Biceps

L'analyse biomécanique du curl biceps consiste à estimer le travail mécanique (en joules) et la puissance (en watts) développés lorsqu'une personne fléchit l'avant-bras pour soulever une charge. Cet article prend pour exemple une série classique de musculation : 4 séries de 15 répétitions avec une barre de 20 kg.

Modèle mécanique

Lors d'un curl, l'avant-bras tourne autour du coude, qui sert de pivot fixe. La barre décrit donc un arc de cercle. Comme la pesanteur est une force conservative, le travail effectué contre elle ne dépend que de la différence de hauteur parcourue par la charge, et non de la trajectoire courbe :

$ W=m\cdot g\cdot \Delta h $

La hauteur gagnée à chaque répétition dépend de l'angle θ parcouru depuis la position basse (avant-bras tendu vers le bas) :

$ \Delta h=L\,(1-\cos \theta ) $

avec L la longueur de l'avant-bras (du coude à la main).

Schéma du travail biomécanique

Force et couple

La force de pesanteur à vaincre vaut :

$ F=m\cdot g=20\times 9{,}81\approx 196~{\text{N}} $

Le couple (moment de force) au niveau du coude dépend de l'angle. Il est maximal lorsque l'avant-bras est à l'horizontale (θ = 90°), car le bras de levier de la pesanteur est alors le plus grand :

$ \tau _{\text{max}}=m\cdot g\cdot L=196\times 0{,}32\approx 63~{\text{N·m}} $

C'est pourquoi l'exercice est ressenti comme le plus difficile à mi-parcours.

Énergie consommée (joules)

Travail mécanique sur la charge

Pour une amplitude « normale » (θ ≈ 120°), la hauteur gagnée par répétition est :

$ \Delta h=0{,}32\,(1-\cos 120^{\circ })=0{,}32\times 1{,}5=0{,}48~{\text{m}} $

Le travail de la phase de montée (phase concentrique) par répétition est donc :

$ W_{\text{rép}}=196\times 0{,}48\approx 94~{\text{J}} $

Sur l'ensemble de la séance (60 répétitions) :

$ W_{\text{total}}=94\times 60\approx 5\,640~{\text{J}}\approx 5{,}6~{\text{kJ}} $

Le tableau ci-dessous donne le travail mécanique selon l'amplitude réelle du mouvement :

Travail mécanique de la montée selon l'amplitude

Amplitude θ	Δh par répétition	Travail par répétition	Travail total (60 rép.)
90° (jusqu'à l'horizontale)	0,32 m	≈ 63 J	≈ 3,8 kJ
120° (amplitude normale)	0,48 m	≈ 94 J	≈ 5,6 kJ
150° (flexion complète)	0,60 m	≈ 117 J	≈ 7,0 kJ

Énergie métabolique réelle

Le travail calculé ci-dessus ne représente que l'énergie mécanique transmise à la barre. L'énergie réellement dépensée par l'organisme est bien plus élevée, pour deux raisons :

• le muscle humain a un rendement d'environ 20 à 25 % seulement ; le reste de l'énergie est dissipé sous forme de chaleur ;
• la phase de descente (excentrique), bien que correspondant à un travail mécanique « négatif », consomme elle aussi de l'énergie musculaire pour contrôler le mouvement.

En tenant compte de ces facteurs, la dépense métabolique pour la série complète est de l'ordre de :

$ E_{\text{métabolique}}\approx 25{\text{ à }}35~{\text{kJ}}\approx 6{\text{ à }}8~{\text{kcal}} $

Cette valeur, faible en calories, illustre le fait que la musculation « brûle » surtout des calories par son effet sur le métabolisme après l'effort, et non par le seul travail mécanique pur.

Puissance développée (watts)

La puissance est le travail divisé par le temps : $ P=W/t $. Sa valeur dépend fortement de la fenêtre de temps choisie pour la moyenne.

Puissance instantanée

La puissance instantanée contre la pesanteur, à vitesse de rotation ω constante, suit une loi en sinus :

$ P(\theta )=m\cdot g\cdot L\cdot \omega \cdot \sin \theta $

Elle est nulle en bas (θ = 0°, la charge ne monte pas encore), maximale à l'horizontale (θ = 90°), puis redescend vers le haut du mouvement. Pour une montée de 120° effectuée en 2 s (ω ≈ 1,05 rad/s), le pic atteint :

$ P_{\text{max}}=62{,}8\times 1{,}05\approx 66~{\text{W}} $

Puissances moyennes

Puissance moyenne selon la fenêtre de temps considérée

Fenêtre de calcul	Durée	Puissance moyenne
Phase de montée seule	2 s	≈ 47 W
Répétition complète (montée + descente)	4 s	≈ 24 W
Séance entière (avec 90 s de repos entre séries)	≈ 510 s	≈ 11 W

Plus la fenêtre de temps s'élargit, plus la puissance moyenne diminue, car le même travail mécanique est réparti sur une durée plus longue.

Synthèse

Bilan énergétique de la série (4 × 15 à 20 kg, amplitude 120°)

Grandeur	Valeur estimée
Travail mécanique total (montée)	≈ 5,6 kJ
Dépense métabolique réelle	≈ 25–35 kJ (6–8 kcal)
Couple maximal au coude (à l'horizontale)	≈ 63 N·m
Puissance instantanée maximale	≈ 66 W
Puissance moyenne sur la montée	≈ 47 W
Puissance moyenne sur la séance	≈ 11 W

Limites du modèle

Ce modèle simplifié repose sur plusieurs hypothèses qui s'écartent de la réalité physiologique :

• il ne tient compte que de la pesanteur sur la barre, et néglige le poids propre de l'avant-bras et de la main ;
• il suppose une vitesse de rotation constante, alors que le mouvement réel accélère et décélère ;
• il ignore le travail des muscles stabilisateurs et la coactivation des antagonistes ;
• la longueur de l'avant-bras et l'amplitude varient d'une personne à l'autre ;
• le rendement musculaire dépend de l'individu, de la fatigue et du type de fibres sollicitées.

Les valeurs présentées doivent donc être considérées comme des ordres de grandeur et non comme des mesures précises.

Voir aussi

• Biomécanique
• Travail (physique)
• Puissance (physique)
• Couple (physique)
• Muscle biceps brachial
• Métabolisme énergétique

Notes et références

<references />