Staps
De Boeck Université

I.S.B.N.sans
128 pages

p. 11 à 26
doi: 10.3917/sta.060.0011

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Rapport de recherche

no 60 2003/1

2003 STAPS Rapport de recherche

Dépense énergétique et rendement au cours de la répétition de sprints sur bicyclette ergométrique : effet de la vitesse de pédalage

Sylvain Dorel1,2  [*] Christophe Hautier2 Emmanuel Van Praagh2 Muriel Bourdin1 Jean-René Lacour1 1. Laboratoire de Physiologie de l’Exercice - GIP E2S, Faculté de Médecine Lyon-Sud, BP 12, 69921 Oullins cedex 2. Laboratoire de Biologie des Activités Physiques et Sportives, UFR STAPS Faculté de Médecine, Université Blaise-Pascal - Université d’Auvergne, BP 104 63172 Aubière cedex.
Lors d’un l’exercice de sprint, considéré comme la sollicitation maximale au niveau métabolique, il est largement démontré que la vitesse de pédalage joue un rôle sur la puissance et le travail fournis. Ce travail propose d’étudier comment, au cours d’un exercice intermittent de type supra-maximal, la fréquence de pédalage peut influencer simultanément la réponse physiologique, en intervenant sur le débit d’énergie métabolique, et/ou le rendement de la contraction musculaire. Dans cette perspective, 9 cyclistes ont réalisé 2 séries de 12 sprints de 5-s à vitesse constante entrecoupés de 45-s de récupération passive : une série réalisée à vitesse optimale (Vopt, vitesse à laquelle est atteinte la puissance maximale) et l’autre à 50 % de celle-ci (½Vopt), selon un ordre aléatoire à 48 heures d’intervalle. Le niveau d’activation du principal muscle agoniste (vastus lateralis) et la perception de l’effort (échelle de Borg) ne varient pas significativement entre les 2 situations. Après la phase d’adaptation cardio-respiratoire, les valeurs moyennes du 7e au 12e sprint de puissance produite, de consommation d’oxygène et d’accumulation de lactate sanguin sont significativement plus élevées à Vopt (944,5 ± 123 W ; 2,55 ± 0,29 l.min-1 ; 3 mmol.l-1) qu’à ½Vopt (702 ± 88 W ; 2,18 ± 0,28 l.min-1 ; 0,8mmol.l-1). Il semblerait que les conditions mécaniques de contraction du muscle, et notamment la vitesse, agissent préférentiellement sur le débit métabolique plutôt que sur le rendement lors de l’exercice supra-maximal intermittent. Mots-clés : exercice supra-maximal intermittent, travail mécanique, consommation d’oxygène, lactate, EMG.. During an all-out exercise, where the metabolic demand is considered as maximal, it has been demonstrated that cycling velocity influences largely mechanical power and work. This paper intends to show how during an all-out intermittent exercise, pedalling rate simultaneously influences the physiological response by modifying the metabolic power and/or the efficiency of the muscular contraction. Nine cyclists performed 2 series of 12 repeated 5-s sprints at a constant velocity interspersed by 45-s resting recovery : one series was performed at optimal velocity (Vopt, velocity at which maximal power is produced) and the second one at 50 % of Vopt (½Vopt), in a randomly selected order and separated by 48 hours. Activation level of the primary agonist muscle (vastus lateralis) and the rate of perceived exertion (Borg’s scale) were similar during both conditions. Consecutively the cardiorespiratory adaptation period, mean values between the 7th and 12th sprint of power output, oxygen consumption and blood lactate accumulation were significantly higher at Vopt (944,5 ± 123 W ; 2,55 ± 0,29 l.min-1 ; 3 mmol.l-1) than at ½Vopt (702 ± 88 W ; 2,18 ± 0,28 l.min-1 ; 0,8mmol.l-1). The mechanical conditions of muscle contraction, notably contraction velocity, seem to act preferentially on metabolic power rather than on efficiency during supra-maximal intermittent exercise. Keywords : supra-maximal intermittent exercise, work, oxygen consumption, lactate, EMG.. Es ist nachgewiesen, dass während einer Sprintübung, die höchste Anforderungen an den Metabolismus stellt, die Tretgeschwindigkeit eine Rolle hinsichtlich der Leistung und Arbeit spielt. Diese Arbeit untersucht, wie während einer supramaximalen Intervallübung die Trittfrequenz auch physiologische Reaktionen beeinflussen kann, indem sie auf metabolische Energieprozesse und/oder den Wirkungsgrad der Muskulatur einwirkt. Auf diesem Hintergrund haben 9 Radfahrer 2 Serien von 12 Fünfsekundensprints bei konstanter Geschwindigkeit, mit 45 Sekunden dauernden passiven Pausen absolviert: eine Serie mit optimaler (Vopt, Geschwindigkeit bei der die maximale Leistung erreicht wird) und eine andere mit 50% Geschwindigkeit (1/2 Vopt), in zufälliger Reihenfolge, nach einer Unterbrechung von 48 Stunden. Das Aktivationsniveau der agonistischen Hauptmuskeln (vastus lateralis) und die Anstrengung auf der Borgskala unter beiden Bedingungen unterscheiden sich nicht überzufällig. Nach der kardio-respiratorischen Anpassungsphase sind die Mittelwerte des 7. und 12. Sprints hinsichtlich der Leistung, des Sauerstoffverbrauchs und des Blutlaktats signifikant höher bei Vopt (944,5 ± 123 W; 2,55 ± 0,29 l.min-1 ; 3 mmol.l-1) als bei ?Vopt (702 ± 88 W; 2,18 ± 0,28 l.min-1; 0,8mmol.l-1). Es scheint, dass sich bei supramaximalen Intervallübungen die mechanischen Bedingungen der Muskelkontraktion, und vor allem die Geschwindigkeit, eher auf metabolische Prozesse als auf den Wirkungsgrad auswirken. Schlagwörter : supramaximale Intervallübung, mechanische Arbeit, Sauerstoffverbrauch, Laktat, EMG.. Durante un esercizio di sprint, considerato come la sollecitazione massimale a livello metabolico, è ampiamente dimostrato che la velocità di pedalata gioca un ruolo sulla potenza e sul lavoro fornito. Questo lavoro propone di studiare come, durante un esercizio intermittente di tipo sovramassimale, la frequenza di pedalata può influenzare simultaneamente la risposta fisiologica intervenendo sul debito di energia metabolica, e/o il rendimento della contrazione muscolare. In questa prospettiva, 9 ciclisti hanno realizzato due serie di 12 sprint di 5 secondi a velocità costante intervallati da 45 secondi di recupero passivo : una serie realizzata a velocità ottimale (Vopt, velocità alla quale è raggiunta la potenza massimale) e l’altra al 50 % di quest’ultima (½Vopt), secondo un ordine aleatorio di 48 ore d’intervallo. Il livello d’attivazione del principale muscolo agonista (vastus lateralis) e la percezione dello sforzo (scala di Borg) non variano significativamente tra le due situazioni. Dopo la fase di adattamento cardio-respiratorio, i valori medi dal 7Ëš e al 12Ëš sprint di potenza prodotta, di consumo d’ossigeno e d’accumulo di lattato sanguigno sono significativamente più elevati al Vopt (944,5 ± 123 W ; 2,55 ± 0,29 l.min-1 ; 3 mmol.l-1) che a ½Vopt (702 ± 88 W ; 2,18 ± 0,28 l.min-1 ; 0,8 mmol.l-1). Sembrerebbe che le condizioni meccaniche di contrazione del muscolo, ed in particolare la velocità, agiscano preferenzialmente sul debito metabolico piuttosto che sul rendimento durante l’esercizio sovramassimale intermittente. Parole chiave : consumo d’ossigeno, EMG, esercizio sovramassimale intermittente, lattato, lavoro meccanico.. En un ejercicio de velocidad se considera como esfuerzo maximal a nivel metabólico, está claramente demostrado que la velocidad de pedaleo tiene un rol sobre la potencia y el trabajo realizado. Este trabajo se propone estudiar como la realización de un ejercicio intermitente de tipo supra-maximal, en la frecuencia de pedaleo puede influir simultáneamente la respuesta fisiológica interviniendo sobre el volumen de energía metabólica, y/o en el rendimiento de la contracción muscular, en esta perspectiva 9 ciclistas realizaron 2 series de 12 piques de 5s de velocidad constante con 45s de recuperación pasiva : una serie realizada a velocidad óptima (Vopt, velocidad en la cual se espera una potencia maximal) y la otra a un 50 % (1/2 Vopt) según el orden aleatorio de 48 horas de intervalos. El nivel de activación del músculo principal agonista y la percepción del esfuerzo no varían significativamente entre las 2 situaciones. Después de la fase de adaptación cardio respiratoria, los valores medios del 7Ëš al 12Ëš pique de potencia produce consumo de oxigeno y acumulación de lactato sanguineo son significativamente más elevados al Vopt (944,5+/- 123 W ; 2,55+/-0,29 1.mim-1 ; 3mmol.1-1) que a ½Vopt (702+/-88W2,18+/-0,28 1.mim-1 ; 0,8mmol.1-1). Parece que las condiciones de contracción mecánicas del músculo y la velocidad trata principalmente sobre la deuda metabólica más que el rendimiento del ejercicio supra maximal intermitente. Palabras claves : ejercicio supra maximal intermitente, trabajo mecánico, consumo de oxigeno, lactato, E.M.G..
 
