Etude des fréquences cardiaques d`un même coureur lors d`un
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FACULTE DES SCIENCES DU SPORT ET DE L’EDUCATION PHYSIQUE UNIVERSITE VICTOR SEGALEN BORDEAUX 2 Etude des fréquences cardiaques d’un même coureur lors d’un 400m et d’un 400m haies Master 1ère année Mention « Ingénierie des interventions en entraînement sportif » Mémoire soutenu par Romain ROUGIER Année universitaire 2007-2008 REMERCIEMENTS A Norbert KRANTZ en qualité de Tuteur, pour l’ensemble des conseils précieux qu’il a su dispenser ainsi que pour ses interventions dans le cadre du Master « Ingénierie des interventions en entraînement sportif ». A Georges CAZORLA pour sa disponibilité, ses interventions dans le cadre du Master « Ingénierie des interventions en entraînement sportif » ainsi que pour le prêt du matériel nécessaire à la bonne conduite de l’expérimentation. A Nicolas CHAPRON pour son investissement et son sérieux en qualité de sujet de l’expérimentation de terrain. A Jean-Jacques BEHM pour la mise à disposition de son carnet d’adresse dans le cadre de la diffusion de l’enquête. A Francis EYQUEM en qualité de Tuteur externe, pour sa passion et ses années passées sur le terrain en tant que formateur d’athlètes et d’étudiants. A Anne-Elise THIOLAT et Rémy ROUGIER pour leur aide quand à la mise en place de l’expérimentation sur le terrain. 2 RESUME Le 400 m et le 400 m haies, deux épreuves considérées comme très proches l’une de l’autre mais recelant pourtant bien des différences. L’une couramment définie comme étant l’épreuve la plus caractéristique de la voie « anaérobie lactique », l’autre plutôt décrite comme la plus à même de rendre compte des capacités d’adaptation des athlètes. Ces deux approches distinctes ont laissé aux physiologistes le soin d’analyser le tour de piste et n’ont permis d’envisager le 400 m haies que par des aspects chronométriques ou encore stratégiques. Nous nous proposons d’étudier ces deux épreuves, qui comptent parmi les plus exigeantes de l’athlétisme, à travers un seul et même paramètre : la fréquence cardiaque. Existe-t-il des différences significatives permettant de hiérarchiser ces deux courses en termes de sollicitation cardiaque ? C’est à ces interrogations que nous nous proposons d’apporter des éléments de réponse à travers ce mémoire de Master 1ère année. ABSTRACT The 400 m and the 400 m hurdles are two events which are considered as very similar each other, but they also have many differences. One is usually defined as the most characteristic event of anaerobic exercises; the other is rather described as the better witness of the adaptation abilities of the athletes. These two different approaches let physiologists taking care about 400 m analysis but the 400 m hurdles is always studied by his chronometrical appearance or the strategic ones. We aim analyze these events, which are among the most demanding of the athletics, through an only parameter: the cardiac frequency. Are they important differences which help us to classify these two runnings in terms of cardiac activity? We propose to bring some kind of answers thanks to this report of first year of Master. 3 SOMMAIRE Introduction 1. Entre certitudes scientifiques et intuitions du terrain (p.7) 1.1. L’état de la recherche (p.7) 1.2. L’enquête préalable et ses résultats (p.9) 1.3. La fréquence cardiaque comme témoin (p.19) 2. L’expérimentation (p.20) 2.1. Protocole et chronologie de l’expérimentation (p.20) 2.2. L’environnement matériel (p.22) 3. Résultats et analyses (p.23) 3.1. Données recueillies (p.23) 3.2. Interprétations et comparatif 400m / 400m haies (p.28) 3.3. Quels enseignements ? (p.29) Conclusion et prospectives Bibliographie (p.32) Revue des illustrations (p.33) Liste des annexes et annexes (p.35) 4 Introduction Dans le cadre de cette première année de Master « Ingénierie des interventions en entraînement sportif » il nous est demandé de produire un mémoire dans la discipline sportive de notre choix. Ce mémoire est avant tout le témoin d’une démarche scientifique visant à aborder le domaine de l’expertise dans le cadre des activités physiques et sportives. Il doit permettre à partir d’une problématique originale dans un champ sportif donné, de rendre compte de l’élaboration d’une expérimentation ou pré-expérimentation de terrain. Cette étude comportera bien évidemment des phases de tests et d’acquisitions de résultats qu’il conviendra d’interpréter afin de dégager des conclusions pertinentes. Une telle production doit aussi être le reflet de la compréhension et de la maîtrise des connaissances apportées par les différents enseignants tout au long du cursus de formation en S.T.A.P.S. Etant personnellement investi depuis quinze ans dans le milieu de l’athlétisme, aussi bien en tant que pratiquant qu’en tant qu’entraîneur de jeunes athlètes, j’ai pu développer une certaine curiosité intellectuelle vis à vis de ma pratique et relever de multiples questionnements émanant d’autres intervenants. Les deux épreuves que sont le 400 m et le 400 m haies retiennent plus particulièrement mon attention de par leur filiation évidente mais aussi par leurs approches souvent très distinctes l’une de l’autre. En effet j’ai pu m’apercevoir que beaucoup de spécialistes de ces deux courses avaient des difficultés à exprimer leur ressenti en terme de souffrance physique, d’impact physiologique et de difficulté de la tâche motrice à proprement parler. La question qui depuis plusieurs dizaines d’années préoccupe l’ensemble des spécialistes du tour de piste et du 400 m haies est de savoir laquelle de ces deux courses est la plus éprouvante physiquement. Les ressentis et les avis sont divergent, les études relatives au 400 m haies sont rares et le plus souvent envisagées du point de vue technico-tactique plutôt que d’un point de vue purement physiologique. A contrario, le 400 m a été privilégié dès lors qu’il s’agissait d’étudier les capacités « anaérobie » des individus. Nous nous proposons de mener une étude comparative des fréquences cardiaques du même individu lors des deux épreuves précitées. Bien que la fréquence cardiaque ne soit pas la donnée la plus à même de 5 traduire l’intensité