Filières physiologiques des efforts de courte durée: anaérobie alactique et lactique.
Les 2 filières anaérobies analactique et lactique correspondent physiologiquement à l'utilisation des réserves de phosphagène dans les muscles qui travaillent pour la filière alactique et au processus de régénération de l'ATP à partir de la dégradation incomplète en anaérobie des glucides avec production de déchets lactiques pour la filière lactique.
En anaéorobiose, le bilan énergétique provenant de la dégradation d'une molécule gramme de glucose est de 2 ATP; la cellule musculaire aura donc besoin de 19 fois plus de glucose que pour un travail effectué en aérobie (rendement 19 fois inférieur au métabolisme aérobie). Deux filières interviennent dans le renouvellement anaérobie des molécules d'ATP dont l'une va produire des déchets lactiques.
1- La filière du Phospagène ou filière ATP-PC anaérobie alactique est la 1ère filière Anaérobie conduisant au renouvellement de l'ATP; elle représente l'ensemble des réserves d'ATP et de Créatine phosphate (PC) présentes au niveau des muscles. C'est la filière énergétique de la vitesse. Elle intervient dans les efforts brefs et de grande intensité de quelques secondes en puissance de vitesse (qualité naturelle peu améliorable et correspondant au débit du robinet) et jusqu'à 20 secondes en capacité (qualité acquise grâce à un entraînement spécifique dit de capacité de vitesse et correspondant au réservoir). Cette filière ne produit pas de déchet (filière alactique)
2- La filière Lactique (AL) est la 2ème filière Anaérobie de production d'ATP. Elle utilise comme carburant le glucose. Elle aboutit à la production d'Acide lactique, poison musculaire qui s'accompagne de douleurs et de contractures musculaires locales caractéristiques et d'une fatigue réelle.
Cette filière lactique capable de fournir de l'énergie pendant 30 secondes à une minute en puissance (robinet) et jusqu'à 3 minutes en capacité (réservoir) n'atteint son débit maximal qu'après quelques secondes; elle intervient dans les efforts supra-maximaux (400 m en athlétisme, 100 m en natation).
EVALUATION DES 2 FILIERES ANAEROBIES
On évalue les 2 filières anaérobies avec une batterie de tests de terrain ou de laboratoire qui doivent être adaptés en fonction de l’âge, du niveau et des besoins du pratiquant et permettre d’évaluer les caractéristiques des grandes voies du métabolisme énergétique du sujet: anaérobie alactique, anaérobie lactique et aérobie.
Chacune des 3 voies métaboliques se caractérisant par une valeur de puissance maximale (grosseur du robinet pour le débit), et de capacité maximale (importance du réservoir).
QUELQUES DEFINITIONS PREALABLES
1- La
Force
maximale est la force qui varie en fonction du type de contraction musculaire (allongement / raccourcissement) et en fonction de la Vitesse de réalisation du mouvement.
- à vitesse nulle, elle se nomme force
maximale
isométrique.
- pour des mouvements concentriques on l’appelle force maximale concentrique qui équivaut à 1 RM ( charge maximale à 100% des possibilités du moment ne pouvant être développée qu'une seule fois).
- pour les mouvements excentriques, c'est la force maximale excentrique (très supérieure à la force maximale concentrique avec coefficient multiplicateur de 1,3 à 1,5 suivant les auteurs).
- pour les mouvements explosifs, on parle de détente.
2- La
Puissance correspond au produit de la force par la vitesse. Elle est maximale pour des vitesses légèrement inférieures à la moitié de la vitesse maximale; elle est quasiment nulle si la Vitesse est très lente et si la Force est maximale. La Puissance est quasiment nulle si la Vitesse est très élevée et
la
Force
minimale.
3- La Détente correspond à la capacité à déplacer verticalement ou horizontalement son corps ou son centre de gravité à l’aide
de
s
seuls
muscles extenseurs des membres inférieurs (fessiers, quadriceps, triceps sural du mollet),
depuis
une
position
immobile.
- la détente horizontale correspond à la distance parcourue
depuis la position initiale jusqu’à la position
terminale.
