Introduction : les enjeux de l'approche scientifique de l'entraînement

1 L’avenir du sport de haut niveau se joue dans les dix prochaines années. En effet, la crédibilité des performances passées et présentes est altérée par le grand déballage du dopage. Cet article ne discutera pas des causes de cette soudaine chasse au dopage (voir « le système des sports » de Paul Yonnet). Cependant après la question « mais que fait la police ? », il est temps de s’interroger sur l’apport de la science dans le domaine de l’entraînement sportif.

2 A titre d’exemple sensible de l’apport des sciences de la vie et de la santé en général, et de la physiologie en particulier on peut examiner l’évolution des performances et des méthodes d’entraînement des courses de fond (10.000 m au Marathon). En effet, les facteurs limitatifs de ces épreuves sont principalement d’ordre physiologique et en particulier bioénergétique [1]. En examinant la progression (régulière) des meilleures performances mondiales sur le Marathon depuis la fin du XIX^e siècle, il est impossible de détecter une avancée extraordinaire à mettre sur le compte de telle ou telle découverte scientifique. On peut cependant constater que bien souvent les entraîneurs et les sportifs faisaient de la prose sans le savoir en mettant au point des procédés d’entraînement que les scientifiques décryptent et valident bien des années plus tard.

3 Nous allons donc parcourir ce siècle d’avancée des techniques d’entraînement et des concepts physiologiques appliqués aux effets de l’exercice sur le corps humain. Les énormes progrès déjà réalisés dans ce domaine pourraient nous permettre d’envisager l’avenir de l’entraînement sans dopage à condition de se donner les moyens de former les cadres techniques.

4 Pour illustrer notre démonstration nous avons choisi la course de fond (du 3000 m au Marathon) qui est actuellement pratiquée par 4 millions de sportifs en France. Le Marathon ne fait plus peur et chacun veut progresser selon ses capacités physiques et le temps dont il dispose. Pour cela, un entraînement « sur mesure » est possible par une meilleure adéquation entre le profil énergétique du coureur (dont nous allons préciser les déterminants) et la spécificité physiologique et biomécanique de la course de fond. En effet, un entraînement scientifique requiert l’étalonnage des réponses physiologiques (fréquence cardiaque, consommation d’oxygène, lactatémie, débit ventilatoire) sur un éventail de vitesses proches de la vitesse de compétition.

5 Progresser en courant « à la sensation » est possible mais seulement après l’apprentissage de la mise en correspondance de la perception de l’intensité de l’exercice avec les réponses physiologiques. Cet apprentissage est possible dès le plus jeune âge (en classe de 6^e à 11 ans) par les échelles de perception de la difficulté de l’exercice soit en fonction de leur intensité (vitesse), soit en fonction de la durée (Garçin et al., 1998).

1 – Le début de siècle et le début de l'analyse mathématique et physiologique des records de l'espèce humaine à la course

6 En 1906, paraît le premier article sur une étude prospective des records à la course. Son auteur, Kennelly (ingénieur électricien à Havard), aborde pour la première fois la forme de relation qui lie la vitesse en fonction du temps (courbe de performance). Par la suite, le physiologiste et prix Nobel, Archibald Vivian Hill (1927) qui fut un pionnier de la bioénergétique de l’exercice musculaire, contribua à ce type d’approche. Nous lui devons l’introduction de nombreux concepts (consommation maximale d’oxygène [2], dette d’oxygène [3]) qu’il utilisa pour expliquer la forme de la relation vitesse - temps en course à pied (figure 1), élaborée à partir des records du monde du 100m au marathon (tableau 1).

Figure 1

La relation vitesse (m/s) – temps (en logarithmes) des records du monde en course à pied à 15 secondes d’intervalle de 1908 à 1998. Cette figure montre la perte de vitesse en fonction du temps selon une échelle logarithmique pour pouvoir mettre sur le même graphe un exercice de 10s à 3 heures). La pente de cette relation n’est pas significativement différente selon les époques, les records ayant évolué de façon homogène sur les distances courtes (100, 200, 400 m), moyenne (800, 1000, 1500, Mile, 3000, 5000 m) et longues (10000 m au Marathon).

7 En effet on peut alors envisager des tranches de durées d’exercice pour lesquelles la perte de vitesse est peu sensible. En effet pour une durée de course qui double de 10 à 20 secondes, la vitesse est maintenue à 36 km/h et pour celle qui passe de 1 heure à 2 heures, on ne perd que 1 km.h^-1. Au contraire dans certaines portions de la courbe liant la vitesse au temps de course, il existe des cassures montrant d’énormes pertes de vitesse pour des temps assez proches à l’instar de la première à la deuxième minute de course, où la vitesse chute de 33 à 28 km.h^-1.

8 L’étude de cette courbe a permis aux physiologistes du début de siècle de supposer et déceler des similitudes quant aux facteurs limitatifs et aux qualités énergétiques requises pour ces différents couples de vitesse - durée qui vont déterminer la performance : temps mis sur une distance donnée fixée par le règlement fédéral sportif.

9 Il est remarquable de constater que cette relation entre la vitesse et la durée de maintien n’a pas changé au travers du siècle si l’on compare les pentes. Cela signifie que l’évolution des records du monde sur courtes et longues distances s’est réalisée de façon égale tout au long du siècle et que l’on peut courir plus longtemps à 36 km/h mais également à 20 km/h (rappelons que ce ne sont pas les mêmes coureurs qui sont performants sur les courtes et les longues distance). A la lecture du tableau 1 on peut constater que les femmes courent 2 km/h moins vite sur toutes les distances par rapport aux hommes. Cela signifie que leurs performances sur longues distances ont du retard par rapport aux courtes distances, cela étant probablement le fait d’une réglementation qui n’inscrivit le marathon féminin aux Jeux Olympiques qu’en, 1984 à Los Angeles.

