Chapitre 14. Les techniques de refroidissement du corps : stratégies de cooling pré- et post-exercice
p. 225-237
Texte intégral
Introduction
1Si de nombreux produits rafraîchissants sont aujourd'hui proposés aux athlètes (vestes rafraîchissantes, douches froides, chambres froides, piscine d'acclimatation, ventilateur de brume glacée, tentes portables climatisées...), plusieurs questions pratiques doivent être posées. Celles-ci sont entre autres relatives aux difficultés de transport et de stockage, au coût et à l'utilisation (plus ou moins facile) de ces différents procédés. Les entraîneurs et les athlètes sont donc particulièrement attentifs à ces aspects logistiques afin de ne pas avoir de mauvaises surprises lors de leurs déplacements sportifs, notamment lors des compétitions internationales dans des conditions climatiques plus chaudes, voire chaudes et humides.
Rappel sur les principales réponses physiologiques à la chaleur
2Dans le contexte des Jeux olympiques de Pékin, par exemple, qui se sont déroulés à une température moyenne de près de 30 °C, associée à un fort degré d'hygrométrie (près de 80 % dans le nord de la ville), la production de chaleur métabolique est devenue une charge considérable pour l'ensemble des mécanismes thermorégulateurs de nos sportifs. Rappelons que des modifications physiologiques surviennent pour tenter de lutter contre cette chaleur, avec bien évidemment un impact négatif non négligeable sur la performance sportive :
Augmentation importante des pertes hydriques par un accroissement de la sudation, ce qui entraîne une diminution du volume plasmatique (hypovolémie).
Forte vasodilatation cutanée qui se fait au détriment des muscles actifs et donc de la performance, entraînant une diminution du débit sanguin musculaire pendant l'exercice.
Redistribution de la masse sanguine vers les territoires cutanés.
Diminution du retour veineux induisant une baisse du remplissage cardiaque, ainsi qu'une réduction du volume d'éjection systolique (VES) et, par voie de conséquence, une augmentation de la fréquence cardiaque.
Augmentation de la consommation d'oxygène, de l'utilisation du glycogène et de la production de lactates, pouvant faire diminuer la capacité aérobie.
Modification de l'équilibre des différents processus responsables de la resynthèse d'ATP au cours de l'exercice et, donc, augmentation de la participation du métabolisme énergétique anaérobie lactique dans la dépense énergétique.
Récupération plus difficile, notamment à cause de la réduction du catabolisme hépatique du lactate (le foie étant moins irrigué), et à cause de la réduction du débit sanguin musculaire.
Dégradation des capacités attentionnelles.
Tâches simples ou perceptives a priori peu affectées (voire améliorées par un faible stress thermique) mais tâches complexes systématiquement altérées.
Réduction significative de la performance cognitive, aussi bien pour les tâches perceptuelles que décisionnelles.
Diminution de la rapidité et perte de précision.
Diminution de l'activité cérébrale, similaire à celle observée lors du sommeil.
Gêne lors des activités de manipulation d'objets, due à une sudation intense des mains, rendant la préhension délicate.
Dégradation de la perception visuelle et donc des temps de réaction aux signaux visuels, liée à la présence de gouttes de sueur à la surface de l'œil.
3Signalons toutefois que les aspects automatisés des habiletés motrices seront les moins affectés par le stress thermique.
4De fait, les vestes de froid apparaissent comme une technique intéressante : elles sont en effet facilement transportables et utilisables dans de nombreuses circonstances, et elles ne nécessitent pas de logistique particulière, si ce n'est d'avoir un réfrigérateur à disposition afin de les maintenir à une température efficace. Le présent chapitre détaillera les principaux résultats scientifiques ayant tenté d'objectiver les effets de l'utilisation de ces vestes sur la performance sportive, mais questionnera également l'ensemble des techniques de refroidissement avant l'exercice. À partir de l'ensemble de ces données, des modalités pratiques d'utilisation seront proposées.