- la détente verticale correspond à la différence entre les
hauteurs atteintes sans sauter (envergure) et les hauteurs
atteintes
lors
du
saut.
- l'appel
,
c’est
la
phase
d’un
saut
consécutif à une phase d’élan (course), correspondant au dernier contact avec le sol (appui) qui permet la réorientation de la trajectoire
du
centre
de
gravité
du
corps
avant
l’envol
(suspension).
- l'impulsion c’est la quantité de mouvement (donnée mécanique enregistrée
en
laboratoire sur une
plateforme
de
force.
1- Evaluation de la filière alactique A.T.P.-P.C.
Le système du phosphagène permet de fournir des efforts intenses de courte durée.
La puissance de ce système est évaluée par des tests de terrain ou de laboratoire d'une durée inférieure à 7 secondes et la capacité sur des durées incluses entre 15 secondes et 20 secondes.
a- tests de force explosive
- Le test de détente verticale ( Sargent-test-1921) consiste en un saut vertical sans élan avec ou sans légère flexion préalable des genoux‚ le mouvement des bras étant autorisé (plusieurs variantes). Il mesure la force des membres inférieurs. Modalités: on dispose une planche contre un mur de 3,50 m graduée en centimètre à partir de 1,30 m. Le sujet part les pieds joints, les doigts imprégnés de craie. D'abord il lève le bras verticalement et fait une marque; ensuite sans prendre d'élan, il saute aussi haut que possible avec le bras en extension et fait à nouveau une marque. La différence entre les deux marques donne le résultat. Finalité du test: évaluation de la force explosive ou puissance
optimale.
C’est
un
test de
Puissance
Anaérobie
Alactique.
Résultats: Détente
h <30cm
; de 30 à 40; de 40 à 60;
de 60 à 80
; plus de 80 cm.
Performance
Faible;
Moyenne
; Bonne
; Très
Bonne;
Excellente
.
- Le squat-jump (Abalakov- 1931) est une variante du précédent test. Le sujet part les genoux fléchis à 90°, dos droit et mains sur les hanches, sans contre mouvement. Ce test, amélioration du Sargent-test, mesure la force concentrique des membres inférieurs. Résultats: <30cm = faible; 40cm = moyen; 50cm à 60cm = bon; 60cm à 70cm = très bon; 80cm = excellent.
Finalité
du
test
:
évaluation
de
la
force
explosive
des
membres
inférieurs et mesure de la qualité de démarrage en partant à l’arrêt. Les meilleurs à ce test sont ceux qui partent le plus vite. Il mesure la qualité de détente non‐pliométrique et l’aptitude à développer beaucoup
de
force
concentrique
en
un
temps
très
court
(explosivité).
- Variante
avec
charge le
Squat‐Jump
Body
Weight
(SJBW)
Finalité
du
test
: évaluation de la force explosive des membres inférieurs en situation
de
surcharge.
Cette variante permet une analyse de la relation Force/Vitesse du
sportif à partir d’un travail réalisé avec des charges élevées (20/40/60/80/100 kg). L’équilibre Force /Vitesse devrait être
réalisé (selon BOSCO, 1992) pour une charge égale au
poids corporel. Il permet en outre la détermination de la charge
optimale d'entraînement à partir de charges légères
(5/10/15/20/25/30
kg).
Modalité
d'exécution
du
Squat‐Jump
Body
Weight
(SJBW)
:
ou aptitude
du
sportif à
mobiliser
une
charge
égale
à
son
poids
de
corps
de
façon
explosive
(une
barre
de
musculation
sur
les
épaules): t
est
réservé
aux
athlètes
confirmés
(sprinters,
sauteurs) ou 1/2 poids du corps pour les autres. Bon résultats aux 2 tests SJ+ SJBW = fort et rapide; Bon sans charge et faible avec charge = manque de force; Faible sans charge et bon avec charge = manque de vitesse.
- Counter-
Movement Jump
sans
bras
(CMJ). Finalité
du
test
:
évaluation
de
la
force
explosive
des
membres
inférieurs.
Modalité d'exécution: l’épreuve prévoit un saut à partir d'une position bien droite avec les mains sur les côtés et avec une action libre de « contre‐mouvement » (plier les jambes et enchaîner par une
réaction
rapide
en
poussant).
