La force, aspects physiologiques et techniques de renforcement musculaires

La Force est la qualité physique à la base et à des degrés divers des autres qualités physiques. En dehors des sports de force pure (power lifting = force athlétique = développé-couché+squat+levé de terre) elle doit être au service de la vitesse et de la technique (force explosive chez les Lanceurs en athlétisme qui nécessite associé à un travail de force pure, des mouvements d'haltérophlie comme l'épaule jeté, l'arraché pour certaines disciplines et un entraînement de pliométrie à ne pas mettre en toutes les mains.

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Vassili Alexeiev

 Leonid Jabotinski

 Iouri Vlassov

Le soviétique Vassili Alexeiev, double champion olympique des super-lourds (1972, 1976), une légende pour tous les amateurs d’haltérophilie ; il a écrit avec ses 2 compatriotes Iouri Vlassov et Leonid Jabotinski, colosse de 165 kg au meilleur de sa forme qui remporta lui aussi, deux médailles d'or aux jeux Olympiques (1964, 1968), améliora dix-sept records du monde, portant en 1967 le total aux trois mouvements à 590 kg, une des plus belles histoires de ce sport ; le colossal mano à mano aux jeux de Tokio en 1964 entre Vlassov et Jabotinski reste encore dans les mémoires des amateurs d’haltérophilie dont je fais partie. 

I/ QUELQUES DEFINITIONS
Dans la pratique sportive, on distingue:

- la force explosive pure (haltérophilie, lancers en athlétisme, tous les sports de détente)

- la force en mouvement combinée avec la vitesse: c'est la puissance musculaire (P= FxV)

- la combinaison de force explosive, d'endurance musculaire et de puissance.

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.

La Force explosive est la contraction musculaire maximale pouvant être déclenchée dans un temps minimum. 

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 la Force maximale. La Puissance est quasiment nulle si la Vitesse est très élevée et
 la
 Force
 minimale.


II/ ASPECT PHYSIOLOGIQUE

1- La force est une activité neuro-musculaire 
Cette activité  a besoin du tissu nerveux pour déclencher la contraction musculaire au niveau de la plaque motrice (jonction neuro-musculaire) où est libéré de l'acétylcholine (médiateur chimique) qui va déclencher la contraction musculaire de l'unité motrice.

                                  

Ces unités motrices ne sont pas toutes constituées du même nombre de fibres musculaires et leurs  tailles varient en fonction de leur rôle: certaines ne comprennent que quelques fibres, ce qui leur donne une très grande précision mais un faible potentiel de contraction. 

A l'inverse, les  muscles puissants possèdent des unités motrices de plusieurs centaines de fibres qui leur permet d'atteindre des tensions importantes. 

Les fibres musculaires d’une unité motrice sont toutes du même type structurel et métabolique et leur recrutement est sélectif: pour les charges de moindre importance, seules sont concernées les unités motrices contrôlant les fibre de type I. 

Pour des charges plus importantes, les unités motrices des fibres IIb seront également recrutées. 

2- Aspect statique de la force 
Sur le plan hémodynamique, la force, exercice bref et intense est assimilable à un effort statique effectué à respiration bloquée (barrage pulmonaire) et le plus souvent de type isométrique sur la circulation périphérique (barrage  périphérique) avec pour conséquences:

- peu ou pas d'incidence sur le débit cardiaque

- hypertension artérielle systolique pour vaincre le barrage périphérique

- hypertension artérielle diastolique d'adaptation au barrage pulmonaire par hypertrophie ventriculaire droite

- hyper-pression encéphalique liée à la stase veineuse cardiaque droite.

3- Aspect dynamique de la force
L'aspect dynamique de la puissance musculaire est liée au pouvoir contractile du tissu musculaire mis en jeu par les voies nerveuses de la plaque motrice.

Cette puissance musculaire est modulée par différents facteurs:

- elle est proportionnelle  à la surface musculaire des muscles qui travaillent.