des efforts à dominante « anaérobie lactique », il semble qu’elle puisse tout de même nous aiguiller sur l’importance des efforts consentis lors d’un 400 m et d’un 400 m haies. Usuellement la variable « fréquence cardiaque » est associée à la filière dite « aérobie ». La fréquence cardiaque est alors abandonnée au profit d’autres données physiologique en ce qui concerne les efforts étant du ressort du domaine « anaérobie ». Pour autant n’existerait-il pas des différences dans la cinétique de l’augmentation de la fréquence cardiaque au cours des efforts caractéristique du 400 m et du 400 m haies ? Un tel questionnement peut-être décliné au sujet de la fréquence maximale atteinte lors de ces épreuves et nous pourrions très bien nous demander à quel moment plafonne le nombre de pulsations cardiaques. Ce sont ces interrogations auxquelles nous nous proposons d’apporter quelques ébauches de réponses à l’aide d’un protocole d’étude relativement simple et accessible. Il s’agit tout de même de ne pas négliger les conventions ainsi que les avis des hommes de terrains qui, grâce à leur expérience, pourraient éclairer significativement les résultats obtenus et permettre d’établir des conclusions partielles qui devront le cas échéant être approfondies. Dans un premier temps nous proposerons un étant des lieux des acquis scientifiques afin de mieux fixer le cadre et les limites de cette expérimentation. Il est important de rappeler que cette dernière n’est qu’une tentative d’exploration directement liée à des intuitions et autres incertitudes émanant des pratiquants ainsi que de leurs entraîneurs. 6 1. Entre certitudes scientifiques et intuitions du terrain 1.1. L’état de la recherche Comme annoncé précédemment, les études menées jusqu’alors concernent principalement le 400 m « plat » qui est considéré comme la course permettant le mieux d’apprécier les qualités « anaérobie » d’un individu. Pour preuve, cette distance est celle à l’issue laquelle on a pu mesurer la plus grande concentration en ions lactate dans le sang. En effet une forte lactatémie met en évidence la capacité des cellules musculaires à atteindre un fort rendement lors de la glycolyse (ou de la glycogénolyse), cette dernière ayant pour produit terminal le pyruvate lorsqu’elle se déroule en absence d’oxygène. Ces ions pyruvates en perdant des protons H+ deviennent des ions lactates qui diffusent dans les capillaires sanguins bordant la cellule et se retrouvent ainsi dans la circulation veineuse. Il est important de noter qu’à l’issue d’un 400 m ou d’un 400 m haies, étant donné que la diffusion des capillaires en direction de plus gros vaisseaux est un phénomène relativement lent et progressif, on obtiendra la plus forte concentration en ions lactate uniquement environ 5 minutes après la fin de l’exercice. En revanche les études relatives au 400 m haies s’intéressent le plus souvent à la rythmique (nombre de foulées inter-obstacles), aux données chronométriques (temps écoulé entre deux intervalles) ainsi qu’aux stratégies de course mise en place par les champions désormais devenus des modèles de performance. Le seul élément de comparaison qui émerge la plupart du temps est le différentiel chronométrique obtenu en soustrayant au temps mis pour parcourir un 400 m haies, celui écoulé pour parcourir la distance du 400 m « plat ». Le temps ainsi calculé permet d’apprécier de façon globale l’impact des dix haies placées sur le parcours et d’en déduire si oui ou non l’athlète est capable de s’adapter correctement aux obstacles. Il est aussi possible de calculer le différentiel de temps entre les 200 premiers mètres et les 200 derniers mètres parcourus lors d’un 400 m et le comparer à son pendant sur 400 m haies. Cependant de telles analyses sont bien plus rares et relativement complexes à exploiter. A première vue on pourrait se poser la question de savoir ce qu’il en est concernant la filiation entre ces deux épreuves. Pourquoi ne pas confronter ces dernières à l’aide d’une seule et 7 même mesure autre que celle indiquée par le chronomètre ? C’est en ce sens qu’il parait utile de choisir un outil simple d’utilisation et dont les données sont facilement accessibles, afin d’éventuellement mettre en évidence des similitudes ou bien des différences quand à la charge physique inhérente à l’exercice sur les deux distances précitées. Le choix s’est arrêté sur la fréquence cardiaque qui est certes une variable utilisée quasi-exclusivement pour l’entraînement de la filière « aérobie », mais elle est directement liée à l’importance de la sollicitation de la fonction cardiaque. Tout effort physique nécessite l’apport d’une certaine quantité d’oxygène afin d’alimenter les cellules musculaires mises en jeu. Cet oxygène est transporté dans les vaisseaux sanguins grâce à l’hémoglobine puis la myoglobine au niveau du muscle. Chaque pulsation cardiaque permet d’expulser un nouveau volume de sang, précédemment oxygéné dans les poumons, vers la périphérie c'est-à-dire vers les muscles actifs (mais aussi passifs). Plus l’intensité de la contraction musculaire est élevée, plus le besoin des groupes musculaires en oxygène sera important, il parait donc évident que la fréquence cardiaque est en lien avec l’activité musculaire et pourrait être probante dans le cadre d’une étude des sollicitations d’efforts intenses comme le sont ceux consentis lors d’un 400 m et d’un 400 m haies. 