La chaussure issue du projet Breaking2 de Nike permettrait donc d’après l’équipementier de courir plus vite et plus longtemps. Mais qu’en est-il réellement. Le message renvoyé serait que la combinaison d’une plaque en fibre de carbone et d’une mousse rendraient la chaussure plus efficace. Ce n’est pourtant pas aussi simple. Anaël AUBRY nous permet d’y voir un peu plus clair.

Image : Reuters
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En juillet dernier, le New York Times (NYT) réalisait une étude épidémiologique de grande ampleur sur le sujet. Les auteurs Kevin Quealy et Josh Katz rappelaient d’ailleurs que si ces chaussures permettaient réellement une amélioration de la performance de 4%, cela représenterait tout de même 9 minutes pour les finishers en 4h, 7 minutes pour les 3h, quand les meilleurs du plateau gagneraient près de 5minutes !

Ils décidèrent donc d’analyser les données GPS via le logiciel communautaire STRAVA de 500 000 finishers de semi-marathons et marathons.

Cela sera le point de départ de notre analyse. Ensuite, deux récentes études menées en de laboratoire pourront nous permettre de mieux comprendre ce qui pourrait se passer dans la physiologie de l’exercice des coureurs portant des Vaporfly. Mais regardons donc ce que donnent les résultats de ces coureurs amateurs en fonction des chaussures utilisées en course.

 

500 000 fichiers de course analysés par le New York Times

 

Les graphiques qui vont suivre ont cherché à analyser différentes variables. Ici chaque point représente un modèle de chaussure qui est comparé aux performances d’un concurrent de même niveau portant d’autres chaussures, etc.

 

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Comparaison de différents modèles de chaussures (Brooks, Adidas, Asics, Nike, Mizuno, etc).

 

Les Vaporfly coûte 250 euros, mais ont tout de même été vendues massivement. L’explication marketing repose donc sur la plaque en fibre de carbone apposée dans la semelle intermédiaire, censée stocker et redistribuer l’énergie à chaque foulée. Cela faisait partie des axes de progression pour le record du monde du marathon avancé par Nike : Moins de 2h au Marathon ? Théoriquement envisageable !

Trouver un avantage au travers de la technologie est la brèche dans laquelle s’engagent tous les équipementiers. Parfois, cela est interdit ultérieurement comme la combinaison de contre la montre des Sky à vélo ou celle en néoprène des nageurs de bassin. D’autres fois elle est validée puis améliorée, comme le guidon de contre la montre de Greg LeMond toujours d’actualité.

Concernant les chaussures, le règlement IAAF indique que « les chaussures ne doivent pas être construites de manière à donner aux athlètes une assistance ou un avantage injuste ». Vague… Et, « qu’elles soient raisonnablement disponibles pour tous dans l’esprit d’universalité de l’athlétisme ». A 250 euros la paire et jusqu’à 700 pour les éditions limités, l’universalité semble toute relative.

Sur la base des profils STRAVA de plus de 700 courses depuis 2014, le NYT a donc compilé les résultats d’environ 280 000 courses sur marathon et 215 000 sur semi-marathon.

 

Voici les 4 façons dont ils ont tenté de mesurer les effets de ces chaussures.

 

1ère approche : mesurer l’incidence de la chaussure en utilisant des modèles statistiques.

Avantage : permet de contrôler les conditions de course comme la météo, le sexe, l’âge et le niveau d’entraînement.

Inconvénients : il n’est pas possible de randomiser l’approche. C’est-à-dire, que chaque athlète teste toutes les conditions et ainsi rendre les variables aléatoires.

Avec les différentes informations disponibles sur STRAVA, le NYT va donc prendre en compte dans ses formules statistiques un ensemble de données : l’âge, le sexe, les références chronométriques et les charges d’entraînement. Seront également connus la course disputée, la performance réalisée et la météo. Puis, l’objectif de la formule statistique sera d’essayer d’estimer la modification de temps des coureurs vis-à-vis des courses précédentes.

