Les filières énergétiques et leur impact sur l'entraînement

Les filières énergétiques et leur impact sur l'entraînement

Le corps dispose de 3 grandes filières énergétiques pour rendre l'énergie des aliments utilisables par les muscles : l'aérobie, l'anaérobie alactique, l'anaérobie lactique.

Ces voies se déclenchent en fonction de l'intensité et de la durée de l'exercice. Elles sont toujours liées et fonctionnent souvent en synergie. Attention, elles convertissent l'énergie apportée par les nutriments et ne la produisent pas.

La molécule produite par ces voies et provoquant la contraction musculaire s'appelle l'ATP (Adénosine Tri Phosphate).

Trois filières énergétiques interviennent pour régénérer l'adénosine triphosphate (ATP ) :

Lors de la course à pied, le corps est propulsé par le mouvement des jambes mobilisées par les contractions musculaires. Le raccourcissement des muscles est un travail mécanique qui consomme de l'énergie chimique, sous forme d'adénosine triphosphate (ATP). Il y a très peu d'ATP dans le muscle. Pour poursuivre l'exercice, l'ATP doit être régénérée très rapidement. Trois filières énergétiques ou systèmes chimiques de recharge de l'ATP en énergie interviennent.

1. 1. La filière anaérobie alactique

Cette filière est utilisée dans le cas d'un effort maximal et bref. Elle permet à la fois d'apporter de la puissance et de la vitesse mais n'est utilisable que pendant un laps de temps minimal.

La durée d'utilisation de cette filière est variable selon l'individu car elle dépend des réserves de créatine phosphate (présente dans le muscle) utilisée dans ce cas pour synthétiser de l'ATP.

Cette filière n'utilise pas d'oxygène. Elle ne produit pas d'acidité mais elle ne peut être utilisée que quelques secondes (environ 7 secondes). Ce processus se contente de piocher dans les réserves d'ATP et de créatine phosphate immédiatement disponibles.

Il fonctionne en l'absence d'oxygène (anaérobiose) et sans production de lactate. Il utilise l'ATP et la phosphocréatine (PhCr) stockées dans le muscle, immédiatement disponibles. Ce système permet des efforts intenses mais brefs tels les sprints, les sauts, les lancers : la PhCr s'épuise très vite, mais sa régénération est rapide, 3 minutes environ. Le coureur de fond utilise peu ce système, base de la musculation et du sprint.

1. 1. La filière anaérobie lactique

Cette filière va permettre au sportif d'effectuer un travail intense (mais pas maximal) pendant une durée supérieure à la filière anaérobie alactique. La synthèse de l'ATP va se faire par transformation d'une molécule de glucose qui va donner 2 molécules d'ATP.

L'inconvénient majeur de cette filière est le fait que la transformation du glucose va aussi produire de l'acide lactique qui empêche la contraction musculaire.

Cette filière est sollicitée quand la filière aérobie n'est pas encore en marche ou ne suffit plus à produire de l'énergie. La production d'énergie se fait sans oxygène et produit de l'acidité dans l'organisme. L'acide lactique est un facteur limitant de la durée de l'exercice. Progressivement, alors qu'il ne reçoit pas encore assez d'oxygène, le muscle va utiliser le glycogène stocké localement (dans le muscle), incomplètement dégradé en lactate. Ce métabolisme est utilisé surtout pour les exercices intenses durant de 15 secondes à 2 minutes, ou lors d'accélérations soutenues. Il correspond à l'entraînement par intervalles courts. La production de lactate s'accompagne d'essoufflement : le seuil anaérobie est franchi.

Ce système a l'avantage d'être rapidement disponible mais possède l'inconvénient de gaspiller le glycogène du muscle et donc de conduire rapidement à l'épuisement. De plus le lactate est long à éliminer (une heure ou plus). Le coureur de fond n'a guère intérêt à s'entraîner dans cette zone.

La filière aérobie

On parle de filière aérobie quand l'oxygène de l'air est utilisé pour aider à produire de l'énergie. Les efforts en aérobie peuvent durer plusieurs heures. C'est la voie par excellence de l'endurance.

