1. Introduction
Les disciplines de longue durée requièrent des ressources importantes au niveau physiologique, musculo-squelettique, psychologique ou encore nutritionnel (Jones & Carter, 2000). La performance maximale sur ces épreuves d’endurance et/ou d’ultra-endurance s’obtient par la capacité de l’athlète à générer une puissance musculaire élevée sur l’ensemble du parcours associé à un faible coût énergétique (Aagaard, 2011).
L’amélioration du coût énergétique (CE) est un déterminant important de la performance dans la préparation des athlètes d’endurance et d’ultra-endurance. L’apport de la musculation dans cette recherche de diminution du CE peut s’avérer un axe d’optimisation intéressant à intégrer dans un programme d’entraînement.
Toutefois, l’entraînement simultané de la force et de l’endurance va engendrer des adaptations différentes comparativement à une seule modalité d’entraînement, ce qu’on dénomme « l’effet convergent de l’entraînement ». Les mécanismes génétiques et moléculaires engagés dans cet entraînement combiné de la force et de l’endurance sont différents et demande une connaissance des mécanismes d’activation et d’interaction des voies moléculaires engagées dans ces deux modalités d’entraînement afin d’en tirer tous les bénéfices.
« La performance maximale sur une épreuve de longue durée s’obtient par la capacité de l’athlète à générer une puissance musculaire élevée sur l’ensemble du parcours associé à un faible coût énergétique »
2. Apport de l’entraînement de force dans l’amélioration de la performance d’endurance
L’entraînement combiné « force-endurance » permet d’améliorer de manière plus significative la performance d’endurance qu’un entraînement isolé en endurance (Aagaard & al, 2011 ; Ronnestad & al, 2011). Les paramètres qui sont essentiellement améliorés par l’entraînement de la force sont le coût énergétique et le rendement musculaire.
2.1 Baisse du coût énergétique
Le coût énergétique (CE) peut être défini comme étant la consommation d’oxygène requise lors d’un exercice dynamique réalisé à une intensité submaximale donnée (Jones & Carter, 2000). Il représente le lien entre la puissance métabolique et la puissance mécanique.
L’amélioration du CE est un axe important pour la progression des athlètes spécialisés dans disciplines de longue durée (Coyle & al, 2005 ; Jones, 2006). Il a ainsi été montré
que l’amélioration des performances de Paula Radcliffe ont été essentiellement associées à une amélioration de 15% de son coût énergétique entre 1992 et 2003 et non pas de son VO2max (cf. figure 1 & 2). En effet, Paula RADCLIFFE a réalisé le record du monde du marathon féminin à Londres en 2003 au moment où son VO2max n’était pas le plus élevé mais où son CE était le plus faible.
De nombreuses études ont également mis en évidence une amélioration du coût énergétique (CE) à l’issue d’une préparation combinant des sessions d’entraînement en force et en endurance par rapport à des groupes contrôles réalisant des entraînements isolés en endurance n’apportant pas une amélioration significative du CE (Paavolainen, 1999 ; Millet & al, 2002 ; Ronnestad & al, 2011).
Au niveau du mode de préparation il est important de distinguer le protocole d’entraînement à employer pour améliorer le CE en cyclisme (Cycling Economy) et celui du CE en course à pied (Running Economy). En effet, le cyclisme est essentiellement composé de contractions musculaires concentriques alors qu’en course à pied il y a une alternance de phase de freinage (contraction musculaire excentrique) et de poussée (contraction musculaire concentrique) au niveau des muscles extenseurs des membres inférieurs. Cette combinaison entre la phase de freinage et de poussée est connue sous le nom de « cycle étirement-détente ».
L’étude de Lucia & al (2002) sur des cyclistes de haut niveau mondial a montré qu’Abraham OLANO (Champion du monde sur route en 1995 et du contre la montre en 1998) possédait une valeur de VO2max basse associée une efficience brute (GE) très élevée. *GE = Gross Efficiency correspond au rendement global du corps soit Energie mécanique/ Energie métab
2.1.1 Cycling Economy
Le rendement mécanique en cyclisme peut s’améliorer par l’utilisation d’un entraînement en force maximale avec charge lourde (>85% 1RM) en régime concentrique combiné à un entraînement d’endurance. Hausswirth & al (2010) ont mis en évidence que l’utilisation de ce type de protocole chez des triathlètes (3 séances de Force Max/ semaine durant 5 semaines) permettait de réduire la dérive cardiaque lors d’un exercice submaximale de 2h sur vélo.
Sunde & al (2010) ont montré une amélioration du CE de 5% à la suite d’un programme d’entraînement de 8 semaines combinant force maximale et endurance.
