Filières énergétiques :

Introduction

Pour produire l'énergie nécessaire au mouvement, les cellules musculaires utilisent comme carburant une molécule appelée ATP (adénosine tri-phosphate). C'est le fractionnement de cette molécule qui va produire l'énergie utilisée par le muscle pour se contracter. Mais l'ATP n'est disponible qu'en très faible quantité au niveau musculaire, à peine de quoi soutenir quelque secondes d'effort.

Le maintien du travail musculaire exige donc que l'ATP soit reconstituée en permanence grâce à l'énergie fournie par d'autres molécules. Cette reconstitution permanente de l'ATP se distingue en 3 filières énergétiques : 

·         La filière Anaérobie Alactique (ou anacide)

·         La filière Anaérobie Lactique (ou acide)

·         La filière Aérobie

                                                 I.            Transformation énergétique : les différentes filières.

Tout d’abord commençons par définir le terme de filière.

Une filière énergétique correspond au mode d’énergie utilisé par l’organisme lors d’un effort. Elle est fonction de l’intensité, de la durée, de la récupération et de la charge de travail. On n’utilise pas les mêmes énergies et elle n'est pas re-synthétisée de la même façon si l’effort diverge.

Trois filières permettent de transformer l’énergie :

·         La filière Anaérobie Alactique (ou anacide), qui n’utilise pas d’oxygène et ne produit pas d’acidité.

·         La filière Anaérobie Lactique, qui produit de l’acidité dans l’organisme.

·         La filière Aérobie, qui utilise l’oxygène de l’atmosphère.

Ces trois filières transforment l’énergie, elles ne la produisent pas. Un organisme est traversé par l’énergie et est incapable de la produire !

Le but commun à ce trio est, comme énoncé dans l’introduction, de régénérer la seule molécule d’énergie utilisable par nos muscles, l’ATP. Il est intéressant de savoir que notre corps est capable de régénérer dix milliards de milliard (10 puissance 19) molécules d’ATP en quelques fractions de seconde, soit un nombre de particules si important qu’aucune plage sur Terre ne peut contenir en grains de sable.

Présenté de cette manière nous pourrions croire que les catégories ou « qualités physiques » existent en soi indépendamment les unes des autres et de l’exercice qui les objective. Cependant, ces processus biochimiques sont en partie les mêmes et dans tous les cas ils interagissent. Au travers de ces filières, nous mesurons bien plus que des « qualités physiques », nous mesurons des adaptations biologiques à un exercice.

Pour faire court :

·         La voie anaérobie alactique :

Prépondérante dans les efforts de type sprint.

Dans cette voie, une molécule appelée créatine-phosphate (CP) est dégradée pour produire l'énergie nécessaire à la re-synthèse de l'ATP. Cette réaction ne nécessite pas d'oxygène et peut libérer une quantité d'énergie importante très rapidement mais sur un temps total très bref. Cette voie est donc prépondérante dans les efforts intensifs et de courte durée et les repos doivent permettre la reconstitution des stocks en créatine phosphate. En effet, il faut travailler au maximum de sa vitesse pour solliciter la filière alactique mais aussi les facteurs de coordination et les facteurs nerveux. Apriori, il faudrait des repos passifs d’au moins 2 minutes pour une reconstitution complète de la créatine phosphate.

Sur un 50 mètres nage libre par exemple, environ 60% de l'énergie est produite grâce à cette voie. Comme cette filière ne produit pas de déchet, elle est particulièrement intéressante et il conviendra pour tous ceux qui veulent préparer des distances de 50 ou 100 mètres de réaliser des exercices de sprint pour la développer.

·         La voie anaérobie lactique :

Prépondérante dans les efforts de type 100 - 200 mètres.

Ici, c'est le glycogène (sucre stocké dans les muscles et notamment dans le foie) ou le glucose, qui va être dégradé pour produire de l'ATP. La production d'énergie s'effectue sans oxygène et abouti à la création et à l’accumulation d'un déchet appelé acide lactique. Ce déchet va faire baisser le pH cellulaire (c'est à dire acidifier le muscle), ce qui aura pour conséquence de limiter voir de bloquer la contraction musculaire. La récupération devra être suffisante pour pouvoir nager la répétition suivante à l’intensité demandée. Par l'entraînement de cette filière, le nageur pourra tolérer une plus grande concentration d'acide lactique et produire ainsi plus d'énergie grâce à cette voie.