2 – De la performance aux caractéristiques physiologiques du coureur

10 Quels sont les paramètres énergétiques qui nous permettent de prévoir les performances d’un coureur sur longue distance ? Depuis quant connaît-on ces facteurs ? Quelles sont les nouvelles pistes pour approfondir notre connaissance de l’énergétique humaine ?

11 Les paramètres qui permettent de prédire les performances d’un coureur sont les suivants :

1. la puissance métabolique que le coureur peut fournir sur une durée donnée (la puissance énergétique du coureur) qui dépend de la capacité du coureur à transformer l’énergie chimique qu’il a stockée sous forme de glucides, lipides, protides et de créatine phosphate, en énergie mécanique (raccourcissement des muscles qui vont actionner les levier osseux). Pour les exercices d’une durée supérieure à 3 minutes (à partir du 1500m), cette transformation s’opère par l’intermédiaire de l’oxygène (un litre d’oxygène consommé correspondant à une production d’énergie de 21 kJ à partir des glucides).
2. le coût énergétique de sa course selon l’équation de Pietro di Prampero. Ce chercheur a beaucoup contribué dans la tradition de l’école italienne, (depuis Rodolfo Margaria, dans les années 30, puis Paolo Cerretelli, depuis les années 70) à la connaissance des aspects énergétiques de la locomotion humaine, et a formulé l’équation suivante qui indique que la puissance métabolique (E_r : « energy rate ») dépend de la vitesse de course et du coût énergétique (C_r) selon l’équation (di Prampero, 1986) :
   E_r = C_r x V (1)
   où V est la vitesse en mètres par seconde, C_r est exprimé en joules ou en millilitres d’oxygène par mètre et par kilogramme de poids de corps et E_r est en watts ou en millilitres d’oxygène consommé par seconde et par kilogramme de poids de corps (consommation maximale d’oxygène). Cette équation à été appliquée à toutes les locomotions humaines (natation, cyclisme…) dont le déplacement en gondole (di Prampero officie à l’Université d’Udine à une centaine de kilomètres de Venise).

12 Nous avons montré (Billat et al., 1994) que le temps de maintien (temps limite) de cette consommation maximale d’oxygène est un paramètre qui peut varier de 25 % dans un groupe de coureurs de même niveau de performance (record sur semi-marathon) pour lesquels la consommation d’oxygène est homogène (5 % de variation). Cette démonstration, qui répondait à une question légitime de connaître non seulement les caractéristiques de puissance aérobie (consommation maximale d’oxygène) mais également d’endurance (temps de limite) à cette puissance maximale avait été éludée.

13 L’endurance peut être mesurée par le facteur F (« F » comme fraction de VO₂max utilisée sur une durée d’effort donnée). La détermination de ce facteur « endurance » mis en évidence par François Péronnet (Professeur à l’Université de Montréal) nécessite une série d’épreuves épuisantes avec la mesure des échanges gazeux respiratoires. Pour simplifier, on peut utiliser la relation liant le pourcentage de la vitesse associée à VO₂ max (ou vitesse maximale aérobie) et le temps record sur les distances de compétition. Il est également d’usage plus courant de rechercher la vitesse (cf. encart 1 et encart 2, figures 2a et 2b concernant la lactatémie et la cinétique de la consommation d’oxygène en fonction de la vitesse) et la fraction d’utilisation de la consommation maximale d’oxygène à laquelle la glycolyse est trop rapide pour la resynthèse de l’équivalent réducteur NADH en NAD (nicotine adénine dinucléotide) dans la chaîne respiratoire. Cette vitesse, appelée vitesse « au seuil lactique » ou plus abusivement « seuil anaérobie » depuis les années 60 apparaît entre 60 et 90 % de la vitesse à laquelle on atteint la consommation maximale d’oxygène. Cette appellation de « seuil anaérobie » est abusive puisque l’accumulation lactique consécutive à la réduction de l’acide pyruvique en acide lactique (qui va se dissocier en ion lactate et proton hydronium (H⁺) entraînant la baisse du pH musculaire et sanguin) est surtout due au recrutement de fibres rapides qui ont beaucoup d’isoenzyme LDH de forme M (transformant l’acide pyruvique en acide lactique) et non de forme H (favorisant, comme dans le cœur, la transformation de l’acide lactique en acide pyruvique). L’intensité de la contraction musculaire qui dépend de la force imposée (accélération d’une masse), conditionnant un travail (force appliquée sur une distance) puis une puissance (travail produit par unité de temps) détermine un flux de calcium qui lui-même stimule (par le messager AMP cyclique) la transformation de l’enzyme phosphorylase inactif en actif. Cet enzyme est responsable de la glycogénolyse lactique (cassure du glycogène, forme de stockage animal de molécules de glucose) qui va aboutir à une activation de la LDH-M et donc une accumulation d’acide lactique. L’appellation « seuil lactique » est peut- être moins équivoque puisqu’elle ne fait que constater, sans sous-entendre une quelconque anaérobiose, l’accumulation lactique. Si l’athlète est capable, après une période d’entraînement, de courir plus vite avant d’atteindre le seuil d’accumulation lactique, c’est qu’il aura moins sollicité ses fibres de type rapide et qu’il aura augmenté ses enzymes oxydatives. En moyenne, un coureur est capable de courir un marathon à une vitesse égale à 90-95 % de la vitesse au seuil lactique, soit au maximum à 80-85 % de sa consommation maximale d’oxygène.

