V - Activité d`enseignement et de recherche. Supports de cours à

M1 UE1 e3. Performance : de
l’athlète jusqu’au muscle
1h CT : 2 questions parmi 10 (5 Perrey, 5 Candau) :
1.
Applications d’un des modèle de type empirique sur des records actuels ou
des tests de terrain. Regard critique sur la formulation du modèle.
2.
Concepts de résistance et d’endurance. Tests de terrain. Principe,
interprétations.
3.
Principe du concept de vitesse critique et application dans une discipline
sportive de votre choix. Interprétation des deux paramètres obtenus.
Application dans le domaine de l’entraînement, du réentraînement ou de
l’EPS
4.
Evaluation des aptitudes énergétiques à partir de performances sur différentes
distances. Principe du modèle de Péronnet et application sur des données
actuelles (records personnels ou records du monde)
5.
Application du modèle d’Arsac et Locatelli (2002) à la performance en sprint
ou ½ fond. Limites et Perspectives.
20h CM + 10h Tp
10 h CM. Modèles
mécaniques et énergétiques
de la performance humaine
ECTS de l’enseignement : 3
http://robin.candau.free.fr
[email protected]
Travail personnel et logiciels
Critères de notation
1. Qualité de la description des méthodes et du
principe du modèle cité
2. Qualité de la discussion et de l’interprétation des
résultats. Présence d’une application personnelle
dans le domaine de l’entraînement ou du
réentraînement
•
•
•
•
Excel ou open office (gratuit)
Madonna Berkeley (gratuit, www.berkeleymadonna.com/ )
Scilab (gratuit, www.scilab.org), math lab
Graph Pad, Sigma plot, Scientist, origin…
3. Qualité de l’expression, de la présentation des
graphiques
Modélisation des performances
humaines
Plan
2 objectifs :
•
•
Mieux cerner les facteurs
mécaniques et énergétiques de la
performance humaine
1. Modèles empiriques
2. Modèles physiologiques
Applications dans le domaine de
l’entraînement, du réentraînement
ou de l’EPS
http://www.drawingsofleonardo.
1
Introduction
1.
Décroissance non-linéaire des performances avec la durée de l’exercice
2.
L’élite ne descend pas en dessous de 10 km/h => capacité énergétique pas
limitée
La diminution non-linéaire des performances est
retrouvée dans diverses locomotions
Records du monde
Vitesse (km/h)
80
60
v (km/h)
50
40
30
20
10
0
200000
400000
600000
Quelle est la fonction
qui décrit le mieux
l’évolution des
performances en
fonction du temps de
course?
Marche
Course
Patinage
60
40
20
Cyclisme
0
0
20000
40000
60000
Distance (m)
t (s)
Modèles empiriques
La relation devient linéaire avec la durée de l’exercice exprimée sur
une échelle logarithmique
1. Premières tentatives de description des
performances humaines
200 m
2. Concept de résistance
800m
3. Concept d’endurance
20 000m
4. Concept de limite pour l ’espèce humaine
5. Applications dans le domaine de
l ’entraînement
Billat et al. Time in human endurance model Sports Med 1999 Jun; 27 (6): 359-379
Test du modèle de Kennelly sur les records
I Modèles empiriques
du monde
• En 1906, Kennelly propose de décrire l ’évolution des
1997
vitesses maintenues lors des records du monde en fonction de la durée
des épreuves (v/t) :
v=k
tn
10
k et n sont déterminées empiriquement
k
n
Erreur %
8
v (m/s)
=> « loi de la fatigue » chez l ’homme et le cheval et pour
divers modes de locomotion
Modèle de kennely 1906
v= k Tn
record du monde 97
12
(1)
6
homme
13,90
variable
0,12
variable
3% cellule cible
• Surestimation à
partir du 200 km
• Erreur importante
marathon
4
2
6j
Kennelly AE. An approximate law of fatigue in the speeds of racing animals. Proc Am Acad Arts Sci 1906; 42 (15):
275-331
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
t (s)
2
Principe de l’application du
modèle dans Excel
t (s)
Sous-estimation
Description
grossière des
performances
Sur-estimation
11
11
10
Surestimation des performances
v (m/s)
10
9
9
Du 800 au 3000 m
8
8
7
7
6
0
200
400
600
800
t (s)
1000
=> les processus
énergétiques sousjacents sont plus
complexes et ne
peuvent pas être
décrit précisément
par cette simple
fonction
9,84
13,32
43,29
101,73
132,18
207,37
224,39
284,88
440,67
764,39
1598,08
3415,6
3564
3600
4435,8
5358,1
7610
22220
59540
172800
518400
v réelle
10,16
15,02
9,24
7,86
7,57
7,23
7,17
7,02
6,81
6,54
6,26
5,86
5,92
5,86
5,64
5,60
5,54
4,50
3,36
2,62
1,97
vmodèle
11,97
11,48
9,76
8,68
8,38
7,88
7,79
7,54
7,10
6,58
5,95
5,36
5,33
5,32
5,17
5,04
4,80
4,15
3,62
3,13
2,69
(v réel - vmod)^2
3,25
12,51
0,28
0,67
0,66
0,41
0,38
0,27
0,09
0,00
0,09
0,24
0,35
0,29
0,21
0,31
0,55
0,12
0,07
0,26
0,52
Modèle de kennely 1906
v= kTn
record du monde 97
k
n
semc
homme
16,38
0,14
21,54
-
variable
variable
cellule cible
16
14
12
v (km/h)
Zoom sur l ’échelle de temps
10
8
6
4
2
0
100000 200000 300000 400000 500000 600000
t (s)
Autres modèles empiriques
Meade, 1956
•1937, Grosse-Lordemann et Müller
log t = a • log P + b
en réarrangeant :
t = 10(a • log P + b)
reprend le modèle de Kennelly
et souligne le modeste pouvoir descriptif du modèle
6 sujets sur
ergocycle, 6
exercices
épuisants
La précision des mesures de performance lors des
records du monde doit permettre d ’identifier les
aptitudes énergétiques qui sous-tendent la
performance nécessité de formuler un modèle
approprié
a et b sont des constantes très variables d ’un sujet à
l ’autre sans signification biologique identifiée
•1943, Francis, modèle hyperbolique
(log d – 1.5) × (v – 3.2) = 6.081
3,2 m/s = 11,5 km/h= vitesse qui peut être
maintenue théoriquement indéfiniment
=> 1ère suggestion d ’un modèle qui incorpore
l ’énergétique humaine
Meade GP. Consistent running records. Science 1956; 124: 1025
Modèles empiriques
Ergocycle à friction sèche
Jauge de
contrainte
Capteur
de
vitesse
1.
Premières tentatives de description des
performances humaines
2.
Concept de résistance
3.
Concept d’endurance
4.
Concept de limite pour l ’espèce humaine
5.