                ·         La voie aérobie

Prépondérante dans les efforts de type endurance.

Dans cette filière, l'énergie provient des glucides ou des lipides (voir dans des conditions extrêmes de protéines) qui sont dégradés en présence de l'oxygène apportée par la respiration. La combustion des lipides demande beaucoup d'oxygène, ils seront donc utilisés en grande partie si l'effort est peu intensif (ce que l'on peut évaluer par l'absence d'essoufflement). En cas d'effort plus intensif, le corps utilisera alors en plus grande quantité le glycogène dont la combustion demande moins d'oxygène. Après 45 minutes d'effort environ, l'action de certaines hormones permettra d'augmenter la part des lipides comme source d'énergie. Le but du développement des qualités aérobie, est d’améliorer les phases de récupération par une augmentation des mitochondries pour une meilleure oxygénation. Ainsi, les nageurs peuvent mieux encaisser les entraînements lactiques.

Tableau récapitulatif :

Explication simplifiée	1 Super	2 Ordinaire	3 Diesel
Consommation de l’énergie	Brûle très rapidement, pas de production de déchet SPRINT ANAEROBIE ALACTIQUE Sans oxygène sans déchet	Brûle vite avec déchet RESISTANCE ANAEROBIE LACTIQUE	Brûle très lentement peu de déchet ENDURANCE AEROBIE
Terme vulgarisé
Terme scientifique

L’entraînement a pour but de mobiliser et de développer des capacités à l’aide d’exercices qui représentent une charge pour l’athlète. Sur le plan physiologique, cette charge induit une adaptation de l’organisme notamment en ce qui concerne le stockage, la libération et l’utilisation de l’énergie nécessaire à la contraction musculaire.

L’ATP (Adénosine Tri-Phosphate) est la seule substance, après la créatine phosphate (CP), qui fournit de l’énergie aux muscles. C'est la transformation de cette molécule qui va produire l'énergie utilisée par le muscle pour se contracter. Cependant, l'ATP n'est disponible qu'en très faible quantité au niveau musculaire. Il existe donc trois mécanismes qui permettent de resynthétiser l’ATP à partir d’autres sources d’énergie ; la filière anaérobie alactique, la filière anaérobie lactique et la filière aérobie. Chaque filière a un délai d’intervention, un rendement, une puissance et une endurance qui lui est personnel.

1)      La filière anaérobie alactique

Anaérobie alactique = Pas d’O² et pas de lactique

L’énergie utilisée pour la resynthèse de l’ATP provient d’un composé proche de celle-ci appelé Créatine Phosphate. Elle est présente dans les cellules musculaires au repos.

Au début d’un effort, lorsque la concentration d’un ATP diminue du fait de la contraction musculaire, la CP en se détruisant libère de l’énergie qui va permettre la resynthèse d’ATP.

A la fin de l’effort,  la CP va être resynthétisée grâce à la dégradation de l’ATP.

·         Délai d’intervention : Le délai est immédiat. Il n’y a pas d’attente

·         Rendement : Très faible puisqu’il faut une molécule de CP pour produire une molécule d’ATP.

·         Puissance : La puissance de cette filière correspond à la puissance maximale que peut développer le pratiquant.

·         Endurance : A pleine puissance, cette filière ne délivre de l’énergie que pendant quelques secondes (6 à 7secondes). A des intensités plus faibles, cette filière s’épuise en 15 à 20secondes.

2)      La filière anaérobie lactique

Il n’y a pas d’O² mais fabrication de lactates (acide lactique)

Dans cette réaction anaérobie, la molécule de glucose va subir une série de réactions appelée glycolyse, conduisant à la formation d’acide pyruvique. En absence, d’O² l’acide pyruvique est remplacée par l’acide lactique. L’acide lactique va s’accumuler et considérablement modifier l’acidité cellulaire, laquelle va perturber l’activité musculaire du pratiquant.