« En terme d’effet sur la performance, un modèle mathématique estime qu’1% d’amélioration du CE permet un gain 63’’ sur un contre la montre de 40 Km. »
Une amélioration du CE par un entraînement combiné force maximale/ endurance permet également des gains de performances chez des cyclistes entraînés de haut niveau (VO2max 71-75 mL 02/min/kg) de l’ordre de 8% sur un contre la montre de 45’. L’amélioration du coût énergétique, à la suite d’un protocole d’entraînement combinant force maximale et endurance, permet d’augmenter la puissance maximale soutenu sur 5’ (+7%) à la suite de 185’ de vélo à puissance submaximale par rapport à un groupe contrôle (Ronnestad & al, 2011). Cette donnée est intéressante à prendre en considération dans le cadre d’une optimisation de la performance sur la fin d’une épreuve de longue durée et permet d’envisager avec intérêt ce mode de préparation.
2.1.2 Running Economy
Le coût énergétique en course à pied peut être réduit par une amélioration du cycle étirement-détente. Cette amélioration provient d’une meilleure capacité de stockage- restitution d’énergie élastique au niveau de la composante élastique série (CES) du système musculo-tendineux (Cavagna & al, 1968) mais également par une augmentation de la raideur de la CES qui permettra une meilleure transmission des forces. Un cycle étirement-détente efficient permet d’accroitre l’efficacité de la phase finale concentrique par une meilleure restitution de l’énergie élastique préalablement accumulée lors de l’étirement actif du complexe musculo-tendineux (Nicol, 2009).
Sous l’effet de la fatigue, lors d’un exercice de longue durée en course à pied, il a été montré une dégradation des qualités musculaires et principalement d’une altération de la raideur neuromusculaire (stiffness) et de la capacité à stocker et restituer l’énergie élastique (Nicol & al, 19991 ; Komi, 2000).
Un travail en force maximale avec charge lourde (>85% 1RM) chez le coureur à pied pourra essentiellement augmenter la raideur musculaire (Kubo & al, 2001, 2002). En course pied il est suggéré de compléter le travail en force maximale (>85% 1RM) avec du travail de force explosive.
Une étude de Paavolainen & al (1999) chez des coureurs à pied entraînés (VO2max 68 mL 02/min/kg) a pu mettre en évidence qu’un entraînement associant du travail de force explosive (sprint, pliométrie, effort dynamique @40% 1RM) avec des séances traditionnelles d’endurance permettait d’améliorer différents paramètres :
- Baisse du coût énergétique
- Amélioration de la performance aérobie
- Augmentation de la force appliquée au sol
- Augmentation de l’amplitude de foulée
- Augmentation de la pré-activation des muscles actifs • Diminution du temps de contact de l’appui au sol
Komi, 1984
Une amélioration de la pré-activation des muscles extenseurs des membres inférieurs avant l’impact au sol permet une meilleure résistance lors de la phase d’impact, d’obtenir une phase de freinage plus active et de diminuer le temps de contact du pied au sol. L’entraînement en force permettrait également de limiter la chute de vitesse dans les 10 derniers kilomètres d’un marathon, de part une casse musculaire moins importante et une limita:on des processus inflammatoire. La casse musculaire ayant comme conséquence de dégrader le rendement mécanique et d’accélérer la déplétion des stocks énergétiques musculaires.
2.1.3 Cas particulier de la natation
Différents facteurs physiologiques et biomécaniques vont avoir un effet le coût énergétique en natation (taille du corps, masse corporelle, flottabilité, la longueur des segments … … …). Ces différents facteurs ne peuvent pas être amélioré par l’entraînement.
La technique de nage est le déterminant principal d’une bonne économie de nage. L’apport de la musculation va permettre d’améliorer le rendement musculaire mais si cette amélioration n’est pas supportée par une bonne technique les gains sur la performance ne seront pas significatifs.
Différentes études ont rapportées qu’un entraînement combinant travail en force maximale et séances d’entraînement en piscine ne permettait pas d’améliorer la performance en natation (Tanaka & al, 1993 ; Trappe & al, 1994).
Les axes de préparation physique pouvant être envisagés :
Amélioration de la maîtrise posturale et segmentaire afin d’aider à la construction d’une bonne technique de nage.
Notion de corps projectile et indéformable avec un important travail de renforcement musculaire de la région pelvienne (abdominaux & muscles lombaires).
Importance de la Prophylaxie pour prévenir les différents traumatismes résultants d’une pratique sportive intensive.
2.2 Mécanismes adaptatifs
Différents mécanismes peuvent expliquer l’amélioration de la performance d’endurance à la suite d’un entraînement en force maximale (Aagaard & al, 2011) :
Augmentation de la proportion des fibres musculaires de type IIA par rapport aux fibres musculaires de type IIX [cf. figure 3]. La conversation des fibres musculaires IIX en fibres musculaires IIA contribue certainement à fortement améliorer la performance en endurance. En effet, les fibres musculaires IIA sont plus résistantes à la fatigue que les fibres musculaires IIX tout en étant capable de produire une puissance élevée.
Augmentation de la force maximale des fibres musculaires I et IIA permettant d’activer une proportion plus faible du muscle en activité pour maintenir une puissance/vitesse donnée. Cela pourrait avoir comme conséquence de réduire le coût énergétique et de retarder l’apparition de la fatigue pendant un exercice de longue durée.
Pour une même intensité donnée, baisse de la consommation de glycogène et baisse de la consommation d’oxygène (Hicksan & al, 1988 ; Coyle & al, 1992 ; Horowitz & al, 1994).