14 Le troisième facteur discriminant de la performance sur longue distance est le coût énergétique du déplacement du coureur. En effet, à débit d’énergie égal, le coureur qui ira le plus vite est celui qui aura la foulée la plus économique. Le coût énergétique (C_r pour l’anglais « cost of running ») est une quantification de l’économie de la course par unité de distance parcourue et de poids de corps transporté. Ainsi il a été montré que l’espèce humaine a un coût énergétique moyen de 4 kJ par kilomètre couru et par kilogramme de poids de corps. Cette valeur est proche de celle du cheval qui a toutefois un débit d’énergie deux fois supérieur (pour un même niveau d’entraînement), ce qui explique des vitesses maximales aérobies deux fois supérieures à celles des meilleurs demi-fondeurs humains (50 contre 25 km.h^-1). Sachant que 1 litre d’oxygène consommé permet de fournir 21 kJ d’énergie, il est possible de traduire le coût énergétique de 4 joules par mètre, en millilitres d’oxygène consommé par unité de distance et de poids du corps. Quatre joules représentent un coût en oxygène de 4/21 = 0,190 ml.min^-1. km^-1. Il faut souligner que le coût énergétique est une quantité d’oxygène (et donc de joules par équivalence) dépensée par unité de distance et de poids du corps et qu’il est relativement indépendant de la vitesse entre 10 et 20 km.h^-1. En deçà, la course devient moins économique car le coureur est obligé de raccourcir ses pas (augmentation du travail interne ou de gesticulation par augmentation de la fréquence des gestes, Cavagna et al., 1991) et, au-delà, la composante aérodynamique du coût énergétique devient non négligeable (Pugh, 1970). En effet, au-dessus de 20 km.h^-1, la consommation d’oxygène (donc le surcroît de dépense énergétique ?VO₂) augmente de façon exponentielle avec la vitesse selon l’équation :

Figure 2a

Augmentation de la lactatémie en fonction du temps à différentes vitesses de course (en % de la vitesse maximale aérobie : VMA).

Augmentation de la lactatémie en fonction du temps à différentes vitesses de course (en % de la vitesse maximale aérobie : VMA).

Figure 2b

Augmentation de la consommation d’oxygène en fonction du temps à différentes vitesses de course (en % de la vitesse maximale aérobie : VMA).

Augmentation de la consommation d’oxygène en fonction du temps à différentes vitesses de course (en % de la vitesse maximale aérobie : VMA).

Tableau 2

Seuil Lactique %V.O2 max FV.O2 max sur Marathon Coût énergétique brut(ml.m-1.kg-1) V.O2 max (ml.min-1.kg-1) vitesse sur marathon (km.h-1) Temps réalisé h, min,s 95,5 0,91 0,190 0,180 78 88 22,41 26,69 1h53min36s 1h34min54s 92,4 0,88 0,200 0,190 76 86 20,06 23,89 2h06min01s 1h46min12s 89,3 0,85 0,210 0,200 74 84 17,97 21,42 2h20min56s 1h58min12s 86,1 0,82 0,220 0,210 72 82 16,10 18,33 2h37min15s 2h18min10s 83,0 0,79 0,230 0,220 70 80 14,42 17,24 2h45min49s 2h27min07s 79,8 0,76 0,240 0,230 68 78 12,92 15,46

Simulation des caractéristiques bioénergétiques et performances passées, présentes et futures sur le marathon. Valeurs de références pour les femmes et les hommes (italique). Le record actuel féminin est de 2h20min47s et le record masculin de 2h06min05s.

15 Ainsi, à 24 km.h^-1 (6,66 m.s^-1) comme par exemple sur un 3000 m couru en 7 min30s, la composante aérodynamique peut être calculée comme suit :

16 Ainsi sur les 84 ml.min^-1.kg^-1 d’économie de course (VO₂ à une vitesse donnée) la composante aérodynamique représente 5,9 ml.kg^-1.min^-1 soit 7 % à 24 km.h^-1.

17 De plus, on distingue le coût énergétique brut (dans lequel la consommation d’oxygène de repos est incluse) du coût énergétique net (dans lequel la consommation d’oxygène de repos est retranchée ; elle est de 3,5 ml.min^-1.kg^-1).

18 Si l’on applique l’équation de di Prampero (1986) à la course, il est alors possible de calculer les caractéristiques énergétiques nécessaires aux coureurs pour battre la meilleure performance mondiale sur marathon (dans le contexte d’une course à température de 18°C avec ravitaillement en eau et en glucose, le coureur s’étant chargé en glucide les jours précédents).

3 – Applications des facteurs discriminants de la performance aux records du monde féminin et masculin sur marathon

19 L’analyse des exigences bioénergétiques du record du monde de marathon féminin contribue à mieux cerner les caractéristiques physiologiques des femmes. En se référant aux équations (2) et (3) de di Prampero (1986) :

20 où V est la vitesse sur le marathon, où F est la fraction d’utilisation de la consommation maximale d’oxygène sur le marathon que l’on peut approcher par le seuil lactique ; il est possible de cerner les exigences bioénergétiques de cette nouvelle meilleure performance du marathon féminin. Le coût énergétique représente la consommation d’oxygène brute (incluant les 3,5 ml.min^-1.kg^-1de repos) par unité de distance parcourue et par kilogramme de poids de corps. Le tableau 2 donne les valeurs de référence de ces facteurs bioénergétiques compatibles avec les caractéristiques de la femme et de l’homme, qui permettent de réaliser une performance donnée sur marathon. En effet, à niveau égal de performance (en référence aux points donnés par la table de cotation de la fédération d’athlétisme internationale, IAAF), la femme a une consommation maximale d’oxygène de 10 ml.min^-1.kg^-1 inférieure à celle de l’homme.