1. Les techniques de refroidissement par les vestes réfrigérantes
5Une veste réfrigérante (mais l'on parle aussi parfois de « gilet refroidissant » ou de « veste de froid ») se présente généralement sous la forme d'un gilet (avec ou sans manches) semblable à un gilet pare-balles, et muni d'un système de refroidissement. Différents types de vestes (en fonction de leur système de refroidissement) sont actuellement sur le marché. Il s'agit soit de packs de glaces positionnés dans la veste (i), soit d'un tuyau parcourant l'intérieur de la veste (ii), soit de matériaux à changement de phase positionnés dans la veste (iii) [Fig. 14.1]. Chacune de ces trois technologies a pour objectif de fournir rapidement une source de froid permettant à la personne de mieux supporter l'environnement dans lequel elle se trouve.
Figure 14.1. Vestes réfrigérantes incluant différentes techniques de refroidissement (i) des packs de glace (ii) un liquide circulant (iii) des packs de matériaux à changement de phase.

Les vestes glacées contiennent généralement (au niveau du torse et du dos) plusieurs packs de glace à une température moyenne entre 0 et 4 °C. Ils doivent être placés le plus tard possible avant l'exposition à la chaleur.
Les vestes disposant d'un système de refroidissement par un liquide circulant sont équipées d'un tuyau rempli d'eau (relié à une cuve réfrigérante) qui parcourt l'ensemble de la veste ou du vêtement (gilet, pantalon). L'eau froide parcourt ainsi le tuyau dans toute la veste, en circuit fermé et pendant une durée choisie. Cette méthode est efficace car elle permet de créer un « microclimat » à température constante autour du corps, mais est peu pratique en raison de la cuve refroidissante à transporter en plus de la veste. Par ailleurs, ce type de veste nécessite une alimentation électrique ou une batterie.
Les vestes avec matériaux à changement de phase (vestes dites « MCP ») contiennent, comme les vestes à packs de glace, des packs de matériaux à changement de phase (principalement des additifs de sulfate de sodium mélangés à de l'eau), c'est-à-dire capables de changer d'état physique à partir d'une certaine température. Ces matériaux ont généralement une température de fusion autour de 30 °C à laquelle ils passent de l'état solide à l'état liquide, phénomène qui permet d'absorber une partie de la chaleur. De nombreux facteurs peuvent toutefois influencer l'efficacité d'une veste MCP : le gradient de température entre la température cutanée et la température de fusion de la veste MCP, la quantité de MCP et, comme pour les autres types de vestes, le type de vêtement porté entre la veste et la peau et le pourcentage de graisse sous-cutanée (Gao et al. 2011).
6Lors de compétitions sportives internationales ou d'entraînements en milieu chaud (voire chaud et humide), nombre de disciplines sportives peuvent être intéressées par un tel système de vêtements réfrigérants. Dans ces cultures, les traditionnelles vestes à poches de glace s'avèrent très pratiques et certainement bien plus accessibles que d'autres systèmes. D'ailleurs, leur utilisation a effectivement rapidement pris de l'ampleur dans le milieu sportif au cours des dix dernières années, principalement à cause de la situation climatique particulièrement difficile rencontrée lors d'évènements sportifs majeurs passés (Atlanta en 1996, Sydney en 2000, Athènes en 2004, Pékin en 2008) ou à venir (Doha en 2015 et 2022, Rio en 2016). L'année 2012 a vu, quant à elle, l'équipe de France A de football utiliser les vestes de froid tous les jours pendant sa préparation pour l'Euro en Pologne-Ukraine, où les températures étaient de 38 °C avec 80 % d'humidité.
7Parallèlement à cette utilisation accrue, le milieu scientifique a cherché à savoir si ces produits optimisaient ou non la performance des athlètes. De fait, de plus en plus de données sont disponibles à ce jour, permettant de déterminer si le port des vestes de froid a une incidence sur la performance et/ou la récupération du sportif, et de mieux cibler les protocoles et les durées d'exposition.