Applications dans le domaine de l ’entraînement
3
Concept de résistance et d’endurance
Concept de résistance
V (km/h)
P (w)
concept de résistance
introduit par Henri et
Farmer (1860)
• en 1860, le concept de résistance introduit par Henri et Farmer
(201 m)
(64 m)
resistance
2 à 5 exercices épuisants
sur ergocycle avec 28
sujets
Cet index de résistance reflétait fidèlement l ’état
d ’entraînement chez 18 étudiants en éducation physique
log t
Tornvall G. Assessment of physical capabilities. Acta Physiol
Scand 1963; 58 Suppl.: 201
Effet de l ’entraînement sur
l ’endurance
Evolution de l’endurance en fonction de l’âge
100
%VMA
Graig Virgin, champion du monde en 80
en 1972 -> f = 0.572
90
en 1976 -> f = 0.570
85
soit seulement 0.3% d ’augmentation de l ’endurance en 4
ans
80
L ’endurance ne s ’améliore pas ?
L’endurance se bonifie avec les
processus de maturation
95
enfants âgés de 12 à 15 ans
75
0
10
20
30
40
50
adultes
60
70
80
Tlim (min)
P ourc en tage de vite ss e maximale aé rob ie pouv an t ê tr e so ute n u e n
fon ction d e la du ré e de l'exe rcic e p our des enfan ts et des a dul te s
(d'ap rè s Lé ger , 199 6)
(pas très surprenant ici chez un athlète d ’élite qui se maintient à son meilleur niveau)
Modèles empiriques
1.
Premières tentatives de description des
performances humaines
2.
Concept de résistance
3.
Concept d’endurance
4.
Concept de limite pour l ’espèce humaine
5.
Applications dans le domaine de l ’entraînement
Adapté par Berthoin
Concept de limite pour l ’espèce humaine
• En 1865, Henri barrière de 4’ au mile
sur la base d ’une analyse de l ’évolution des
records du monde Mais dès 1954, Roger
Banister franchit cette barrière (3 ’59 ’ ’) !
• En 1954, Lietzke prévoit une vitesse max de
35.9 km/h (analyse des records du monde en
fonction du temps sur échelle log)
Mais v max est actuellement > 37 km/h sur
200m et > 40 km/h en vitesse de pointe
4
Atteinte d ’une limite pour l ’espèce humaine :
9’15’’ au 100m?
Morton RH. The supreme runner: a theory of running and some
of his physiological attributes. Aust J Sci Med Sport 1984; 16:26-8
• Morton décrit l ’évolution des records du monde à travers
le siècle pour diverses distances particulières.
Morton RH. The supreme runner: a theory of running and some
of his physiological attributes. Aust J SciMed Sport 1984; 16:26-8
Limites pour l ’espèce humaine?
•
9’’15 au 100 m
• 3’04’’15 au 1500 m
• 23’40’’94 au 10 000 m
T100 m
9 ’15 ’’
Atteinte d ’une limite (?)
Fonction exp avec une
asymptote
année
Analyse dépendante du contexte historique
et technologique
=> prédiction très incertaine car progrès
technologiques et dérives biologiques
difficilement prévisibles
L ’athlète ultime possède (Keller, 1973) :
• une force maximale d ’accélération de
15 m.s-2.kg-1
• une VO2max de 154 mlO2/min/kg
• une capacité anaérobie de 140 ml/kg
Keller JB. A theory of competitive running. Physics Today 1973; 26: 42-7
Morton RH. The supreme runner: a theory of running and some
of his physiological attributes. Aust J SciMed Sport 1984; 16:26-8
Les femmes vont-elles courir plus vite le
marathon que les hommes?
Limites pour l ’espèce humaine?
Valeurs actuelles
9’’74
•
9’’15 au 100 m
• 3’04’’15 au 1500 m
• 23’40’’94 au 10 000 m
3’26’’
26’22’’
L ’athlète ultime possède (Keller, 1973) :
• une force maximale d ’accélération de 15
m.s-2.kg-1
• une VO2max de 154 mlO2/min/kg
• une capacité anaérobie de 140 ml/kg
(41/3,6)/3 = 3,8 m.s-2.kg-1
85 mlO2/min/kg
100 mlO2/kg
Keller JB. A theory of competitive running. Physics Today 1973; 26: 42-7
Modèles empiriques
1.
Premières tentatives de description des
performances humaines
2.
Concept de résistance
3.
Concept d’endurance
4.
Concept de limite pour l ’espèce humaine
5.
• A partir d ’une augmentation fulgurante du record
féminin au marathon de 1980 - 1992, Whipp et
Ward ont prédit une vitesse supérieure pour les
femmes?
• Discipline olympique uniquement depuis 1984
=> nécessité de tenir compte du contexte historique
et social pour interpréter
Whipp BJ, Ward SA. Will women soon outrun men ? [letter] Nature 1992; 355: 25
Orientation des athlètes en fonction
de leur endurance
V (min/mile)
Frederick et al., (1977)
concept de résistance Henri
et Farmer (1860)
Analyse statistique sur 62
internationaux en ½ fond et fond
Applications dans le domaine de l ’entraînement
–
Orientation des athlètes en fonction de leur endurance
–
Analyse de l’activité / détermination des points faibles et
forts de l’athlète
–
Stratégie de course
•f = 1.0 ±0.09 pour le 1500m
•f = 0.699 ± 0.021 pour le 5000- 10 000m
•f = 0.619 ±0.02 pour le marathon
7 min
log t
(endurance aptitude = à soutenir un haut
pourcentage de VO2max , index de Péronnet)
5
Evolution des records du monde de
Galop
Vitesse (km/h)
Evolution des records du monde de
trot
2005
54
70
68
66
64
62
60
58
56
54
52
50
y = -8,7085Ln(x) + 101,95
R 2 = 0,9763
0
52
50
100
150
200
250
300
Temps (s)
2005
48
Résistance pour
course de galop
46
y = -5,4265Ln(x) + 77,988
R2 = 0,7846
44
70,0
Vitesse (km/h)
capacité
anaérobie et
V02max élevées
Vitesse (km/h)
Résistance
50
Peu
résistant
42
65,0
60,0
55,0
50,0
45,0
40,0
40
100
150
200
250
300
0
350
50
100
Durée de l'épreuve (s)
v (km/h)
25
20
15
10
400 m
3000 m
42125 m
5
0
40
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
Vitesse (km/h)
t (s)
35
•VO2max
30
•ultra-endurance
25
•Puissance
musculaire
•Débit de la
glycolyse
20
15
•Capacité
anaérobie
•VO2max
4 phases distinctes
avec rupture de
pente
•VO2max
•Endurance
10
5
Applications :
-
0
2
45 s
4
7 min
6
8
ln Temps (s)
10
1h
12
14
1.