 

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Evidemment pour réaliser une étude scientifique rigoureuse il aurait donc fallu randomiser les mesures. C’est-à-dire que chaque athlète teste différentes conditions de façon aléatoire, soit le type de chaussures et pour être vraiment scientifique les tester en aveugle, sans savoir ce qu’il porte. Mais, cette lourde étude épidémiologique a le mérite d’avoir été réalisée.

 

Comparer des groupes de coureurs ayant réalisé les deux mêmes courses

 

Avantages : travaille sur des athlètes de capacité similaire, ayant couru dans des conditions identiques.

Inconvénients : les coureurs pourraient économiser leurs chaussures de compétition dans l’espoir de réaliser une course rapide.

 

Dans ce travail, l’équipe du NYT a comparé les performances de 2017 et 2018 au marathon de Boston. Pour rappel Boston 2018 avait été dantesque, alors qu’en 2017, un temps ensoleillé et frais avait porté les coureurs :

 

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Au-delà de ce seul marathon, l’équipe du NYT a donc réalisé le même travail pour tout athlète STRAVA ayant réalisé le même marathon deux années de suite et ayant changé ou non de modèle de runnings :

 

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Suivi des coureurs changeant régulièrement de chaussures

 

Avantage : augmente le nombre d’échantillons pour un même athlète.

Inconvénients : limite le nombre de sujets (1/2 a téléchargé 2 à 3 marathons sur STRAVA & 1/10 pour plus de 3 marathons). Les Vaporfly sont récentes ce qui augmente la possibilité de progrès lorsque l’on compare des données dont certaines sont vieilles, d’autant plus avec des amateurs. Et, plus l’on diminue l’échantillon comme ici, plus cela augmente la part de bruits (par exemple il pourrait être possible qu’il y ait plus de sportifs bon répondeurs à ce type de chaussures que la normale ou que la mauvaise météo d’un marathon avant la sortie des Vaporfly tire vers le bas,  les résultats d’une ancienne chaussure, etc.).

Ici, l’échantillon montre tout de même 4000 coureurs ayant réalisé 5 marathons ou plus. C’est moins qu’auparavant, donc moins rigoureux, mais cela démontre tout de même un poids statistique intéressant.

A nouveau, le changement de paires de chaussures semble le plus positif vers les Vaporfly en terme de progression des chronos :
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Mesurer la probabilité d’un record personnel

 

Avantages : objectif de chaque marathonien

Inconvénients : ne tient pas compte des conditions de course, du profil de la course, du niveau d’entraînement et de l’âge des athlètes.

Evidemment il y a plus de chances de réaliser un record personnel grâce à l’entraînement ou à une stratégie de course améliorée. Ou encore grâce à un parcours plus adapté, des ravitaillements mieux gérés ou encore une météo clémente.  Malgré tout, à nouveau le NYT constatait que les coureurs qui passaient aux Vaporfly semblaient avoir plus de chances d’améliorer leurs PB qu’en passant à d’autres chaussures :

 

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Conclusion et remarques

 

Chacune des approches statistiques réalisées par le NYT a démontré des biais. Malgré tout, en réalisant différentes mesures, avec une méthodologie chaque fois différente et sur de larges panels de sportifs, si un message devait ressortir chaque fois, c’est qu’il aurait un poids certain. Et, force est de constater que les Vaporfly sortent toujours en tête. Evidemment, étant donné d’une part l’important message commercial réalisé sur celles-ci qui pourra avoir un effet placebo sur l’engagement des athlètes en course, le fait qu’elles soient très récentes et que la large majorité des données s’appuient sur les performances de coureurs amateurs ayant une marge de progression plus importante que des élites, il est nécessaire de nuancer ces résultats. Mais, cela amène du grain à moudre à la légende autour de ces chaussures. D’autant plus appuyé par les récents records du monde d’Eliud Kipchoge sur marathon ou de Abraham Kiptum sur semi.

 

Enfin, moins des chaussures seront populaires, moins elles auront de poids statistique. Or, le coût des Vaporfly, vise principalement des personnes ayant décidé de s’impliquer complètement dans la préparation de cet objectif.

 

Deux questions se posent :

 

Confèrent-elles réellement un avantage ? En a-t-on les preuves ?

