émissivité et de la déformation thermique, respectent les normes ISO 9886 et les recommandations de l’Association européenne de thermologie (EAT). En intégrant ces réglementations établies, cette étude garantit que les mesures IRT reflètent de manière fiable les réponses physiologiques, fournissant un cadre solide pour surveiller la fatigue musculaire et la biomécanique chez les cyclistes récréatifs.
Néanmoins, l’application réussie de la TI en biomécanique cyclique nécessite l’établissement de méthodologies standardisées. Cela inclut la définition des périodes d’acclimatation avant l’exercice, le contrôle de la température ambiante et de l’humidité, une préparation constante du sujet, ainsi que la délimitation précise des régions anatomiques d’intérêt pour l’analyse thermique 5,7. De plus, le développement de protocoles robustes d’analyse des données améliorera l’interprétabilité et l’utilité des donnéesIRT 5.
La présente étude comble ces lacunes en proposant et en validant un cadre méthodologique complet pour l’intégration de la TI dans l’analyse biomécanique chez les cyclistes de loisirs. En contrôlant systématiquement les variables environnementales et sujets, et en corrélant les données thermiques avec des marqueurs établis d’activation musculaire et de fatigue, cette approche vise à optimiser la surveillance de la fatigue musculaire, à contribuer à la prévention des blessures et à améliorer les résultatsde performance 2,5,7,14.
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Protocole
Le protocole de recherche a été mené conformément aux principes éthiques de la Déclaration d’Helsinki. En raison de la nature non invasive et non contactante de la thermographie infrarouge, la sécurité des participants était garantie tout au long du processus de surveillance. Tous les sujets ont donné leur consentement éclairé écrit avant l’initiation de toute procédure, acceptant l’utilisation de leurs données physiologiques à des fins de recherche. L’étude a suivi les directives internes de recherche de la Faculté d’ingénierie de l’Universidad Autónoma de Querétaro, garantissant l’anonymat des participants et la protection des données.
REMARQUE : Pour surmonter les incohérences méthodologiques identifiées dans des recherches antérieures, le protocole proposé dans cette étude est strictement aligné sur les normes internationales en thermographie clinique et sportive. Plus précisément, les paramètres de préparation des sujets et de contrôle environnemental suivent les directives établies par l’International Academy of Clinical Thermology (IACT), l’American Academy of Thermology (AAT) et le Glamorgan Protocol. De plus, les paramètres techniques tels que l’émissivité et l’évaluation des déformations thermiques suivent les normes ISO 9886 et les recommandations de l’Association européenne de thermologie (EAT). La faisabilité de ce protocole a été validée avec 60 étudiants en génie biomédical de l’Universidad Autónoma de Querétaro, âgés de 20 à 25 ans, afin d’assurer le respect du protocole et l’homogénéité de base. Cette population spécifique a assuré une forte conformité aux restrictions préalables au test et a fourni une base physiologique homogène pour vérifier la cohérence des captures thermographiques.
1. Préparation du sujet et contrôle environnemental (reproductibilité et impact démographique)
- Critères d’inclusion et facteurs thématiques
- Notez l’âge et le sexe de chaque sujet pour analyser les différences d’âge et les effets sur le sexe.
- Notez la taille et la masse du sujet pour les utiliser dans les paramètres anatomiques.
- Administrez l’échelle de Borg de l’Évaluation de l’Effort Perçu (RPE) (6–20). Demandez au sujet de pointer le nombre représentant son niveau d’effort actuel avant et après le test afin de corréler les données physiologiques avec la fatigue subjective.
- Restriction de consommation et préparation de la peau
- Interdire au sujet de consommer de l’alcool et de la nicotine pendant 24 heures avant la prise.
- Empêchez le sujet de consommer de la caféine et de faire de l’exercice intense pendant les 3 heures précédant le test.
- Demandez au sujet de ne pas appliquer de crèmes, de produits cosmétiques ou de pommades sur les membres inférieurs pendant les 12 heures précédant le test.
- Confirmez que le sujet est suffisamment hydraté et notez cela sur la fiche technique préalable au test.
- Utilisez une balance clinique pour enregistrer la masse corporelle avant le test. Demandez au sujet de consommer 300 mL d’eau 30 minutes avant la séance afin d’assurer un état d’hydratation de base standardisé.