Analyse de
l’activité
2.
Identification
points forts et
faibles
Comparer ses propres performances avec les records du monde afin d'en déduire ses points
forts et faibles en matière d'aptitude énergétique
Mode d'emploi
1/ saisir ces données dans la zone surlignées (les autres colonnes se mettent automatiquement à jour)
2/ copier les nouvelles colonnes t et v dans et coller directement dans le graphe du haut afin d'autoriser
une comparaison graphique
3/ copier les nouvelles colonnes ln t et v dans et coller directement dans le graphe du bas afin
d'autoriser une comparaison graphique plus aisée
RC
4/ zoomer sur l'échelle de temps en cliquant 2 fois sur l'échelle horizontale
Développement de la puissance
musculaire et de la glycolyse
v km(h)
40
30
20
10
0
100000
200000
300000
400000
500000
Facteur limitant
600000
t (s)
v km(h)
100
200
400
800
1000
1500
1 609
2000
3000
5000
10000
20000
21100
21101
25000
30000
42195
100000
200000
452270
350
30
ln Temps de course (s)
d
300
35
Sujet N°1
3, 000 m
23.5
23.0
5, 000 m
22.5
22.0
10, 000 m
21.5
21.0
20, 000 m
20.5
20.0
21, 100 m
R2 =0 ,976
19.5
-1
-1
Endurance = -1,56 (W . kg . s )
19.0
42, 125 m
index
18.5
18.0
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
RECORDS PERSONNELS
Temps (sexagésimal)
h
min s
t (s)
ln t
v km(h)
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
0 ####### #DIV/0!
250
40
du 100 m au 1000 km
PV (W . kg-1)
RECORD DU MONDE COURSE à PIED de 1997
Temps (sexagésimal)
h
min s
t (s)
ln t
v km(h)
100
9,84
9,84 2,29
36,59
200
19,32 19,32 2,96
37,27
400
43,29 43,29 3,77
33,26
800
1
41,73 101,7 4,62
28,31
1000
2
12,18 132,2 4,88
27,24
1500
3
27,37 207,4 5,33
26,04
1 609
3
44,39 224,4 5,41
25,81
2000
4
44,88 284,9 5,65
25,27
3000
7
20,67 440,7 6,09
24,51
5000
12
44,39 764,4 6,64
23,55
10000
26
38,08 1598 7,38
22,53
20000
56
55,6 3416 8,14
21,08
21100
59
24 3564 8,18
21,31
21101
1
3600 8,19
21,10
25000
1 13
55,8 4436 8,40
20,29
30000
1 29
18,1 5358 8,59
20,16
42195
2
6
50 7610 8,94
19,96
100000
6 10
20 22220 10,01
16,20
200000
16 32
20 59540 10,99
12,09
452270
48
2E+05 12,06
9,42
1023200 144
5E+05 13,16
7,11
200
Comparaison par rapport aux
records du monde
Evaluation de l'endurance
Evaluation de l’endurance d’un athlète
d
150
Durée de l'épreuve (s)
40
35
30
25
20
15
10
5
-
débit
glycolys e
-
capacité
anaérobie et
VO2 max
anaérobie
VO2 max et
endurance
5,00
10,00
ln t (s)
15,00
•% surface fibre rapide (IIx)
•commande motrice et E-C
•activité catalytique de la
phosphofructokinase
•Expression de l’α actinine3?
Forme d’entraînement
•musculation lourde avec 3-12
répet
•Pliométrie
•sprints spécifiques de 2 à 40 s
(répétiton 2 à 10)
0,3%
6
Analyse des exigences de l'activité
Développement de la capacité
anaérobie
Facteur limitant
anaérobie
•Aptitude à transporter les
ions H+ du muscle vers le
sang,
•pouvoir tampon?
•résistance à la fatigue
neuromusculaire
•[ADP] et [Pi]
Forme d’entraînement
Intervalles courts de 1 à 4 min.
Récupération : de 3 à 10 min
Nbre de répétition : 3 à 10
7
I F = 100 – ((record n)/ tpstotal) 100)
Analyse des exigences de l'activité
Gain VO2
+
Développement de VO2max
0
Aptitude
énergétique
50
Aptitude
énergétique
100
Intensité (% VO2 max)
Facteur limitant
Analyse des exigences de l'activité
Développement de l ’endurance
Facteur limitant
1.
2.
Débit cardiaque
maximal (80%).
•Volume d’éjection systolique
•Volume de sang
•Concentration en
hémoglobine
•Diffusion alvéolo-artérielle
Facteurs périphériques
(20%)
Forme d’entraînement
Forme d’entraînement
Intervalles :
•15s d’exercice / 15s de récupération active
•30/30,
•1min/1min,
•3min/3min,
•5 min/ 3min 10 min/3min
•Intervalles naturels.
3.
4.
Endurance
5.
Placer 1 à 2 séances de ce type par semaine en variant
% fibres lentes
distance moyenne
entre capillaires et
mitochondries,
densité
mitochondriale,
aptitude à oxyder des
lipides
efficacité des
systèmes de
thermolyse
les plaisirs.
Méthode pour
organiser des
intervalles
Les séances ont été déterminées de
telles sorte que l’épuisement soit
atteint à la fin et que la
stimulation soit optimale.
1. Développement capacité
anaérobie (I>100% de PMA)
1. Séquences d’exercice > 10-20
min, récupération de 3-10 min.
2. Longues sorties en continu (1 à 2
par semaine) ; préserver
l’appareil locomoteur!
3. Entraînement à jeun de 10 à 40
min représente une sollicitation
efficace
4. Séance d’imitation de la
compétition
Modèles empiriques
1.
Premières tentatives de description des performances humaines
2.
Concept de résistance
3.
Concept d’endurance
4.
Concept de limite pour l ’espèce humaine
5.
Applications dans le domaine de l ’entraînement
–
Orientation des athlètes en fonction de leur endurance
2. Développement VO2max (I entre
95-100% de PMA)
–
Analyse de l’activité / détermination des points faibles et forts de
l’athlète
3. Endurance entre 85 et 95% de
PMA
–
Stratégie de course
Concevez 3 séances pour
développer ces 3 aptitudes.
Thibault and Marion, 1998 MSSE
8
Keller JB. A theory of competitive running. Physics Today 1973; 26: 42-7
Simulations plus réalistes
Stratégie optimale de course
• Mesure des cinétiques de production de
puissance anaérobie et aérobie sur ergocycle
chez 5 patineurs de vitesses de niveau
international
1. Partir à fond et finir en fléchissant le moins possible?
2. ou conserver de l ’énergie pour le finish ?