8 1.2. L’enquête préalable et ses résultats Dans le but de sonder l’opinion et d’établir une sorte de cartographie des différents courants de pensée sur le sujet, il a été décidé de recourir à une enquête préalable à l’expérimentation. Cette dernière revêt la forme d’un questionnaire s’adressant tout aussi bien aux athlètes qu’aux entraîneurs. Les réponses recueillies nous permettent alors non seulement d’identifier des tendances, mais aussi d’observer d’éventuelles divergences quand aux intuitions des entraîneurs face à celles des athlètes. En effet même si ces deux catégories d’individus œuvrent dans le même sens, à savoir celui de la performance, il n’en reste pas moins que les avis puissent se révéler différents et ce pour diverses raisons que nous préciserons à mesure que nous exposerons les résultats de cette enquête. Le questionnaire (répertorié dans les annexes) ainsi diffusé comporte quatre questions qui seront détaillées lors de l’analyse des réponses obtenues. Pour les deux premières questions, trois propositions étaient soumises : Le 400 m / Le 400 m haies / Je ne sais pas. Pour les deux dernières questions, trois réponses étaient possibles : Oui / Non / Je ne sais pas. Sur une centaine de personnes sollicitées à travers la France, nous avons pu recueillir soixante questionnaires dument complétés. Cet échantillon de soixante individus comporte vingt cinq entraîneurs et trente cinq athlètes, cette répartition devrait permettre d’obtenir un aperçu fidèle des différents courants de pensée de l’ensemble de la population visée par cette enquête à savoir les spécialistes du 400 m et du 400 m haies en athlétisme. Dans un souci de clarté chacune des questions sera, dans un premier temps, traitée indépendamment des autres. Pour chaque question nous détaillerons en premier lieu la répartition des réponses de l’ensemble des individus avant de faire la distinction entre les réponses données par les deux catégories d’acteurs (les entraîneurs et les athlètes). Une attention toute particulière sera portée quand à l’interprétation des éventuelles discordances divisant athlètes et entraîneurs. En effet chaque vision est caractéristique d’un mode de pensée particulier tout autant que d’une approche spécifique de ces deux disciplines. Il s’agit donc de les expliciter, ce qui pourra nous permettre d’interpréter les résultats obtenus à l’issue de l’expérimentation. 9 • Question n°1 : « Selon vous, laquelle des épreuves listées ci-dessous est la plus éprouvante physiquement ? » Voici la répartition des réponses exprimées par les soixante individus : Figure 1 Soixante dix pourcent des sondés pensent que le 400 m est la distance la plus éprouvante alors que seulement vingt huit pourcent évoquent un sentiment contraire. Le pourcentage d’indécis reste relativement faible. Voici la répartition des réponses données par les vingt cinq entraîneurs : Figure 2 Ici soixante quatre pourcent des entraîneurs admettent qu’à leur sens le 400 m est plus éprouvant que le 400 m haies. Par contre trente deux pourcent des coachs spécialistes penchent plutôt en faveur du 400 m haies. Le pourcentage d’indécis est de quatre pourcent 10 ce qui ne remet pas en cause la grande majorité de réponse « Le 400 m », mais qui n’est pas non plus une part négligeable. Voici la répartition des réponses fournies par les trente cinq athlètes : Figure 3 Comme précédemment c’est la réponse « Le 400m » qui a été le plus souvent choisie. La part des répondants optant pour « Le 400 m haies » est de vingt six pourcent. Nous noterons que dans le groupe des athlètes questionnés tout le monde a su trancher. Cet absence d’indécision peut-être expliquée par le fait que les athlètes ont expérimenté ces deux distances, ils peuvent donc exprimer leur ressenti. Une démarche que les entraîneurs ne sont pas obligatoirement capable d’effectuer du fait de leur inexpérience concernant les épreuves de 400 m et de 400 m haies. Que l’on considère l’ensemble des avis exprimés ou bien chacun des groupes d’individus, la répartition des réponses reste quasiment identique. On peut en déduire qu’il existe plusieurs « écoles » correspondant à divers courants de pensée différents. Une première tend à considérer que lors d’un 400 m il n’y a pas de frein à la performance si l’on excepte les conditions météorologiques. L’athlète peut exprimer de manière « brute » ses qualités de vitesse et de résistance sans avoir à se soucier d’autre chose que de parcourir le plus vite possible son tour de piste. Une autre approche envisage le 400 m haies comme un 400 m « plat » lors duquel l’athlète doit adopter à dix reprises une motricité spécifique lors du franchissement de l’obstacle, ce qui ajouterait à la sollicitation du sportif. 11 Aussi nous pourrions même expliquer l’indécision de certains des individus par l’existence d’une troisième vision des choses. Cette dernière validerait le fait que la présence d’obstacles sur 400 m haies induit une allure spécifique moins élevée que sur 400 m « plat », d’ailleurs ceci se vérifie chronométriquement. Par contre le franchissement des haies serait plus coûteux qu’une foulée normale et le bilan de cette allure réduite ainsi que du coût des franchissements serait équilibré. L’idée émergeant est donc que le 400 m et le 400 m haies sont aussi éprouvantes l’une que l’autre et que la différence en terme de sensation serait sous la dépendance de facteurs psychologiques (la présence de haies permettant de rompre la monotonie d’un tour de piste simple et mobilisant une partie des ressources attentionnelles). • Question n°2 : « A votre avis, laquelle des épreuves listées ci-dessous permet d’atteindre la plus haute fréquence cardiaque ? » Voici la répartition des réponses exprimées par les soixante individus : Figure 4 Cinquante cinq pourcent des spécialistes interrogées pensent que courir un 400 m permet d’atteindre une fréquence cardiaque plus élevée que si l’on courait un 400 m haies. Seulement dix huit pourcent des avis sont en faveur d’une plus grande valeur de la fréquence cardiaque lors d’un 400 m haies. Le chiffre de vingt sept pourcent de personnes ne sachant pas répondre est assez conséquent ce qui semble montrer que tout le monde ne maîtrise pas cette donnée. Tout le monde n’a pas accès aux mêmes connaissances, aussi la culture 12 scientifique des individus et variable et on comprend aisément que les interprétations de cette variable physiologique. Il serait donc intéressant de déterminer le sens que donne chacun des sondés afin de comprendre un tel taux d’indécision. Voici la répartition des réponses données par les vingt cinq entraîneurs : Figure 5 Pour les entraîneurs, les avis sont très partagés car avec trente sept pourcent de ces derniers ayant répondu que le 400 m permettait de solliciter plus intensément la pompe cardiaque et quarante pourcent ayant répondu que le 400 m haies permettait une telle sollicitation, on peut considérer que les deux camps sont d’égale consistance. Le nombre de spécialistes restant