 

Il y a quelques semaines, Kyele Barnes, chercheur à la Grand Valley State University, a publié une étude qui concluait que les chaussures Vaporfly 4% confèreraient aux coureurs un rendement supérieur de 4,2% par rapport aux chaussures concurrentes d’Adidas, les Adizero Adios 3 ou sa cousine la Nike Zoom Matumbo. Pour rappel, lorsque l’on parle de rendement, d’efficience ou d’efficacité, cela correspond à l’énergie consommée pour une vitesse donnée. Ces résultats viendraient donc confirmer ceux décrits précédemment des données GPS. Par ailleurs, il est à noter le niveau intéressant des participants (12 femmes et 12 hommes) pour une étude de recherche, puisque le seuil était placé à 15min00 au 5 000m et 30min00 au 10 000m pour les hommes, et  17min15 et 35min30 pour les femmes.

 

Chaussures étudiées par l’équipe de Kyle R. Barnes et Andrew E. Kilding.
Chaussures étudiées par l’équipe de Kyle R. Barnes et Andrew E. Kilding.

 

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Voici les résultats de consommation d’oxygène (VO2) mesurées à différentes vitesses sous-maximales (en gris clair chaque individu, en noir la moyenne) pour la Nike Zoom Matumbo (vert), Adidas Adizero Adios 3 (violet), Nike Vaporfly (NVF) et Nike Vaporfly à laquelle était ajouté 30 à 35 grammes pour correspondre au même poids que les Adizero Adios 3 (bleu).  

 

Il n’y a donc pas de grande nouveauté. En revanche, contrairement à l’étude de l’Université du Colorado réalisée il y a 2 ans, elle n’a pas été financée par Nike ou un équipementier. Il a également été constaté que la Vaporfly était en moyenne pour ces 24 athlètes, 2,6% plus efficace que les Nike Zoom Matumbo, des pointes de piste pour le 10 000 mètres ! Et donc 4,2% plus économique que les Adizero Adios 3, chaussures concurrentes de marathon. Par ailleurs, lorsque les Vaporfly étaient alourdies au poids des Adizero Adios 3 elles restaient en moyenne 2,9% plus économiques !

 

Conclusion :

  • Une nouvelle fois il semble être confirmé un atout non négligeable des Vaprofly sur l’économie de course, ici face à leurs principales concurrentes.
  • Cette fois-ci sur des athlètes d’un très bon niveau (en moyenne 16min38 au 5 000m et 34min56 au 10 000m pour les femmes, et 14min21 / 29min30 pour les hommes).
  • Il serait évidemment intéressant de réaliser ces tests sur de plus nombreux modèles de chaussures, mais mobiliser des athlètes de ce niveau sur une longue période n’est pas simple.
  • Ne pas oublier que toutes ces études sont réalisées sur tapis de course. Or, les courses se réalisent sur tartan ou bitume, une possibilité à l’avenir serait donc de tester les athlètes sur leur revêtement de compétition, la biomécanique de course y étant différente.
  • …Biais classique des études de recherche ou il est compliqué de créer des conditions en aveugles : les sportifs savent très bien pourquoi ils testent ces chaussures, ce qui pourrait potentiellement produire un effet placebo.

 

  • L’élément finalement le plus intéressant et novateur de cette recherche est la comparaison à poids égal des deux chaussures de marathon. Au-delà de sa légèreté, la Vaporfly posséderait donc une technologie plus efficace pour diminuer la consommation d’énergie que l’Adizero Adios 3.

 

Comment fonctionnent donc ces chaussures ? Et deuxièmement, devraient-elles être autorisés ?

 

Ces deux questions sont étroitement liées, en raison de la perception selon laquelle la plaque de fibre de carbone intégrée à la semelle intermédiaire de la chaussure jouerait un rôle de ressort. Cependant, même parmi les concepteurs de la chaussure, il y a eu peu de consensus sur le fonctionnement des différents composants des Vaporfly. Cela tombe bien, puisque la recherche continue à s’emparer du sujet et que l’équipe de l’Université du Colorado, la plus dynamique sur le sujet des sub-2h depuis 2 ans, a réalisé une nouvelle recherche qui va permettre d’augmenter la prise d’informations.