1. Introduction
 
 
1.1. La problématique : vitesse, travail mécanique et dépense énergétique au cours de l’exercice supra-maximal
Lors de la réalisation d’un exercice physique, le débit de fourniture d’énergie par les voies métaboliques varie en fonction de l’intensité de l’exercice. Au cours de l’exercice bref et intense, pour lequel l’intensité et donc la sollicitation sont considérées comme maximales, la dimension métabolique des phénomènes mis en jeu est connue depuis longtemps (Åstrand & Rodahl, 1986) : la resynthèse d’ATP est assurée majoritairement par l’utilisation des réserves de phosphocréatine (PCr) et la glycolyse anaérobie (Hirvonen, Rehunen, Rusko & Härkönen, 1987). La difficulté majeure qui réside dans la quantification de l’énergie produite par le métabolisme anaérobie (Bangsbo, 1998), a incité de nombreux auteurs à évaluer ce paramètre de façon indirecte à partir de la mesure de la puissance mécanique maximale développée. Ceci soit au cours d’un mouvement mono-articulaire type extension de la jambe (Rahmani, Belli, Kostka, Dalleau, Bonnefoy & Lacour, 1999), soit d’un mouvement pluri-articulaire type squat (Rahmani, Dalleau, Viale, Hautier & Lacour, 2000) ou encore plus anciennement au cours d’un mouvement de pédalage ou de course (Arsac, 1995). Depuis l’étude de Lakomy (1986), la bicyclette s’impose comme l’un des ergomètres les plus adaptés à l’évaluation de la puissance maximale anaérobie (Martin, Wagner & Coyle, 1997 ; Seck, Vandewalle, Decrops & Monod, 1995). D’un point de vue mécanique, au cours d’un exercice impliquant une activation nerveuse maximale, ce sont les caractéristiques des muscles effecteurs qui déterminent l’expression de cette activation en termes de force et de vitesse de contraction, c’est à dire de puissance développée. Ainsi, sur bicyclette ergomètrique, de nombreuses études (McCartney, Obminski & Heigenhauser, 1985 ; Sargeant, Hoinville & Young, 1981 ; Seck et al., 1995) ont montré que la force développée évolue en fonction de la vitesse et que la puissance maximale (Pmax) ne peut être produite qu’à une vitesse optimale de pédalage (Vopt) et une force optimale (FVopt).
Sur bicyclette isocinétique, l’étude de Jones, McCartney, Graham, Spriet, Kowalchuk, Heigenhauser & Sutton (1985) a montré qu’au cours des dix premières secondes d’un exercice maximal de 30-s, la puissance maximale (Pmax) et le travail (Wext) développés sont nettement supérieurs pour une vitesse de pédalage de 140 rév.min-1, par rapport à 60 rév.min-1. Plus récemment, sur bicyclette à courroie de friction Linossier, Dormois, Fouquet, Geyssant & Denis (1996) et Arsac (1995) ont montré que la force de friction appliquée sur le volant d’inertie exerce une influence sur la vitesse de pédalage et donc sur la quantité totale de travail mesurée pendant un sprint de 5-7 secondes. Au regard de ces résultats, il apparaît que la puissance et le travail total fourni au cours d’un exercice « all-out » (exercice supra-maximal réalisé au maximum de ses possibilités) dépendent directement de la vitesse et qu’ils sont d’autant plus grands que le sujet évolue dans des conditions mécaniques proches des conditions optimales, c’est à dire une vitesse et une force respectivement proche de Vopt et FVopt.
A partir de ce constat, une interrogation demeure quant à l’influence de ces paramètres mécaniques sur la sollicitation métabolique induite par ce type d’exercice. En d’autres termes, on peut se demander si les variations de la puissance et du travail fournis sont directement liées au débit de la conversion de l’énergie chimique en énergie mécanique ou sont également associées à des variations du rendement de cette transformation. Jusqu’à présent, les études ne se sont pas adressées à l’individu en entier. C’est pourquoi, le but de la présente étude est de confirmer l’effet de la vitesse de pédalage sur le travail fourni et d’évaluer l’influence de celle-ci sur la réponse physiologique et/ou le rendement mécanique lors de l’exercice bref et intense.
1.2. Le rendement à l’exercice
Le rendement du mouvement global établi le rapport entre la production d’énergie mécanique et la dépense énergétique liée à celle-ci. Le problème est d’être capable de mesurer le numérateur comme le dénominateur. A l’état stable d’un exercice sous-maximal, l’apport énergétique étant assuré uniquement par les voies oxydatives, les litres d’oxygène consommés (VO2) peuvent être exprimés en joules métaboliques en utilisant un équivalent énergétique établi à partir du quotient respiratoire (QR=VCO2/VO2). Ainsi, plusieurs méthodes de calcul, plus ou moins précises, on été proposées ces trente dernières années. Le rendement brut (GE : « gross efficiency ») consiste à effectuer le rapport direct entre Wext et VO2. Le rendement net (NE : « net efficiency ») et le rendement de travail (WE : « Work efficiency ») prennent en compte en plus le métabolisme de repos (VO2repos) pour l’un et le travail interne métabolique (VO2int) pour l’autre, défini comme la quantité d’énergie dépensée au cours de l’exercice pour mettre en mouvement les segments sans production de travail externe, plus l’énergie dépensée par le métabolisme de repos (Gaesser & Brooks, 1975). Enfin, le delta rendement (∆E : « Delta efficiency ») établi le rapport entre des différences de consommation d’oxygène (∆VO2) et de travail externe (∆Wext) mesurées entre deux exercices réalisés à deux intensités d’effort (Stainsby, Gladden, Barclay & Wilson, 1980). Même si elle semble refléter au mieux le rendement musculaire, cette méthode n’est adaptable qu’aux efforts où la puissance varie et repose donc sur le postulat que le rendement ne varie pas en fonction de cette dernière. Ci-dessous les formules permettant de calculer les différentes valeurs de rendement :
Notons que dans bon nombre de cas recensés dans la littérature, les calculs font intervenir des débits de production d’énergie mécanique et métabolique (exprimés en Watt) plutôt que des quantités d’énergie (exprimées en Joule). Les calculs sont les mêmes en utilisant la puissance mécanique externe (Pext, en W) au lieu de Wext et le débit de consommation d’oxygène (VO2 en W) au lieu de VO2.
1.3. Cas du rendement à l’exercice supra-maximal
Ce type d’exercice étant associé à des productions de puissances supérieures à celles qui peuvent être couvertes par les processus aérobies, le calcul du rendement est sujet à beaucoup plus d’incertitudes. L’interprétation des résultats des quelques études recensées dans la littérature concernant l’exercice anaérobie est fonction de nombreux facteurs, notamment l’angle d’approche de l’activité musculaire (muscle ou extenseur isolé versus mouvement global), la méthode de mesure de la dépense énergétique, le mode de calcul du rendement, et la durée et l’intensité de l’exercice (6 s à 3 min.). Dans la littérature les valeurs de rendement (GE) calculées à l’exercice supra-maximal sur bicy- clette sont comprises entre 14 et 34 % (Bangsbo, 1996). La dépense énergétique étant mesurée par biopsie et exprimée en mmolATP.kg-1, la variabilité des résultats s’explique essentiellement par l’incertitude quant à la masse des muscles réellement mis en jeu. Les différentes études de Bangsbo sur l’extenseur isolé ont permis de résoudre en partie ces difficultés et proposent des valeurs de rendement mécanique de 22 à 26 %.
Concernant l’influence de la vitesse, lors de la répétition de 40 contractions tétaniques effectuée à trois vitesses de contraction sur le muscle extensor digitorum longus de rat, Lodder, de Haan & Sargeant (1991) ont observé un rendement supérieur (+27%) pour une vitesse correspondant à Vopt (50 mm.s-1) par rapport à des vitesses inférieures et supérieures (25 et 75 mm.s-1). Pour ces auteurs, ces résultats confirmeraient l’hypothèse de l’existence d’une relation rendement-vitesse du même type que la relation puissance-vitesse (Kushmerick, 1969 cité par Lodder et al., 1991). Au cours d’un mouvement de pédalage, Jones et al. (1985) ont montré que le travail total et la dépense énergétique mesurées lors d’un exercice supra-maximal de 30 secondes sont les mêmes qu’ils soient réalisés à vitesse élevée (140 rév.min-1) ou à vitesse faible (60 rév.min-1). Ceci suggère que le rendement est indépendant de la vitesse de contraction lors de ce type d’exercice sans pour autant montrer qu’il demeure stable du début à la fin de cette période. Finalement, dans le cas de l’exercice bref et intense, on pourrait être tenté d’interpréter des différences dans la production de travail en se référant à des différences de rendement musculaire. A notre connaissance, aucune étude portant sur l’influence de la vitesse de contraction sur le rendement mécanique au cours de l’exercice supra-maximal de courte durée n’a été réalisée.
1.4. Exercice intermittent et but de l’étude
Afin de contourner, en partie, ces difficultés concernant l’exercice supra-maximal, nous avons choisi de nous intéresser au modèle des sprints répétés. Au cours de ce type d’exercice, les périodes de travail (5-6 s) permettent de solliciter simultanément dès le début de l’exercice les réserves locales d’O2, la phosphocréatine (PCr) ainsi que la glycolyse anaérobie de façon prépondérante (Bogdanis, Nevill, Lakomy & Boobis, 1998). Des périodes de récupération suffisantes permettent, via le métabolisme aérobie, de resynthétiser en grande partie la PCr, de reconstituer les réserves locales d’O2, tandis que le lactate produit est majoritairement oxydé. Ainsi, la consommation cumulée en O2 semble être un témoin fiable de la quantité d’énergie métabolique dépensée à condition que l’accumulation de lactate sanguin reste négligeable au cours de l’exercice intermittent (di Prampero & Ferretti, 1999). A ce sujet, dans une pré-expérimentation réalisée au sein du laboratoire, Arsac (1995) a montré que 10 sprints de 5-s entrecoupés de 45-s de récupération passive n’entraînent ni fatigue ni accumulation significative de lactate sanguin. Par conséquent, nous proposons d’étudier l’évolution des paramètres mécaniques et métaboliques au cours de 2 séries de 12 sprints réalisés sur bicyclette ergométrique (5-s/45-s) à 2 vitesses de pédalage différentes correspondants respectivement à Vopt et ½Vopt. VO2 étant proportionnelle au débit de renouvellement de l’ATP, le but de l’étude est d’analyser dans quelle mesure, au cours de cet exercice « all-out » intermittent, celui-ci est affecté ou non par la variation de la vitesse de pédalage au même titre que la production de puissance. Ceci nous permettra alors de confirmer ou infirmer l’hypothèse selon laquelle les contraintes mécaniques influencent directement la demande métaboliques plutôt que le rendement au cours de l’exercice explosif répété.
 