Le CMJ permet de mesurer la capacité à développer de la force dans un temps plus long que pour le SJ. Il ne fait pas intervenir l’élasticité musculaire du sportif. Il évalue principalement la puissance
du
quadriceps
(excentrique
+
concentrique).
Le
CMJ
permet
d’améliorer
la
performance
de
8
à
10
cm
/
SJ.
- Counter-
Movement
Jump
avec
bras
(CMJB). C'est le même saut que le précédent mais en s'aidant des bras. Cela
permet
de
voir
si
les
bras
sont
bien
utilisés
lors
des
sauts, la participation des bras augmentant encore la durée de l’impulsion. Ce test mesure principalement la puissance des cuisses (excentrique
+
concentrique
+
action
des
bras
+
coordination).
Bilan : les bras peuvent permettre de gagner 10 cm par rapport au saut précédent. Si la différence est plus faible, c’est une indication de
travailler
la
coordination
bras‐jambes
dans
les
sauts.
b- tests de vitesse (capacité à accomplir des actions motrices dans un temps minimal).
- test de puissance de vitesse sur 40 mètres (qualité naturelle de grosseur du robinet).
- test de capacité de vitesse sur 200 mètres mesure la possibilité de courir le plus longtemps possible dans la voie métabolique anaérobie alactique (importance du réservoir); s'améliore par un entraînement spécifique. Le rapport puissance / capacité doit se rapprocher de 1 pour être considéré comme un excellent résultat.
c- tests pliométriques:
- Test de détente en contrebas: drop jump (DJ), l’athlète se laisse tomber de différentes hauteurs (20, 40, 60 ou 80 cm) sur un tapis pour rebondir (mains sur les hanches) et effectuer un saut vertical. Finalité
du
test
:
évaluation
de
la
force
réactive
pliométrique
. Modalité d'exécution : il s’agit d’exécuter un rebond depuis un contre-haut à partir duquel on saute (marche, banc, chaise, table, plinth). La hauteur est fixée au préalable à partir du terrain (quelques hauteurs standard: 20 à 60, 80, 100 cm). On utilise généralement
des
hauteurs
de
20
à
60
cm
(hauteur
d’un
banc). Le DJ évalue principalement la « puissance explosive » du mollet (cycle étirement – détente) : préactivation + excentrique + concentrique.Les meilleurs sauteurs en hauteur obtiennent
leurs
meilleurs
résultats
avec
des
chutes
de
110
cm
.
d - tests de réactivité:
- les 6 sauts à l’aide des mains, avec faible flexion des genoux; il mesure la qualité du rebond que l’on retrouve dans le sprint et les lancers.
Finalité
du
test
:
évaluation
de
la
force
réactive
. Modalité
d'exécution
:
il s’agit d’exécuter 6 sauts enchaînés sans pause, « en pied » et
avec
les
genoux
bloqués.
La consigne est de « sauter 6 fois en pliant très peu les genoux, avec
l'aide
des
bras
».
On
retient
la
hauteur
moyenne
des sauts.
Bilan: on compare le test de Réactivité au test CMJB.
Les 2 performances doivent être égales pour un bon sprinter et supérieures en CMJB pour les joueurs de sports collectifs.
Une grande différence met en évidence la faiblesse des mollets (TR) ou des cuisses (CMJB). Cette épreuve mesure principalement la puissance
des
mollets
et
la
solidité
de
l’articulation
de
la
cheville.
- test de puissance qui consiste à rebondir pendant 15 sec le plus haut possible (flexion à 90°); mains aux hanches; il mesure l’aptitude à résister à la fatigue dans des sauts répétés ( peut être élargi à une durée de 30 secondes ou de 1 mn pour les spécialistes de ½ fond et du fond). Finalité
du
test
:
évaluation
de
l’Endurance
de
Force
. Modalité d'exécution : 15 sauts enchaînés, de 15/30/60
secondes
de
sauts.