21 C’est pourquoi, afin d’examiner les exigences bioénergétiques de ce nouveau record du monde féminin de marathon, nous avons choisi la gamme de valeurs de VO₂ max allant de 68 à 78 ml d’O₂.min¹.kg^-1 (Péronnet, 1992) ; cette valeur correspond aux consommations d’oxygène des coureuses de fond de haut niveau. Le nouveau record féminin du marathon établi en 2000 par la jeune Kenyane Loroupe (alors que celui-ci n’avait pas progressé depuis 1985), correspond à une vitesse de 17,98 km.h^-1. Pour courir à cette vitesse pendant 2h20 il faut (en prenant l’hypothèse d’une course moyennement économique avec un coût énergétique brut de 200 ml.kj^-1.km^-1) une consommation d’oxygène de 60 ml.min^-1.kg^-1 : 18 km^-1.h^-1 = 60 ml d’O₂.min^-1.kg^-1 x 60 minutes [*] / 200 ml.kg^-1.km^-1

22 Etant donné que le marathon se court en moyenne à 90 % de la vitesse au seuil lactique (données non publiées enregistrées sur 73 marathoniens de 2h07min à 3h30min, thèse de Mario Paiva, Université de Porto) et que la vitesse au seuil lactique représente 90 % de la consommation maximale d’oxygène, la consommation d’oxygène de 60 ml d’O₂.min^-1.kg^-1 nécessaire sur le marathon pour courir à 18 km/h (avec un coût énergétique brut de la course égal à 200 ml.kg^-1.km^-1) implique que la coureuse devra avoir une consommation maximale d’oxygène de :

23 Cette jeune Kenyane a fait mieux que Mimoun qui couvrait la distance en 2h25min pour l’or olympique à Melbourne en 1956 et que Zatopek en 2h23min3s à Helsinki 4 ans plus tôt. Cette amélioration régulière des performances au cours de ce siècle (Bocquet et al., 1999) est due à une augmentation de la quantité et de la qualité de l’entraînement, les marathoniens actuels allant jusqu’à couvrir un marathon par jour en période de stage (à l’instar des meilleurs coureurs Portugais) sans négliger toute l’année les séances d’entraînement courues entre 90 et 100 % de vVO₂ max (2 séances hebdomadaire toute l’année).

24 De plus, la banalisation d’une épreuve autrefois mythique et aujourd’hui courue par des millions d’amateurs permet de convaincre certains jeunes coureurs de demi-fond long de se lancer plus jeunes sur le marathon. De même, toutes les nations courent le marathon qui est réellement une discipline universelle. Si les africains excellent sur les courses de fond depuis Abebe Bikila à la fin des années 70, les africaines apparaissent sur le plan international depuis 5 ans.

25 Le tableau 3 montre l’évolution du record du monde féminin du marathon. Le premier record a été maintenu 40 années, et l’avant dernier (1985) quelque 13 années, d’où la forme sigmoïde de la courbe visualisant l’évolution du record du monde du marathon féminin.

26 La marge de progression calculée pour l’an 2000 (faite en extrapolant à partir de la relation établie entre les années et la vitesse - record sur marathon) aboutit à un temps de 2h00 ! Il n’est toutefois pas possible d’envisager que les femmes dépassent les hommes sur les courses de longues distances, ainsi que Whipp et Ward (1992), l’ont spéculé dans cet article de la revue Nature. Pour ce qui concerne les hommes, les 20 km/h ont été franchis soit 2 km/h plus vite que les femmes (+10 %). En appliquant les caractéristiques bioénergétiques des meilleurs coureurs de fond qui accompliraient la course idéale (avec au départ un stock de glycogène [4] à son maximum).

27 Des études basées sur les prédictions mathématiques (Liu, 1998) et non pas sur les caractéristiques énergétiques de l’homme, ont prévu que le marathon serait couru en 1h59 min en 2030. En effectuant la même démarche mais avec la mise à jour du record, nous prévoyons de franchir les deux heures en 2010 (Bocquet et al., 1999).

28 Il convient d’attendre les cinq prochaines années pour examiner l’évolution de ces records au cours du prochain millénaire. Pour les femmes étant donné qu’elles n’ont commencé à courir le marathon que très tardivement de façon officielle (premier marathon olympique à Los Angeles en 1984), il est difficile d’appliquer une prédiction mathématique de qualité puisque le nombre de performances réalisées n’est pas suffisant. Cependant en spéculant sur des données bioénergétiques compatibles avec les données actuelles, une coureuse qui aurait une consommation maximale d’oxygène (VO₂ max) de 75 ml.min^-1.kg¹ accompagnée d’un seuil lactique de 89 % de VO₂ max et d’un coût énergétique brut de 210 ml.min^-1.km¹, pourrait couvrir le marathon en moins de 2h20 (+ de 18 km.h^-1 ) et plus exactement en 2h19min02s. Une marathonienne idéale qui aurait à la fois un coût énergétique brut très bas (180ml.min¹.km^-1), une consommation maximale d’oxygène élevée (78 ml.min^-1.kg^-1) et un seuil d’accumulation lactique au plus haut (90 % de VO₂ max) serait alors capable de couvrir les 42,195 km à 21,06 km. h^-1 : c’est-à-dire en 2h00min12secondes.