- elle dépend de la réserve en matériel énergétique, essentiellement  Phosphagène et Glycogène musculaire.

- la température influence la qualité de la contraction musculaire: à température légèrement supérieure à la température corporelle de repos, la contractilité des 2 filaments d'Actine et de Myosine trouve ses meilleures conditions grâce à une baisse de la viscosité, une circulation locale améliorée et une meilleure efficience des réactions chimiques productrices d'énergie.

A l'inverse tout déséquilibre: chaleur ambiante excessive et hyperthermie centrale ou froid intense et hypothermie est incompatible avec un effort neuro- musculaire de qualité, même si le phénomène d'acclimatation est capable de gommer partiellement les effets délétères.

- la fatigue diminue l'excitabilité musculaire, la puissance et l'étendue de la contraction musculaire.

- la récupération: un muscle fatigué récupère d'autant mieux que les déchets lactiques sont éliminés et les réserves d'énergie en Phosphagène et en Glycogène musculaire reconstitués grâce au paiement de la dette d'oxygène et effet direct favorable  du stock d'androgènes naturels.

- les états émotionnels peuvent renforcer ou inhiber la contraction musculaire (effets favorables des acclamations du public, effet paralysant de la peur).

- les bras de leviers mécaniques musculaires modifient la performance en fonction des angles articulaires; pour le coude: les muscles Supinateurs sont plus forts que les Pronateurs et la force de Flexion est maximale en position intermédiaire.

- âge et sexe: avant la puberté il n'y a guère de différence entre fille et garçon; après la puberté la force globale du corps qui est proportionnelle à la masse musculaire est supérieure de 30 à 50% chez les garçons et supériorité franche au niveau de la force des épaules, des bras  et des muscles du tronc et supériorité moindre pour les membres inférieurs. En valeur absolue, la force décline après 35 ans .

4- Appréciation de la force musculaire statique et dynamique

On peut apprécier la force musculaire globale d'un individu par des tests de terrain en additionnant le nombre de flexion de bras sur barre parallèle (dips)+ le nombre de relevés de buste + le nombre de traction à la barre fixe, aussi bien qu'en soulevant des poids et haltères en salle ou au moyen d'un dynamomètre de force en laboratoire.

5- Pyramide de la force

- a la base il y a l'endurance musculaire

- au sommet la force explosive utile à la discipline sportive

- au milieu la force maximale qui n'est pas une fin en soi et peut même être contre productive si elle ne sert pas la discipline sportive (à quoi ça sert de pousser 200 à 250 kilos au Squat ou 150 à 180 kilos au Développé Couché si les tests de terrain de détente verticale et horizontale, de vitesse et d'endurance sont mauvais et si le sujet est incapable de maîtriser un entraînement intensif de qualité et varié dans le temps).

III/ TECHNIQUES DE RENFORCEMENT MUSCULAIRE

Les techniques de renforcement musculaire sont nombreuses et doivent être adaptées à chaque sport et à chaque sportif. Mais ne jamais oublier que le renforcement musculaire se doit d'être au service de la vitesse et de la technique. 

Certaines techniques comme le travail isométrique (contraction musculaire sans mouvement), l'électrostimulation, etc, sont recommandées en cas de blessure ou d'immobilisation prolongée en prévention de l'amyotrophie et de la perte de force qui guette tout accidenté du sport. Ces techniques utilisent:

- le poids du corps

- des haltères

- des appareils de musculation

- des lancers ou des portés d'objets de poids différents.

Le but du renforcement musculaire est de ressembler à un décathlonien et non à un body-builder.