Les consignes sont de « sauter en enchaînant les sauts, jusqu’à la fin du test, les mains sur les hanches, avec une flexion des genoux à 90°. Le test mesure la possibilité d'enchaîner plusieurs sauts en gardant une bonne qualité de détente. C’est un test
de
résistance
à
la
fatigue (importante en fin de match dans les sports collectifs).
d- test de l’escalier de Margaria: en 1966 Margaria a proposé un test de mesure de la puissance maximale anaérobie qui consiste à monter à vitesse maximale un escalier.
La vitesse de montée est mesurée suivant les protocoles, soit entre les 4ème et 8ème marches soit entre les 6ème et 12ème marches. Une course d'élan sur un palier horizontal précède cette montée qui est réalisée deux marches par deux ou trois par trois selon le protocole. Le test de Margaria n'est plus utilisé car il ne reflète pas P max car pour obtenir des valeurs précises il faudrait lester les sujets pour avoir des conditions optimales de force et de vitesse. Le désintérêt actuel pour ce test n'est peut-être que temporaire, une modifications des protocoles et l’utilisation des techniques actuelles devraient améliorer la faisabilité de cette épreuve.
e- Le test de force vitesse sur bicyclette ergométrique permet de mesurer la puissance anaérobie alactique d'un sujet (pour Vandewalle il faudrait qualifier ces tests de tests de puissance mécanique maximale). Celui-ci pédale durant 5 à 8 secondes avec la plus grande fréquence possible (la durée est fonction de l'inertie de l'ergocycle de 2 à 3 secondes pour un ergocycle Monark et 1 seconde sur les ergocycles actuels), la roue étant freinée par une résistance élevée. Ce test de force-vitesse correspond au pic de puissance de la 1ère partie du test de Wingate envisagé plus loin. Il est très sensible à l’apprentissage.
g- Autres tests: tractions, pompes, abdominaux; tests 1 RM en salle de musculation.
2-Evaluation de la filière lactique
Le système de la glycolyse anaérobie permet de fournir un effort d'une grande intensité de 30 à 50 secondes (grosseur du robinet et débit) à pleine puissance et entre 2 et 3 mn en capacité (importance du réservoir). Les tests explorant le métabolisme lactique doivent s'adresser uniquement à des sportifs confirmés et sont à éviter chez les jeunes.
a- Le test de terrain de Lemon : sur une piste d'athlétisme balisée chaque 50 mètres, le sujet doit courir à la vitesse la plus élevée un 500 mètres. On chronomètre le 2ème 50 mètres et le dernier 50 mètres. On calcul la différence, l'objectif étant d'obtenir la plus petite différence. Cela donne un indicateur des capacités anaérobies lactique (importance du réservoir). Ce test peut être reproduit dans d'autres disciplines, sur des groupes musculaires spécifiques, etc.
b- Le Test de laboratoire Wingate (Ayalon et coll 1974).
Ce test explore le métabolisme anaérobie alactique et lactique. Le sportif effectue un effort violent sur bicyclette ergométrique de 30 secondes dont la résistance est fonction du poids corporel et de la cadence de pédalage. La capacité anaérobie lactique est difficile à distinguer de celle du métabolisme anaérobie alactique en raison de l’intervention physiologiquement quasi immédiate de la glycolyse anaérobie avec production de lactates dès les premières secondes de l’exercice. Elle prend en compte la P max (puissance maximale) observée dans les 5-8 premières secondes (en prenant en compte l'inertie de l'ergocycle) et la capacité lactique (puissance moyenne sur les 30 secondes).Trois indices peuvent être retenus pour ce test:
- Puissance pic ( des 5-8 première secondes). Le pic de puissance correspond à la puissance maximale alactique.
- Puissance moyenne sur toute la durée du test de 30 secondes = puissance métabolisme anaérobie lactique + alactique (après avoir atteint le pic de puissance maximale, on observe ensuite une baisse continue de puissance).
- Endurance anaérobie lactique = faculté de soutenir un fort pourcentage de la Puissance pic (Ppic/Pfin test).
Résultats du test: ce test est intéressant dans les sports de haut niveau à forte capacité anaérobie comme le cyclisme sur piste, le patinage de vitesse, le hockey sur glace, etc.