2. Pourquoi utiliser ces techniques de refroidissement ?
8Au cours de l'exercice physique, le fonctionnement des différents systèmes physiologiques implique une augmentation importante de la température corporelle interne, pouvant conduire à une réduction de la performance et accroître ainsi le risque de stress thermique (Armstrong et al. 2007 ; Wendt et al. 2007). Même si le fonctionnement homéostatique normal agit pour restreindre la montée excessive de la température corporelle centrale (Maughan et Shirreffs 2004), des interventions externes sont de plus en plus proposées car elles permettent de réduire la charge liée à la thermorégulation avant et après l'exercice, favorisant ainsi directement la performance et la récupération (Quod et al. 2006 ; Duffield 2008). Par conséquent, les interventions de refroidissement pré- et post-exercice (pré-cooling et post-cooling, ou encore cooling pré-exercice et cooling post-exercice) ont fait et font encore l'objet d'études scientifiques et sont de plus en plus utilisées dans le domaine de la recherche (Reilly et al. 2006 ; Duffield et al. 2009a).
9Les techniques de refroidissement, d'une grande variété, ciblent la réduction de la température de la peau, du muscle et/ou la température corporelle centrale ainsi que les fonctions physiologiques associées (Marino 2002). Les techniques de refroidissement peuvent être classées selon qu'elles portent sur le corps entier (immersion en eau froide, douche, chambre froide, cryothérapie du corps entier...) ou sur une partie seulement du corps (veste glacée, serviette froide, poche glacée, compresse de froid, cryothérapie locale par air pulsé...) [Duffield 2008].
10Le refroidissement du corps entier est présenté comme la meilleure stratégie d'intervention, mais il est le plus difficile à mettre en place au niveau logistique. Des stratégies d'intervention associées ont donc été suggérées (Duffield et al. 2009a), parmi lesquelles le pré-cooling, utilisé dans des conditions environnementales chaudes (> à 27 °C) voire chaudes et humides (> 70 %). Il est considéré comme ergogène quand la charge thermorégulatrice de l'exercice est importante (Marino 2002 ; Wendt et al. 2007 ; Duffield 2008). Par ailleurs, le post-cooling est devenu une stratégie de récupération populaire dans de nombreux sports, et il est utilisé dans différentes conditions environnementales, indépendamment de la charge thermorégulatrice ou environnementale (Vaile et al. 2008 ; King et Duffield 2009).
11Une partie grandissante de la littérature scientifique souligne les bénéfices ergogéniques potentiels du pré- et post-cooling, particulièrement dans des conditions environnementales chaudes. Selon ces résultats, le pré-cooling utilisé aussi bien avant les exercices d'endurance que pour les exercices intermittents, semble être bénéfique dans des températures chaudes, en particulier lorsque l'allure est libre (Kay et al. 1999 ; Arngrímsson et al. 2004). Alors que l'intérêt du post-cooling pour accélérer la récupération est plus équivoque (Barnett 2006), des études récentes rapportent malgré tout des bénéfices de cette stratégie au niveau physiologique et sur la performance, en particulier dans la chaleur (Lane et Wenger 2004 ; Vaile et al. 2008). En conséquence, il semble important de faire un état de la recherche actuelle sur les stratégies de refroidissement pré- et post-exercice comme moyens éventuels d'améliorer la performance et/ou la récupération.