1-  Les bases scientifiques de la force
On sait depuis Zatsiorski  que le développement de la force est plus lié à des phénomènes nerveux (recrutement et synchronisations des unités motrices, coordination intermusculaire liée à une bonne technique) et à celui de l'élasticité musculaire en rapport avec le réflexe myotatique qu'à l'hypertrophie musculaire.

a/ le recrutement des unités motrices i
Il ntervient entre 0 et 80% de la force maximale et explique le gain de force rapide en début de période de musculation.

b/ la synchronisation des unités motrices 
Elle est de 80% chez le sujet entraîné et de 20% chez le sédentaire ce qui entraîne une réponse motrice à la fois plus brève et plus intense mais qui paradoxalement dans la vie de tous les jours serait défavorable car responsable de mouvements tremblés et violents. 

Il existe donc physiologiquement un circuit intra médullaire désynchronisateur, le circuit des inter-neurones de Renschaw qui brouille la synchronisation naturelle (travaux de Paillard). Pour développer la force, il va falloir lever cette inhibition. 

Cela est rendu possible par l'activation (travaux de Pierrot-Desseilligny) d'un autre circuit nerveux qui va inhiber le circuit de Renshaw par un entraînement avec des charges supérieures à 80% de la force maximale.

c/ la coordination intermusculaire 
Elle est en rapport avec la technique individuelle qui aboutit au geste juste, économe en énergie et d'efficacité maximale.

d/ l'élasticité musculaire 
Elle est également un facteur déterminant dans la performance. On la subdivise:

- en élasticité en série des tendons et des enveloppes musculaires mais aussi dans la partie contractile du muscle : les ponts d'Actine et de Myosine que l'on schématise par un ressort sur la queue de la Myosine (travaux de Bosco,Husley et Simmons) et des points d'ancrages pour la tête (travaux de Goubel).

- et une élasticité en parallèle.

Sur le terrain Bosco propose 2 tests d'élasticité:

- le Squat-jump à partir d'une position accroupie à 90° qui ne teste que l'aspect contractile

- le Countermovement-jump à partir de la position debout suivie d'une flexion-extension.

2- Les techniques analytiques:

Ce sont des procédures de renforcement de  muscles  concourant à une même fonction (par exemple: flexion de bras ou extension de jambe sur la cuisse).

a/ techniques basées sur le renforcement statique de la force

Le travail statique encore dénommé travail isométrique ne fait pas intervenir de mouvement. La force est ici proportionnelle à la résistance qui s'oppose au déplacement du membre; résistance manuelle en cas de blessure et contrôlable par un tiers (kinésithérapeute) ou un dispositif fixe ou par l'intermédiaire d'un appareil de musculation ou d'un poids. Il peut être effectué à différents degrés d'amplitude d'une articulation donnée.
Hettinger et Muller ont pu démontrer qu'une seule contraction isométrique d'1 seconde par jour contre une résistance maximale, suffisait à maintenir le niveau de force. 

Troisier a mis au point une méthode de renforcement statique intermittent (sur le modèle de l'entraînement fractionné) qui consiste a enchaîner des séries de contractions statiques de 6 secondes entrecoupées de phases de repos de 6 secondes, correspondant à un travail à la fois de force et d'endurance musculaire très favorable après blessures (affections orthopédiques sous plâtre ou rhumatologiques rachidiennes). 

Ce travail statique ne contraint ni les grosses articulations périphériques comme le coude ou le genou ni le rachis et ne  comporte pas de risque+++. 
Exemple de travail statique isométrique: la chaise romaine
Dans l'exercice de la chaise l'on travaille le quadriceps en étant appuyé dos au mur tout en conservant un angle de 90° au niveau du genou.
Exemple d'un travail en isométrie:  le gaînage abdomino-lombaire+++

b/ techniques basées sur le renforcement dynamique de la force:

1- le travail dynamique est encore dénommé travail isotonique; la résistance constante n'entrave pas le mouvement qui reste libre. 

En cas de faiblesse musculaire on peut alléger soit la résistance soit faciliter l'exécution du mouvement (mouvement actif aidé). 

En cas de faiblesse majeure le renforcement isotonique peut être effectué sans la contrainte de la pesanteur.

 Ce travail dynamique doit être exécuté à pleine amplitude, mais il est  possible aussi de ne travailler que sur un secteur:

- en course interne lorsque le travail est réalisé dans la position proche du raccourcissement maximal de l'articulation.