·         Délai d’intervention : Cette filière atteint sa pleine puissance au bout de 20 à 30secondes.

·         Rendement : Le rendement est faible puisque l’on obtient 2 ATP pour 1 glucose.

·         Puissance : Sa puissance est élevée et correspond à 50% de la plus grande puissance que peut développer le pratiquant.

·         Endurance : Pour des intensités très fortes de travail, cette filière fournit de l’énergie pendant 30 à 45s. Pour des efforts moins intenses, elle fournit de l’énergie pendant 2 à 3 minutes.

3)      La filière aérobie

On regroupe sous le nom de filière aérobie l’ensemble des réactions qui en présence dO² et à partir des substrats réalise l’extraction d’énergie nécessaire à la resynthèse de l’ATP. Ces réactions s’effectuent dans les cellules musculaires au sein des mitochondries. Ce sont essentiellement les glucides et les lipides qui sont utilisés comme substrat dans cette filière. Leurs dégradations commencent dans le cytoplasme et se finit dans les mitochondries.

·         Délai d’intervention : Cette filière atteint son plein rendement en fonction de l’intensité de l’exercice pratiqué entre 2 et 3 minutes après le début de l’effort. L’un des effets de l’entrainement va être de réduire le délai d’intervention qui peut être de 1m30s chez les sportifs entrainés.

·         Rendement : Cette filière est très rentable puisque pour une molécule de glucose on obtient 38 molécules d’ATP.

·         Puissance : La puissance de cette filière n’autorise que des exercices d’intensité moyenne.

·         Endurance : La durée d’un exercice utilisant le système aérobie dépend du % de VO²max auxquelles on travaille ainsi que du niveau d’entrainement. Un sujet très entrainé s’épuise en 8 à 10min à 100% de VO²max, la moyenne se situant aux alentours de 6 à 7mn pour les entraînés. Plus l’intensité diminue, plus le temps d’effort augmente. A 90% de VO²max, le temps limite se situe à 15/20mn. A 80% de VO²max, le temps limite se situe à une heure. 

·         Notion de VO²max : C’est le volume max d’O² consommé en 1min par l’organisme. Cela correspond à la VMA (vitesse maximale aérobie) qui est la vitesse maximale à laquelle, je peux nager tout en restant en aérobie. La VMA est la vitesse de course obtenue par un nageur lorsque sa consommation maximale d’oxygène est atteinte  (vo2max). Elle est calculée par un test de 400m (ou de 6 minutes) qui peut être fait plusieurs fois dans l’année pour suivre l’évolution des nageurs. Dans ce test, il est demandé à ces derniers de nager à vitesse maximale tout en étant régulier. La vitesse moyenne du 50m est calculée et va servir de référence pour l’entraineur. Mon tuteur ne fait pas de tests VMA. En effet, le groupe comprend trop de nageurs pour qu’il y ait un suivi précis individualisé à chaque entraînement. Les niveaux sont aussi très hétérogènes ce qui rend l’utilisation de la VMA difficilement applicable lors des entraînements. Cependant, afin d’avoir des vitesses de référence, mon tuteur se base sur les temps de compétitions des nageurs. Des vitesses d’entraînement sont donc travaillées à un certain pourcentage des temps de compétition et non de la VMA.

           