 

L’étude, qui paraît dans la revue Sports Medicine, a utilisé une analyse biomécanique tridimensionnelle de la foulée et des mesures de plate-forme de force pour tenter de comprendre ce qui rendrait la Vaporfly si efficace. La chaussure a deux nouveaux composants. L’une, est une semelle intercalaire coussinée ultra-épaisse faite d’une nouvelle mousse appelée Nike ZoomX. La mousse est ultralégère, permettant aux talons d’avoir une hauteur de 31 millimètres, soit environ 50% plus épaisse que des chaussures comparables, sans être plus lourdes. Elle est également exceptionnellement malléable (vous pouvez l’écraser) et élastique (elle reprend sa forme initiale et restitue la majeure partie de l’énergie que vous avez appliqué pour l’écraser). En un sens, ces chaussures posséderaient une forme de ressort dans la semelle intermédiaire qui s’avère particulièrement élastique.

Le deuxième composant est donc une plaque incurvée en fibre de carbone intégrée à la semelle intercalaire. C’est là que beaucoup de controverses apparaissent. L’un des courants de pensée est que la plaque n’est qu’un ressort, se pliant lorsque votre pied atterrit et vous catapultant ensuite vers l’avant. En 2016, lorsque les rumeurs au sujet de la chaussure ont commencé à circuler, un brevet Nike pour une « structure de semelle de chaussure comprenant une plaque à ressort » a commencé à faire son chemin, alimentant les rumeurs selon lesquelles Nike aurait une chaussure à ressort. Ce brevet s’est avéré avoir été déposé pour une conception de chaussure différente (et jusqu’à présent inédite), mais le mythe est resté. La plupart des gens pensent maintenant que la Vaporfly est monté sur un ressort en fibre de carbone.

 

Il s’avère que les chercheurs des fabricants de chaussures jouent avec les plaques en fibre de carbone depuis au moins les années 1990. Le précurseur le plus direct de la plaque Vaporfly est le ProPlate d’Adidas, qui est apparue au début des années 2000 et a été mis au point par le chercheur Darren Stefanyshyn de l’Université de Calgary, l’un de ses anciens étudiants, Geng Luo, a dirigé la conception du Vaporfly et figure sur le brevet.

En 2006, Stefanyshyn a publié son explication du fonctionnement de la plaque en fibre de carbone. Lorsque vous courez, vous dépensez de l’énergie pour plier vos l’orteils. Contrairement à vos chevilles et votre voûte plantaire, qui se plient puis se remettent en place, vous n’obtenez aucun retour d’énergie de vos orteils, c’est donc du gaspillage. Stefanyshyn a montré qu’une plaque de fibre de carbone rigide pouvait maintenir vos orteils plus droits, économiser cette énergie et ainsi améliorer l’économie de course d’environ 1%.

 

Mais, Luo explique qu’une plaque rigide gardera les orteils tendus, et forcerait la cheville à faire plus de travail, ce qui ne sera donc pas nécessairement plus efficace. La solution proposée par Luo et son équipe consiste en une plaque avec un pli plus exagéré de l’avant-pied, permettant aux orteils de rouler en avant sans ajouter de travail à la cheville. Voici l’explication fournie par Nike dans son dépôt de brevet : une plaque rigide pour éviter le gaspillage d’énergie dû à la flexion des orteils, mais leur innovation consiste à courber la plaque pour réduire les forces exercées sur la cheville.

 

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Ce n’est pas la seule explication possible, cependant. Un autre groupe de l’université de Cologne, dirigé par un ancien décathlète du nom de Steffen Willwacher, a commencé à étudier les semelles en fibre de carbone en 2014, bien avant la sortie des Vaporfly. Leur explication du fonctionnement de ce type d’insert, est que la plaque rigide modifie fondamentalement la longueur du levier entre votre cheville et l’endroit où votre pied s’enfonce sur le sol. Cela, à son tour, modifie le « rapport de transmission » entre le bras de levier interne de vos muscles et tendons et le bras de levier externe du pied et de la cheville, ce qu’il image avec le fait de passer les vitesses d’un vélo.

