2h15min et 25 sec représente « grosso modo » le temps d’un vol Paris-Budapest, mais si cela devient la durée pour parcourir 42.195 km avec pour seul moteur ses jambes, il s’agit alors d’un temps mythique pour tous les passionnés d’athlétisme : celui du record du monde féminin du marathon, réalisé en 2003 par Paula Radcliffe chez elle à Londres. Paula a été suivie toute sa carrière par un physiologiste de l’Université d’Exeter nommé Andrew M.Jones.
Premier rappel de la part d’Andrew. Sur ces épreuves de longue distance, deux facteurs vont pouvoir être limitants pour la performance. Le premier sera la disponibilité des substrats métaboliques (principalement du glycogène musculaire et du glucose sanguin, soit notre carburant provenant de la dégradation des sucres). Le second sera la capacité de l’athlète à réguler sa température corporelle. Ainsi la course avancera et plus ces deux facteurs deviennent déterminants dans la réalisation d’une performance de pointe sur marathon.
Néanmoins, parce que ces deux points reposent principalement sur l’approvisionnement énergétique par le métabolisme oxydatif (qui va oxyder nos aliments afin de donner à notre organisme l’énergie nécessaire à son fonctionnement), un certain nombre de paramètres de l’aptitude aérobie (comme la capacité à extraire de l’oxygène comme source d’énergie) vont avoir une importance dans la palette du parfait coureur d’endurance. Certains facteurs physiologiques qui sont connus pour être liés à la performance d’endurance (donc aérobie) en course à pieds seront primordiaux : la consommation maximale d’oxygène (VO2 max), l’économie de course et l’utilisation de la fraction de VO2max. La manière dont ces facteurs vont interagir entre eux ont notamment aidé Andrew et les entraîneurs de Paula, à savoir Alex Stanton et Gary Lough à affiner la détermination de la vitesse moyenne la plus élevée qu’elle « devait » être capable de soutenir lors d’un marathon.
Rappels physiologiques
Le taux maximal auquel l’ATP peut être re-synthétiser par des voies aérobies est un déterminant important de la performance en endurance. Les coureurs de fond internationaux masculins présentent généralement des valeurs de VO2max entre 70 et 85 ml.kg.min, tandis que leurs homologues féminins se situent entre 60-75 ml.kg.min. Généralement les valeurs les plus élevées de ces VO2max sont souvent trouvées chez des spécialistes de 5000m, probablement parce que ces athlètes ont une vitesse spécifique de course pour obtenir les meilleures performances entre 94 et 98% de VO2max. Les marathoniens ont tendance à avoir des valeurs de VO2max légèrement inférieures par rapport aux spécialistes de 5000m, parce que leurs épreuves sont disputées à de plus basses intensités et que d’autres facteurs physiologiques deviennent relativement importants pour leur succès. Compte tenu de la relation entre la VO2max et la performance dans les exercices d’endurance, pour Andrew Jones l’évaluation de la VO2max a un réel intérêt dans son travail de terrain auprès des coureurs de fond.
Paula Radcliffe
Andrew évaluait la VO2max de Paula lors d’un test maximal incrémenté sur tapis roulant. Le test débutait à 12 km/h, l’incrément étant de 1 km/h toutes les 3 minutes. D’un point de vue personnel il ne vous sera pas possible de déterminer votre VO2max sans l’apport de matériel (fixe en laboratoire ou portatif sur le terrain). Pour le test maximal aérobie, le choix du protocole aura son importance car vous n’évaluerez pas les mêmes choses. Spécifiquement, des paliers courts et sans récupération vous renseigneront plus sur vos qualités lactiques au-delà de VO2max, quand des paliers longs entrecoupés de périodes de récupération évalueront de façon plus précise vos qualités aérobies. Cependant même sur ce type de paliers longs, il sera difficile de savoir si vous avez été au-delà d’une vitesse associée à VO2max, le plus simple étant encore de coupler ce test à des entraînements de VMA pour affiner vos mesures.