sur leur réserve est cependant assez élevé avec un total de vingt trois pourcent des avis. Voici la répartition des réponses fournies par les trente cinq athlètes : Figure 6 13 Le sentiment des athlètes tranche un peu plus avec celui des entraîneurs avec cinquante sept pourcent des sportifs soutenant que le 400 m permet de générer la plus grande fréquence cardiaque. Ceux étant convaincus du contraire représente vingt pourcent de ce total de trente cinq athlètes. La proportion d’individus n’ayant pas su choisir entre l’un et l’autre épreuve est identique que celle relative à la population des entraîneurs. Les avis relatifs aux populations d’entraîneurs et d’athlètes sont cette fois-ci très différents. Nous avons observé un équilibre dans les réponses des entraîneurs alors même que du côté des athlètes il existe une réelle orientation en faveur de la réponse « Le 400m ». Il semble que pour les entraîneurs aussi bien que pour les athlètes, la notion de fréquence cardiaque ne soit pas directement liée au caractère éprouvant des efforts produits lors d’un 400 m ou d’un 400 m haies. Ceci peut s’expliquer par le fait que tous les publics questionnés ne sont pas souvent confrontés à l’utilisation de la variable « fréquence cardiaque » dans leurs processus d’entraînement. • Question n°3 : « Pour vous, le franchissement de haies sur 400m haies modifie-t-il l’évolution de la fréquence cardiaque comparativement à ce que l’on pourrait observer lors d’un 400m chez le même athlète ? » Voici la répartition des réponses exprimées par les soixante individus : Figure 7 14 L’assemblée composée des entraîneurs et des athlètes semble largement adopter l’idée que le fait d’avoir à franchir des obstacles sur 400 m haies a des influences sur la fréquence cardiaque par rapport à ce que l’on pourrait observer sur un 400 m. En effet soixante cinq pourcent des individus sont favorables à cette idée. Seulement vingt cinq pourcent des individus s’expriment en faveur d’une constance de la fréquence cardiaque quelle que soit l’épreuve. Dix pourcent des acteurs sondés n’expriment pas un choix plutôt qu’un autre. Voici la répartition des réponses données par les vingt cinq entraîneurs : Figure 8 Concernant le public particulier que forme cet ensemble de vingt cinq entraîneurs questionnés, il est clair que la grande majorité, à savoir soixante quatre pourcent d’entre eux, sont en faveur d’une modification de la fréquence cardiaque par la simple présence des dix obstacles à franchir lors d’une course sur 400 m haies. Seulement seize pourcent des entraîneurs pensent au contraire que le fait d’avoir à franchir des haies n’a aucune répercussion sur l’intensité des efforts cardiaques. Les vingt pourcent ne sachant pas répondre à cette question représentent une part importante des avis exprimés, mais il est difficile d’affirmer pour quelles raisons ils ne réussissent pas à se prononcer en faveur de l’une ou l’autre hypothèse. 15 Voici la répartition des réponses fournies par les trente cinq athlètes : Figure 9 Au sein de ce groupe d’athlètes il existe toujours un fort pourcentage, c'est-à-dire soixante six pourcent, des sportifs qui se placent du point de vue selon lequel les haies placée sur 400 m haies modifient les fréquences cardiaques observées sur un 400 m « plat ». Le taux d’indécision est cette fois-ci très faible (de l’ordre de trois pourcent), ce qui implique que les individus de cet échantillon sont plus nombreux que précédemment à infirmer la thèse précédemment détaillée. Athlètes et entraîneurs s’accordent donc à penser que les haies jouent un rôle important dans la régulation de la fréquence cardiaque lors d’une course de 400 m haies. Il reste à déterminer, par l’expérience, la nature de ces modifications, car selon que l’on se place d’un point de vue ou d’un autre, on pourrait attendre que la valeur de la fréquence cardiaque soit plus élevée ou au contraire plus basse que sur un 400 m « plat ». Du côté des athlètes, la proportion d’indécis est relativement faible ce qui dénote avec les vingt pourcent d’entraîneurs ayant des difficultés à se prononcer en faveur d’une hypothèse en particulier. Une fois de plus les entraîneurs ont peut-être trop de recul par rapport au ressenti de leurs athlètes ou bien les athlètes sont-ils trop catégoriques et trompés par leurs sensations ? 16 • Question n°4 : « A votre sens, la fréquence cardiaque d’un athlète lors d’une course sur 400m ou 400m haies est-elle un bon indicateur des efforts physiques fournis ? » Voici la répartition des réponses exprimées par les soixante individus : Figure 10 Cinquante six pourcent des acteurs interrogés ne pensent pas que la fréquence cardiaque soit un indicateur pertinent des efforts fournis lors d’un 400 m ou d’un 400 m haies. A l’inverse, trente deux pourcent considèrent que cet indicateur est révélateur de la sollicitation de ces épreuves athlétiques. Restent douze pourcent de cet échantillon qui ne se décident pas. Voici la répartition des réponses données par les vingt cinq entraîneurs : Figure 11 17 Un large pourcentage d’entraîneurs c'est-à-dire soixante quatre pourcent d’entre eux doutent fort que le paramètre « fréquence cardiaque » reflète la sollicitation du muscle cardiaque lors d’efforts tels que ceux rencontrés sur le tour de piste. Vingt huit pourcent ne sont pas de cet avis et huit pourcent ne se décident pas. Voici la répartition des réponses fournies par les trente cinq athlètes : Figure 12 Finalement les athlètes ont un avis conforme à celui des entraîneurs. Trente quatre pourcent des pratiquants confirment le fait que pour eux le nombre de pulsations cardiaques est caractéristique des efforts fournis sur 400 m et 400 m haies. Plus de la moitié des athlètes tout comme les entraîneurs possèdent un avis contraire, sans compter les quatorze pourcent d’indécis. On en vient naturellement à s’interroger sur la réelle pertinence, ou non, de l’indicateur choisi. L’objectif de la section suivante est de discuter a priori le choix de la fréquence cardiaque comme témoin privilégié de la charge physique induite par les courses de 400 m et 400 m haies. Nous verrons que, même si cette variable parait à première vue insuffisamment fine et adaptée à la nature des efforts étudiés, elle peut-être utile afin de différencier la participation des processus « aérobie » visant à fournir de l’énergie à l’organisme pour assurer la contraction musculaire. 