29 Cependant, aussi bien pour les hommes que les femmes, nous n’avons jamais pu observer chez la même personne à la fois un haut débit d’énergie et une très basse valeur de coût énergétique. Il est vrai que la base de données est relativement restreinte si l’on s’en tient à la littérature scientifique, tous les meilleurs coureurs ne fréquentant pas les laboratoires. Cela devrait changer avec une approche sur le terrain pas des appareils portables comme le K4 qui permet la mesure des échanges gazeux sur la route.

30 Le dopage permet d’améliorer la consommation maximale d’oxygène, l’endurance et le seuil lactique. Dès lors la question de savoir s’il est possible, par le seul entraînement, d’améliorer les trois facteurs de la performance en course de fond ? La réponse est oui mais avant de montrer par quels procédés d’entraînement, il convient de considérer l’évolution historique des méthodes d’entraînement et des connaissances de ces facteurs physiologiques de la performance en course de fond. Ce bref retour en arrière nous permet de mieux appréhender l’interaction nécessaire entre le savoir scientifique et le savoir-faire des entraîneurs et des athlètes pour les années futures.

4 – Évolution des facteurs physiologiques de la performance et des méthodes d'entraînement en course de fond au cours du siècle

31 On peut distinguer les grandes périodes que sont le début de siècle, les années 20-30, les années 50, 60-70 et 80-90.

32 – Les années « art nouveau » (1900) ou l’essor de l’entraînement fractionné et de la mesure de la consommation d’oxygène sur tapis roulant (pour la marche).

33 La consommation d’oxygène (VO₂ ) à l’exercice était parfaitement mesurée pour des exercices de marche sur tapis roulant depuis 1910. L’utilisation de la consommation d’oxygène, dans une perspective d’analyse de la tâche ou d’évaluation de pré-requis pour la performance, était nulle. Sur le plan empirique, déjà à cette époque (1912) le Finlandais, champion olympique du 10.000 m, Hannes Kolehmainen, pressentait la nécessité de rendre spécifique à la compétition les vitesses d’entraînement. Afin, cependant, de ne pas réaliser une compétition chaque jour d’entraînement qui était déjà quotidien à cette époque, il introduisait l’entraînement « fractionné » qui consistait précisément, à fractionner la distance de compétition en 5 à 10 répétitions. Ces fractions étaient donc courues à la vitesse de compétition ce qui donnait pour le 10.000 m par exemple des séries de 10 répétitions de 1000 m réalisées à l’allure de compétition du 10.000 m (3 min 05 au 1000 m) soit 19 km/h pour ce champion (le 10.000m est actuellement couru à 22,7 km/h par le recordman du monde).

34 – Les années « Art Déco » : le prix Nobel Archibald Vivian Hill invente le concept de «Consommation maximale d’oxygène»

35 En 1927, A.V Hill développe le concept de consommation maximale d’oxygène (VO₂max) dans son ouvrage « Muscular movement in man ». Il remarquait que la valeur de la consommation d’oxygène n’atteignait plus de véritable état stable lors d’un exercice de 4 minutes à 16 km.h^-1 pour lui-même (âgé de 35 ans il pratiquait encore la course à pied). Hill considérait que cette vitesse était la limite au-delà de laquelle la consommation d’oxygène plafonnait. Cette vitesse (qualifiée 60 ans plus tard de « vitesse maximale aérobie ») était pour Hill « une vitesse limite raisonnable » au delà de laquelle (je cite l’énumération) :

• un déficit d’oxygène apparaît au fil du temps,
• le lactate sanguin s’accumule,
• la fréquence cardiaque et la température corporelle augmentent,
• les réserves de glycogène s’épuisent, la glycémie s’effondre,
• des douleurs et raideurs musculaires apparaissent.

36 A cette époque, en 1920, le Finlandais Pavoo Nurmi (qui courait le 5000m en 14min 36s (20,55 km/h) introduisait l’entraînement par intervalles courus à une vitesse supérieure à la vitesse de compétition, sur de courtes distances (200-400m : 6 x 400m en 60 secondes, par exemple) à l’intérieur d’une course lente et longue de 10 à 20 km dans les bois. Le reste du kilométrage était couru à très faible allure, Nurmi avait déjà intégré les principes d’alternance et de récupération dont nous savons aujourd’hui qu’ils sont tout aussi importants que le travail intense lui-même.

37 – Les années « Formica » (années 50) ou celles du formidable coureur tchèque : le fabuleux coureur Emil Zatopek invente « l’interval training »

38 A la fin des années 50, le coureur Emil Zatopek, recordman du monde du 5.000 m s’étant inspiré du médecin allemand, le docteur Van Aacken, créait l’entraînement par « intervalle » (encart 3). Cet entraînement par intervalle était en fait réalisé à la vitesse au seuil anaérobie celui-ci étant estimé à partir des temps donnés dans sa biographie et de ses performances sur 5.000 m (le 5.000 m permettant d’extrapoler la vitesse maximale aérobie). Ce concept de seuil anaérobie était inventé bien plus tard dans les années 70 par le cardiologue américain Karl Wasserman (pour le seuil ventilatoire) et par l’école Allemande, en particulier par Mader, Keul, Kindermann (pour le seuil lactique).