2. Démarche méthodologique
 
 
2.1. Population et matériels
Neuf cyclistes de niveau régional, entraînés à l’exercice intense sur bicyclette, ont participé à l’étude (Tableau 1). Les différents exercices, détaillés ultérieurement, ont tous été réalisés sur bicyclette ergométrique. La production mécanique est calculée à partir des données de force et de vitesse mesurées sur la bicyclette. La dépense énergétique est évaluée par la mesure de la consommation totale d’oxygène et l’accumulation de lactate sanguin au cours de chaque série. Enfin, le niveau d’activation d’un des principaux muscles sollicités est évalué grâce à l’enregistrement du signal EMG de surface.


Caractéristiques anthropométriques et condition physique du groupe de cyclistes étudié
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				  Sujets (n=9) Age (ans) Taille...IMGIMF
Sujets (n=9) Age (ans) Taille (cm) Masse (kg) %MG (%) Vol. total memb. Inf. (1) V.CO2max (ml.min-1.kg-1) Pmax (W) (km/an) Pratique cycliste Moyenne 25,7 177,6 67,7 9,5 8,6 68,2 964 10591 SD 4,8 6,6 5,8 1,8 0,9 6,6 134 1882

2.1.1. La bicyclette ergométrique
Il s’agit d’un cycloergométre de type Monark 818E à courroie de friction et volant d’inertie (22,5 kg). Il est équipé d’une jauge de contrainte (Interface MFG type, Scottsdale, AZ, USA), fixée au montant de la bicyclette, d’une part, et reliée à la poulie d’autre part, par une courroie non élastique qui permet de mesurer la force de friction. Un codeur numérique à incrément (Hengstler type RIS IP50, 100pts/tour, Aldingen, Allemagne), fixé sur une roulette entraînée à la périphérie du volant d’inertie, permet de mesurer le déplacement de celui-ci. Ce cycloergomètre est également muni d’un bras de levier permettant, lorsqu’on y suspend des masses, de mettre en tension la courroie. Ce système est utilisé lors des séries de sprints afin d’appliquer et de retirer une force de friction donnée de façon ponctuelle ; les conditions d’utilisation au cours des sprints seront détaillées ultérieurement.
La vitesse et l’accélération sont calculées par dérivation simple et double du signal de déplacement donné par le codeur numérique. La force totale est obtenue par la somme de la force de friction mesurée par la jauge de contrainte et la force qui produit l’accélération du volant. Celle-ci est déterminée suivant la procédure de Lakomy (1986). La puissance instantanée est obtenue par le produit des forces et des vitesses instantanées. Toutes ces mesures sont ensuite moyennées sur une période correspondant à une action complète de la jambe c’est à dire un demi-tour de pédalier.
2.1.2. Les variables physiologiques
La mesure de la consommation d’oxygène est réalisée à partir du gaz expiré qui est collecté par l’intermédiaire d’une valve Hans Rudolph 2700 puis stocké soit directement dans le spiromètre de Tissot qui en mesure le volume (VE), soit dans des sacs de Douglas (de 100 litres) dont le contenu pourra être analysé à posteriori. Les fractions d’O2 et de CO2 sont données respectivement par les analyseurs de type S3A/I Ametek et D-Fend Datex. Ces analyseurs sont calibrés à partir de solutions gazeuses dont la composition est déterminée par la méthode Scholander.
L’évaluation de la concentration sanguine de lactate ([La]s) est obtenue à partir de micro-prélèvements au niveau de l’index. Ces échantillons sont immédiatement dilués dans une solution hémolysante et stockés à 4 °C. Les mesures sont effectuées dans les 10 jours par l’analyseur de type Y.S.I 2300. L’électrocardiogramme permet d’enregistrer l’évolution de la fréquence cardiaque.
2.1.3. L’électromyographie
L’activité électromyographique du muscle vastus latéralis (VL) est enregistrée à partir de capteurs de surface (Biochip, Elmatek S. A., Crolles, France) disposés sur le membre inférieur au regard de la partie la plus saillante du corps musculaire, à mi-distance entre l’espace interosseux du genou et le bord inférieur du grand trochanter (Gregoire, Veeger, Huijing & van Ingen Schenau, 1984). Chacun contient deux électrodes au chlorure d’argent (Ag-AgCl) séparées de 12 mm, un amplificateur intégré (gain 600 ± 1,3 %) et un filtre électronique (6-600 Hz). La fixation sur la peau rasée et dégraissée à l’alcool est assurée d’une part par un adhésif double face et d’autre part, par une large bande d’adhésif médical qui recouvre le capteur et le câble électrique. Un gel électrolyte (Electrode Electrolyte, Teca Corporation, Pleasantville, NY, USA) est utilisé pour assurer un meilleur contact électrique entre le derme et l’électrode.
La valeur efficace rms (« root mean square ») des signaux EMG amplifiés est calculée par un circuit électronique de conversion « true rms-to-dc » (Analog Device type 536AJ, Norwood, USA). La constante de temps de la fenêtre de moyennage est fixée à 25 ms soit une fréquence de coupure du signal EMGrms de 40 Hz. L’électrode EMG est connectée à une carte d’acquisition (Keithley Metrebyte, type DAS16, Taunton, MA, USA), comportant un convertisseur analogique-digital 12 bit. La fréquence d’échantillonnage est fixée à 200 Hz.
2.2. Protocole expérimental
2.2.1. Anthropométrie – Test Force-Vitesse – V.O2max (séance 1)
La taille, la masse corporelle, le pourcentage de masse grasse et le volume des membres inférieurs de chaque sujet a été mesurée. La masse grasse est calculée à partir de la méthode des quatre plis cutanés de Durnin & Rahaman (1967) à l’aide d’une pince spécifique. Le volume des membres inférieurs est calculé à partir de la méthode des six cônes tronqués de Jones & Pearson (1969).
Chaque sujet réalise ensuite 3 sprints sur cycloergomètre avec des forces de friction respectivement égales à 0,25 0,50 et 0,75 N.kg-1 afin de construire les relations force-vitesse (linéaire) et puissance-vitesse (polynomiale d’ordre 2, Hautier, Belli & Lacour, 1998 ; Hintzy, Belli, Grappe & Rouillon, 1999). Les équations caractérisant ces relations nous permettent de déterminer Pmax, Vopt et ½Vopt ainsi que les valeurs maximales de force correspondantes FVopt et F1/2Vopt représentant les valeurs de force de friction utilisées ensuite lors des séries de sprints (Figure 1).
Figure 1
IMGIMGIMGIMFExemple type de relation linéaire force-vitesse et de relation polynomiale puissance-vitesse permettant la détermination de la puissance maximale (Pmax), la vitesse optimale (Vopt), la moitié de cette vitesse (½Vopt) et les forces maximales respectives correspondantes : FVopt et F1/2Vopt.