- en course externe quand il est exécuté dans une position voisine de l'allongement maximal du muscle.

- en course intermédiaire s'il est exécuté entre les  positions extrêmes.

3- Les protocoles de renforcement dynamiques de la force

Le renforcement dynamique concentrique et excentrique
Ils font varier soit la vitesse du mouvement isotonique, soit la charge, soit le nombre de répétitions du mouvement et le nombre de séries. Ils sont basés sur:

- la charge maximale capable d'être mobilisée à pleine amplitude sur une répétition = 1 RM - le nombre (n) de répétitions  réalisables à pleine amplitude avec une fraction de la charge maximale = n RM. Suivant l'objectif recherché de Force, de Puissance ou d'Endurance musculaire on privilégiera:

- 20 séries de 20 répétitions pour l'endurance musculaire (20x20) en utilisant son propre poids de corps ( flexions de bras et de jambe par exemple).

-  10 séries de 10 répétitions (10x10) à 6 séries de 6 répétitions (6x6) pour la puissance musculaire avec haltères ou appareils de musculation.

-  1 série de 3 répétitions à 90% de la RM (1x3) + 1 série de 2 répétitions à 95% (1x2) + 1 répétition à 100% (1x1) pour améliorer la force maximale. 

Ce travail dynamique peut être exécuté sur un mode:

-  concentrique qui rapproche les insertions musculaires (excellent pour les Fléchisseurs des bras et les Extenseurs de jambe)

- excentrique qui éloigne les insertions musculaires et consiste à freiner le mouvement (excellent pour Moyen Fessier, Ischio-jambiers et Dorsi-Fléchisseurs de cheville).
Le travail purement concentrique est le résultat de la poussée (accélération du centre de gravité corporel) des membres inférieurs lors d'un saut vertical sur place par exemple. 
Le travail purement excentrique correspond à la flexion des genoux (freinage du centre de gravité corporel) lorsque l'on veut se mettre accroupi.

On rappelle que les muscles ischio-jambiers de la face postérieure de la cuisse fonctionnent en excentrique et constituent le groupe musculaire les plus sujet aux claquages qui font des ravages dans les sports de vitesse, de sauts et ceux avec étirements brusques (Athlé, football+++, rugby, hand, basket, gym, danse, etc), avec deux types de lésions musculaires, les sprint-lésions et les strecht- lésions. 
Autres groupes musculaires affectés et par ordre décroissant:  les adducteurs de la face interne de la cuisse, le droit fémoral du quadriceps de la face antérieure de la cuisse, le jumeau interne du mollet. Ces muscles qui se claquent sont le plus souvent poly-articulaires et travaillent sur un mode excentrique (en freinage), si bien qu'un travail musculaire de type excentrique doit être proposé, à l'aide sangles ou d'appareils spécifiques de musculation de la marque X-Force par exemple après claquage ou en prévention et doit être précédé par des étirements et un travail concentrique.

Le body-building 
Le B.B. obtenu par la méthode des efforts répétés (beaucoup de répétitions et beaucoup de séries) avec haltères ou appareils de musculation, entraîne une hypertrophie musculaire contre productive avec perte de l'élasticité musculaire, baisse de la vitesse et autres effets négatifs incompatibles avec une pratique sportive autre que le culturisme.

4- Le renforcement dynamique isocinétique.

Il  s'effectue sur machine iso-cinétique CYBEX ou BIODEX.

Dans ce type de travail, la vitesse de l'exercice est imposée et c'est la résistance de la machine qui s'adapte en permanence à la force développée par le sujet pour maintenir la vitesse de déplacement constante. 

La vitesse est de type angulaire et va de 30° par seconde à 240° par seconde. Plus la vitesse est lente et plus la force développée par le sportif ou le blessé est grande.