- Standardisation des vêtements et de la posture
- Demandez au sujet de déshabiller complètement les membres inférieurs du corps.
- Fournir des shorts de cyclisme standardisés (Lycra noir sans coutures visibles).
- Normalisation des conditions environnementales et de repos
- Placez un thermo-hygromètre numérique à 1 m du sujet à une hauteur de 1 m. Vérifiez que la température ambiante est comprise entre 18 et 25 °C et que l’humidité relative est comprise entre 40 % et 55 %. Notez ces valeurs toutes les 5 minutes dans un tableur.
- Assurez-vous qu’il n’y a pas de courants directs, d’exposition au soleil ou de sources de chaleur/froid pouvant influencer la thermorégulation.
- Effectuez une période de repos statique de 15 minutes assis pour vous acclimater aux conditions environnementales.
- Placez le sujet sur le vélo stationnaire dans la posture requise.
2. Configuration et acquisition d’images thermographiques
- Ouvre le menu des paramètres internes de la caméra thermique. Naviguez dans Paramètres de l’objet et entrez manuellement 0,98 pour l’émissivité (ε). Réglez la température apparente réfléchie pour qu’elle corresponde à la température ambiante mesurée à l’étape 1.4.1.
- Utilisez la caméra thermique thermographe infrarouge (IRF) avec une résolution minimale de 320 x 240 pixels.
- Réglez l’émissivité (ε) à 0,98 pour la surface de la peau humaine.
- Utilisez un mesureur laser ou un ruban à mesurer physique pour placer le trépied exactement à 100 cm du plan latéral du vilebrequin du vélo. Marquez la position des pieds du trépied au sol avec du ruban adhésif pour éviter un déplacement entre les captures.
- Entrez l’humidité relative de l’environnement dans les réglages de l’instrument.
- Régler la température atmosphérique du laboratoire et entrer dans la température externe.
- Positionnement anatomique et acquisition.
- Placez le thermographe sur un trépied et réglez la hauteur de la caméra à 30 cm au-dessus du sol.
- Placez la lentille à un angle perpendiculaire (≈90°) à l’extrémité inférieure du sujet.
- Dans le logiciel d’analyse thermique, sélectionnez l’outil ROI Polygone/Rectangle. Cliquez et glissez pour délimiter une boîte de 10 x 5 cm au-dessus du droit fémoral (à mi-chemin entre l’épine iliaque antério-supérieure et la rotule). Cliquez sur Calculer pour extraire la température moyenne (moyenne T).
- Protocole du point de mesure
- Capturez l’image thermographique immédiatement après avoir terminé la période de repos de 15 minutes.
- Pour garantir la capture dans les 5 secondes, faites en sorte que le chercheur se place derrière la caméra avec la mise au point prédéfinie. Au signal « Arrêtez de pédaler », prolongez la jambe dominante jusqu’à une position de 6 heures ; appuyez immédiatement sur le bouton Capture/Freeze sur la gâchette de la caméra.
- Récupération post-exercice : Capturez la troisième image thermographique 10 minutes après la fin de l’exercice.
3. Exécution du protocole d’exercice
- Réglez le vélo stationnaire en mode ergomètre avec une charge de travail fixe de 150 W (ajustant selon le poids du sujet si une puissance normalisée est nécessaire).
- Placez un métronome numérique ou utilisez la console intégrée du vélo pour imposer une cadence constante de 80 tr/min. Demandez au sujet de maintenir ce rythme dans une marge de ±5 tr/min afin d’assurer une réponse thermorégulatrice en régime permanent.
- Vérifiez que la caméra thermique est réglée en mode d’enregistrement Standard avec une plage de température de 20 °C à 45 °C et une émissivité de 0,98.
4. Analyse des données et normalisation
- Calculez le décalage thermique (ΔT) à l’aide de la formule : ΔT = T après - Tpré. Effectuez ce calcul pour les membres dominants et non dominants afin de déterminer l’asymétrie thermique (asymétrie ΔT = |Tà droite - Tà gauche|)
- Évitez de manipuler ou de recadrer l’image thermographique originale.
- Conserver la résolution initiale de l’image et toutes les métadonnées pour analyse.