La consommation maximale d’oxygène (VO2max) est mesurée à l’aide d’une épreuve triangulaire classique sur cycloergomètre réalisée à 70 rév.min-1 dont l’incrément est fixé à 35 W par palier de 3 minutes. Le test prend fin lorsque les critères d’atteinte de VO2max sont remplis : une fréquence cardiaque proche de sa valeur maximale, [La]s supérieur à 8mmol.l-1, un QR supérieur à 1,1 et un épuisement apparent. La puissance correspondant à l’atteinte de VO2max est la puissance maximale aérobie (PMA).
2.2.2. Exercice sous-maximal et série de sprints (séance 2-3)
Chaque sujet effectue un exercice sous-maximal puis une série de sprints à vitesse de pédalage donnée, différente pour chacune des deux séances (Vopt et ½Vopt). Le sujet réalise une série de quatre paliers de 4 minutes, à des puissances correspondant à 30, 40, 50 et 60 % de PMA à la vitesse de pédalage donnée. La construction de la relation linéaire VO2 - Puissance mécanique, et notamment l’ordonnée à l’origine de celle-ci, permet d’avoir une estimation graphique de la puissance interne métabolique pour chacune des deux vitesses de pédalage (VO2int, Francescato, Girardis & di Prampero, 1995) afin de la prendre en compte dans le calcul du rendement lors des séries de sprints.
Après une pause de 30 minutes, le sujet réalise une série de douze sprints « lancés » de 5-s sur bicyclette ergométrique entrecoupés de 45-s de récupération passive. Le volant (la roue) est d’abord mis en route au début de chaque série par le sujet afin que celui-ci tourne à la vitesse désirée sans aucune force de friction (le levier est relevé). Ensuite, la force de friction est appliquée (levier abaissé par un expérimentateur) à chaque fois que le sujet débute un sprint et supprimée (levier relevé) dès la fin des 5-s d’exercice ; ce qui permet d’entretenir la rotation de la roue tout au long de la série à la vitesse choisie. En effet, l’absence quasi totale de friction et l’inertie importante du volant lui permettent de maintenir sa vitesse de rotation constante pendant les phases de récupération. Ainsi, au même titre que la bicyclette isocinétique (Mc Cartney et al., 1985) cette procédure permet de supprimer la phase d’accélération et de négliger l’intervention de la « force d’inertie ». Deux séries sont réalisées à plusieurs jours d’intervalle avec des forces de friction différentes. Ces dernières sont choisies à partir de la relation force-vitesse propre à chaque sujet, ce sont les valeurs de force FVopt et F1/2Vopt (Figure 1).
La force, la vitesse, la puissance et le travail externe total sont moyennés pour chaque sprint. La consommation moyenne d’oxygène est mesurée lors des 6 derniers sprints grâce à l’utilisation de 6 sacs de Douglas : un sac pour chaque sprint et sa récupération soit 50-s de prélèvement. La mesure de [La]s au début (La0), au milieu (La6) et à la fin de chaque série (La12) permet d’évaluer l’accumulation de lactate sanguin, notamment au cours des 6 derniers sprints (∆[La]S). La fréquence cardiaque est enregistrée en continu tout au long de chaque série. Enfin, dans les 30 secondes suivant la fin de l’exercice, le sujet remplit deux échelles qui nous renseignent sur la perception de l’exercice réalisé. L’aspect cardio-respiratoire (en rapport avec la demande physiologique) est évalué à partir du RPE (« rate of perceived exertion ») de Borg ; l’aspect musculaire (en rapport avec la contrainte ressentie au niveau des muscles des membres inférieurs) est évalué à partir du CR-10 (« category-ratio ») de Borg (Hagen, Hallen & Harms-Ringdahl, 1993).
2.2.3. Mesure du niveau d’activation (séance 4)
Au cours de cette dernière séance, chaque sujet réalise 2 séries de trois sprints de 5-s (dans un ordre aléatoire) : une à Vopt, une à ½Vopt. La récupération est de 45-s entre chaque sprint et de 1’30 entre chaque série. L’évolution de la valeur EMGrms de l’extenseur principal de la jambe (VL) nous permet de vérifier que la commande motrice reste similaire dans les deux situations.
2.3. Calcul du rendement
A l’exercice « all-out », en se basant sur la relation puissance-vitesse, il est impossible d’obtenir une variation de la puissance sans une variation simultanée de la vitesse de pédalage ; on ne peut donc pas calculer ∆E. Deux méthodes d’évaluation du rendement sont retenues : GE et WE afin de prendre en compte l’influence de la puissance interne métabolique. Les valeurs sont calculées en tenant compte ou non de l’accumulation de lactate sanguin dans la dépense énergétique totale (GE(La) et WE(La) ; GE et WE). Les calculs concernent uniquement les six derniers sprints de chaque série : le travail total fourni au cours de cette période (Wtot) est exprimé en joules et la quantité d’énergie métabolique dépensée est estimée à partir des éléments suivants : la consommation totale d’oxygène (VO2tot), la consommation d’oxygène liée à la puissance interne (VO2int), la consommation d’oxygène liée au métabolisme de repos (VO2repos) et l’accumulation de lactate sanguin (∆[La]S). La référence retenue pour le métabolisme de repos est de 5 ml.min-1.kg-1 et l’équivalent en O2 de l’accumulation de 1mmol.l-1 de lactate sanguin est fixé à 3,3 mlO2.kg-1 (Margaria, Aghemo & Sassi, 1971). D’abord exprimées en litres d’oxygène, toutes ces valeurs sont ensuite transcrites en Joules métaboliques en utilisant un équivalent énergétique établi en fonction du QR moyen de chaque série. Les formules utilisées sont les suivantes :
2.4. Analyses statistiques
Elles ont été réalisées à l’aide du logiciel STATVIEW. Les résultats sont exprimés en valeur moyenne ± l’écart type. Des régressions linéaires simples (force-vitesse, VO2-puissance) et polynomiales du second degré (puissance-vitesse) sont utilisées pour étudier la liaison entre des variables à expliquer et des variables explicatives. L’influence de la répétition des sprints sur les différents paramètres mécaniques, métaboliques et électromyographiques mesurés (vitesse, puissance, consommation d’oxygène, EMGrms) est évaluée à l’aide d’une ANOVA à mesures répétées. L’influence de la vitesse de pédalage sur ces mêmes paramètres et sur le rendement est évaluée à l’aide d’une ANOVA à un facteur. Lorsque l’analyse de variance s’avère significative, la comparaison de deux moyennes est effectuée à l’aide d’une analyse de contraste. Le seuil de significativité est fixé à P<0,05.
 