3. Le cooling pré-exercice comme aide à la performance sportive ?
3.1 Effets sur la performance lors d'exercices intermittents
12Les bénéfices du cooling pré-exercice sur la performance semblent dépendre du type et de la durée de l'exercice effectué. Le cas de l'exercice maximal de plus courte durée et à dominante anaérobie (de 1-2 s à 45-60 s) est plus complexe à étudier et les bénéfices espérés d'un pré-cooling sont sujets à controverse. En général, les performances ne sont pas sensiblement améliorées au cours d'exercices de courte durée et d'intensité maximale réalisés suite à un refroidissement (Duffield 2008). L'étude de Sleivert et al. (2001) fait donc partie des rares travaux ayant examiné les effets du port d'une veste réfrigérante sur la réalisation d'exercices à haute intensité dans un environnement climatique difficile (33 °C et 60 % d'humidité) [Fig. 14.2]. Neuf hommes actifs ont ainsi effectué trois sessions composées d'un échauffement de 6 min à 50 % de V̇O2pic suivi de 6 min de repos assis puis d'un sprint maximal de 45 s sur ergocycle électromagnétique. Ces sessions étaient précédées d'une période de 45 min aux modalités différentes : une sans refroidissement préalable dans une chambre à 31 °C (CON), une avec refroidissement du torse (port d'une veste réfrigérante dans une chambre à 3 °C) et des cuisses (LC), et une avec refroidissement du torse (idem) mais avec un maintien au chaud des cuisses (LW). L'ensemble de ces tests a également été reproduit sans échauffement préalable, et des mesures de performance (puissance développée lors du sprint) ainsi que des mesures physiologiques (températures de la peau, du torse et interne, fréquence cardiaque et flux sanguin au niveau de l'avant-bras) et de perception (inconfort thermique et de température corporelle) ont été effectuées à chaque fois. Si la température musculaire ne semble pas affectée par les techniques de refroidissement utilisées lorsqu'un échauffement préalable est proposé, le cooling pré-exercice simultané du torse et des cuisses réduit malgré tout la puissance pic (-3,4 ± 3,8 % ; p = 0,04) et la puissance moyenne (-4,1 ± 3,8 % ; p = 0,01) enregistrées au cours du sprint, comparativement à la situation contrôle. Et cette diminution de puissance est encore plus importante (-7,7 % ; p = 0,01) sans échauffement préalable. En revanche, le cooling pré-exercice du seul torse ne réduit pas ces valeurs de puissance lorsque réchauffement est effectué. De façon générale, ces auteurs soulignent donc le fait que le cooling pré-exercice n'améliore pas la performance au cours d'un exercice de type anaérobie et peut même dégrader la performance si les muscles sollicités par l'exercice sont eux aussi rafraîchis. De plus, ils ont mis en évidence le fait qu'un échauffement musculaire s'avérait indispensable avant la réalisation de ce type d'exercice lorsqu'un cooling pré-exercice était effectué, et permettait (par une augmentation de la température musculaire locale) de s'affranchir des effets nuisibles d'un muscle froid sur la performance.
Figure 14.2. Changements moyens, par rapport à la situation contrôle, des valeurs des puissances moyennes et des pics enregistrés lors du sprint de 45 s sur ergocycle, avec ou sans échauffement préalable, et après un cooling pré-exercice du torse ou des jambes et du torse.

D'après Sleivert et al. 2001.
13Les premières études utilisant des protocoles intermittents n'indiquent donc pas d'amélioration des performances suite au cooling pré-exercice (Drust et al. 2000 ; Cheung et Robinson 2004). La plupart des études ne montrent pas d'effets positifs de l'application préalable de froid au moyen d'une veste réfrigérante. Dans ce contexte, Cheung et Robinson (2004) ne relèvent aucune variation significative des puissances pic et moyenne, et de la perception de l'effort lors de sprints répétés. Duffield et al. (2003) n'ont observé aucune amélioration de la performance d'un groupe de joueurs de hockey sur gazon au cours de quatre séries de sprint (15 x 5 s de sprint, entrecoupées de 55 s de récupération, à 30 °C et avec 60 % d'humidité relative) suite au port d'une veste réfrigérante 5 min avant et pendant les périodes de récupération entre les séries. Seules les températures de la peau et les indices de perception d'inconfort thermique étaient significativement plus faibles. Cependant, des données plus récentes rapportent que le cooling pré-exercice pourrait être bénéfique dans les sports d'équipe (Castle et al. 2006 ; Duffield et Marino 2007). Ces différences dépendraient de l'allure (fixe ou libre), ainsi que du nombre et de la durée des sprints effectués. Castle et al. (2006) ont rapporté un maintien de puissance sur des sprints de 5 s avec différentes méthodes de refroidissement alors que la condition contrôle présentait un déclin plus important lors d'efforts répétés pendant 40 min. Le port d'une veste réfrigérante 20 min avant la répétition de sprints pendant ces 40 min (à 33,7 °C et avec 51,6 % d'humidité) n'a pas entraîné, cependant, de modifications des puissances pic et moyenne.