Cet appareil isocinétique est également le dynamomètre le plus précis pour mesurer la force musculaire en fonction d'une position articulaire. Les principales indications du renforcement musculaire isocinétique sont:

- le développement musculaire spécifique des sportifs de haut niveau.

-  la rééducation des séquelles des affections neurologiques chroniques.

- la récupération musculaire après entorse grave du genou  opéré ou non.

-  le bilan musculaire des muscles du tronc du lombalgique chronique.

- le bilan musculaire des muscles rotateurs d'épaule et celui des fléchisseurs et extenseurs de cheville.

5/ Les Techniques globales de renforcement musculaire. 

Ces techniques globales renforcent les groupes musculaires agissant en synergie et concourant à une même fonction (muscles synergistes). Les exemples les plus connus sont les 3 mouvements de la force athlétique (Power Lifting):

- le Squat pour les muscles du train inférieur

- le Développé Couché pour celui des muscles du train supérieur

- le Soulevé de Terre pour le train supérieur et inférieur.

Le travail sur bicyclette ergométrique (pendant au moins 20 mn)  entretient l'endurance musculaire des membres inférieurs, celle des abdominaux et les capacités aérobies.

 celui sur ergocycle à bras pour l'endurance musculaire des membres supérieurs et les capacités aérobies.

et l'exercice sur rameur pendant 20 mn au moins (appareil de type Concept 2++) développe l'endurance générale cardio-respiratoire et l'endurance musculaire périphérique (bras, torse, abdos, cuisse).

En médecine de rééducation, la technique globale de KABAT utilise une chaîne fonctionnelle en diagonale-spirale qui permet la contraction d'un muscle très affaibli, entraîné par les autres muscles de la chaîne.

6/ La Pliométrie (Zatsiorski, Zanon, Bosco, Comiti, Vercoshanski)

Incontestablement en matière de renforcement musculaire, le travail en excentrique et les exercices pliométriques sont les plus terriblement efficients, mais à ne pas mettre entre toutes les mains et à faire avec un coach qui  maîtrise parfaitement les différents paramètres.

a/ Aspect physiologique. 

La pliométrie est physiologiquement basé sur le cycle étirement - raccourcissement. On parle d'une action musculaire pliométrique lorsque un muscle qui se trouve dans un état de tension est d'abord soumis à un allongement (phase excentrique) et puis qui se contracte en se raccourcissant (phase concentrique).

On sait depuis Zatsiorski (1966) qu'un athlète qui pousse en position de squat sur une barre fixe produit une force donnée appelée force maximale isométrique.

Le même athlète lors d'un saut en contrebas (exercice de pliométrie) va pouvoir développer une force supérieure d'une fois et demi à 2 fois sa force maximale isométrique. Cette efficacité ne s'explique que grâce à l'utilisation du "cycle étirement - raccourcissement". On formule aujourd'hui deux types d'explications: l'intervention du réflexe myotatique et le rôle joué par l'élasticité musculaire.

b/ Illustrations.

Les actions les plus courantes sont la plupart du temps pliométriques :

- dans la course la foulée comporte une phase d'amortissement (excentrique) et une phase de renvoi (concentrique) .

- les foulées bondissantes et tous les bondissements sont également régis par les mêmes principes avec des tensions musculaires supérieures.

c/ Effets immédiats. 

Chez un sujet très entraîné, pour une séance de type pliométrie intense (avec plinths hauts) il faut 10 jours de récupération avant une compétition. On peut réduire ce délai en utilisant un travail de moyenne intensité avec des exercices avec bancs ou haies. Dans ce cas, 3 jours suffisent.

d/ Effets retardés. 

Il concerne le travail effectué pendant un cycle d'entraînement. Pour un cycle de pliométrie intense comportant 4 séances de ce type il faut 3 semaines de récupération, chiffre que l'on peut ramener à 10 jours en cas de plyométrie d'intensité moyenne.

e/ Les méthodes pliométriques

La pliométrie simple.