Point de départ : 2ème loi de Newton (∑ F = ma = m dv/dt)
• Puis simulation des vitesses maintenues sur les
distances olympiques 500, 1000, 5000, 10000
m avec différentes stratégie de course
Pour d<300m
Pour d>300m
F = force
maximale
isométrique
τ = cste pour les
résistances aéro
Pas de capacité anaérobie
pas d ’endurance
σ=
puissance
maximale
aérobie
t1 et t2 = temps entre
lesquels la vitesse de
course est constante
=> modèle simpliste
Modèle temps invariant (Van Schenau et al. 1990, 1991 )
Eanaer t-1+ Eaer t-1 = C V + Caerody V η-1 + Cciné V η-1
= 0.5 η-1d-1 t-2
Modèles empiriques
http://newsimg.bbc.co.uk
• Sur 500 et 1000 m => accélération initiale
maximale
• Sur les distances > => accélération initiale
très intense mais plus courte de façon à
minimiser les résistances aérodynamiques
Plan
1. Modèles empiriques
1.
Premières tentatives de description des performances humaines
2.
Concept de résistance
3.
Concept d’endurance
4.
Concept de limite pour l ’espèce humaine
5.
Applications dans le domaine de l ’entraînement
–
Orientation des athlètes en fonction de leur endurance
–
Analyse de l’activité / détermination des points faibles et forts de
l’athlète
–
Stratégie de course
2. Modèles physiologiques
• 1ère tentative de modèle physiologique
• 1er modèle réellement de type physiologique
2. Modèles physiologiques
– Concept de puissance critique
– Concept de vitesse critique
– Concept de vitesse maximale aérobie
• modèle de type physiologique aboutit
– Origine de la dépense d’énergie mécanique (rappel)
– Puissances moyennes (Péronnet et Thibault, 1989)
– Puissances instantanées (Ward-Smith, 2000 ; Arsac et Locatelli
2002)
9
1ère tentative de modèle physiologique
Rationnel
Modèle de Henry (1954)
16
Il existe des relations de
proportionnalité entre
déplacement, énergie
mécanique, énergie chimique
η synthèse
ATP
60%
E
Thermiqu
e
14
12
v (km/h)
E
substrats
Décroissance de la vitesse soutenue avec la
durée due à un épuisement des réserves de
carburant
10
8
6
4
2
E ATP
η
musculai
η
re
thermodynamique 30%
E
Thermiqu
e
50%
E
mécanique
E
Thermiqu
e
Coût mécanique
Déplaceme
nt
0
Maintenant nous savons que ce n ’est pas le
cas :
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000
0
t (s)
=> à partir de différentes
performances (v/t ou p/t) il est
possible de déduire les
aptitudes énergétiques qui les
sous-tendent
•sauf peut être pour [Pcr] (mais essentiellement un rôle tampon)
•glycolyse pas limitée par les stocks (altération du couplage E-C par accroissement
de K+, ↑ [Pi], ↓ pH)
•métabolisme aérobie pas limité par les stocks pour des durées >1h30- 2h
Modèle de Hill, 1927
3 scénarii différents
Sur la base du modèle de Hill
VO2max = 4 l/min et déficit max = 16 l
La relation v/t est décrite avec 2 termes (anaérobie + aérobie) :
Deficit
cumulé
en O2
Cste
spécifique
pour chaque
coureur
1ère tentative comportant
plusieurs limites :
•
• absence de terme qui
décrive le rendement
•
le coureur peut consommer les 20 l en 1 min (équivalent 285.7 ml/min/kg pour un
coureur de 70 kg)
v = VO2exer/C =285.7/0.21=1360 m/min = 81.6 km/h
le coureur court 2 min aussi vite que possible, il consommera les 24 l (équivalent
171ml/min/kg)
v = VO2exer/C =171/0.21=814 m/min = 48.9 km/h
le coureur court 7 min aussi vite que possible, il consommera les 44 l (équivalent 89.8
ml/min/kg)
v = VO2exer/C = 89.8 /0.21=427.6 m/min = 25.7 km/h
16
•cinétique de VO2 non incluse
•endurance mal décrite
14
12
v (km/h)
v = A/(t B) +(VO2 - VO2repos)/B
•
=> la puissance anaérobie diminue avec la durée
de l ’épreuve donc la vitesse maintenue décroit
dans les mêmes proportions
10
8
6
4
2
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000
0
t (s)
Modèle de Scherrer (1954)
2. Modèles physiologiques
• 1ère tentatives de modèle physiologique
•
1er
W (J)
(1)
modèle réellement de type physiologique
– Concept de puissance critique
– Concept de vitesse critique
– Concept de vitesse maximale aérobie
• modèle de type physiologique aboutit
– Origine de la dépense d’énergie mécanique (rappel)
– Puissances moyennes (Péronnet et Thibault, 1989)
– Puissances instantanées (Ward-Smith, 2000 ; Arsac et Locatelli
2002)
Sur une série d ’exercices locaux
épuisant une occlusion de la
circulation n’ affecte pas a
b
=> a = capacité anaérobie ?
Wlim
a
mais b devient faible
⇒b est lié au métabolisme aérobie
T (s)
10
Concept de puissance critique (P)
Concept de Vitesse critique
distance = 5,14.temps + 230
Performance sur 1000 m = 2 min 35
Performance sur 1500 m = 4 min
Performance sur 3000 m = 9 min
3000
Puissance critique (Pente de
la droite)
(1)
(2)
Distance (m )
b
Tlim est fonction de
l’inverse de la puissance
2500
2000
Calcul des couples de points
(distance, temps)
1500
1000
(1000, 155), (1500, 240) et (3000, 540)
500
0
0
=> modèle hyperbolique
100
200
300
VO2pic (ml/kg/min)
dlim = Vc t + A
distance (m)
2000
y = 2,84x + 118
r2 = ,99
p < 0,001
1200
800
48
44
40
36
32
1,6
400
100
300
500
700
1,8
2
2,2
2,4
2,6
2,8
3
3,2
Vc (m/s)
temps (s)
Berthoin et al
600
y = 12,74x + 11,90
r2 = ,65
p<0,001
52
1600
500
Relation entre Vitesse
critique (Vc) et VO2pic
Application chez l’enfant
• 35 enfants (13 garçons et 22
filles), âgés de 9,9 ± 0,8 ans
• Mesures de temps limites à :
90, 95, 100, 105 et 110% de
VMA
• Mesure de VMA (Léger et
Boucher, 1980)
• Échanges respiratoires
(Cosmed K4)
• Fréquence cardiaque (Polar)
400
Temps (s)
Berthoin
Berthoin
VMA (km/h)
Relation entre VMA et Vc
14
• La modélisation de la relation entre distance et
temps limite réalisée chez l ’enfant pré-pubère est
pertinente
11
• La vitesse critique est fortement corrélée à VMA
et à VO2pic.
y = 0,90x + 2,43
13 r2 = ,84
12 P<0,001
10
9
• A est indépendante du déficit maximal en O2!