Economie de course
Elle peut être définie comme le coût en oxygène (O2) que demandera de courir à une vitesse ou une distance donnée. Il y a une variabilité interindividuelle considérable dans l’économie de course, même chez des coureurs de fond Elites. Deux études scientifiques réalisées chez des athlètes de haut-niveau ont par exemple montré qu’à une vitesse de déplacement de 16 km/h, la gamme de VO2 chez ces athlètes était comprise entre environ 45 ml.kg.min et 60 ml.kg.min. Cette vitesse est souvent utilisée dans l’évaluation de l’économie de course chez des athlètes bien entraînés, car elle va correspondre à une valeur sous-maximale, fréquemment rencontrée à l’entraînement. Une meilleure économie de course va donc se traduire par l’utilisation d’un plus faible pourcentage de VO2max du coureur à une certaine vitesse (et par conséquent une réduction de l’utilisation du glycogène musculaire, ce qui pourrait entraîner une réduction de l’acidose musculaire). Concernant l’économie de course pas de panique, il n’y aura pas nécessairement besoin d’avoir à disposition une chambre de gaz et un tapis de course. Fixez une vitesse correspondant à une intensité sous-maximale suivant vos souhaits (allure spécifique, allure d’entraînement, etc.) et d’une durée d’au moins trois minutes, nécessaire à une stabilisation de vos valeurs physiologiques. Standardisez au maximum le test (proscrire les situations ventées, pluvieuses, de chaleur, de froid, etc.) et constatez à quelle fréquence cardiaque correspond cette vitesse. Si comme Paula vous envisagez une performance sur longue distance, il pourrait être intéressant de réaliser le test sur une durée plus longue, afin de voir l’évolution dans le temps de votre dérive cardiaque qui sera également influencée par votre qualité de locomotion.
Interaction entre l’économie de course et la VO2max
Il a été reconnu depuis de nombreuses années que même si posséder une VO2max élevée est important pour l’obtention d’une performance de haut-niveau lors d’épreuves de course à pieds, la valeur de VO2max ne sera pas forcément discriminante pour la capacité de performance dans des groupes d’athlètes avec des valeurs maximales de VO2 aussi élevées. A ce niveau de performance, d’autres paramètres de la capacité aérobie (comme l’économie de course) sont importants pour expliquer les différences interindividuelles de performance (figure 1). Une meilleure économie de course pourra par exemple compenser dans une certaine mesure des valeurs relativement plus faibles de VO2max dans une population d’athlètes Elites.
L’interaction entre la VO2max et l’économie de course est illustrée ici avec deux athlètes présentant une même VO2max de 70 ml.kg.min, mais des caractéristiques d’économie de course différentes. L’athlète représenté par les symboles en triangles utilise moins d’O2 pour courir à des vitesses sous-maximales (c-à-dire qu’il présente une meilleure économie de fonctionnement) que l’athlète représenté par les symboles carrés. Cela signifie qu’à une valeur donnée de VO2, l’athlète avec la meilleure économie de fonctionnement sera plus rapide. Dans cet exemple, en dépit d’une VO2max identique, l’athlète présentant la meilleure économie de fonctionnement atteindra VO2max lors du palier 20 km/h, quand l’athlète ayant une moindre économie de course sera déjà à VO2max à 19 km/h.
Seuil lactique
La capacité à soutenir un exercice sur une période de longue durée à des valeurs élevées de VO2max est une des caractéristiques des athlètes d’endurance Elites. L’utilisation d’un certain pourcentage de VO2max pendant une compétition d’endurance semble être intimement liée à des marqueurs sanguins d’accumulation du lactate pendant l’exercice, tels que les seuils lactiques. Pour cette raison la mesure de la concentration de lactate sanguin au cours de l’exercice peut fournir des informations utiles sur le potentiel de performance en endurance et être un repère des adaptations physiologiques à une période d’entraînement.
Lors d’un test maximal incrémenté, le taux de lactate sanguin reste initialement proche de la valeur de repos (c-à-dire 1.0 mM.L-1). Cependant, à partir d’une certaine vitesse de course (ou à un taux métabolique particulier), la lactatémie commence à dépasser la valeur de repos. La vitesse de course à laquelle ceci se produit est appelée seuil aérobie ou 1er seuil ventilatoire (SV1). SV1 se produit généralement à 50-70% de VO2max, même si il peut aussi être beaucoup plus élevé chez des athlètes très endurants comme les marathoniens, pour atteindre 80-85% de VO2max chez les athlètes de très haut-niveau. L’exercice peut être maintenu plus de 2h autour de SV1, la lactatémie pouvant être légèrement plus élevée, mais sans s’accumuler au fil du temps (s’il n’y a pas une détérioration du schéma moteur de course). L’évaluation de SV1 est donc utile chez l’athlète d’endurance et pour l’estimation des temps de performance sur des épreuves comme le marathon.