C'est la troisième filière énergétique et, la seule qui utilise l'oxygène. L'ATP est alors produite par un processus d'oxydation de substrats:

glucose (hydrates de carbone)

acide gras (graisses)

protéines

Cette voie est utilisée lors d'exercices de longue durée et va permettre de produire une quantité très importante d'ATP. En effet la production d'énergie par cette filière

peut se faire jusqu'à épuisement des réserves énergétiques. Le seul problème est que le commencement de la production énergétique s'avère un peu lent: Environ 3' pour se mettre en place

La filière aérobie permet par ailleurs une retransformation de l'acide lactique lorsque l'intensité d'un entraînement diminue. C'est la phase de récupération active. C'est pour cela qu'il est important de bien terminer une séance de fractionné par une phase de footing à faible allure.

Quand l'exercice commence, la respiration et la fréquence cardiaque s'accélèrent en quelques dizaines de secondes, assez pour permettre un transport accru d'O2 aux muscles en exercice. Le glucose provenant du muscle ( glycogène musculaire) , du sang ou du foie peut alors être complètement oxydé en :

dioxyde de carbone (CO2)

eau H2O,

avec libération d'un maximum d'énergie pour recharger l'ATP.

Après quelques minutes, les lipides vont aussi être utilisés, d'autant plus que l'exercice est moins intense et plus long. C'est la zone d'endurance.

Conséquences pratiques pour l'entraînement

Si l'on ne considère que la durée de l'exercice, indépendamment de l'intensité de celui-ci, de la durée et de la nature de la récupération et de la quantité totale de travail on peut retenir que:

• Ce sont les exercices compris entre 3 ' et 15 ' qui sollicitent prioritairement la filière anaérobie alactique

• Les exercices compris entre 15 ' et 2 ' sollicitent la filière anaérobie lactique

• Les exercices dont la durée dépassent 2 ' sollicitent la filière aérobie

Les interactions entre les filières

Lorsque l'on débute un effort physique, la filière alactique se met immédiatement en marche. Elle s'appuie sur les réserves d'ATP contenues dans les muscles et sur la créatine phosphate.
Les autres filières vont alors devoir produire à nouveau de l'ATP pour reconstituer les réserves.
Si la consommation d'oxygène au repos est faible, elle augmente progressivement à l'effort. Pour répondre à ce besoin, l'organisme va tenter d'apporter de plus en plus d'oxygène aux muscles. L'activité du système cardio-vasculaire augmente donc pour transporter de plus en plus d'oxygène : le rythme cardiaque et la ventilation accélèrent.
Au bout d'un moment, le corps ne peut plus augmenter la vitesse du coeur et de la ventilation. Du coup, la production d'énergie va alors plafonner.

A ce moment-là, si l'athlète veut continuer son effort à cette intensité, il va se trouver en dette d'oxygène. Le besoin d'énergie nécessaire va alors solliciter la filière anaérobie lactique produisant.
La production d'énergie a alors un coût. Elle ne peut se faire sans produire un déchet limitant l'effort : l'acide lactique. Plus l'effort va être intense et prolongé et plus la production d'acide sera importante.
L'acidose va agir sur les muscles qui vont fonctionner de moins en moins bien. L'effort doit inéluctablement être diminué pour revenir à l'équilibre: c'est la filière aérobie

Qu'apporte l'entraînement ?

L'entraînement agit sur les filières énergétiques de plusieurs façons :

• en augmentant les capacités cardio-ventilatoires : plus on transporte l'oxygène vers les muscles moins la filière lactique est rapidement sollicitée,

• en augmentant le taux de globules rouges dans le sang : plus le sang contient de globules rouges, plus il peut transporter de l'oxygène vers les muscles,

• en augmentant le seuil de tolérance à l'acidose : avec le temps et l'entraînement, si l'on sollicite régulièrement l'organisme dans la filière lactique, la tolérance à l'acide lactique augmente. On peut donc rester en acidose plus longtemps et rester à un niveau d'intensité d'effort plus important sur une durée supérieure.

- une augmentation du volume musculaire : en sprint, l'augmentation du volume musculaire permet de stocker davantage d'ATP et d'avoir donc plus d'énergie disponible rapidement.
- Une meilleure évacuation de l'acide lactique : l'acidose s'évacue grâce à la ventilation. L'amélioration des capacités cardio-ventilatoires favorise l'évacuation de l'acide.

Il est probable que le facteur psychologique revêt également une performance importante dans l'effort. Plus un athlète est habitué à se faire mal et plus il pourra supporter les charges d'entraînement et l'effort.