Elle est illustrée par des foulées bondissantes, sauts à la corde, plinth bas (20 cm), bancs.) La pliométrie intense. 
Elle s'effectue avec des plinths hauts (60 à 100 cm). Elle s'exécute au moyen de différentes flexions de jambes à 130°, 90°, 60°, en les combinant ou sans les combiner.

La pliométrie avec charge 
Elle consiste à exécuter des squats en introduisant un ou plusieurs temps de ressort.

f-Les tests pliométriques:  le 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) sur le tapis et effectuer un saut vertical.

Finalité 
du
 test
:

 évaluation 
de 
la 
force 
réactive 
pliométrique
.

Les meilleurs sauteurs en hauteur obtiennent
 leurs 
meilleurs
 résultats 
avec
 des 
chutes 
de 
110 
cm
.
7/ Le travail de force explosive

Son  but est de développer et d'améliorer l'explosivité des muscles de la jambe qui sera très profitable à tous les sportifs qui recherchent à la fois détente et démarrage sur courte distance.

                         

  

Consignes de réalisation 

a- Gainage :10 secondes dans la position de la chaise romaine, cuisses à l'horizontale, bras équilibrateurs tendus devant soi, regard horizontal, nuque et épaules relâchées, talons au sol. 

b- Sauts :10 sauts enchainés sans temps d'arrêt  " temps de ressort ", extension complète, aide des bras lancés vers le haut, réception sur jambes mi-fléchies. 

c- Sprint: sur 10 mètres amorcé dès la réception au sol du dernier saut,  sans aucun 

temps d'arrêt.

Le sportif cherche à être en accélération constante durant les 10 mètres. 

Récupération :La récupération entre chaque répétition des trois séquences gainage-sauts-sprint est très courte ( 5 secondes ) 

Programme d'entraînement 

Il est possible de réaliser une série de 4 à 10 répétitions des trois séquences et de 3 à 5 séries, la récupération entre les séries étant de 2 à 5 minutes environ, en fonction de l'état de forme du moment. 

Exercices de type pliométrique

8/ Le travail proprioceptif

La proprioception est une action nerveuse d'anticipation (système d'alerte) de la contraction musculaire de manière à ajuster la motricité en cas de besoin particulier. 

C'est une activité essentielle dans la pratique sportive ou après blessure articulaire (post entorse par exemple); elle est dispensée  en kinésithérapie et suit une progression: d'abord travail proprioceptif en chaîne ouverte (sans les appuis) puis en chaîne semi fermée (appui partiel ou mobile) puis en chaîne fermée avec appui total, exécuté sur trampoline, plateaux d'équilibres de Freeman, etc. 
9/ Les techniques d'électro-stimulation

                                               

Les techniques d'électro-stimulation sont utilisées larga manu par les sportifs à visée de renforcement musculaire mais aussi en médecine de rééducation pour stimuler les muscles dont la cotation musculaire est faible. Ces techniques relativement inconfortables ne sont pas physiologiques, la contraction  musculaire induite se rapprochant de la tétanisation. Le protocole le plus usité dure 3 semaines à raison de 3 séances d' 1 heure par semaine, pour un gain espéré de + 20% de la RM.

10/ Evaluation clinique de l'endurance musculaire

- des quadriceps par le test de la chaise romaine, en position assise, dos au mur genoux pliés à 90°; (N= 2 mn).

                                              

- des lombaires par le test de Sorensen (N = 4 mn)

- des abdominaux par le test de Shirado - Hito , assis genoux fléchis, pied à plat au sol, buste en antéflexion, bras croisés derrière la nuque: (N = 2 mn).

11/ Cotation de la force musculaire en médecine de rééducation de 0 à 5.
0 = Aucune contraction.
1 = Contraction visible n’entraînant aucun mouvement.
2 = Contraction permettant le mouvement en l’absence de pesanteur.
3 = Contraction permettant le mouvement contre la pesanteur.
4 = Contraction permettant le mouvement contre la résistance.
5 = Force musculaire normale.