Le test continuant de progresser dans l’augmentation des vitesses de course, une seconde augmentation « soudaine et soutenue » de la lactatémie pourra être discernée (à ≈ 4 Mm). Ce second seuil correspond au seuil anaérobie ou second seuil ventilatoire (SV2). Pendant un exercice continu de longue durée (20-60 min) à une vitesse de course entre SV1 et SV2, la lactatémie sera légèrement plus élevée que les valeurs de référence mais restera relativement stable au fil du temps. En revanche, au cours d’un exercice continu réalisé à des vitesses supérieures à SV2, la lactatémie continuera à augmenter avec le temps jusqu’à ce que l’exercice soit terminé. SV2 fournit donc une approximation raisonnable de l’intensité d’exercice permettant un « état stable de lactatémie maximale ». La fatigue en endurance a traditionnellement était assimilé à une réduction du pH de la cellule musculaire (une acidification du milieu, soit indirectement par une accumulation de lactate dans le sang). Par conséquent la capacité à retarder et/ou à tolérer une augmentation de l’acidose métabolique a été considérée comme une adaptation importante de l’entraînement en endurance.
Bien que ce concept soit maintenant reconnu comme étant une simplification d’un processus plus complexe, l’amélioration de l’aptitude en endurance est caractérisée, en partie par un déplacement vers la droite (soit une amélioration) de la vitesse de course associée à SV1, de telle sorte qu’il y ait moins d’accumulation de lactate à une vitesse donnée post-entraînement. Un décalage de SV1 reflète donc une adaptation métabolique positive à l’entraînement d’endurance et la mesure de la lactatémie pendant l’exercice demeure utile dans l’évaluation longitudinale des athlètes d’endurance. Il peut par ailleurs être intéressant de mesurer la fréquence cardiaque lors des trente dernières secondes de chaque palier du test maximal incrémenté (si les paliers sont d’au moins 2min), ce qui permet d’établir un certain nombre de « zones » d’entraînement sur la base des réponses métaboliques et des échanges gazeux à l’exercice.
L’expérience d’Andrew Jones montre qu’une vitesse en-dessous de SV1 est appropriée pour des séances « faciles » de récupération (20-40 min) ou des sorties longues « relâchées » (60-120 min), tandis qu’une vitesse de course continue entre SV1 et SV2 est en général adaptée à des sessions d’entraînement aérobie de bonne qualité (30-60 min). Des entraînements continus « tempo » ou « rapides » juste au-dessus de SV2 semblent appropriés dans la préparation de l’objectif marathon et pour le développement de la « tolérance lactique ». L’entraînement de haute intensité visant à stimuler VO2max et la capacité à générer de l’ATP par le métabolisme aérobie et lactique exigera généralement un entraînement de type intermittent se situant au-dessus de la vitesse associée à VO2max.
Suivi longitudinale de Paula Radcliffe 1992-2003
Dans les diagrammes qui suivront, Andrew Jones a cherché à représenter au mieux l’évolution physiologique de Paula tout au long de sa carrière. Dans cet objectif il n’a représenté que les années où Paula a mené à son terme chaque test à au moins deux reprises. Dans nos commentaires nous ajouterons quelques données tirées de leur collaboration.
Consommation maximale d’oxygène (VO2max)
La VO2max de Paula Radcliffe varie avec le temps et suivant le moment de la saison où ont été conduits les tests, avec une valeur la plus basse légèrement supérieure à 65 ml.kg.min, quand la valeur la plus haute était d’environ 80 ml.kg.min. Cependant lorsque différents tests étaient effectués dans la même saison, on se rend compte que Paula présentait une VO2max relativement stable autour de 70 ml.kg.min entre 1992 (18 ans) et 2003 (29 ans, année du record du monde). Si nous devions comparer Paula à une voiture, elle n’a donc pas augmenté la puissance maximale de son moteur. Cependant, il est à noter que ses valeurs de VO2max sont extrêmement élevées pour une sportive d’endurance, même pour une athlète Elite, supportant le fait qu’une haute valeur de VO2max soit un prérequis à la réussite au niveau international. La progression spectaculaire des performances de Paula durant ces 12 ans a donc été le fruit de l’amélioration d’autres facteurs physiologiques.