18 1.3. La fréquence cardiaque comme témoin La fréquence cardiaque est le témoin direct de l’intensité de l’activité du muscle cardiaque. Cette fréquence cardiaque est exprimée en battements par minute (notés bpm) et peut-être déterminée selon diverses méthodes. La méthode la plus fiable est celle qui a recours à l’utilisation d’un cardiofréquencemètre, ce dispositif permet d’enregistrer en temps réel le nombre de pulsations cardiaques. On sait que la fréquence cardiaque évolue parallèlement aux efforts fournis, elle reflète l’implication du système circulatoire dans l’exercice qui est en l’occurrence un effort dit « anaérobie alactique ». Cette variable semble donc être assez pertinente pour rendre compte des efforts consentis par l’organisme, on pourrait même dire que la fréquence cardiaque est une sorte de « compte-tour » de la machine humaine. A chaque contraction cardiaque (ou systole) un certain volume de sang est éjecté en direction de la périphérie de l’organisme afin d’apporter aux muscles les substrats et la quantité d’oxygène nécessaire à l’exercice musculaire. Plus un effort est intense plus la fonction cardiaque sera sollicitée car il faudra fournir tous les substrats nécessaires à la production d’énergie. Il est depuis longtemps admis et vérifié que la fréquence cardiaque et les exercices à prédominance « aérobie » sont étroitement liés, d’ailleurs on détermine la fréquence cardiaque maximale d’un sujet grâce à un test de terrain comme le VAMeval (Georges CAZORLA et Luc LEGER en 1990). Mais qu’en est-il au sujet des exercices à prédominance « anaérobie lactique » ? On est effectivement en droit de se demander si la fréquence cardiaque objective tous les types d’efforts. En fait ce n’est pas tout à fait le cas… Cependant il a été montré que lors de quelque effort que ce soit, toutes les filières de fourniture d’énergie sont sollicitées. Ce qui varie en fonction de l’intensité de l’exercice, est la part que chacune des filières « aérobie », « anaérobie alactique » et « anaérobie lactique » prend dans cette production d’énergie nécessaire à la poursuite de l’exercice. Nous pouvons donc considérer que dès qu’un exercice a débuté, une partie de l’énergie nécessaire à la contraction musculaire est issue de l’utilisation de l’oxygène transportée dans le muscle grâce à la myoglobine. La fréquence cardiaque peut donc être un des facteurs à prendre en compte mais certainement pas le seul. 19 2. L’expérimentation 2.1. Protocole et chronologie de l’expérimentation Comme nous l’avons précédemment évoqué, cette étude consiste en une comparaison des fréquences cardiaques d’un même athlète lors des courses de 400 m et de 400 m haies. Le sujet sélectionné est un athlète confirmé spécialiste de haies hautes et entraîné cette saison pour le tour de piste. Il réuni de ce fait les qualités propres au franchissement de haies ainsi que de résistance dans les exercices à intensité élevée. Afin de préserver un état de fraîcheur physique, les expérimentations sur 400 m haies et 400 m ont été espacés de 4 jours. En effet ces distances sont des épreuves lors desquelles une forte souffrance physique est ressentie, notamment en fin de course. Ceci est la conséquence de l’augmentation de l’acidité musculaire induite par la déshydrogénation des ions pyruvates en fin de glycolyse (ou de glycogénolyse). La sensation alors perçue est une forme de tétanie des membres les plus actifs lors de ces efforts d’une intensité élevée. Les dates du vendredi 9 mai 2008 pour le 400 m haies et du mardi 13 mai 2008 en fin de matinée on été retenue pour le déroulement de ces expérimentations. Quant au déroulement à proprement parler de l’expérimentation, le sujet est immédiatement équipé du cardiofréquencemètre (ceinture pectorale + bracelet récepteur) avant sa période d’échauffement afin qu’il puisse s’habituer au port du dispositif. La période dévolue à l’échauffement a été fixée à une heure pendant laquelle la caméra numérique est placée sur un point haut à hauteur de la ligne d’arrivée. Cette durée permet d’effectuer les réglages nécessaires et de disposer le cas échéant les dix haies en ce qui concerne l’expérimentation du premier jour. L’enregistrement des fréquences cardiaques est lancé quelques instants avant que le départ de la course soit donné, ce qui permet d’économiser l’autonomie du bracelet récepteur et de l’émetteur codé. Trois personnes sont nécessaires en plus du sujet afin de que l’expérimentation soit menée dans les meilleures conditions. Une personne est chargée de filmer la course, une autre a comme consigne de chronométrer manuellement le coureur, la troisième personne doit donner le départ à l’aide d’un signal sonore et visuel en se plaçant à proximité de l’athlète et dans le champ de la caméra numérique. En effet si l’on veut pouvoir apprécier « à chaud » la 20 performance réalisée par l’athlète, il est nécessaire d’avoir un aperçu chronométrique de la course. De plus si l’on veut a posteriori établir un chronométrage plus précis à l’aide du « time code » de la caméra numérique il faut avoir un signal visuel indiquant que le départ a été donné, le signal sonore étant destiné à l’athlète placé dans les starting-blocks. Le film de l’évolution de l’athlète sur la piste sera finalement analysé après coup afin d’établir les temps chronométrés les plus précis pour chacune des courses. Etant donné que les deux courses, à savoir le 400 m haies et le 400 m, se sont déroulées sur deux journées, il était important de réunir un maximum de condition similaires lors des deux phases de l’expérimentation. Ainsi le sujet a couru seul, sensiblement à la même heure et dans l’enceinte d’un stade relativement peu encombré. Il fallait évidemment limiter le nombre de biais même si nous ne maîtrisions pas les conditions météorologiques qui peuvent fortement influencer la qualité de la performance. Fort heureusement nous n’avons pas eu à subir d’intempéries ni à évoluer sous une température trop faible ou trop élevée. Les conditions d’évolution du sujet étaient donc plutôt favorables. Comme nous pouvons le constater le protocole de cette étude est relativement simple et reproductible. Les variables observées sont accessibles à quiconque serait muni d’une caméra numérique et d’un cardiofréquencemètre. Il est donc possible de réitérer la mise en place de cette expérimentation de terrain sur un plus large échantillon, ceci permettrait d’appréhender l’éventuelle variabilité de la fréquence cardiaque sur 400 m et 400 m haies pour différentes catégories d’âge, de genre, de niveau d’entraînement ou bien même de spécialistes. Mais pour l’instant contentons-nous de décrire dans la section suivante le matériel utilisé dans le cadre de cette manipulation. 