39 En effet, Zatopek effectuait jusqu’à 100 x 400m en 1min 30 (15 km/h) avec 200 m de trot entre deux 400 m. Il parcourait jusqu’à 50 km par jour en scindant sa séance d’interval training en une série de 50 répétitions le matin et une autre le soir.

40 – Les années « hippies » ou l’émergence des études scientifiques sur l’interval training.

41 En 1960 le physiologiste suédois Per Olof Astrand développe la méthode des intervalles longs de 3 minutes à 90 % de la consommation maximale d’oxygène. Il considère que c’est une méthode fiable pour améliorer la consommation maximale d’oxygène sans pour autant avoir validé cette proposition par une étude systématique de la réponse physiologique aigüe et chronique à ce type d’entraînement fractionné.

42 A cette même époque (1960) le coureur et entraîneur néo-zélandais, Lydiart développe la méthode des intervalles très courts : 10 à 15 secondes de course à 100 % de vVO₂ max et 10 à 15 secondes de trot à 30-40 % de VO₂ max. Le physiologiste suédois Christensen qui travailla sur des protocoles d’exercices intermittents courts (15 à 30 secondes), corrobora cette méthode d’entraînement (avait-il eu seulement l’écho de la pratique de Lydiart ?) en montrant que ces quelques secondes d’effort et de récupération permettent de ne pas accumuler d’acide lactique. Cela ne signifie pas que le muscle ne produit pas d’acide lactique (il en produit même au repos) mais que le débit d’apparition étant en équilibre avec le débit de disparition dans le sang et que le potentiel REDOX reste stable (rapport NADH/NAD). Ainsi le pH sanguin et musculaire ne chute pas et la vitesse de course n’est pas diminuée.

Tableau 4

Année NOM Performance vV.O2 max (km/h) et V.O2 max (ml/min/kg) du coureur Entraînement à la vitesse < Seuil (km) Entraînement à la vitesse = au seuil lactique (km) Entraînement à la vitesse égale à 90-100 % vV.O2 max (km) Entraînement à des vitesses > vV.O2 max (km) 1920 Paavo Nurmi 14 min28s au 5000m (20,73 km/h) 30min06s au 10000m (19,93 km/h) 1 entraîn^t/jour 22,12 km/h 75 ml/min/kg 15-20 km/jour ? 20 x 100m 4 x 400m à vitesse maximale R = 15 min 1950 Emil Zatopek 13 min57s2 au 5000m (21,5 km/h) 28min54s2 au 10000m (20,75 km/h) 2 entraîn^ts/ jour 23,45 km/h 76,2 ml/min/kg 20 km/jour 1) 20 x 200m + 40 x 2 + 400m +20 x 200m = 200m trot 2) ou 50 x 200m matin et ap-midi 40 x 200m r = 200m 6 x 400m à vitesse maximale R = 10 min 1968 Kip Keino 7 min 39s5 au 3000m (23,5 km/h) 13 min36s5 au 5000m (22,05 km/h) 2 à 3 entraîn^ts/jour 23,45 km/h 80,0 ml/min/kg 5 x 45min et 6 x 60min ? 10 x 400m r = 2min ou 6 x 800m r = 3-5min 10 x 200m +10 x 100m +4 x 80m R = 300m marché 1972-1976 Lasse Viren 13 min16s au 5000m (22,61 km/h) 27 min38s au 10000m (21,71 km/h) 2 à 3 entraîn^ts/jour 23,96 km/h 83,0 ml/min/kg 80 km à 100bpm 130 km Fartlek (de 12 à 15 km) 10 x 200m r = 2min ou 6 x 800m r = 3-5min 8 x 600m r = 600m marchés 1984 Grete Waitz (femme) 15 min08s au 5000m (19,82 km/h) 30 min59s8 au 10000m (19,35 km/h) 2h25min28s au marathon (17,4 km/h) 2 entraîn^ts/jour 21 km/h 73,0 ml/min/kg 45min à 2 heures séances de 20 min au seuil dans course de 60 min (Tempo training) 5 x 2000m 6 x 1000m r = 1min ou 5 x 1600m r = 2 min ou marchées r = 3 min 2 séries de 10 x 300m r = 100m marchés R = 5 min marchées 1986 Ingrid Kristiansen (femme) 14 min37s33 au 5000m (20,52 km/h) 30 min13s74 au 10000m (19,85 km/h) 2h21min06s au marathon (17,94 km/h) 2 entraîn^ts/jour 21,7 km/h 76,0 ml/min/kg 45min à 2 h 30 min Séances de 2 x 15min au seuil dans course de 90 min (Tempo training) 5 x 1000m r = 2min 2 séries de 5 x 100m r = 200m marchés R = 400m marchés

Entraînement de quelques champions historiques de course de fond classés par registre d’intensité. « R » indique la récupération entre les séries de plusieurs répétitions, « r » indique la récupération entre chaque répétition. Les valeurs de consommation maximale d’oxygène, de vitesse associée à VO₂ max (vVO₂ max) ont été estimées par l’auteur à partir de leurs records sur 3.000 m.