 

La dernière étude en date provient donc de l’Université de Boulder dans le Colorado, réalisée par Wouter Hoogkamer, Shalaya Kipp et Rodger Kram et va permettre de mieux appréhender pourquoi cette chaussure pourrait être intéressante. Et l’ingrédient secret résiderait principalement dans sa semelle intermédiaire moelleuse, et non dans sa plaque en fibre de carbone controversée.

« Cet article démontre que l’essentiel de l’énergie économisée par l’intermédiaire de cette chaussure provient de sa mousse plus douce », a déclaré Rodger Kram. « La plaque de fibre de carbone n’est qu’une cerise sur le gâteau. »

 

L’étude, publiée dans Sports Medicine, marque donc le dernier chapitre scientifique de la Nike Vaporfly 4%.

Il faut rappeler que c’est cette équipe qui avait travaillé aux moyens d’amélioration du record du monde  sur marathon et avait également été mandaté pour tester l’économie des Vaporflys et montrer les « fameux » 4% d’économie d’énergie. Cette découverte avait ainsi inspiré le nom des chaussures.

Shalaya Kipp, étudiante diplômé du laboratoire de Kram, et Wouter Hoogkamer le leader actuel sur ces sujets ont recruté 10 coureurs hommes possédant des records inférieurs à 35 minutes sur 10 km. Ils ont placé des 44 marqueurs réfléchissants sur les jambes et chaussures des coureurs. Puis, les ont fait courir pendant cinq minutes sur un tapis roulant à une vitesse de 10 km/h, tout en capturant leurs mouvements en 3D et mesuré leur mécanique de course à partir de caméras haute définition. Ils ont également pris des mesures de la force avec laquelle les coureurs ont heurté le sol et de quelle façon l’énergie est renvoyée à chaque pas à l’aide de capteurs de force.

 

Chaque coureur a effectué trois essais sur tapis roulant, portant à tour de rôle et de façon randomisée : le prototype Nike Vaporfly, la Nike Zoom Streak 6 ou l’Adidas Adizero Adios Boost 2.

 

Credit: Casey A. Cass/CU Boulder
Credit: Casey A. Cass/CU Boulder

 

« Nous avons constaté que les économies d’énergie liés au port de ces chaussures ne sont pas un facteur magique, mais plutôt la combinaison de tout un ensemble de facteurs biomécaniques liés à la mousse et à la plaque », a déclaré Hoogkamer.

 

En effet, contrairement à ce à quoi ils s’attendaient, ils n’ont trouvé aucune différence dans la mécanique des genoux ou de la hanche des coureurs entre les différentes chaussures. Mais, ils ont constaté que les personnes portant des Vaporfly n’avaient pas à exercer autant d’action musculaire de cheville et que les muscles du mollet étaient moins sollicités. De plus, la plaque rendait la chaussure moins flexible et donc les muscles du pied qui stabilisent les articulations des orteils n’avaient donc pas à travailler autant qu’habituellement.

Les propriétés de la chaussure ont également été mesurées séparément par une « machine d’essai de matériaux à axe de rotation » qui a plié la chaussure dans le sens de la longueur tout en simulant un mouvement de course pour estimer sa rigidité en flexion. En combinant la rigidité de la chaussure avec les forces qui frappent le tapis roulant et le mouvement relatif des marqueurs réfléchissants, les chercheurs ont pu estimer avec précision le degré de compression et de flexion de la chaussure (et de la plaque rigide à l’intérieur) et, par conséquent, la quantité d’énergie nécessaire : stocké et renvoyé à chaque foulée par les différents composants de la chaussure.

 

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Wouter Hoogkamer en preparation d’une situation test. Credit: Casey A. Cass/CU Boulder

 

Les résultats étaient inattendus. La flexion de la plaque en fibre de carbone stockait et restituait de l’énergie à raison de 0,007 watts par kilogramme à chaque foulée. En comparaison, la mousse ZoomX épaisse et compacte, restituait 0,318 W / kg, soit plus de deux fois plus que l’une des deux autres chaussures et environ 45 fois plus que la plaque. La chaussure fonctionne donc certainement comme un ressort, mais dans cette analyse, c’est la semelle intermédiaire en mousse plutôt que la plaque rigide qui fait presque toute la différence dans la contribution de la chaussure aux économies d’énergie.