3. Résultats
 
 
3.1. Puissance interne métabolique
VO2int est de 1,178 l.min-1 (± 0,2) et 0,275 l.min-1 (± 0,11) à Vopt et ½Vopt respectivement (P<0.001) ; ce qui représente 26,4 (± 4,9) % et 6 (± 2) % de VO2max. Le coefficient de détermination des droites de régression est compris entre 0,957 et 0,999.
3.2. Données mécaniques : vitesse, puissance et travail
Au cours des 12 sprints, il n’y a pas de variation significative de la vitesse de pédalage et de la puissance moyenne externe du 1er au 12e sprint à Vopt et du 3e au 12e sprint à ½Vopt (Figure 2). Les valeurs moyennes sur la série sont de 117,1 (± 4,1) rév.min-1 et 944,5 (± 123) W à Vopt, et 60,6 (± 3,6) rév.min-1 et 702 (± 88) W et à ½Vopt (P<0,001). Dans les deux cas, il n’y a pas de différences significatives entre ces valeurs et les valeurs cibles déterminées à partir des relations force-vitesse et puissance-vitesse de chaque sujet (117,2 rév.min-1 et 964 W à Vopt et 58,6 rév.min-1 et 722 W à ½Vopt). Le travail total réalisé au cours des 6 derniers sprints (Wtot) est significativement supérieur à Vopt comparé à ½Vopt (Tableau 2) ; ce qui représente une différence d’environ 33 % (P<0,001).
Figure 2
IMGIMGIMGIMFEvolution de la puissance mécanique, de la consommation d’oxygène (VO2) et de la concentration sanguine de lactate ([La]S) au cours des deux séries de 12 sprints effectués à Vopt (en noir) et ½Vopt (en blanc).* Différence significative avec les autres sprints (P<0,05) ; † Différence significative avec les valeurs à Vopt (P<0,001).
3.3. Données physiologiques
Dans les deux conditions de vitesse, VO2 ne varie pas significativement du 7e au 11e sprint. Néanmoins, on constate sur le Figure 2 que VO2 du 12e sprint est significativement inférieur à VO2 du 11e sprint (P<0,05). La valeur moyenne de VO2 est de 32,5 (± 1,6) ml.min-1.kg-1 (soit 2,183 l.min-1) à ½Vopt et 37,9 (± 1,6) ml.min-1.kg-1 (soit 2,549 l.min-1) à Vopt ; ce qui représente respectivement 48,8 % et 57,1 % de VO2max. La quantité totale d’oxygène consommée (VO2tot) est significativement supérieure à Vopt par comparaison à ½Vopt (Tableau 2) ; la différence est d’environ 17 % entre les deux situations (P<0,001).
[La]s augmente significativement entre le début et la fin de la série de sprints dans les deux situations bien que certains sujets possèdent un ∆[La]S négatif entre La6 et La12 à ½Vopt. Par contre, on observe une accumulation de lactate sanguin significativement plus importante à Vopt (Figure 2). Les valeurs de ∆[La]S du 7e au 12e sprint sont consignés dans le Tableau 2.
3.4. Données de rendement
Les différentes valeurs de rendement calculées sont représentées en Figure 3. Lorsqu’on ne tient pas compte de ∆[La]S, on observe une différence significative de rendement entre Vopt et ½Vopt (P<0,05); celui-ci étant supérieur à Vopt quelle que soit la méthode de calcul utilisée (GE et WE). En revanche, la prise en compte de ∆[La]S fait disparaître cette tendance. Enfin, on constate que les valeurs de WE et WE(La) sont significativement supérieures à celles de GE et GE(La) respectivement (P<0,05).
Figure 3
IMGIMGIMGIMFInfluence de la vitesse de pédalage (Vopt, ½Vopt) sur les différentes valeurs de rendement estimées au cours des 6 derniers sprints en fonction de la méthode de calcul (rendement brut :GE ou rendement de travail :WE) et de la prise en compte ou non du lactate sanguin dans la dépense énergétique (GE(La) et WE(La)). * Différence significative avec les valeurs à Vopt (P<0,05).
3.5. EMG et perception de l’effort (échelle de Borg)
Les valeurs moyennes EMGrms par bouffée du vastus lateralis (VL) ont été calculées pour chaque série (10 à Vopt, 5 à ½Vopt ; Figure 4). Il ressort de cette analyse que le niveau d’activation à Vopt n’est pas significativement différent de celui mesuré à ½Vopt (Tableau 2). En ce qui concerne la perception de l’effort fourni, il semble également que la sollicitation cardio-respiratoire (RPE) comme la sollicitation de la fonction musculaire (CR10) ne sont pas significativement influencées par la condition de vitesse de pédalage (Tableau 2).
Figure 4
IMGIMGIMGIMFExemple de signaux EMGrms filtrés à 12 Hz du vastus lateralis lors de deux sprints réalisées à ½Vopt (à gauche) et à Vopt (à droite).


Influence de la vitesse de pédalage (Vopt et ½Vopt) sur les variables mécaniques (Wtot), physiologiques (VO2tot et ∆[La]S), neuro-musculaire (EMGrms) et la perception de l’effort (RPE et CR10) mesurées au cours des 6 derniers sprints d’une série de 12 sprints de 5-s entrecoupés de 45-s de récupération passive.*** Différence significative (P<0,001), n.s. non significatif.
IMGIMG
				   Wtot (kJ) VO2tot (l) ∆[La]S ...IMGIMF
Wtot (kJ) VO2tot (l) ∆[La]S (mmol.l-1) EMGrms (mV) Echelle de Borg RPE CR10 Condition de pédalage Vopt 30,39 12,73 3,03 592,7 14,1 3,1 (± 4,16) (± 2,70) (± 1,15) (± 153,9) (± 2,7) (± 1,6) ½Vopt 22,82 *** 10,92 *** 0,73 *** 596,8 n.s. 12,4 n.s. 3,5 n.s. (± 3,45) (± 2,74) (± 0,93) (± 152,9) (± 2,4) (± 1,9)