Tableau 5

Intensité % VAM Temps limite en min à cette vitesse Années 50-60 Années 70 Institut National des Sports Années 80 (presse grand public) Années 80 Milieux fédéraux sportifs Années 90 Milieux fédéraux sportifs Années 2000 Milieux sportifs et scientifiques De masse et d’élite 120 105 1-3 Interval training GERSCHLER 20s à 1min 30s récupération = 3 min Résistance intensité de 7s à 1 min récupération = 3 à 5 min Résistance intensité de 8s à 2 min récupération = 3 à 5 min Puissance et Capacité lactiques Déficit d’oxygène maximal Intervalles courts Déficit d’oxygène maximal (intervalles 15-15) 100-95 4-10 Interval training de REINDELL & GERSCHLER 30s à 1min 30s récupération = 3 min Résistance récupération de 10s à 5 min récupération = temps de travail Puissance maximale aérobie Vitesse maximale aérobie = V.O2 max Cr intervalles 30-30 Vitesse maximale aérobie (intervalles 30-30) 95-90 10-40 - Interval training de ASTRAND = 3 min Récupération = 3 min - Interval training court de Lydiart = 15s à 30s Résistance volume I de 1 à 5 min récupération = 1 à 5 min Résistance dure I de 3 à 6 min Puissance aérobie Puissance aérobie (Intervalle 3min-3min) Vitesse qui sollicite le plus long temps limite à V.O2 max (intervalles 3 min-3 min) 90-85 40-60 Puissance aérobie Intervalles longs Vitesse maximale de non atteinte V.O2 max (intervalles 5 min-2min30) 85-80 60-75 Interval training de ZATOPEK = 1min30s Récupération = 40s Résistance volume II de 5 à 10 min récupération = 1 à 3 min Résistance dure II de 6 à 15 min Capacité maximale aérobie Vitesse maximale de non accumulation lactique Intervalles longs Vitesse maximale stabilisation V.O2 au bout de 3 min (intervalles 10 –20min) 80-75 150-180 - Résistance douce 10 min environ - Endurance active Capacité aérobie Seuil lactique Course continue de 20min à 50min Vitesse maximale de non accumulation lactique Course continue de 45min à 1h) 75-70 Plusieurs heures Endurance pure de Van Aacken Endurance fondamentale Endurance fondamentale Capacité aérobie Vitesse récupération Vitesse de non production d’acide lactique

Mise en correspondance des terminologies d’entraînement de 1950 à 1990, avec l’intensité et la durée limite des exercices. VMA est la vitesse minimale qui sollicite la consommation d’oxygène lors d’un protocole de test procédant par augmentation successive de la vitesse par palier de 2 ou 3min. CE est le coût énergétique de la course ou de toute autre locomotion considérée.

43 En 1964, le physiologiste et cardiologue californien Karl Wasserman, invente le concept de « seuil anaérobie ventilatoire » comme étant l’intensité d’exercice (ou vitesse pour la course ou la marche pour les patients de Wasserman) entraînant une augmentation abrupte du débit ventilatoire. Cette augmentation du débit d’air ventilé par minute n’est pas due à un manque d’oxygène des muscles mais à la stimulation de récepteurs (carotidiens, et aortiques) sensibles au pH sanguin qui baisse en raison de l’accélération de la glycolyse à partir d’une certaine vitesse de course (vitesse au seuil lactique) à laquelle les fibres de type II (riches en isoenzyme lactico dehydrogénase -M) sont recrutées. De plus, le liquide céphalo-rachidien est sensible à la pression partielle de dioxyde de carbone (CO₂) qui augmente avec les ions H⁺ par l’accélération de la glycolyse et la réduction de l’acide pyruvique en acide lactique (qui se dissocie en anion lactate et proton hydronium (H⁺).

44 Ainsi la baisse de pH du liquide céphalorachidien stimule les centres respiratoires dans le cerveau, le débit ventilatoire augmentant. De même les récepteurs articulaires sensibles au mouvement envoient des signaux au cerveaux. Ainsi seuil anaérobie (seuil ventilatoire) et seuil de début d’accumulation lactique sont liés aux mêmes causes : le recrutement de fibres glycolytiques, mais n’ont pas de lien de causalité. De plus, le protocole de détermination du seuil ventilatoire procède par incréments de vitesse très faibles (moins de 0,5 km.h^-1) et par des paliers courts (1 minute) alors que la vitesse de début d’accumulation lactique est déterminée par des paliers d’au moins 5 minutes.

45 En effet, la vitesse au seuil anaérobie est comprise entre 60 et 90 % de la consommation maximale d’oxygène pour les sujets peu à très entraînés en endurance. Cette puissance au seuil anaérobie par la méthode ventilatoire est déterminée lors d’un protocole d’exercice constitué d’enchaînement de paliers courts (1 min) à des puissances croissantes (0,5 km/h d’augmentation de la vitesse toutes les minutes).

46 – Les années « Pop » et « arts Disco » (70-80) apparition du concept de seuil lactique et vulgarisation des tests à l’effort

47 Les années 70 sont celles de la mesure de la consommation maximale d’oxygène chez le sportif. Par ailleurs, le concept de seuil lactique apparaît grâce à l’école allemande composée de physiologistes comme Mader qui travaillent de concert avec les entraîneurs (Mader et Heck., 1986). Ils distinguent un premier seuil (le seuil « aérobie ») pour lequel la concentration d’acide lactique s’élève au-dessus de la valeur de repos (qui est de 1 mmol.l^-1) ; ce premier seuil correspond à la première zone de vitesse décrite dans l’encart 1 entraînant une concentration sanguine d’acide lactique égale à 2 mmol.l^-1 et identifiée par Keul comme étant le « seuil aérobie » (Keul et Kindermann, 1978). Ils distinguent également un second seuil (le seuil dit « anaérobie », correspondant à la seconde zone de vitesse décrite dans l’encart 1). Ce seuil dit « anaérobie » correspond à une vitesse induisant une lactatémie de 4 mmol.l¹. Ces valeurs de références sont encore très largement utilisées en Allemagne, en Italie et au Portugal, nombre de chercheurs étant allés passer leurs thèses à Cologne à l’Institut National du Sport allemand. Cependant ces valeurs sont conventionnelles puisque la lactatémie maximale d’état stable est comprise entre 2,3 et 6,8 mM selon les sportifs, même s’il est vrai que la moyenne se situe à 4 mM (Billat, 1996). Cependant on ne peut se contenter de moyenne pour le suivi de l’entraînement des sportifs.