Il peut être aussi utilisé pour le contrôle du développement musculaire après blessure ou pour suivre les effets d'un entraînement spécifique.
NB: approche critique du test de Wingate (Vandewalle)
Pour Wandewalle, il est actuellement abusif de dénommer tests d’évaluation de la puissance maximale anaérobie alactique des tests fondés sur la mesure d'une puissance mécanique. Ceci suppose implicitement que le métabolisme énergétique (resynthèse de l’ATP) représente le facteur limitant la performance à ces tests.
Puisque actuellement l’ensemble de ces tests consistent à mesurer une puissance mécanique, Wandewalle propose de les appeler tests de puissance mécanique maximale et non pas tests de puissance maximale anaérobie alactique, même si c’est ce métabolisme qui assure l’essentiel de l’apport énergétique.
c-L’ergomètre cyclus 2 (de type électronique et isocinétique) est parfait dans sa conception pour le test anaérobie de Wingate, les paramètres du test pouvant être réglés facilement dans le masque de saisies.
L’effort demandé sera fonction du poids du sujet et de la force de pédalage (il est possible d'effectuer le réglage comme il est courant de le faire sur un ergomètre Monark, kilogramme par kilogramme de poids du corps).
Le sujet roule graduellement pour obtenir la fréquence de pédalage de début de test, puis accélère à fond après l’avoir atteint.
En fin d'effort, les résultats d’évaluation sont indiqués sur l’écran de contrôle et peuvent être recueillis sur une imprimante connectée au cyclus 2.
Les tests d’évaluation constituent une appréciation portée sur une activité sportive et sur le pratiquant, selon des critères préalablement définis. Elle éclaire la décision de l'éducateur sportif dans de nombreux domaines : orientation sportive du débutant, détection du talent sportif, sélection du compétiteur, organisation et suivi de l'entraînement, etc.
Quels que soient les tests utilisés ceux ci montrent que les valeurs de puissance maximale anaérobie sont supérieures chez les athlètes pratiquant des sports de puissance et de vitesse et lorsque les épreuves sont proches des exercices réalisés à l’entraînement ou en compétition et nettement plus faibles chez l'enfant que chez l'adulte. Elles décroissent avec le vieillissement.
Les activités de vitesse , d'adresse, de détente, de souplesse et de coordination sont des activités de type neuro-musculaire qui avec la force ont toutes besoin du tissu nerveux pour déclencher la contraction musculaire.
A PROPOS DE LA LA VITESSE
"Elle est la plus aristocratique des qualités physiques " et en rapport avec la présence d'un pourcentage élevé de fibres ultra-rapides de type II X. Les autres qualités physiques d’endurance, de force ou de souplesse ne peuvent en revendiquer autant, tout au plus ne peuvent-elles que se combiner à la vitesse pour lui donner une orientation spécifique. Le terme de vitesse doit s'entendre comme la rapidité à exécuter toutes les actions motrices. C'est l'élément de base de l'élasticité musculaire et de l'habilité motrice.
C'est un effort d' intensité maximale et brève en relation avec la filière Anaérobie du Phosphagène. Un sujet bien entraîné atteint sa vitesse maximale après 40 mètres de course et il est capable de la maintenir pendant 270 mètres, soit un temps d'effort compris entre 25 et 30 secondes.
Dans l'effort de Vitesse, on distingue:
1- la puissance de vitesse qui met en jeu les facteurs musculaires intrinsèques propre à chaque individu que sont la vélocité et la qualité du couple contraction / relaxation musculaire ainsi que les bras de levier ostéo-musculaires. Plus la puissance de vitesse est élevée et plus le sujet est rapide. Son déterminisme est génétique et non améliorable par un entraînement spécifique (potentiel inné de fibres à contraction rapide).
2- la capacité de vitesse met en jeu les réserves énergétiques du muscle à libération immédiate: phosphagène, glycogène musculaire et différentes enzymes permettant la dégradation anaérobie du glucose. Plus la capacité de vitesse est élevée et plus le sujet est capable de maintenir sa vitesse maximale sur une plus longue distance. Elle est améliorable par un entraînement spécifique (potentiel acquis).