14Plus récemment, des résultats contraires concernant le refroidissement des muscles sollicités par l'exercice et son impact sur la performance ont toutefois été mis en évidence par Castle et al. (2006). Ces auteurs ont utilisé trois techniques de cooling pré-exercice afin de vérifier l'hypothèse selon laquelle le stress thermique pourrait être soulagé et la température musculaire diminuée, permettant ainsi de retarder la chute de puissance observée lors de la réalisation de sprints répétés dans une ambiance chaude et humide (33,7 °C et 51,6 % d'humidité). Douze sujets entraînés ont ainsi effectué quatre sessions d'un protocole intermittent de sprints sur ergocycle (CISP). Chaque CISP durait 40 min et se décomposait en vingt périodes de 10 s de récupération passive suivies d'un sprint de 5 s face à une résistance équivalent à 7,5 % du poids des sujets, périodes elles-mêmes suivies de 105 s de récupération active. Préalablement à cet exercice, les sujets étaient soumis pendant 20 min à un cooling pré-exercice, soit au moyen d'une veste réfrigérante de 1,4 kg à une température d'environ 10 °C (« Vest »), soit par le biais d'une immersion dans de l'eau froide (« Water »), soit, enfin, par un refroidissement à l'aide packs de glace (surface des packs portée à-16 °C) au niveau des cuisses. Les principaux résultats de cette étude mettent en évidence l'inutilité du port préalable de veste réfrigérante sur l'amélioration de la performance subséquente en sprints répétés. Toutefois, cette observation principale est à considérer avec quelques précautions ; en effet, la température de la veste était seulement de 10 °C tandis que dans de nombreuses autres études ayant mis en avant les effets positifs de ce type de vestes sur la performance (notamment en endurance), les températures des vestes étaient bien plus basses, entre 1 °C et 5 °C. Ainsi, il n'est finalement pas surprenant de constater que l'augmentation du stress thermique au cours du CISP était plus rapide (p < 0,01) dans les conditions contrôle et « Veste » que dans celles où le cooling pré-exercice était effectué soit par une immersion dans de l'eau froide, soit par une application de packs de froid sur les cuisses. Finalement, seule l'application de packs sur ces dernières a permis une amélioration significative de la puissance développée (+4 % ; p < 0,05, voir tableau 14.1), comparativement à la situation contrôle, sans cooling pré-exercice.
Tableau 14.1. Comparaison des valeurs de puissance, de travail réalisé et de travail total produit lors de la procédure expérimentale de sprints réalisés dans un environnement chaud et humide, et après 20 min « Contrôle », avec veste réfrigérante, avec immersion, ou avec application de packs réfrigérants
Condition | Valeurs de puissance (en W) | Travail réalisé (en J) | Travail total (en kJ) |
Contrôle | 1,132 ± 112 | 349,1 ± 32,5 | 6,8 ± 0,72 |
Veste | 1,149 ± 127 | 356,4 ± 36,7 | 7,1 ± 0,77 kJ** |
Eau | 1,126 ± 118 | 350,9 ± 35,1 | 6,9 ± 0,77 |
Packs | 1,181±149* | 366,8 ± 42,3* | 7,1 ±0,82** |
* : différence significative de la condition « Contrôle », p < 0,05 ;
** : différence significative de la condition « Contrôle », p < 0,01.
D'après Castle et al. 2006.