1. 1. 1. Pourquoi l'échauffement est-il si important ?

On est toujours plus performant en course si l'on s'est bien échauffé. Oui, mais pourquoi ?
Le principe de l'échauffement consiste à activer la filière aérobie et à se débarrasser des déchets produits en début d'effort par la filière anaérobie lactique.
En démarrant une course à froid, on part sans avec le handicap de l'acide lactique. Le niveau d'intensité étant trop important par la suite, on ne parvient pas à évacuer suffisamment cet acide durant l'effort. Du coup, notre performance finale est moindre.

Au début d'un effort, il est fréquent que l'on ressente l'acidose. La mise en marche de la filière aérobie prenant quelques minutes, l'énergie produite l'est d'abord en filière lactique. Du coup, quand on commence un échauffement par exemple, l'organisme va :

1) Puiser dans les réserves d'ATP disponibles (anaérobie alactique),
2) Produire de l'énergie (atp) en anaérobie lactique,
3) lancer la filière aérobie au bout d'environ 3 minutes,
4) évacuer l'acide lactique produit grâce à la ventilation.

Deux méthodes statistiques et théoriques sont classiquement utilisées pour l'entraînement :

La référence à la fréquence cardiaque, avec un maximum théorique de 220 - l'âge (ASTRAND et RYMING 1954). Pour l'entraînement, des pourcentages de cette FCM sont alors directement calculés.

Plus individualisés, les test d'effort (tests navette, sur piste ou encore Cooper) qui prédisent le VO2max d'un individu

→ A partir de la FCMax, différentes zones sont déterminées :

• zone aérobie entre 60 et 85% de FCM et

• zone anaérobie entre 85 et 95% de FCM.

La référence directe aux pourcentages de FCM est une démarche peu précise, car il y a une marge d'erreur de 10 à 20%, modulée notamment par le niveau de pratique du sujet considéré.

Nous avons préféré nous inspirer de la formule de KARVONEN, qui parle de

Fréquence Cardiaque d'Entraînement (FCE)

FCE= FCRepos + ( FCMax - FC Repos) X ( % de l'intensité)

Fréquence cardiaque de réserve

Exemple concret :

• Classiquement : 80% de 195 = 156

• Selon KARVONEN : FCE = 55 + (195 - 55) X 80%

= 55 + (140 X 80%) = 55 + 112 = 167

Il y a un écart de 11 pulsations, ce qui a des conséquences importantes sur le terrain !

Selon cette formule :

• Echauffement, récupération, perte de poids = 50 à 60%

• Perte de poids, entraînement longue distance/durée : 60 à 70%

• Endurance active ou résistance douce = +/- 80%

• Résistance dure, fractionné long = 85 à 90%

• Fractionné court = 90 à 95 %

Le seuil anaérobie: la transition aérobie- anaérobie

La FC de seuil (transition anaérobie/aérobie) peut être calculée, pour une population moyennement sportive selon la formule :

fcm (maximal): 220- l'âge fcr:fréquence cardiaque repos prise au matin

seuil: 85% de la fcm FC seuil (85% de la FCM)=(FCM-FCR)x 0,85%+FCR

Les filles ont une FCR  et une FCM globalement supérieures  à celles des garçons.

La différence semble moindre concernant la FCSeuil.

ISABELLE BOULNOIS ET PASCAL KOGUT JUILLET 2005

Concernant la FC Repos : il existe de nombreuses variations, liées aux conditions de la mesure (position, heure, état de stress, de forme ....). 

Elle est normalement prise le matin, au réveil, dans un état de relâchement complet.

La fréquence cardiaque ne donne que des informations partielles, car à FC identiques peuvent correspondre des performances très différentes entre un individu entraîné et un sédentaire 

Elle peut cependant permettre de guider :

Une pratique sportive de niveau faible : en aidant à éviter les efforts nuisibles au système cardio-vasculaire

Une pratique sportive moyenne : en favorisant une pratique optimale entre plaisir et performance

Nous vous laissons libres de ce choix dont la finalité n’est pas d’exercer une rigueur scientifique absolue, mai bien de donner à l’élève un moyen rapide et utilisable dans la vie de tous les jours (gestion au quotidien de sa vie physique) pour cerner globalement l’impact d’un effort sur son organisme.