 
4. Discussion
 
 
4.1. Méthodologie : le protocole intermittent utilisé
4.1.1. Conditions isocinétiques
Au cours de l’expérimentation, la vitesse de pédalage n’était pas contrôlée directement. Par l’utilisation de charges de friction adaptées et appliquées ponctuellement à l’aide du bras de levier sur la courroie de la roue déjà lancée, le protocole a permis aux sujets de réaliser leurs sprints à vitesse de pédalage quasi-constante (Vopt ou ½Vopt), recréant ainsi un fonctionnement de type isocinétique (d’un coup de pédale à l’autre et non pas au cours d’un même coup de pédale).Ce résultat est important puisqu’il constitue le postulat à l’étude de l’influence de la vitesse de pédalage sur les paramètres mécaniques et métaboliques.
4.1.2. Évolution des variables mécaniques et physiologiques
D’un point de vue bio-énergétique, l’étude de la réponse métabolique à l’exercice intermittent nécessite d’avoir atteint la phase d’adaptation cardio-respiratoire (Marzorati, Perini, Melesi & Veicsteinas, 2000). D’abord, le protocole utilisé (5-s/45-s) a permis un maintien du niveau de puissance tout au long de la série de 12 sprints, soit 10 minutes. De plus, ce temps est suffisamment long pour atteindre un niveau constant de VO2 moyen, puisque aucune différence de VO2 n’a été observée entre le 7e et le 11e sprint. Dans ce cas, on peut dire que VO2 est un témoin intéressant du stress physiologique lié à l’exercice. La légère baisse de ce dernier lors de la 10e minute (-4 % par rapport à la moyenne) peut être expliquée par un relâchement volontaire ou inconscient lié au fait que les sujets n’ont plus d’effort à fournir ensuite (baisse du niveau d’excitation, de la concentration…). Ces résultats permettent de supposer que la récupération de 45-s permet un taux incomplet mais suffisant de resynthèse des stocks de PCr. On peut également penser que la composition musculaire probablement à dominante lente (ST), en raison de la pratique intensive du cyclisme chez les sujets, joue un rôle dans le maintien de ce niveau de puissance tout au long de chaque série, en permettant une meilleure resynthèse de PCr lors des périodes de récupération (Colliander, Dudley & Tesch, 1988 ; Bogdanis, Nevill, Boobis & Lakomy, 1996). Cette constance des variables mécaniques et physiologiques constitue le postulat préalable au calcul de notre valeur de rendement global sur les six derniers sprints. De plus, ce résultat a des conséquences pratiques, notamment pour les activités où il s’agit de répéter des efforts très intenses de courte durée. Il prouve, en effet, que des exercices explosifs de moins de 4-5 secondes peuvent être enchaînés de manière relativement rapide (45-s de récupération) au moins une douzaine de fois sans altération de la performance et ceci malgré une accumulation non négligeable de lactate sanguin.
Cependant, les concentrations relativement élevées de lactate sanguin, notamment à Vopt (Figure 2), liées à la participation importante de la glycolyse anaérobie, confirment le fait que son oxydation pendant les périodes de récupération ne suffit pas à son élimination complète. La question de la poursuite de l’exercice au-delà de 10 minutes reste posée et suggère que l’acidose liée à l’accumulation de lactate pourrait être un facteur limitant à un maintien de la puissance à Vopt au-delà de 12 sprints.
4.2. Influence de la vitesse de pédalage
4.2.1. Puissance interne métabolique
A ½Vopt (60,6 rév.min-1), la valeur moyenne de puissance interne (0,275 l.min-1) est inférieure à celle mesurée à 60 rév.min-1 par Francescato et al. en 1995 (0,395 l.min-1). Dans cette dernière étude, la masse corporelle des sujets était nettement plus importante que dans notre étude (81 versus 67,7 kg). La valeur faible de VO2int à cette vitesse est du même ordre de grandeur que la valeur moyenne du métabolisme de repos, ce qui montre que cela ne coûte que très peu d’énergie au coureur de pédaler à cette vitesse. Pour autant, ce résultat souligne également la difficulté d’extrapoler VO2int à partir de la relation VO2-Puissance ; relation dont la linéarité n’est pas toujours vérifiée, notamment à des faibles niveau de puissance (Green, Dawson, Goodman & Carey, 1996). A ½Vopt, la quantité d’oxygène consommée au cours des 6 derniers sprints correspondant au travail interne ne représente que 1,2 % de VO2tot et a donc une influence faible sur les valeurs de GE et WE. Par comparaison, la valeur moyenne mesurée à Vopt (1,178 l.min-1 à 117 rév.min-1) représente, sur la somme des 6 derniers sprints, une part non négligeable de VO2tot (4,6 %). Ces résultats confirment l’intérêt qu’il y a à ne pas négliger l’influence de la vitesse de pédalage sur la puissance interne lorsque l’on s’intéresse à l’interface entre les variables physiologiques et mécaniques au cours d’un exercice et donc notamment dans le cadre du calcul du rendement.
4.2.2. Niveau d’activation du vastus lateralis et perception de l’effort
Le signal EMGrms moyen, témoin objectif du niveau d’activation du muscle VL, est reproductible selon le coup de pédale et la série, et similaire dans les deux situations de vitesse. De plus, l’effort de type « all-out » (maximum de ses possibilités) demande aux sujets de recruter au niveau maximal leurs fibres lentes (ST) et rapides (FT) indépendamment de la vitesse angulaire (Perrin, 1993 ; cité par Marzorati et al., 2000). Ainsi, il semble peu probable qu’une variation dans le recrutement du type de fibre explique les différences métaboliques et mécaniques observées entre Vopt et ½Vopt.
Par ailleurs, les résultats fournis par les échelles de Borg, témoins subjectifs du niveau d’engagement perçu, montrent que les sujets ont la même impression de l’effort fourni quelle que soit la vitesse de pédalage adoptée, que ce soit au niveau cardio-respiratoire (RPE : « quelque peu difficile ») ou au niveau musculaire (CR10 : « modéré »). Pourtant, nous avons vu que la production de puissance et la sollicitation métabolique sont nettement différentes entre les deux situations. Cette constatation est très intéressante puisqu’elle tend à montrer que, dans le cas d’exercices maximaux répétés de type sprint, le RPE de Borg n’est pas un critère représentatif de la dépense énergétique comme cela a été démontré au cours de l’exercice sous-maximal (Dunbar, Robertson, Baun, Blandin, Metz, Burdett & Goss, 1992).
4.2.3. Travail mécanique, consommation cumulée d’oxygène et lactate sanguin