8
• La prédiction de la relation entre dlim et tlim est
possible à partir de deux points expérimentaux :
tlim à 100% (ou 95%) de VMA et tlim à 110% de
VMA
7
6
5
5
Berthoin
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Vc (km/h)
11
La vitesse critique est très proche de la vitesse
la plus faible qui détermine une
accumulation de lactate
[la]
(mMole)
[la]
(mMole)
t
• La vitesse critique est très proche aussi de la
vitesse la plus faible qui détermine une
apparition de composante lente
épuisement
VO2
(ml/min/kg)
4
4
Vitesse critique
Faible intensité
t
t
VO2 (l/min)
Composante
lente V&O2
distance = 5,14.temps + 230
Distance (m )
Haute intensité
Manifestation de la fatigue
musculaire
3000
2500
2000
Bilan Vitesse critique
1500
1000
500
0
0
100
Berthoin
200
300
400
500
600
Temps (s)
1. Vc représente une vitesse pour laquelle les muscles
périphériques ne se fatiguent pas et travaillent en état stable
grâce au métabolisme oxydatif. Pour des vitesses supérieures,
ils deviennent dépendant du métabolisme anaérobie,
2. et le rendement du muscle est altéré sous l’influence de la
fatigue (recrutement de nouvelles fibres musculaires et
découplage des phosphorylations oxydatives)
En pratique
• Un minimum de perf sur 2 distances est
nécessaire
• Pour déterminer la vitesse critique = vitesse
au seuil ventilatoire = seuil d’accumulation
lactate = 85% de VMA = vitesse à laquelle
on peut réaliser un gros volume
d’entraînement
Limite du modèle de Scherrer
Valable entre 4 et 30 min car absence de prise en
compte de :
• la cinétique de VO2
• l ’endurance de l ’athlète
=> formulation d ’un nouveau modèle plus conforme
à nos connaissances par Péronnet et Thibault
(1989)
12
Concept de vitesse maximale
aérobie
2. Modèles physiologiques
• 1ère tentative de modèle physiologique
P ER F OR M A N C E AEROBIE
• 1er modèle réellement de type physiologique
PLUS G R AN DE AL LUR E D E COU RS E
POU VA NT ETR E MA IN TE N UE
– Concept de puissance critique
– Concept de vitesse critique
– Concept de vitesse maximale aérobie
P lus haut
état s table
.
de VO 2 ma inte nu
• modèle de type physiologique aboutit
P
. ou rc en tag e d e
V O 2 ma x u ti li sé
Coût éne rgé ti que
.
VMA
V O 2 max
– Origine de la dépense d’énergie mécanique (rappel)
Modèle de prédiction de la performance en course de durée
(adapté de MacCormack et coll., 1991).
– Puissances moyennes (Péronnet et Thibault, 1989)
– Puissances instantanées (Ward-Smith, 2000 ; Arsac et Locatelli
2002)
Calcul de la vitesse maximale
aérobie (rappel)
Protocole de course sur piste
Test de course sur piste (Léger et Boucher, 1980)
•
VO2 max -VO2 base
Coût énergétique
VMA =
=
ml.kg-1.min-1
ml.kg-1.m-1
=
ml.kg-1.min-1
ml.kg-1.m-1
=
Augmentation de
0,25 km/h toutes
les 30s
premier palier : 8 km.h-1
paliers de 2 min
incrément : 1 km.h-1
m
km
-->
h
min
Test de Brue, idem
mais derrière un
cycliste
• Léger et collaborateurs (1984)
20 m
VMA-piste (km.h-1)
Comparaison des vitesses maximales en course sur piste et
en course navette
19
18
17
16
15
14
13
12
11
VMA (km.h-1) = 2.4*VM - 14.7
Pour les adultes
n = 17
VMA = 1.81 VM - 7.863 pour les enfants
r = 0.93
.
12
11
12 13 14 15 16
VM-navette (km.h-1)
test navette
test piste
10
8
6
4
2
0
CP
CE1
CE2
CM1
CM2
Comparaison des vitesses maximales en course navette et
en course sur piste
13
Test de course de 5 min
Test incrémental pour les activités
intermittentes
• 1 palier = 7 courses navettes
orientées sur une des 6 cibles
alternées de 15s de récup
passive :
• 2 courses offensives vers
l’avant
• 3 courses latérales
(neutres)
Calcul de la vitesse moyenne
• 2 défensives (arr.)
• Même technique de course
qu’en match
Girard et al, 2006
Chamoux et al. (1996)
Test incrémental pour les activités
intermittentes
• 1er palier est de 40,5s
• les paliers suivant diminue de
0,8s
Le test de terrain plus motivant
• Signal visuel et bip sonore
pour les cibles à atteindre piloté
par un ordinateur
• Arrêt quand retard de plus
d’un mètre
permet d’atteindre des
intensités plus élevées que le
test de labo
Girard et al, 2006
Girard et al, 2006
Détermination
intensité seuil
Girard et al, 2006
Coefficient de variation test-retest
Perte de linéarité de la relation
VO2 / T
= 1ere intensité qui détermine
une composante lente de VO2
= chute du rendement
=fatigue musculaire
= seuil ventilatoire
Girard et al, 2006
= intensité max pour volume
important de travail
14
Evolution de VMA avec l ’âge (garçons)
Test de labo intermittent
•
La VMA augmente
parce que le coût
énergétique diminue
en raison de la
croissance des
enfants (la course
est plus économique
avec de longues
jambes)
15
14
• Arrêt de l’effort à l’atteinte de l’épuisement
-1 )
– 45 s course
– 15 s de marche à 5 km/h
VO2 max -VO2 base
Coût énergétique
VMA =
13
VMA (km.h
• 3 min en continue 9 km/h suivies par
• Paliers d’incrément de 0.5 km/h toutes les
minutes (à plat). :
12
Berthoin et al. (1996)
Blonc et al. (1992)
Boreham et al. (1990)
Gerbeaux et al. (1991)
Léger et al. (1988)
Liu et al. (1992)
Poortmans et al. (1986)
VanMechelen et al. (1986)
VanPraagh et al. (1988)
11
10
9
8
Girard et al, 2006
8
10
12
âge (ans)
14
16
18
• On suppose que la capacité anaérobie est
négligeable (grossièrement vrai)
12
-1 )
6
Limites des tests
Evolution de VMA avec l ’âge (filles)
VMA (km.h
4
11
Berthoin et al. (1996)
Barabas et al. (1992)
Blonc et al. (1992)
Boreham et al. (1990)
Gerbeaux et al. (1991)
Léger et al. (1988)
Liu et al. (1992)
Mahoney et al. (1992)
Poortmans et al. (1986)
VanMechelen et al. (1986)
10
9
4
6
8
10
12
âge (ans)
14
16
18
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2. Modèles physiologiques
Mes aptitudes énergétiques (fichier Excel) - téléchargez
Modèles physiologiques aboutis
• 1ère tentative de modèle physiologique
• 1er modèle réellement de type physiologique
– Concept de puissance critique
– Concept de vitesse critique
– Concept de vitesse maximale aérobie
Record du monde
(Péronnet et Thibault, 1989)
• modèle de type physiologique aboutit
– Origine de la dépense d’énergie mécanique (rappel)
– Modèle invariant au cours du temps (Péronnet et Thibault, 1989)
– Modèle non-linéaire sprint (Arsac et Locatelli 2002; Ward-Smith,
2000 )
Capacité
anaérobie
VO2 max
Index
endurance
15
Puissance consommée dans la
locomotion
Performances
Puissance pour courir
à aux vitesses données
PV = BMR + 3,86 V + 0,4 BSA
V3 / m + 2 V3/D
Records du monde
Puissance consommée
(W/kg)
80
60
(di Prampero, 1981)
40
20
0
0
Puissances des
métabolismes
anaérobie et aérobie
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
T (s)
PV = BMR + 3,86 V + 0,4 BSA V3 / m + 2 V3/D
Endurance
VO2max
Capacité anaérobie
P. Repos
P. Nonaérodynamiques
P.