Economie de course
La figure 3 montre la consommation d’O2 de Paula à une vitesse de course de 16 km/h. Celle-ci va diminuer de façon prononcée et continue entre 1992 (≈ 205 ml.kg.min) et 2003 (≈ 175 ml.kg.min), ce qui représente une amélioration de l’économie de course de 15%. Cette amélioration de l’économie ne montre aucun signe de ralentissement, avec un record personnel mesuré à 165 ml.kg.min à l’approche de son propre record du monde. Cela tendrait vers le fait que les adaptations physiologiques permettant une réduction du coût d’O2 lors d’un exercice sous-maximal puissent être l’une des clefs de l’amélioration de la performance sur le long terme, chez des athlètes dont il deviendra difficile de « gonfler » encore plus la puissance maximale du moteur aérobie, d’autant plus si leurs objectifs seront sur de longues distances. Si nous devions continuer la comparaison automobile, lorsque Paula se trouve en 3ème vitesse, elle est capable de rouler de plus en plus vite au fil des années. Différentes hypothèses : ses pneus sont de meilleurs qualités ? (technique, musculation ?), ses suspensions sont plus efficaces ? (travail de souplesse ?), la transformation de son essence en énergie est plus efficace ? (meilleures oxydation des lipides ? des glucides ?), sa boite de vitesse est de meilleure qualité ? (décalage des seuils ?), etc.
Vitesse de course associée à VO2max
Bien que sa VO2max n’ait pas changée sensiblement entre 1992 et 2003, l’amélioration de l’économie de course au cours de cette même période de temps a permis une amélioration concomitante de la vitesse associée à VO2max. Si nous devions à nouveau imager en fonction de notre voiture, Paula et ses entraîneurs n’en ont pas changé la puissance du moteur, en revanche par une amélioration du rendement (roue, suspension, aérodynamisme, etc.) ils ont permis une consommation d’essence moindre lors des vitesses sous-maximales, ayant engendré un passage plus tardif des vitesses au cours du test. Et l’entretien de ce magnifique moteur de course a donc permis d’atteindre sa puissance maximale à des vitesses plus élevées.
1er et 2ème seuils ventilatoires (fig 5 et 6)
Paula montre un déplacement vers la droite de ses réponses lactiques en fonction de sa vitesse de course au fil des années. La vitesse assimilée à 3 mM.L-1 (soit ≈ une vitesse de course située entre SV1 et SV2 et utilisée par Paula pour ses entraînements aérobies) est passée de 16 km/h en 1992 à 21 km/h en 2003. Dans le même ordre d’idée, l’apparition de SV1 (donc le moment ou la lactatémie passe au-dessus de ses valeurs basales) a été augmentée de 14-15 km/h en 1992-1994 à 17.5-18.5 km/h en 2000-2003. De façon similaire, SV2 (allure à partir de laquelle le lactate va s’accumuler) a augmenté de façon progressive de 16 km/h en 1992 à 20 km/h en 2003. En conséquence, Paula montre une augmentation de ses qualités aérobies sous-maximales tout au long de sa carrière. Cela va dans le sens d’une meilleure économie de course, notamment sur des vitesses entourant son allure spécifique marathon.
Le taux de lactate sanguin est représenté par les triangles noirs, quand la fréquence cardiaque l’est par les carrés grisés. Notez que le lactate sanguin ne dépasse pas les valeurs de repos jusqu’à une vitesse proche de 19 km/h. SV1 apparaissait à 18.5 km/h et la vitesse associée à SV2 était de 20 km/h. Soit très proche des performances réalisées par Paula en 2002-2003 (2h 15min 25sec sur marathon soit 18.70 km/h et 30’01 sur 10 000m soit 19.99 km/h lors de sa victoire aux championnats d’Europe de Munich).
Fréquence cardiaque (fig 7)
Ici encore, le déplacement vers la droite de la FC en fonction de la vitesse de course est considéré comme la caractéristique d’une amélioration de ses aptitudes cardiovasculaires. Pour illustrer l’ampleur de la variation des réponses de la FC de Paula, à 180 battements par minutes (bpm), celle-ci courrait à 14 km/h en 1992, alors qu’elle était capable pour une même FC de courir à 18.5 km/h en 2002. Sachant que sa FCmax n’a pas baissée de façon trop importante malgré ces 12 années d’études (203 bpm à 19 ans contre 197 bpm à 29 ans).
Retrouvez la suite de cette analyse dans la 2ème partie de cet article.
Pour suivre l’actualité d’Anaël AUBRY sur Twitter : @AUBRYANAEL et Facebook : http://facebook.com/Anael.AUBRY.Sport.scientist