Comme on pouvait s’y attendre, le travail total fourni est significativement supérieur à Vopt comparé à ½Vopt (Tableau 2), confirmant ainsi l’influence de la vitesse de pédalage sur la puissance et le travail mécanique produits au cours de l’exercice maximal bref et intense (Linossier et al., 1996 ; Arsac, 1995). De plus, il n’y a pas de différence significative entre la puissance cible (déterminée à partir des relations puissance-vitesse de tous les sujets) et la puissance moyenne maintenue au cours des 12 sprints de 5 s à Vopt comme à ½Vopt. Cela réaffirme la pertinence des relations force-vitesse-puissance et leur validité pratique. En effet, cela montre qu’il est possible de se placer en un point précis de la relation et de maintenir la puissance correspondante pendant 4-5 s. De plus, cela confirme l’hypothèse selon laquelle les réserves métaboliques ne constituent pas une limite à la production d’un travail mécanique maximal lors de l’exercice bref et intense d’une durée inférieure à 4-5 s. Seules les contraintes mécaniques de vitesse et de force peuvent expliquer l’augmentation ou la baisse de puissance observées durant cette période. Au-delà, il est évident que les réserves énergétiques du muscle ont un impact sur la production de puissance.
Un des résultats importants de notre étude est le fait que l’état stable de VO2 moyen soit maintenu à Vopt comme à ½Vopt mais à un niveau significativement différent (Figure 2). Une vitesse plus importante entraînant la formation et le détachement d’un plus grand nombre de ponts de liaison pourrait être la cause d’une hydrolyse accrue d’ATP. De plus, si la vitesse de déplétion de PCr dépend de la puissance produite lors de l’exercice (Bergström 1967, cité par Hirvonen et al., 1987) alors la plus faible puissance externe maintenue à ½Vopt expliquerait une plus faible déplétion de PCr et donc un plus faible VO2tot. Concernant le lactate sanguin, d’après Jones et al. (1985), un recrutement plus précoce et plus important des fibres rapides (FT) à vitesse élevée pourrait fournir une explication à l’accumulation supérieure observée à Vopt. Pourtant, l’absence de fatigue au cours de la série d’une part, et l’équivalence des signaux EMGrms observée entre les deux situations (cf. paragraphe précédent) d’autre part, réfutent en partie cette proposition. En faisant l’hypothèse vraisemblable que l’élimination du lactate reste inchangée entre les 2 conditions, ce résultat suggère une sollicitation plus importante de la glycolyse anaérobie à Vopt. En condition supra-maximale, l’accumulation de [La]s n’est donc pas uniquement liée à la durée de l’exercice mais est aussi dépendante de la puissance moyenne soutenue au cours de celui-ci (Hirvonen et al., 1987). Ces deux adaptions physiologiques sont les témoins du fait que la dépense énergétique dans son ensemble est supérieure à Vopt comparée à ½Vopt. Ce constat nuance quelque peu la vision classique que l’on a du rapport de cause à effet entre les paramètres métaboliques et mécaniques lors de l’exercice « all-out ». En effet, ce résultat principal indique que le débit de production d’énergie métabolique est en partie asservie aux conditions mécaniques de fonctionnement du muscle (vitesse, force et donc puissance) lors de ce type d’exercice.
4.2.4. Rendement mécanique (GE et WE)
Les références concernant le rendement mécanique à l’exercice supramaximal sont peu nombreuses. Dans sa revue de littérature, Bangsbo (1996) propose des valeurs de 22-26 % sur un groupe musculaire extenseur isolé. Dans notre étude, les valeurs calculées sont nettement inférieures puisqu’elles s’étendent de 9,9 à 13,7 %. Rappelons d’abord que les résultats de Bangsbo ont été obtenus à partir de la réalisation d’un exercice épuisant de 3 minutes à 130 % de VO2max, représentant l’intervention simultanée des métabolismes anaérobies et aérobie ; ce qui rend délicate la comparaison avec l’exercice maximal bref et intense. De plus, dans notre étude, la consommation d’oxygène mesurée représente en majeure partie la dépense énergétique des muscles producteurs de puissance externe. Pourtant, la dépense liée à la sollicitation des muscles des membres supérieurs, des muscles posturaux et des antagonistes mais aussi des muscles respiratoires est inclue dans VO2tot. Tous ces éléments, difficiles à évaluer, ne devraient pas en toute rigueur être pris en compte dans le calcul de la dépense énergétique puisqu’ils ne sont pas reliés à la production de puissance mécanique. Cela explique donc en partie les faibles valeurs de rendement calculées. Ensuite, l’efficacité (force utile/force totale) plus faible lors du mouvement de pédalage en comparaison avec le mouvement simple d’extension de la jambe pourrait également être un facteur explicatif de cette différence de rendement. Enfin, il ne faut pas perdre de vue que VO2tot, par définition, sur-estime la dépense énergétique liée à l’exercice. En effet, la dette d’O2, même si elle reste proportionnelle dans sa phase rapide à la déplétion de PCr lors de l’exercice (Knuttgen & Saltin, 1972), n’est pas une variable équivalente quantitativement à l’énergie métabolique réellement utilisée pendant les périodes de travail (Gaesser & Brooks, 1984).
Au cours de sprints de 6-s sur bicyclette, les valeurs calculées par Bangsbo (1996) à partir des résultats de Gaitanos, Williams, Boobis & Brooks (1993) et Boobis (1987) sont comprises entre 13 et 17,7 %, ce qui se rapproche beaucoup plus des résultats de notre étude. Concernant le rôle joué par la vitesse de pédalage, il apparaît que le rendement mécanique est supérieur à Vopt pour GE comme pour WE (Figure 3). Cette donnée concordent avec les résultats de Lodder et al. (1991) sur muscle isolé de rat qui suggérant que le rendement est amélioré lorsque la contraction est effectuée à la vitesse de raccourcissement optimale. Pourtant, ceci relève encore d’autres hypothèses puisque ces résultats ne sont plus significatifs lorsque le lactate sanguin est pris en compte dans l’estimation de la dépense énergétique, que ce soit pour GE(La) ou WE(La) (Figure 3). Même si, au cours de ce type d’exercice, l’utilisation d’équivalents énergétiques pour la consommation d’oxygène et l’accumulation de lactate sanguin restent sujet à caution, l’important est de constater que l’influence de la vitesse de pédalage sur le rendement reste à démontrer.
 