21 2.2. L’environnement matériel Les installations et le matériel utilisés restent relativement simples à utiliser et à se procurer. Nous allons détailler le type de matériel qui a été nécessaire ainsi que sa fonction au service de l’étude ainsi menée sur le terrain. Au niveau des installations, les pistes d’athlétisme du « Pessac Athlétic Club » et « Bordeaux Etudiant Club » ont constitué le cadre principal des deux étapes de la manipulation. Pour le 400 m haies il a fallu emprunter dix haies de compétition réglées à la hauteur de 91 cm. Le départ lors des deux courses a été effectué en starting-blocks ce qui permet réellement de se placer dans des conditions proches de la compétition, d’autant plus que le départ été donné en suivant la procédure officielle (commandements : « A vos marques… », « Prêt… », « Signal sonore et visuel ! »). En ce qui concerne l’enregistrement des données, un chronomètre manuel numérique a été utilisé afin de déterminer un premier ordre de temps avec l’incertitude liée à la perception du signal de départ et du franchissement de la ligne d’arrivée par l’œil humain. Une caméra numérique fut aussi nécessaire, elle permettra le cas échéant d’analyser les courses image par image, de comptabiliser le nombre de foulées inter-obstacles ou bien encore de déterminer un chronométrage plus précis de l’épreuve au centième près grâce au « time code » du fichier vidéo. Finalement la pièce maîtresse de cette étude de terrain est le dispositif permettant d’enregistrer la fréquence cardiaque du sujet lors de ses efforts. Ce matériel emprunté au laboratoire de physiologie de la faculté des sports est un cardiofréquencemètre de modèle « Polar Accurex Plus » qui calcule en temps réel le nombre de pulsations cardiaque par minute et qui permet d’obtenir une donnée toutes les 5 secondes lors de l’acquisition des données. Bien évidemment l’ordinateur type « PC » est l’outil indispensable à l’analyse et au traitement des données du fichier vidéo de la course ainsi que de celles du cardiofréquencemètre. 22 3. Résultats et analyses 3.1. Données recueillies Les données que nous étudierons plus particulièrement sont les valeurs des fréquences cardiaques enregistrées grâce au cardiofréquencemètre. Les données des fréquences cardiaques relatives au 400 m et au 400 m haies sont stockées sous la forme de deux fichiers distincts dans le bracelet récepteur, nous obtiendrons donc deux séries de valeurs. L’acquisition de ces valeurs s’est faite par l’intermédiaire d’une interface mécanique branchée sur le port USB de l’ordinateur du laboratoire de physiologie de la faculté des sports de Bordeaux. Le logiciel utilisé en ce sens est le Biologiciel, cependant il s’est avéré qu’il ne permettait d’obtenir des valeurs de fréquence cardiaque que toutes les quinze secondes ce qui relativise énormément la pertinence de ces données. Voici les tableaux répertoriant les données représentant les valeurs des fréquences cardiaques (notée F.C.) en fonction du temps sur 400 m et 400 m haies : 400 m Temps écoulé (en s) F.C. (en bpm) 0 142 15 193 30 198 45 197 60 192 Tableau 1 400 m haies Temps écoulé (en s) F.C. (en bpm) 0 130 15 188 30 194 45 193 60 187 Tableau 2 23 Voici la traduction sous forme de graphique de ces données, ce qui rend compte de l’évolution de la fréquence cardique au cours du temps sur 400 m et sur 400 m haies : Figure 13 En abscisses sont indiqués les intervalles de temps en seconde lors desquels nous avons pu relever les valeurs de la fréquence cardiaque. En ordonnée la valeur de la fréquence cardiaque en battements par minute. Nous pouvons constater que les courbes obtenues sont très simples car seulement 5 points de références la composent. Cependant vu que l’évolution de la fréquence cardiaque va dans le sens d’une augmentation quasi-linéaire, il est possible de lisser cette courbe en déterminant des valeurs intermédiaires dans une logique de progression de la fréquence cardiaque au cours du temps. Ci-après, les tableaux récapitulatifs des données précédemment acquises ainsi que des nouvelles valeurs de la fréquence cardiaque exprimées toutes les cinq secondes. 24 400 m Temps écoulé (en s) F.C. (en bpm) 0 142 5 166 10 183 15 193 20 196 25 197 30 198 35 198 40 198 45 197 50 196 55 194 60 192 Tableau 3 400 m haies Temps écoulé (en s) F.C. (en bpm) 0 130 5 157 10 176 15 188 20 191 25 193 30 194 35 194 40 194 45 193 50 192 55 190 60 187 Tableau 4 Les valeurs indiquées en rouge sont celle issues de l’acquisition précédente ayant eu lieue toutes les quinze secondes. Les valeurs indiquées en noir sont celles issues du lissage de la courbe, le graphique ainsi obtenu est plus lisible que précédemment ce qui était l’objectif visé par cette procédure. 