aérodynamiques
P. Phase
accélération
Performances
Rappel
Puissance pour courir
à aux vitesses données
Dépense énergétique
Records du monde
Puissance consommée
(W/kg)
80
60
PV = BMR + 3,86 V + 0,4 BSA
V3 / m + 2 V3/D
40
20
Rfri
Ra
PR A = 0.5 • SCx • ρ • v3 Pfri = C fri • m • g • v
g
Ppot = m • g • ∆H / T
WEXT
(
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
T (s)
WInt
)
Pext = ( m • g • ∆H + 1 m vmax − v min ) / Tf
2
2
2
Pint = 0.1 f v (1 + (d/(1 - d))²)
Capacité anaérobie
Locomotions
appareillées
Locomotion à
htes vitesses
Locomotions
en côte
Puissances des
métabolismes
anaérobie et aérobie
Endurance
VO2max
Locomotions
pédestres
3,86 V + 2 V3/D
0,4 BSA V3
(0,5 Cx ρ = 0,4)
Puissance consommée (W . kg-1)
Performances
Index
endurance
Puissance pour courir
à aux vitesses données
Records du monde
VO2max
PV = BMR + 3,86 V + 0,4 BSA V3 / m +
2 V3/D
80
Puissance consommée
(W/kg)
Capacité
anaérobie
60
40
[ (
PT = A / T 1 − e
T
−T / k1
P. anaérobie
)]+ 1 / T ∫ BMR B(1 − e )dt
+
0
T
20
P. aérobie
− T / k2
0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
T (s)
Capacité anaérobie
(Pv) Puissances des
métabolismes
anaérobie et aérobie
VO2max
[
(
P = A/ T 1− e
T
)]+ 1 / T ∫BMR B(1− e )
−T/k1
+
−T/k2
Endurance
Si T<420s ; B=VO2max-BMR ;
Si T>420s; B=(MAP-VO2max)+(E ln(T/420))
(Péronnet et Thibault, 1989)
16
1,1%
ErrM%
Σ (PVi - PTi)2
i =1 di Prampero
Résultats Record
IndexMonde 87
MAP
29,1
VO2 endurance
83,5
A
1657
VO2max
E
-1,539
0
Péronnet
T
Paér=
Paramètres déterminés par itération :
- VO2max
- Capacité anaérobie
- Index endurance
∫
)dt
0
[ (
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
)]
−T/k1
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
T (s)
Records du monde
−T/k2
SI(T<420 ; B=MAP-BMR ; B=(MAP-BMR)+(E*LN(T/420))
Pana = A/T 1−e
Performance réelle
1er test
(
1/ T BMR +B 1− e
n = nombre de performances
Pana
Puissance consommée (W/kg)
i=n
Records du monde
Puissance consommée (W/kg)
Résultats
29,0
MAP(W/k g)
83,4
VO2(ml/min/kg)
1 655,1
A(J/k g)
79,6
A(ml/k g)
-1,6
E(W/kg/s)
-5,6
E(%)
Résolution par itération
80
70
60
50
40
30
20
10
0
-10 0
Paér
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000
T (s)
Mesure de Coût énergétique
VO2 (ml . min-1 . kg-1)
?
max
2 mesures
sur 30 s
Performance estimée
VO2 max
Capacité
anaérobie
Index
endurance
Mesure de la capacité anaérobie (A)
5,1
(Medbø et al., 1988)
Vitesse (m . min-1)
Evaluation de l'endurance
(Medbø et al., 1988)
Demande O2 (ml . min-1 . kg-1)
A (ml . kg-1)
max
5,1
C
(ml . kg-1 . m-1)
Vitesse (m . min-1)
k2
Temps (min)
PV (W . kg-1)
Sujet N°1
3, 000 m
23.5
23.0
5, 000 m
22.5
22.0
10, 000 m
21.5
21.0
20, 000 m
20.5
20.0
21, 100 m
R2 =0 ,976
19.5
-1 . s-1)
Endurance
=
-1,56
(W
.
kg
19.0
42, 125 m
index
18.5
18.0
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
ln Temps de course (s)
17
Calcul puissance consommée
(W . kg-1)
Détermination vitesse prédite
sur 5000 m
Index
endurance
Capacité
anaérobie
VO2max
[ (
T
PT = S / T 1− e
−T / kl
)]+1 / T ∫ BMR+ B(1− e )dt
−T / k
0
P. anaérobie
P. aérobie
V5000 =
P5000
Prédite
(m . s-1)
C
(W . kg-1)
(J . kg-1 . m-1)
constante
de temps
Erreur entre V prédites - V réelles
Erreur
moyenne = 3,2%
VITESSE PRÉDITE (m .
s-1)
5,5
5,4
5,3
r = 0,85
p <0,001
5,2
i=n
^
Err = Σ V5000 - V5000
i =1
prédite
réelle
n
n = nombre de sujets
5,1
5
4,9
4,8
DROITE
4,7
D'IDENTITÉ
4,6
4,5
4,5 4,6 4,7 4,8 4,9
5
5,1 5,2 5,3 5,4 5,5
VITESSE RÉELLE (m . s-1)
Record du monde en course
à pieds
• 2ème Test du modèle de
Péronnet et Thibault (1989)
P réelle
~0,5%
Pprédite
Index
VO2 max Capacité
anaérobie endurance
(Péronnet et Thibault, 1989)
18
Record du monde en
cyclisme
cR
Scx
Scx
?