5. Conclusion
 
 
Lors de la répétition d’exercices brefs et explosifs sur bicyclette ergométrique, la vitesse de pédalage a une influence directe sur la production d’énergie mécanique. Ainsi lorsque le même exercice de sprint est répété dans des conditions optimales (Vopt, ~120 rév.min-1), le travail total fourni est largement supérieur (33 %) par rapport à ce qui peut être fourni lorsque l’exercice est réalisé à la moitié de cette vitesse (½Vopt, ~60 rév.min-1). L’évolution parallèle des variables physiologiques, telles que la consommation d’oxygène et l’accumulation de lactate sanguin, conforte l’hypothèse selon laquelle les contraintes mécaniques, et notamment la vitesse, ont un impact direct sur la capacité à mobiliser une quantité plus ou moins grande d’énergie métabolique. En revanche, l’influence de la vitesse de pédalage sur le rendement musculaire est beaucoup moins marquée et son interprétation reste difficile. En d’autres termes, lorsque les sujets réalisent des sprints maximaux induisant un niveau d’activation maximal des muscles producteurs de puissance, même si leur perception de l’effort reste inchangée, il apparaît que la production mécanique comme la dépense énergétique sont supérieures lorsque l’exercice est exécuté dans des conditions optimales de vitesse et de force.
 
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NOTES
 
[*] Sylvain Dorel, Laboratoire de Physiologie-GIP E2S, Faculté de Médecine Lyon-Sud BP 12, F-69 921 Oullins Cedex. Téléphone – Fax: 04.78.86.31.35. E-mail: Dorel77@ wanadoo. fr
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