48 A l’heure actuelle, ces seuils sont toujours utilisés même si l’on préfère à des valeurs absolues de référence, considérer la cinétique de la lactatémie (Brooks, 1985, 1986). Puis 1985 voit l’apparition de la notion de vitesse d’état stable maximum de la lactatémie (« maximal lactate steady-state ») inventée par Georges Brooks, Professeur à l’Université de Berkeley, auteur d’un remarquable ouvrage qui fait référence dans le domaine de la physiologie de l’exercice (Brooks et al., 1996). Cette vitesse est la vitesse maximale à laquelle la lactatémie se stabilise en fonction du temps, l’apparition du lactate dans le sang étant en équilibre avec sa disparition (Brooks, 1985).

49 En 1980, parallèlement à l’approfondissement du concept de seuil, apparaît celui de vitesse associée à la consommation maximale d’oxygène (« Vitesse maximale aérobie » : VMA qui correspond à vVO₂ max) par l’école québécoise avec Luc Léger (1983) très prolixe dans le domaine de la physiologie appliquée au sport et à l’exercice, qui valide une méthode indirecte sur piste d’évaluation de la consommation maximale d’oxygène par l’équation :

5 – Le passé et l'avenir de l'entraînement

50 Les coureurs de fond qui marquèrent l’histoire en faisant progresser les records du monde ont parfois fait varier l’entraînement, en jouant, sans le formaliser comme tel, sur les 3 registres de vitesses : en dessous de la vitesse au seuil lactique, à la vitesse au seuil lactique et à la vitesse associée à la consommation maximale d’oxygène.

51 Le tableau 4 décrit l’entraînement de quelques grands champions de course de fond qui ont marqué l’histoire de la course à pied et le tableau 5 l’équivalence des nomenclatures de l’entraînement depuis les années 50. Cet entraînement est décrit selon les trois registres d’intensité qui ont une signification physiologique :

• 1) vitesse inférieure au seuil lactique,
• 2) vitesse égale et légèrement supérieure au seuil lactique
• 3) la vitesse associée à la consommation maximale d’oxygène.

52 L’intérêt d’une approche scientifique de l’entraînement est de pouvoir analyser les raisons d’une progression (ou d’une régression) par la mise en corrélation de ces variations de performance avec celles des facteurs énergétiques de la performance. Il n’est cependant pas question de réduire la performance à une simple dimension énergétique, mais cette dernière reste incontournable.

53 Si les vitesses ont été calibrées et différenciées, l’entraînement a trop souvent négligé le calibrage des répétitions de course par rapport au temps limite que pouvait soutenir le coureur à cette vitesse. Le temps a été oublié dans la physiologie du XX^e siècle qui a modélisé les réponses physiologiques uniquement en fonction de l’intensité de l’exercice en négligeant les durées constantes longues de 1 à 5 minutes selon les protocoles.

54 Ainsi, la vitesse qui entraîne la consommation maximale d’oxygène n’est pas unique. Si l’on demande à un coureur de courir à la vitesse maximale qu’il peut soutenir pendant une durée limite comprise entre 2 et 8 minutes (à des vitesses variant de plusieurs km/h), il atteindra sa consommation maximale d’oxygène. Par contre il existe sans doute une seule vitesse qui permettra de soutenir le plus longtemps sa consommation maximale d’oxygène (Billat et al., 1999). Pour autant ce n’est pas cette seule vitesse qui peut être la clef de l’amélioration rapide de la consommation maximale d’oxygène, puisqu’une longue durée de stimulation du débit cardiaque (à son niveau maximal) peut être obtenue par l’entraînement fractionné courue à des vitesses supérieures (Billat et al., 2000).

55 A présent, il est possible d’accéder en direct aux réponses physiologiques pendant la séance d’entraînement, voire même la compétition, grâce à des appareils de mesures télémétriques (mesure de la consommation d’oxygène, de la fréquence cardiaque). Il sera surprenant de constater l’évolution des échanges gazeux lors d’épreuves de demi-fond long (5.000, 10.000 m) pour lesquelles la vitesse n’est pas constante (figure 3). La question posée est de savoir dans quelle mesure le coureur régule sa vitesse sur les constantes physiologiques. Ces nouveaux outils ne seront cependant utiles que si les entraîneurs et les scientifiques s’allient pour proposer une alternative au dopage : le progrès par l’individualisation de l’entraînement à partir des caractéristiques bioénergétiques du sportif mises en rapport avec une analyse des contraintes relevées en compétition.

56 Tous les moyens de la lutte contre le dopage ne doivent pas se résumer aux contrôles ou aux campagnes de sensibilisation. Il faut être efficace et être en mesure de proposer à chacun, un entraînement pour progresser que ce soit pour le sportif qui pratique pour la production d’un spectacle sportif (premier système de la performance) ou pour celui qui pratique d’abord pour se confronter à lui-même (second système de la performance selon Paul Yonnet, 1998).

Figure 3

Profil des vitesses de course au cours du 5000 m et du 10.000 m des anciens et nouveaux records du monde (battus à 3 semaines d’intervalle seulement).