 

Une étude précédente réalisé par la même équipe avait révélé que le coussin de mousse restitue 87% de l’énergie absorbée à chaque pas.

« Cette chaussure ne vous donne pas plus d’énergie mais permet de perdre moins d’énergie qu’habituellement chaque fois que votre pied frappe le sol », explique Kram.

 

Une course à la chaussure

 

En septembre dernier, Eliud Kipchoge a officiellement battu le record du monde du marathon, avec un temps de 2:01.39 au marathon de Berlin. Un mois plus tard, Abraham Kiptum battait celui du semi-marathon masculin en 58:18 et avec les mêmes chaussures.

 

Certains, ont appelé à l’interdiction de la chaussure par la Fédération internationale d’athlétisme, suggérant que la plaque en fibre de carbone en forme de cuillère et incrustée dans la semelle en mousse agirait comme un ressort, procurant un avantage injuste aux athlètes. Mais, cette dernière recherche suggère qu’elle ne fait finalement que raidir la chaussure.

 

« L’énergie stockée et restituée par la plaque de carbone, est finalement minuscule », a déclaré Hoogkamer, soulignant qu’environ 50 fois plus d’économies d’énergie proviennent de la mousse. Et d’ajouter, « beaucoup de chaussures présentent des semelles intercalaires en mousse et chaque mousse a un objectif similaire. »

 

Son conseil aux marathoniens qui recherchent un record personnel : il semble intéressant de se tourner vers une chaussure résistante et possédant un coussin épais.

 

Épilogue

Pour l’instant, nous pouvons dire deux choses. L’une est que les chaussures changent l’efficacité avec laquelle vous êtes capable d’exercer une force sur le sol et de la restituer, d’une manière qui n’est pas encore claire. L’autre est que les chaussures agissent comme un ressort – mais uniquement dans la mesure où pratiquement toutes les chaussures agissent comme tel grâce à une semelle intermédiaire souple. L’étude de Boulder suppose que la semelle intermédiaire en mousse donnerait un coup de pouce autour de 3%, et la plaque de carbone en ajouterait 1%. Mais le calcul n’est peut-être pas si simple : il peut exister une synergie entre la mousse et la plaque qui rend le tout plus grand que la somme de ses parties.

 

Le test idéal serait d’essayer une Vaporfly sans plaque de fibre de carbone et de voir ce qui se passe. Serait-ce comme courir sur des guimauves géantes, ou mieux cela ne changerait rien ! « Nous souhaitons tester cela depuis un certain temps, mais nous n’avons pas réussi à obtenir de tels prototypes », a dit Hoogkamer au célèbre bloggeur canadien Alex Hutchinson. Mais, il serait assez logique que la simple utilisation de mousse rende la chaussure moins stable et donc moins efficiente.

 

L’objet de cet article aura été de vous tenir informé des nouvelles avancées scientifiques permettant de mieux comprendre la légende qui entoure ces chaussures, mêmes s’il manque encore quelques chapitres pour conclure l’histoire.

Malgré tout, il nous parait important de rappeler un point essentiel. L’équipe de R&D de Nike travaille donc à une chaussure qui permettrait d’être plus économique. Or, dans beaucoup de nos articles, nous vous avons montré que passé le développement de votre moteur, qu’il sera difficile de continuer à faire augmenter une fois atteinte une certaine charge d’entraînement, surtout à l’âge adulte, vos progrès passeront principalement par une amélioration de L’ÉCONOMIE ! Donc, avant d’investir dans des chaussures à plus de 250 euros, n’oubliez pas que votre marge de progression sera le plus souvent bien plus grande, déjà en respectant les basiques : travail de pied (De la trottinette pour courir plus vite et de la proprioception pour rouler plus longtemps…Une blague ? NON !), renforcement musculaire (Une raison de plus de passer à la musculation : l’économie du geste !), travail de vitesse au-dessus de VMA et de côtes (Pourquoi s’entraîner en côtes ?), base aérobie (S’entraîner lentement (parfois)…pour être plus performant !), et équilibre alimentaire (Retrouvez votre poids de forme !).

 

 

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Anaël Aubry
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Anaël Aubry Sport Scientist

 

 

 

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