25 Nous présentons donc ci-dessous le graphique qui prend en compte ces nouvelles données intermédiaires, relatives à l’expression de la fréquence cardiaque toutes les cinq secondes. Figure 14 L’autres type de données qu’il a fallu acquérir concerne le chronométrage de chacune des courses et éventuellement la détermination de temps intermédiaires permettant de mettre en lien la distance parcourue par le sujet en fonction du temps. Nous vous présentons donc deux derniers tableaux faisant la synthèse de ces informations : 400 m Distances en mètres Temps écoulé en secondes 0 0 Intervalles en secondes 100 - 200 25,61 13,12 300 38,73 13,94 400 52,67 Tableau 5 26 400 m haies Départ 1ère haie 2ème haie 3ème haie 4ème haie 5ème haie 6ème haie 7ème haie 8ème haie 9ème haie 10ème haie Arrivée Distances en mètres Temps écoulé en secondes 0 0 ,00 45 80 115 150 185 220 255 290 325 360 400 Intervalles en secondes Intervalles en nombre de foulées 6,62 22 4,42 15 4,58 15 4,59 15 4,84 15 5,01 17 5,37 17 5,43 17 5,52 17 4,98 15 6,44 22 6,62 11,04 15,62 20,21 25,05 30,06 35,43 40,86 46,38 51,36 57,80 Tableau 6 Les temps de passage sur 400 m ont été déterminés par la vidéo, car nous avions pris soin de placer des repères sur la piste. Cependant le repère placé au bout de 100 m de course n’est pas visible sur la vidéo, ce qui explique l’absence de données relatives aux temps de passage au 100 m ainsi que celles des intervalles chronométriques de 0 à 100 m ainsi que de 100 à 200 m. Concernant le 400 m haies nous connaissons la position précise des obstacles et nous avons relevé le temps écoulé lors de la pose d’appui à la réception de chacun des franchissements. Sont ainsi consignés dans le tableau ci-dessus le temps déjà écoulé au niveau de chaque haie ainsi que le temps mis par le sujet pour parcourir la distance séparant deux 27 réceptions consécutives. De plus, nous avons pris soin d’indiquer le nombre de foulées que l’athlète a effectué du départ à l’impulsion devant la première haie, entre la réception après un obstacle et l’impulsion au niveau du suivant ainsi qu’entre la réception après la dernière haie jusqu’à l’arrivée. L’ensemble de ces observations peut-être utile dans le cadre d’un approfondissement de cette étude c’est pourquoi nous les avons volontairement indiquées. 3.2. Interprétations et comparatif 400 m / 400 m haies Si l’on se réfère aux courbes obtenues, il est clair que l’évolution des fréquences cardiaques possède une cinétique identique sur 400 m et 400 m haies. Ceci est un premier élément de réponse aux questionnements évoqués précédemment. Il semblerait donc que la présence d’obstacles sur un parcours de 400 m n’influe pas sur la vitesse d’augmentation du nombre de pulsations cardiaques. Nous pouvons remarquer qu’au-delà de quinze secondes d’effort sur les deux distances, la fréquence cardiaque progresse de façon plus lente, on pourrait parler de rupture de la cinétique d’évolution de cette variable cardiaque. La valeur de la fréquence cardiaque continue tout de même de croître mais de façon plus modeste. L’existence d’une telle cassure dans la vitesse d’augmentation du paramètre observé est donc commune au 400 m et au 400 m haies. Les valeurs de la fréquence cardiaque plafonnent au bout d’environ trente seconde d’effort, en revanche on ne peut parler que d’une fréquence cardiaque maximale contextuelle qui est propre aux conditions d’exercice ainsi qu’à la spécialité considérée. Cette valeur plancher diffère d’une course à l’autre, la valeur maximale est de 198 battements par minute sur 400 m alors que cette valeur atteint seulement 194 battements par minutes sur 400 m haies. Cet écart, même minime, pourrait rendre compte d’une légère différence de sollicitation des processus du muscle cardiaque d’une épreuve à l’autre, le 400 m permettant la plus forte charge sur l’organisme. 28 Un phénomène pour le moins étrange se produit sur la fin de course, en effet la fréquence cardiaque tend à diminuer de deux à cinq pulsations par minute. Il est difficile d’expliquer une telle observation, serait-il possible que la diminution importante de la vitesse de course et que l’essoufflement constaté en fin d’effort aient une influence sur le rythme cardiaque ? La question reste posée. En guise de premier bilan il ressort que le 400 m et le 400 m haies sont des épreuves très proches en matière de sollicitation cardiaque alors même que le sujet parcoure ces deux distances avec un différentiel de 5,13 secondes ce qui représente une proportion de dix à onze pourcent du temps total de l’exercice que l’on se réfère à l’un ou à l’autre épreuve. Reste à savoir si l’écart de quatre à cinq pulsations par secondes entre les fréquences cardiaques relevées lors de ces deux courses est généralisable à un échantillon plus large. Le fait que l’on ait pu exploiter que des données espacées de cinq secondes en le temps enlève beaucoup de pertinence à l’indicateur « fréquence cardiaque ». Nous ne pourrons donc pas affirmer quelconque vérité que ce soit mais seulement évoquer des tendances et confirmer des pistes de recherches à ce sujet. 3.3. Quels enseignements ? Il parait nécessaire dès lors que l’on s’attache à étudier des efforts de durée relativement courte (ici inférieure à une minute), d’utiliser des dispositifs extrêmement sensibles et performants. En effet nous réalisons qu’un échantillonnage ayant lieu toutes les cinq secondes est nettement insuffisant pour apprécier de manière assez fine le paramètre « fréquence cardiaque ». Un cardiofréquencemètre permettant de fournir une donnée toutes les secondes serait préférable et permettrait de rendre compte plus précisément des variations de la fréquence cardiaque au cours de l’exercice. Quand au choix du paramètre observé, il semble que la fréquence cardiaque ne soit pas suffisamment liée à l’intensité des efforts de type 400 m et 400 m haies, mais aussi qu’elle ne permettrait pas de déduire catégoriquement la présence de variations significatives. Une 29 variable qu’il serait intéressante d’observer serait le coût énergétique lors des deux courses dont il s’agit, d’autant plus s’il était possible d’isoler un tel coût au niveau de chacune des foulées de l’athlète sujet de l’expérimentation. La fréquence cardiaque parait comme étant un témoin insuffisant de l’intensité des efforts humains dès lors que l’on dépasse la vitesse maximale aérobie. Toujours dans l’optique de caractériser la nature des efforts fournis lors d’un 400 m et lors d’un 400 m haies, il serait intéressant d’effectuer des micro-prélèvements sanguin avant, immédiatement après et quelques minutes après la fin de l’exercice, afin de doser les concentrations de lactates dans le sang. Une mise en relation des observations des différents paramètres que nous avons évoqué précédemment devrait rendre plus efficace et plus pertinente une future étude comparative des sollicitations des épreuves de 400 m et 400 m haies. Concernant les enseignements à tirer de l’organisation de l’expérimentation sur le terrain, il est important de dire qu’il conviendra sélectionner un plus large échantillon d’individus ainsi qu’un calendrier plus strict fixant dates et lieux précis des phases expérimentales. L’inconvénient majeur sera leur inscription dans le peu de créneaux laissés vacants par le calendrier fédéral des compétitions d’athlétisme. Dès maintenant, dégageons donc des conclusions et perspectives d’évolution en vue d’expérimentations futures, ce qui permettra bien évidemment de prévoir d’éventuelles améliorations aux outils et méthodes d’analyse des phénomènes explorés. 