Les zones physiologiques de travail

Zones d’effort	Physiologie	Lactates	% de vitesse	Séries
Zone 1 (récupération) <130 (freq max)	Récupération	2mml	82% 87%	Récupération active
Zone 2 (seuil anaérobie) 130-150	Aérobie	2-4 mml	90,5% 94%	Echauffement
Zone 3 (seuil anaérobie) 150-165	Capacité aérobie (SAAL)	4 mml	96% 100% (SAAL) Test des 30mn	Volume : 1000 à 4000m Temps de récup : <30s
Zone 4 (mixte) 165-180	Mixte Zone aérobie-anaérobie	6-8 mml	94% 96%	Volume : de 800 à 3500m 9 à 15/20mn d’effort Temps de récup : <30s
Zone 5 (VO2max) 180-190	Puissance aérobie (VMA) Zone anaérobie-aérobie	8-10 mml	97% 100% (VMA) Test du 400m	Volume : de 500 à 3000m 4 à 9mn d’effort Temps de récup : très court dans la série et important entre les séries
Zone 6 (lactique) >190	Anaérobie lactique	+ 10 mml	En fonction du meilleur temps du 50m et du 100m	Volume : entre 300 et 1200m 15s à 2mn30s d’effort Temps de récup : court dans les séries et très long entre chaque série
Zone 7 (alactique)	Anaérobie alactique		En fonction du meilleur temps au 25m départ plongé	Volume : entre 150 et 300m Jusqu’à 15s Répétition avec beaucoup de récupération

                   II. Tous sur la VMA et la VO2max

Le concept de VO2max remonte aux années 1920 (avec HIIL et coll.). Ce concept met en évidence un plafonnement de la consommation en oxygène (O2). La VO2max correspond donc à la capacité de l’organisme à capter, transformer et utiliser l’O2. Paramètre déterminant de la performance.

Pour l'entraînement, il n'est pas très intéressant de connaître sa consommation d'oxygène. Ce qui compte c'est la connaissance des allures correspondant aux différents niveaux d'utilisation de cet oxygène. 

Sachant que le niveau d'air utilisé est équivalent à l'énergie aérobie transformée, il suffit alors de connaître une seule allure pour avoir un aperçu assez juste de toutes les autres. Cette allure privilégiée pour la construction de l'entraînement est celle correspondant à l'utilisation maximale d'oxygène (VO2max). Cette vitesse, la plus élevée de la filière aérobie, est appelée Vitesse Maximale Aérobie (VMA).

De nombreux tests plus ou moins établis permettent d'avoir une idée de la Vitesse Maximale Aérobie. Selon le protocole utilisé, les allures trouvées peuvent varier sensiblement. Ces variations sont loin d'être dramatiques pour trois raisons :

1. Nous n'avons pas besoin d'être précis à un demi-kilomètre heure près pour nous entraîner. L'alternance des allures plus que leur précision est garante de progression.
2. La VMA n'est absolument pas une vitesse parfaitement déterminée mais une zone d'allures.
3. Dans le processus d'entraînement, il importe avant tout de savoir si l'athlète a progressé. Pour ce faire, il suffit de toujours utiliser le même test.

Remarque : Sachez simplement qu'avant d'arriver au niveau maximum de l'utilisation d'air, une deuxième filière s'est déjà mise en marche ; une filière appelée anaérobie acide (ou anaérobie lactique). Cette voie énergétique a l'extrême désavantage de produire de l'acidité. Or l'acidité empoisonne le muscle, obligeant l'athlète à stopper ou limiter son activité.

Le seuil anaérobie n'est pas défini précisément. Il serait une zone de transition au-dessus de laquelle la course devrait être arrêtée très rapidement. En dessous de ce seuil, l'athlète est en "équilibre", il peut continuer à courir longtemps car il utilise la filière aérobie.

Ø  Mesure de VO2max et de VMA, deux exemples :

Test de LAVOISE, 1985. Ce test correspond à quelque chose près à l’UCLEGE réalisé en athlétisme. Ce test se réalise départ dans l’eau et doit être nagé à allure progressive. L’augmentation de la vitesse étant de 0,05m/s toute les deux minutes. L’allure est alors donné par un observateur qui marche sur le coté.

 Le test des cinq minutes. Ce test bien plus simple se réalise départ dans l’eau également. Le nageur doit alors parcourir la plus grande distance possible en nageant à allure régulière durant ces cinq minutes. La vitesse moyenne correspondra alors à la VMA du nageur.

1.      Les notions de capacité et de puissance

D’un point de vu physiologique, il est possible de distinguer deux zones appelées respectivement capacité et puissance aérobie.