η =24,5%
Record du monde en cyclisme
Distance (m)
Temps (s)
soufflerie
PPrédite (w/kg)
Scx (m2)
52730
3600
25,84
0,213
5000
340
31,81
0,253
4000
270
32,51
0,250
1000
62
43,88
0,280
200
10,7
70,35
0,293
P réelle
=
Pprédite
VO2 max
Capacité
Index
anaérobie endurance
Valeurs de élite mondiale
Record du monde
Bilan
Comparaison SCx calculés avec SCx
études antérieures
VO2 max
SCx
calculés
(m2)
SCx
Etudes
antérieures
(m2)
0,21
0,22 à 0,26
Triathlon
0,25 à 0,33
Bas du
guidon
Capacité
anaérobie
Index
endurance
Modèle :
• Détermination de capacité anaérobie, VO2max, aptitude à l’endurance
• Satisfaisant en course à pied et en cyclisme
min
max
0,29
Record du monde
VO2 max
Capacité
anaérobie
Limites et perspectives
pour le modèle de
Péronnet
• Explication de la variabilité des performances au sein d’un groupe
de compétiteur
• Ce modèle résume très bien nos connaissances sur le plan
énergétique et mécanique dans la locomotion
2. Modèles physiologiques
Index
endurance
• 1ère tentative de modèle physiologique
1. L’économie de déplacement est supposée
invariable entre les athlètes
2. Absence d’information détaillée sur les
processus qui sou tendent la puissance anaérobie
• 1er modèle réellement de type physiologique
– Concept de puissance critique
– Concept de vitesse critique
– Concept de vitesse maximale aérobie
• modèle de type physiologique aboutit
– Origine de la dépense d’énergie mécanique (rappel)
1. Mesurer directement l’économie de déplacement avec
système portable
2. Modèle non-linéaire (variable au cours du temps)
– Modèle invariant au cours du temps (Péronnet et Thibault, 1989)
– Modèle non-linéaire sprint (Arsac et Locatelli 2002; Ward-Smith,
2000 )
19
Modélisation du 100m (Arsac et Locatelli, 2002)
Bases théoriques
Principe : équilibre de puissance
• Equation fondamentale de la locomotion :
V instantanée
Ben Johnson 87 Ch du Monde
14
Puissance métabolique
en J.s-1.kg-1
12
Vitesse (m/s)
10
8
6
2
0
0
20
40
60
80
100
E&
V=
C
Performance en
m.s-1
4
120
Distance (m)
Puissance nécessairement consommée
Arsac et
Locatelli
(2002)
(i) Puissance
maximale
anaérobie
Coût énergétique
en J.m-1 .kg-1
Puissance des métabolismes anaérobie
et aérobie
(iii) Capacité
anaérobie
(ii) Résistance (τ2)
E& = CV
En isolant la puissance métabolique
• Équations de puissances à l’équilibre
La puissance métabolique est en équilibre avec la puissance nécessaire pour se déplacer.
Ben Johnson 87 Ch du Monde
14
12
10
Vit es se (m /s )
Equilibre de puissance
8
6
4
2
0
0
P
η = méca
Pmétabo
E& = CV
Pmétabo =
D’où
20
40
60
Pméca
80
100
η
Pconsommée = C Vt + Caerody Vt η-1+ ∆Εciné ∆t-1 η-1
C associé au
travail du centre
de masse
(C = 4 J.kg-1.m-1)
C aérodynamique
(1/2 SCx ρ v² η−1)
P liée à
l’accélération du
centre de masse
(1/2 Vt+1² - 1/2 Vt²)
(i) Puissance maximale
anaérobie
P lié à
l’accélération du
centre de masse
(1/2 Vt+1² - 1/2
Vt²)
C
aérodynamique
(1/2 SCx ρ v² η−
1)
Panaert+ Paert = C Vt + Caerody Vt η-1+ ∆Εciné ∆t-1 η-1
C associé au
travail du centre
de masse
(C = 4 J.kg-1.m-1)
120
Distance (m)
(iii) Capacité anaérobie
(ii) Résistance (τ2)
Puissance anaérobie et aérobie
Ben Johnson 87 Ch du Monde
14
12
Vitesse (m /s)
10
8
6
4
2
0
0
Panaert+ Paert = C Vt + Caerody Vt
= Pmax e-t/τ2
η-1+
∆Εciné
= PMA (1-e-t/τ1)
PMA = p maximale aérobie = τ1 = 26s et PMA
20
40
60
80
100
120
Distance (m)
∆t-1 η-1
Pv = C Vt + Caerody Vt η-1+ ∆Εciné ∆t-1 η-1
Pana (W/kg)
Paéro (W/kg)
Pmax
PMA = 18.4 W.kg-1 (V02 = 52 ml.min-1.kg-1)
Pmax = p maximale anaérobie
τ1 = 26s
τ2 = 12s
P (W/kg)
Pmax
P (W/kg)
PMA = 18.4 W.kg-1 (V02 = 52 ml.min-1.kg-1)
τ1 = 26s
τ2 = 12s
t
60 s
t
t
t
60 s
(i) Puissance
maximale
anaérobie
(ii) Résistance (τ2)
120 s
(iii) Capacité
anaérobie
120 s
20
Vitesse instantanée lors de la finale du
100 m au championnat du monde 1997
Evolution de la vitesse de Maurice Green aux Championnats du
Monde de 1997
Speed (m/s)
14
12
10
Moris Green
Marion Jones
8
6
laser+vidéo
model
homme
4
2
Male World Champion (MWC)
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Time (s)
http://speedendurance.com/2008/08/22/usain-bolt100m-10-meter-splits-and-speed-endurance/
Morris Green, 97
Speed (m/s)
14
12
10
8
6
Temps par portion de 10m
laser+vidéo
model
4
2
Male World Champion (MWC)
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Time (s)
Pv= C Vt + Caerody Vt η-1+ ∆Εciné ∆t-1 η-1
Pt= Pmax e-t/τ2+ PMA (1-e-t/τ1)
Arsac et
Locatelli
(2002)
(i) Puissance maximale (ii) Résistance (τ2)
anaérobie (Pmax)
12,1 s
90,7 W/kg
(iii) Capacité anaérobie
1101 J/kg
Usain Bolt, 2008
Speed (m/s)
14
12
Evolution du coût énergétique
10
8
6
« Court 10.03 une année et 9.69 l’année suivante
Carl Lewis
laser+vidéo
model
4
2
Male World Champion (MWC)
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
modèle temps variable (Arsac, 2002)
Time (s)
Pv= C Vt + Caerody Vt
Pt= Pmax
η-1+
∆Εciné
∆t-1 η-1
Panaert+ Paert = C Vt + Caerody Vt η-1+ ∆Εciné ∆t-1 η-1
e-t/τ2+
PMA (1-e-t/τ1)
Arsac et
Locatelli
(2002)
(i) Puissance maximale (ii) Résistance (τ2)
anaérobie (Pmax)
13,3 s
92,4 W/kg
(iii) Capacité anaérobie
1228 J/kg
C est très élevé en début de
course puis C décroît en raison
de l’accélération à produire en
début de sprint
21
Puissance (W/kg)
Puissance soutenue par le métabolisme
anaérobie et aérobie
Comparaison avec modèle temps
invariant
100,00
90,00
• modèle temps variable (Arsac, 2002)
80,00
Panaert+ Paert = C Vt + Caerody Vt η-1+ ∆Εciné ∆t-1 η-1
70,00
60,00
Paer
50,00
Pana
Ptot
40,00
30,00
20,00
Caerody sous évalué de 14%
10,00
Cciné surévalué de 37%
• modèle temps invariant (Van Schenau, 1991)
0,00
0
2
4
6
8
10
12
14
Temps (s)
•Eanaer t-1+ Eaer t-1 = C V + Caerody V η-1 + Cciné V η-1
= 0.5 η-1d-1 t-2
Importance des différentes
aptitudes sur 100 m
Puissance anaérobie, Pmax,>
technique de course ,c, >
rendement du stockage
restitution d’énergie élastique, η
, > Résistance, τ2 , > qualités
aérodynamiques, k
Effet de l’altitude
Effet de l’altitude
Pour le 100 m homme :
• 9.88 s à 0m
• 9.80 s à 1 000 m
• 9.73 s à 2 000 m
• 9.64 s à 4 000 m
• 9.15 s en l’absence de RA
Conclusion (1)
Modèle non-linéaire adapté au
sprint
Pour le 100 m femme :
• 10.85 s à 0 m
• 10.76 s à 1 000 m
• 10.70 s à 2 000 m
• 10.60 s à 4 000 m
• 10.04 en l’absence de RA
Caero représente 12%-13% de Ctot à 0m,
10%-11% à 2,000 m
and 8%-9% à 4,000 m.