30 Conclusion et prospectives Il s’est avéré tout au long de l’élaboration de ce mémoire, que la définition du sujet ainsi que la maîtrise des étapes clefs de l’expérimentation sont indispensables si l’on souhaite apporter au travaux fournis une portée suffisamment importante aux conclusions qu’ils ont permis. A mon sens, la comparaison de deux épreuves extrêmement proches telles que le 400 m et le 400 m haies est une chose nécessaire si l’on veut isoler les déterminants de la performance dans ces deux cas. Cependant il ne faut pas tomber dans le piège de l’accessibilité des mesures, c'est-à-dire que la facilité de mesurer une certaine variable ne doit pas primer sur son caractère pertinent. Le cas présent, la fréquence cardiaque se révèle être un paramètre intéressant mais largement insuffisant dans le cadre de l’étude des sollicitations de l’organisme lors des courses précédemment citées. La sensibilité de certains facteurs est telle qu’il faut pouvoir y opposer un matériel suffisamment précis afin de saisir l’ensemble des variations des valeurs du paramètre étudié. Dès lors que l’on se proposera de généraliser des conclusions à partir d’un échantillon, il faudra prendre garde à refléter l’ensemble de la population pratiquant l’épreuve choisie. Ainsi les distinctions de niveau d’expertise, de genre et de catégories d’âge sont nécessaires et l’éventail des publics « testés » doit être plus large. La considération de la fréquence cardiaque sur les efforts caractéristiques du tour de piste en athlétisme a donc permis de révéler une infime variation de l’intensité de la sollicitation du muscle cardiaque. Il semble intéressant de s’orienter vers le calcul du coût énergétique par foulée lors de ces deux épreuves, ce qui traduit à mon sens la réalité du terrain plus fidèlement. Il nous appartient donc d’œuvrer dans ce sens et de garder à l’esprit dès aujourd’hui les enseignements issus de cette première tentative. Tout reste donc à faire et la perspective de poursuivre mes études en deuxième année de Master « Ingénierie des interventions en entraînement sportif » renforcera je l’espère mes compétences dans le domaine de l’expertise des activités physiques et sportives. 31 BIBLIOGRAPHIE Supports textuels : Docteur Thierry LAPORTE, « Le cardiofréquencemètre : de la théorie à la pratique », revue « Club & Sport n°8 », rubrique « Entraînement », Septembre 2006, article au format .PDF trouvable à l’adresse suivante : http://www.clubcardiosport.com/documentation/01-coeur/cardiofrequence.pdf Olivier BELLOC, « 400 m haies, les enseignements du 400 m plat », éditions INSEP 1990. Hervé STEPHAN, Henri HELAL, Alain THOMAZO, “Le 400 m haies feminine”, editions INSEP 1990. Georges CAZORLA, “Filières énergétiques de l’exercice musculaire… Quoi de neuf en 2007”, cours dispensé aux Master 1 “Ingénierie des interventions en entraînement sportif », année universitaire 2007-2008. Sites internet : http://www.volodalen.com/13physiologie/physiologie.htm http://www.clubcardiosport.com/documentation/01-coeur/cardiofrequence.pdf http://www.clubcardiosport.com/documentation/documentation-coeur.htm 32 REVUE DES ILLUSTRATIONS Figure 1 : Répartition des réponses cumulées des entraîneurs et des athlètes à la question n°1 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 2 : Répartition des réponses des entraîneurs à la question n°1 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 3 : Répartition des réponses des athlètes à la question n°1 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 4 : Répartition des réponses cumulées des entraîneurs et des athlètes à la question n°2 de l’enquête (cf. liste des annexes) Figure 5 : répartition des réponses des entraîneurs à la question n°2 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 6 : Répartition des réponses des athlètes à la question n°2 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 7 : Répartition des réponses cumulées des entraîneurs et des athlètes à la question n°3 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 8 : Répartition des réponses des entraîneurs à la question n°3 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 9 : Répartition des réponses des athlètes à la question n°3 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 10 : Répartition des réponses cumulées des entraîneurs et des athlètes à la question n°4 de l’enquête (cf. liste des annexes) Figure 11 : Répartition des réponses des entraîneurs à la question n°4 de l’enquête (cf. liste des annexes). Figure 12 : Répartition des réponses des athlètes à la question n°4 de l’enquête (cf. liste des annexes). 33 Figure 13 : Evolution des fréquences cardiaque par paliers de quinze secondes sur 400 m et 400 m haies. Figure 14 : Evolution des fréquences cardiaques par paliers de cinq secondes sur 400m et 400 m haies. Tableau 1 : Valeurs des fréquences cardiaques toutes les quinze secondes sur 400 m. Tableau 2 : Valeurs des fréquences cardiaques toutes les quinze secondes sur 400 m haies. Tableau 3 : Valeurs des fréquences cardiaques toutes les cinq secondes sur 400 m. Tableau 4 : Valeurs des fréquences cardiaques toutes les cinq secondes sur 400 m haies. Tableau 5 : Données chronométriques sur 400 m par tranche de 100 m. Tableau 6 : Données chronométriques spécifiques au 400 m haies. 34 LISTE DES ANNEXES Questionnaire destiné aux athlètes. Questionnaire destiné aux entraîneurs. Schéma de fonctionnement du cardiofréquencemètre « Polar Accurex Plus » Mesure de la fréquence cardiaque grâce au cardiofréquencemètre « Polar Accurex plus ». 35