Habituellement, les entraîneurs utilisent le terme capacité pour signifier une grande quantité, un volume important et le terme puissance pour signifier un travail en intensité. Ainsi dit-on que l'on travaille la VMA en capacité en faisant des grosses séances à une allure légèrement inférieure à la VMA. Et un travail de VMA en puissance correspond à un volume de séance beaucoup moins important avec une vitesse légèrement supérieure à la VMA. Si l'on applique ce vocabulaire à la filière aérobie, la capacité aérobie est la partie quantitative du travail située sous le seuil anaérobie. La puissance aérobie est la partie intensive qui couvre les allures allant du seuil à la VMA.

Bien qu'utile, cette terminologie est fausse. La capacité est effectivement une quantité, un volume que l'on peut atteindre. Mais cette quantité s'exprime par rapport à une puissance. La puissance mesure une vitesse de transfert d'un substrat ou d'une énergie, c'est à dire la quantité d'énergie échangée par unité de temps, soit une intensité.

Imaginez un robinet d'eau qui emplit une bouteille. Le débit à travers le robinet est la puissance ; la quantité maximale d'eau que la bouteille peut recevoir est la capacité. Au niveau de la course, le débit de l'eau devient la vitesse de course alors que le contenu de la bouteille se transforme en temps maximal de course. On se rend alors compte que les deux termes sont irrémédiablement dépendants l'un de l'autre. A une puissance correspond une capacité et inversement.

2.     Conséquences sur l’organisme

Aujourd’hui, praticiens et chercheurs considèrent que l’aptitude aérobie est à la fois un facteur de performance et un facteur pouvant contribuer à l’amélioration ou au maintien de notre capitale santé. Aux yeux des praticiens le concept semble assez évident. En revanche, le modèle théorique est plus complexe et sujet à contre verse.

Traditionnellement, la VO2 max, ou la PMA qui est son équivalent mécanique, ont été considérées comme des indicateurs de performance (discipline d’endurance) et de fonction-nement du système cardio-vasculaire (condition physique ou aptitude aérobie). Or l’aptitude aérobie est largement multifactorielle (Noakes 1986). La VO2 max est une condition nécessaire mais non suffisante. En revanche, la manière de dépenser son énergie est un facteur de rendement que l’on doit prendre en considération (E. Van Praagh, 1995).

Ø  VO2 max et âge chronologique

Une étude de la littérature (Krahenbuhl et al, 1985) montre que VO2 max (L/min) augmente en fonction de l’âge.

1 l/min	6 ans
2 l/min	15 ans fille
2,8 l/min	15 ans garçon

Ø  Âge biologique

Avant 11 ans, l’entraînement en endurance n’améliore pas les capacités aérobies. Ce n’est qu’après 12 ans que la vitesse maximale aérobie (VO2 max) progresse et peut être entraînée. Les progrès en endurance des jeunes nageurs sont donc le résultat non de progrès aérobique, mais certainement d’une amélioration technique et d’une meilleure coordination. A cette âge il est possible d’utiliser les quatre styles de nage ainsi qu’un travail de jambes sous toutes ses formes (ventral, dorsal, costal). On développera également progressivement la maîtrise du rythme des mouvements, de la régularité d’allure et du contrôle postural.

Ainsi le travail en aérobie à pour conséquence une amélioration, ou optimisation, des caractéristiques suivantes :

La ventilation : le débit ventilatoire (VE), surtout sa composante le volume courant et la capacité de diffusion de l’O2 des alvéoles pulmonaires vers les capillaires sanguins augmente.

Le taux d’hémoglobine sanguine : avec augmentation de l’hématocrite jusqu’à 48-50% du fait de l'entraînement et séjours en altitude, est un facteur d’augmentation de la capacité de transport de l’oxygène.

Le débit cardiaque maximal et le volume d’éjection systolique (VES), déterminants de VO2max. Ils dépendent de facteurs génétiques et d’entraînement.

Le volume musculaire et la densité capillaire. Pour augmenter la VO2max, une masse musculaire suffisante est nécessaire, mais ce sont surtout les capillaires qui sont à développer, pour augmenter la circulation et les échanges locaux, ce qui permet un entraînement en aérobie sur une période prolongée.

La conductance faible de l’hémoglobine sera améliorée par des entrainements de longue durée.