PROCEDES DE DEVELOPPEMENT DE LA VITESSE
Les procédés sont multiples et les distances vont de 30 à 150 mètres avec départ en bloc, en positions diverses, en tombant, en pente douce à la montée et à la descente et en combinant montée et descente, montée d'escaliers, vitesse lancée. Ils cherchent à améliorer à la fois la capacité de vitesse et la coordination, l'amplitude des mouvements et la forme physique.
Pour améliorer le démarrage, un travail de force explosive, enchaînant exercices de gainage en isométrie de 10 secondes (chaise romaine), exercices pliométriques ( 10 sauts de détente verticale) suivi de 10 sprints sur 10 mètres est excellent. Ce travail de force explosive, peut même servir de test.
LES TESTS DE VITESSE
- test de puissance de vitesse sur 40 mètres (qualité naturelle)
- test de capacité de vitesse sur 200 mètres (mesure la possibilité de courir le plus longtemps possible dans la voie métabolique anaérobie alactique); s'améliore par un entraînement spécifique.
Le rapport puissance / capacité doit se rapprocher de 1 pour être considéré comme un excellent résultat.
DONNEES NOUVELLES SUR VITESSE ET FIBRES MISCULAIRES DE TYPE IIX ULTRA-RAPIDES (avec la participation du coach d'athlétisme : PJ Vazel)
Un troisième type de fibre super-rapides a été décrit récemment chez des étoiles du sprint (Colin Jackson où le sprinter fauve).
Ce troisième type de fibres (fibres II X), on les rencontre chez les sprinters, les astronautes et les grands paralysés. C'est une découverte que nous devons au docteur Scott Trappe, directeur du laboratoire de performance humaine à l’université d’Etat de Ball (Indiana) et chercheur pour la NASA, qui a analysé un prélèvement de la cuisse de Colin Jackson, détenteur du record du monde du 60 m haies (7 s 30). Son étude « Skeletal Muscle Signature of a Champion Sprint Runner », tout juste publiée dans le Journal of Applied Physiology, décrit pour la première fois dans une revue scientifique la composition des fibres musculaires d’un sprinteur de classe mondiale.
Colin Jackson est double champion du monde du 110 m haies, dont il détient toujours le record d’Europe depuis 1993), mais aussi sprinteur : champion d’Europe du 60 m en salle avec 6 s 49, un temps qui le situe à un dixième seulement du record du monde actuel. Il a fallu deux ans pour finaliser l’analyse d'une biopsie musculaire de Colin pour conclure qu'il possède une quantité de fibres « super-rapides » observée seulement chez des sujets atteints de traumatisme de la moelle épinière et d’une puissance comparable à celle du lion et du caracal. « Les exemples dans le monde animal sont plus en lien avec nos résultats pour cet athlète et donnent davantage de sens à ces mesures. »
Autrefois, les analyses se fondaient sur la couleur des fibres: muscles blancs et rouges . Aujourd’hui, les fibres sont classées selon leur vitesse de contraction et il existe un véritable continuum entre les plus lentes (type I) et les plus rapides (type IIx) en passant par tous les intermédiaires. Leur répartition varie d’un individu à l’autre et selon la fonction des muscles : le soléaire, qui permet de stabiliser la jambe ne contient environ que 10 % de fibres rapides, tandis que le muscle orbiculaire, qui fait cligner les yeux en a 90. Chez les sportifs, les biopsies sont généralement pratiquées dans le vaste externe de la cuisse. La proportion de fibres lentes et rapides y est pratiquement égale chez les humains, ce qui permet de distinguer les athlètes plutôt endurants et ceux plutôt explosifs.
En ce qui concerne Colin Jackson, pas ambiguïté : dans le continuum que compose l’ensemble des fibres musculaires de son vaste externe, l’équipe du docteur Trappe n’a compté que 29 % de fibres lentes (I), et surtout 32,5 % de fibres rapides pures (IIx) et selon le docteur Trappe, au regard des données de Colin Jackson, « il apparaît que le profil de type de fibres et la puissance générée par les fibres rapides fournissent une base solide pour suggérer que ces caractéristiques expliquent en bonne partie les succès en sprint accomplis par cet individu. »