15Ce résultat est toutefois intéressant et doit être pris en considération par les athlètes et les entraîneurs. En effet, si l'immersion des athlètes dans des bains d'eau froide ou leur exposition à un air froid sont très difficiles à mettre en place, l'application de packs de glace est d'une relative facilité d'utilisation et de mise en œuvre, tout comme le port de vestes réfrigérantes. En outre, Duffield et Marino (2007) ont démontré une amélioration de la course à intensité sous-maximale et à allure libre, réalisée entre des sprints, suite à un refroidissement du corps entier. Enfin, Duffield et al. (2009a) ont rapporté des résultats similaires en utilisant des techniques associées de refroidissement, incluant une veste glacée, des serviettes glacées sur la tête, et des poches de glace sur les quadriceps. Étant donné la similitude des données récentes sur les sprints intermittents à allure libre avec celles de protocoles antérieurs, il est raisonnable d'estimer que des mécanismes similaires sont responsables de l'amélioration des performances. D'ailleurs, selon certaines études, l'amélioration de la performance découlerait d'une diminution du recrutement musculaire dans la chaleur et serait liée à l'amélioration des capacités de transport et de conservation de la chaleur suite au cooling pré-exercice (Tucker et al. 2004 ; Nybo 2008). Dans ce cadre, alors que les données sur les exercices simulés de sport d'équipe sont beaucoup moins nombreuses que celles sur les exercices continus, des études récentes indiquent des bénéfices de performance similaires suite au cooling pré-exercice dans la chaleur.
16Par ailleurs, il apparaît que le cooling pré-exercice n'améliore pas la performance de courte durée (moins de 3 min), l'exercice d'intensité maximale, et pourrait même être nuisible (Crowley et al. 1991 ; Sleivert et al. 2001). Ainsi, le cooling pré-exercice pourrait ralentir la conduction nerveuse et le fonctionnement des enzymes glycolytiques, mais aussi augmenter la résistance muscle-tendon (Bishop 2003). Selon ces données, et en prenant en compte les mécanismes principaux sur lesquels pèsent positivement le cooling pré-exercice (amélioration de la fonction thermorégulatrice, réduction de la charge cardio-vasculaire et inhibition du système nerveux central), il n'est pas surprenant que les effets du cooling pré-exercice sur les efforts d'intensité maximale soient négligeables. Ainsi, l'effet du cooling pré-exercice pour les exercices maximaux de courte durée n'est pas garanti. Nous devons donc envisager les effets du refroidissement préalable sur la performance lors d'exercices de durée prolongée.
3.2 Effets sur la performance lors d'exercices d'endurance
17Si une exposition initiale suffisante au cooling pré-exercice est assurée, les réponses physiologiques induites par le froid tendent à perdurer pendant 30 min (Marino 2002 ; Duffield et al. 2010). Les recherches impliquant des exercices prolongés supérieurs à 5 min dans des conditions chaudes rapportent aussi une amélioration des performances (Marino 2002 ; Quod et al. 2006), que l'exercice soit effectué à intensité constante ou à allure libre (Lee et Haymes 1995 ; Kay et al. 1999) ; jusqu'à épuisement, sur une distance fixée ou libre (Booth et al. 1997 ; Arngrímsson et al. 2004).
18Le cooling pré-exercice est généralement ergogène dans la chaleur et semble induire une meilleure performance ou des conditions favorables à son amélioration.
