L’augmentation exponentielle des courses de grande endurance a relancé l’intérêt pour le coût énergétique de la locomotion.
Jusqu’au marathon, on sait que la performance dépend d’une combinaison d’éléments : la consommation maximale d’oxygène, la fraction la plus élevée possible de cette consommation (c’est-à-dire l’endurance), le coût énergétique le plus bas possible, l’activation musculaire, la biomécanique de la foulée…
Rappelons que le coût est une mesure de l’économie ou de l’efficience de la course à une vitesse/intensité sous-maximale donnée. On peut le définir comme une consommation d’oxygène par unité de distance.
Toutefois, sur les courses de durée, il faut tenir compte de la dégradation des substrats énergétiques (glucides/lipides) car le rendement énergétique par volume d’oxygène consommé est supérieur de 7% pour les glucides que pour les lipides (Péronnet et Massicote, 1991). Or, dans les ultra-marathons, on observe assez rapidement (quelques heures) un épuisement des réserves de glycogène. Ainsi, il faut tenir compte du quotient respiratoire pour évaluer le coût énergétique également en kilojoules.
Les précédentes études sur l’ultra-marathon sont contradictoires concernant ce coût énergétique. Sur des mesures prises avant et après l’épreuve, certains ont montré une augmentation du coût énergétique (Cr) (Gimenez et al, 2013), d’autres aucun changement (Balducci et al, 2017), et d’autres encore une baisse (Vernillo et al, 2014). On retrouve les mêmes résultats contradictoires concernant le débit ventilatoire. Ces variations peuvent être dues aux caractéristiques de l’épreuve, à l’échantillonnage …
La recherche sur l’économie de course est centrale car il semble que l’athlète met en jeu, souvent inconsciemment, un ensemble de stratégies pour diminuer le coût de son effort, le plus souvent en adaptant sa foulée à ses capacités musculaires changeantes. Le coût peut expliquer des différences de performance allant jusqu’à 30%, à VO2max égaux.
Une étude originale
La plupart des études se sont intéressées à l’avant et l’après, souvent la veille de la course et juste après l’effort, mais rarement pendant l’épreuve pour des raisons évidentes de protocole et de gêne des coureurs.
Une récente étude britannique*, parue dans l’excellent Journal European Journal of Applied Physiology, a contourné ce problème en réalisant sa recherche sur tapis (donc hors du cadre de la compétition), avec un contrôle plus aisé des paramètres énergétiques et biomécaniques de la performance.
L’épreuve : 80.5 km sur tapis (à la vitesse la plus élevée possible), avec contrôle des données tous les 16.1 km (effectué à 8 km/h)
Données récoltées : VO2 (consommation d’oxygène), VCO2 (rejet de dioxyde de carbone), débit ventilatoire (VE) ; afin de calculer le Quotient respiratoire, le coût énergétique et la fraction de VO2max. De plus la longueur de foulée et la cadence ont été mesurées.
Les sujets : 12 athlètes (3 femmes et 9 hommes) de 34 +/- 7 ans, VO2max de 60.4 +/- 5.8 et VMA 17.3 +/- 1.8 km/h.
L’originalité de cette étude est d’étudier et de contrôler l’évolution des paramètres tout au long de l’épreuve et donc d’apporter un éclairage nouveau.
Les conclusions que nous allons nuancer par la suite sont les suivantes : les auteurs observent des augmentations significatives de la consommation d’oxygène, du Cr, de la fraction de VO2 utilisée, du débit ventilatoire et de la fréquence cardiaque. Rappelons que ces données sont prélevées à 8 km/h, et cela tous les 16.1 km. Ils observent également une baisse significative du quotient respiratoire (témoignant nous l’avons dit du changement de substrat énergétique), mais pas de changements concernant la longueur de la foulée et de la cadence.
Même vitesse, intensité plus élevée
La première conclusion est celle-ci : avec les fatigues générées par la durée de la course, chaque athlète doit augmenter son intensité pour évoluer à une même vitesse. Cela impacte la consommation d’oxygène et donc le coût énergétique, mais aussi la fraction de VO2 utilisée à 8 km/h. Pour les auteurs, via un traitement mathématique, la fraction F et le Cr expliquent à eux deux près de 61% de la variance au niveau du temps final.
Toutefois, si on rentre dans les détails, on s’aperçoit que la variation de consommation d’oxygène ne devient significative qu’après une cinquantaine de kilomètres car l’évolution est lente et régulière.
Pour la fraction de VO2 utilisée, seule la dernière mesure fait varier significativement les résultats. Idem pour le débit ventilatoire qui varie un peu en fin de session.
Pour la fréquence cardiaque, elle augmente significativement dès le 32ème km puis diminue vers le 60ème avant de se stabiliser. Ce sont des phénomènes que nous avons souvent expliqué dans nos articles sur le pacing et qui nuisent à l’utilisation de la FC comme repère d’intensité après 6-7h de course.
Cadence et amplitude comme variables d’ajustement
Certes ces 2 paramètres ne varient pas significativement, mais on observe toutefois une augmentation de la cadence assez nette dès le 32ème km, et parallèlement une diminution de l’amplitude de la foulée ; en rappelant bien entendu que la vitesse de course est le produit de la fréquence par la longueur du pas.
Avec la perte de force, mon amplitude de foulée diminue, et je compense par une augmentation de la fréquence, le travail mécanique interne étant moins coûteux que le travail mécanique externe. En terrain trail, il est fréquent de trouver des différences significatives car les sollicitations musculaires sont plus intenses (en montée comme en descente).
Miser sur la fraction
Que concluent les auteurs de cette étude ?
Tout d’abord que la VO2max est une moins bonne prédictrice de la performance en ultra marathon que l’indice d’endurance et le coût énergétique. Donc ceux qui arrivent à maintenir une fraction de VO2max élevée en développant des stratégies pour minimiser le coût de leur foulée sont les mieux adaptés d’un point de vue énergétique pour optimiser leur performance en ultra-marathon. Toutefois, gardons à l’esprit que l’échantillon est de taille très modérée, avec des athlètes bien entraînés, et que le protocole s’est déroulé sur tapis.
Et rappelons que cette fameuse endurance, d’un point de vue physiologique, est la résultante de nombreux autres facteurs : musculaires, nutritionnels, stratégiques…Toutefois, le rôle du Cr est ici déterminant et doit nous amener à investiguer de nouveau dans ce sens.
Performance determinants, running energetics and spatiotemporal gait parameters during a treadmill ultramarathon
Christopher C. F. Howe1 · Nicola Swann1 · Owen Spendiff1 · Anna Kosciuk1 · Elizabeth K. L. Pummell1 ·Hannah J. Moir1
13 February 2021