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Résultats
Biomécanique du cycle :
La biomécanique du cyclisme fonctionne dans le cycle de pédalage. La phase de poussée (vers le bas) génère la force principale : les quadriceps (droit fémoral, vaste latéral, médialis et intermédiaire) sont les moteurs primaires, prolongeant le genou et entraînant la pédale. Les fessiers aident à l’extension des hanches, apportant puissance et stabilité. Les veaux (Gastrocnémium et Solé) complètent le transfert de la force. La phase de traction...
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Discussion
La recherche repose sur deux piliers : l’efficacité de la thermographie infrarouge (TI) en tant qu’outil non invasif pour mesurer le stress physiologique et la nécessité urgente de standardiser son protocole méthodologique. La justification de l’utilisation de la TRI pour évaluer la fatigue en cyclisme est confirmée par une analyse en réseau (Figure 2), qui établit la température cutanée et la surveillance de l’exercice comme thèmes centraux de lalittérature<...
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Déclarations de divulgation
Les auteurs affirment qu’ils n’ont aucun intérêt financier concurrent ou relation personnelle connue qui aurait pu influencer le travail rapporté dans cet article.
Remerciements
Les auteurs souhaitent remercier Humberto Aguirre Becerra pour leur lecture critique du manuscrit.
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Matériaux
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Échelle de Borg | Borg Perception | Échelle RPE 6-20 | Échelle RPE 6-20 utilisée pour corréler la fatigue subjective avec les asymétries thermiques objectives et les points chauds subcliniques. |
| Chambre contrôlée | Installations internes | Laboratoire de physiologie | Environnement maintenu à 18 degrés De C à 25 & degrés C et 40&ndash ; 55 % d’humidité pour assurer une température cutanée stable et minimiser les interférences convectives. |
| Feuilles de journal de données | Google Forms (Entrée numérique) | Formulaires standardisés pour enregistrer les données anthropométriques (âge, sexe, IMC) et le statut d’hydratation afin de contrôler les variables thermorégulatrices individuelles. | |
| Consentement éclairé | Comité local d’éthique | Format institutionnel | Documentation approuvée par le Comité d’éthique local, garantissant le respect de la Déclaration d’Helsinki pour un suivi non invasif. |
| Caméra infrarouge | Systèmes FLIR | 49001-2001 | Imageur thermique haute résolution (320 x 240 px) réglé sur &epsilon ; = 0,98 pour mesurer la chaleur métabolique localisée et les déplacements thermiques (& Delta ; T). |
| Outils de marquage | BIC / Body Med | Marqueur de peau / Ruban adhésif de sol | Des marqueurs et du ruban adhésif au sol sont utilisés pour fixer la distance caméra-sujet à exactement 100 cm et garantir un alignement anatomique cohérent du ROI. |
| Stadiomètre & Échelle | SECA | 763 (station numérique) | Outils pour noter la taille et la masse corporelle ; Nécessaire pour calculer la puissance normalisée et documenter les bases physiologiques spécifiques à chaque sujet. |
| Courts-métrages standardisés | Nike | HV0411-010 / CZ9831-010 | Les vêtements en lycra noir servent à standardiser l’émissivité cutanée et à permettre un accès libre aux régions d’intérêt (ROI) des membres inférieurs. |
| Vélo stationnaire | Monark | 828E Ergomedic | L’ergomètre électromagnétique est réglé sur une charge de travail fixe (par exemple, 150 W) et une cadence constante (80 tr/min) pour assurer une production de chaleur métabolique à régime permanent. |
| Chronomètre | Casio | HS-3V-1RET | Crucial pour synchroniser la période d’acclimatation de 15 minutes et garantir la capture IR dans les 5 secondes suivant l’exercice afin d’éviter une décroissance thermique rapide. |
| Thermomètre-hygromètre | Société de contrôle/Tracable | 4040 | Dispositif de surveillance en temps réel ; utilisé pour entrer la température ambiante et l’humidité dans les paramètres de l’objet de la caméra infrarouge pour la correction atmosphérique. |
| Trépied | Systèmes FLIR | T197731 | Support stable réglé à une hauteur de 30 cm et à un angle perpendiculaire (&asymp ; 90° ;) jusqu’aux extrémités inférieures pour une acquisition d’image reproductible. |
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Réimpressions et autorisations