Ben Johnson 87 Ch du Monde
14
12
Vitesse (m /s)
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
Distance (m)
Arsac et
Locatelli
(2002)
(i) Puissance
maximale
anaérobie
(ii) Résistance (τ2)
(iii) Capacité
anaérobie)
22
Conclusion (2)
Permet d’évaluer l’importance de chacun des
facteurs de la perf
Limites du modèle d’Arsac
Ben Johnson 87 Ch du Monde
14
12
Vitesse (m/s)
10
8
6
Pas de détail quant aux voies anaérobies de fourniture
de l’énergie
4
2
0
0
20
40
60
80
100
120
Distance (m)
Arsac et
Locatelli
(2002)
(i) Technique de course
(ii) stockage –
restitution
d’énergie
élastique
Coût
aérodynamique
Modèle de Ward-Smith (2000) avec puissance
développée grâce à :
1. [ATP]
2. [PCr]
3. Glycolyse
2. Modèles physiologiques
Applications du modèle d’Arsac
• Morris Green final
des championnats
du monde de 1997
• 1ère tentative de modèle physiologique
• Usain Bolt
• 1er modèle réellement de type physiologique
http://www.youtube.com/watch?v=0vz
Hxbun52A&feature=related
– Concept de puissance critique
– Concept de vitesse critique
– Concept de vitesse maximale aérobie
http://www.wat.tv/video/2008-jopekin-usain-bolt-100mw3ud_w3t7_.html
• modèle de type physiologique aboutit
– Origine de la dépense d’énergie mécanique (rappel)
– Modèle invariant au cours du temps (Péronnet et Thibault, 1989)
– Modèle non-linéaire sprint (Arsac et Locatelli 2002; Ward-Smith,
2000 )
(Ward Smith 2000)
Puissances instantanées
(Ward-Smith, 2000)
P ATP (W/kg)
P PCr (W/kg)
P aer (W/kg)
P tot (W/kg)
P glyco (W/kg)
P nécessairement développée =
Pext + Pcin + Ppot + Paéro
Puissance (w/kg)
60
Modèle variant au cours du temps
4 puissances métaboliques (P) :
1.
P soutenue par les seuls stocks intramusculaires en ATP ADP + Pi
2.
P soutenue par le métabolisme de PCr (PCr + ADP Cr + ATP)
3.
P soutenue par la glycolyse (U Glycosyle + ADP Lactate + ATP)
4.
P soutenue par le métabolisme aérobie (U Glycolyse + ADP + O2 ATP +
CO2)
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
T (s)
Où Pext = 3,9 J/kg/m
Pcin correspond à l’accélération du sprinter
Ppot correspond à l’élévation du centre de masse des starting blocks
jusqu’à la position érigée finale
Paéro correspond à la nécessité de vaincre les résistances aérodynamiques
23
Modèle de Ward-Smith
P ATP (W/kg)
P PCr (W/kg)
P aer (W/kg)
P tot (W/kg)
P glyco (W/kg)
Puissance (w/kg)
60
50
40
30
20
10
La puissance
instantanée atteint
un pic à la 2,5 s
puis diminue de
façon
proportionnelle à
la chute du
métabolisme de
PCr
2
4
6
8
10
P ATP (W/kg)
P PCr (W/kg)
P aer (W/kg)
P tot (W/kg)
P glyco (W/kg)
60
50
•
40
30
20
10
0
2
4
6
8
10
12
T (s)
•Dans son modèles la puissance max dégagée par la seule
hydrolyse de l’ATP est atteinte en 2 s ce qui représente une grosse
approximation!
12
50 moles d’ATP sont consommées par s et par tête de myosine dès le début de
l’activation maximale
T (s)
Méthode utilisable en routine
Limites et perspectives
• Ici P mécanique = ∑ des puissances
métaboliques
• exercice maximal de bout en bout ⇒ possibilité
d’évaluation de la puissance des voies anaérobies
• vitesse instantanée mesurée avec des caméras vidéo
maintenant utilisable en routine avec un simple radar
⇒Formulation d’un modèle qui inclut le
rendement musculaire
⇒ Sans doute la seule manière de quantifier
précisément en situation écologique la
puissance maximale, la résistance et la
capacité anaérobie
décélération
Virage
Temps limite de course en fonction
de l’âge
annexes
: garçons
: filles
500
3min<Tlim<7min
↑de Tlim entre 8 et
12 ans
400
tlim (s)
Dernier coup
de pédale
La glycolyse représente la principale
voie pourvoyeuse d’énergie
0
0
0
Principaux enseignements
(Ward Smith 2000)
Puissance (w/kg)
(Ward Smith 2000)
.
300
Tlim garçon> Tlim
fille
200
100
âge (ans)
0
6
7
8
9
10 11
12
13 14
15
16
17
Berthoin
24
Hypertrophie
sédentaire
D’Antona et al., 2006
Body builder
sédentaire
Body
builder
D’antona et al., 2006
25