Limitation de l’hypertrophie musculaire afin de ne pas réduire la densité mitochondriale au niveau musculaire.
3. Bases moléculaires de l’entraînement combiné force - endurance
Un effet délétère de l’entraînement en force sur la performance d’endurance pourrait s’envisager par un risque d’hypertrophie musculaire et de prise de masse.
L’hypertrophie musculaire serait responsable d’une réduction de la densité des capillaires au sein de la fibre musculaire suite à une augmentation de sa section transversale augmentant de ce fait la distance de diffusion de l’oxygène. L’augmentation du poids corporel augmentant le coût métabolique de déplacement.
Toutefois, les différentes études sur l’entraînement combinant force et endurance révèlent peu d’hypertrophie musculaire ni d’altération au niveau de la capillarisation musculaires ou encore de l’activité enzymatique (Bishop et al., 1999; Rønnestad et al. 2010a, 2012, 2012b ; Aagaard et al. 2011). Cette faible hypertrophie musculaire au sein d’un protocole combinant force et endurance peut s’expliquer au niveau moléculaire. Durant un entraînement en endurance il y a une activation de l’enzyme AMPK qui va signaliser le co-facteur de transcription PGC-1α, véritable chez d’orchestre permettant la biogenèse mitochondriale. Lors d’un entraînement en force la synthèse protéique va être obtenue par la signalisation de l’enzyme mTOR (mammalian target of rapamycin). Ces 2 voies de signalisations peuvent donner lieu à un phénomène d’interférence au sein d’un entraînement combiné force-endurance. En effet, l’activation de l’AMPK (adenosine monophosphate activated protein kinase) par l’exercice d’endurance peut inhiber la signalisation de mTOR par la TSC (Tuberous Sclerosis Complex) et inhiber la synthèse protéique induite par l’entraînement en force [cf. figure 4]. Ces phénomènes de signalisation intracellulaire montrent que l’entraînement combiné force-endurance ne favorise pas l’activation des voies de signalisation responsables de l’hypertrophie musculaire.
PGC-1α est une protéine essentielle à l’activation de l’expression des gênes. Il joue un rôle majeur dans le contrôle des métabolismes énergétiques et glucidiques ainsi qu’au niveau de la biogenèse mitochondriale.
mTOR est une enzyme intracellulaire qui joue un rôle prépondérant dans la synthèse protéique.
L’AMPK est considérée comme un senseur énergétique. qui active ou inhibe les voies métaboliques.
En connaissant ces phénomènes de signalisation, les recommandations suivantes
pourraient être prescrites pour limiter les interférences (Perez-Schindler & al, 2014) :
- Session d’entraînement en endurance le matin, si possible à jeun. L’entraînement à jeun provoque un stress supplémentaire permettant d’augmenter la signalisation cellulaire pour optimiser les adaptations et la biogenèse mitochondriale.
- Ne pas effectuer une session d’entraînement incluant des contractions musculaires excentriques (exe : course à pied) avant une séance de musculation.
- Session d’entrainement en force le soir. La séance de force devra être abordée avec un statut nutritionnel élevé, il sera préconisé de prendre une collation dans l’après- midi.
- Garder un haut volume d’entraînement en endurance pour limiter le phénomène d’hypertrophie musculaire.
4. Recommandation pratique
Différents principes doivent être respectés pour agencer de manière optimale l’entraînement combiné de la force et de l’endurance afin d’en tirer tous les bénéfices :
- Pour obtenir un effet positif de l’entraînement de force sur la performance d’endurance il faut utiliser des exercices impliquant les groupes musculaires spécifiques à l’activité.
- Il faut au minimum 8 semaines d’entraînement en force maximale (>85% 1RM) employant des mouvements exécutés à vitesses maximales lors de la phase concentrique pour obtenir des adaptations supérieures (Heggelund & al, 2013).
- 2 séances/ semaines durant 12 semaines s’avèrent suffisantes pour augmenter la force maximale (Ronnestad & Mujika, 2013).
- Le protocole des séances en force maximale (>85% 1RM) : -2 à 3 séries de 3 à 10 répétitions avec 2’ à 4’ de récupération passive entre chaque série.
- Le protocole de travail de la force explosive (@40% 1RM) : 3 à 5 séries de 10 à 20 répétitions avec 2’ à 3’ de récupération passive entre chaque série.
- Un protocole comprenant 3 entraînements de 20’/ semaine composés de 4 séries de 4 RM avec 3’ de récupération permet une activation neuromusculaire maximale associé à un gain de masse musculaire minimal sans altération du VO2max (Hoff & al, 2002).
- Avant d’envisager un protocole de développement de la force maximale il faut d’abord passer par des étapes d’initiation et d’apprentissage du mouvement.
- Durant la période de compétition, 1 séance de musculation/ semaine sera suffisante pour maintenir les adaptations développées durant la phase de préparation (Ronnestad & al, 2010).
5. En résumé
Tiré de Aagaard P & Raastad T, 2012
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