19Les premières études sur les méthodes de cooling pre-exercice appliquées aux exercices d'endurance utilisaient souvent des protocoles à intensité fixe avec des durées définies ou jusqu'à l'épuisement volontaire, rapportant soit les réponses physiologiques pendant au moins 20 min pour atteindre les intensités fixées (Hessemer et al. 1984), soit pendant des durées d'exercice supérieures jusqu'à l'épuisement du sujet (Lee et Haymes 1995). Cependant, des améliorations de 1 à 15 % ont été rapportées (Olschewski et Brück 1988 ; Quod et al. 2006). Des études plus récentes ont incorporé des protocoles d'exercice à allure libre, démontrant une amélioration des performances dans la chaleur suite au cooling pré-exercice (Booth et al. 1997 ; Kay et al. 1999 ; Arngrímsson et al. 2004). Les données de la littérature indiquent des gains de performance de l'ordre de 1 à 6 % pour des protocoles d'exercice à allure libre réalisés après une période de refroidissement (Kay et al. 1999 ; Quod et al. 2006). Ces améliorations de performance sont classiquement liées à une réduction de la charge cardio-vasculaire et à une amélioration de la fourniture en O2 (Hessemer et al. 1984 ; Olschewski et Brück 1988). Cependant, des recherches plus récentes expliquent également cette amélioration des performances par une réduction du recrutement musculaire et des stratégies d'allure plus rapides (Kay et al. 1999 ; Duffield et al. 2010). Quant aux recherches portant sur des exercices de pédalage des membres inférieurs sur ergocycle, l'étude de Cotter et al. (2001) souligne les bénéfices d'un cooling pré-exercice (au moyen d’une veste réfrigérante associée à une exposition à un environnement froid a 3 °C) sur la réalisation d'un exercice maximal de 15 min. Ces auteurs ont ainsi examiné l'efficacité du port d'une veste réfrigérante sur la réalisation d'un exercice de pédalage sur ergocycle de 35 min (20 min à 65 % de la V̇O2max suivies de 15 min maximales, en mode « contre la montre », ou CLM) dans un environnement climatique éprouvant (34 °C et 60 % d'humidité relative). Neuf hommes actifs ont ainsi effectué cet exercice à trois reprises : une fois en étant placés préalablement dans une pièce à 31 °C (« Contrôle ») pendant 45 min, et deux autres fois où ils ont dû rester (également pendant 45 min) dans une pièce maintenue à 3 °C avec une veste réfrigérante, et ce, conjointement à un maintien au chaud (38 °C, « CC ») ou au froid (3 °C, « CF ») des cuisses. Les deux modalités de cooling pré-exercice ont permis d'enregistrer des valeurs significativement plus faibles des températures (centrale et de peau), de la fréquence cardiaque et des indices de perception de l'effort et de confort thermique, comparativement à la modalité de contrôle, aussi bien en début d'exercice qu'à l'issue des 20 min de pédalage à 65 % de la V̇O2max. Au cours des 15 min d'exercice suivantes (de type CLM), la puissance développée par les sujets était significativement supérieure de 17,5 % et de 16 % après les deux conditions de cooling pré-exercice en comparaison avec la modalité « Contrôle » (voir Fig. 14.3).
Figure 14.3. Évolution de la puissance relative développée par les neuf sujets au cours des 15 min d'exercice sur ergocycle de type « contre la montre ». Préalablement à cet exercice, les sujets sont restés pendant 45 min dans un environnement chaud (« Contrôle ») ou, au contraire, dans un environnement froid avec une veste réfrigérante et les cuisses maintenues au chaud (« CC ») ou au froid (« CF ») et ils ont réalisé 20 min sur ergocycle à 65 % de la

D'après Cotter et al. 2001.
20Malgré cette production de puissance supplémentaire au cours de ces 15 min d'exercice, les valeurs de température enregistrées au niveau central et au niveau de la peau restaient inférieures (p < 0,05) à celles mesurées en condition « Contrôle » au cours de ces 15 min d'exercice maximal. Selon ces auteurs, le cooling pré-exercice mis en place pendant cette expérimentation permettrait ainsi de réduire le stress thermique et les contraintes cardio-vasculaires et psychologiques liées à la réalisation d'un exercice en ambiance climatique chaude et humide. En revanche, le fait de maintenir les cuisses au chaud ou au contraire de les réfrigérer n'a aucun impact sur la performance réalisée sur ergocycle. De leur côté, Hasegawa et al. (2005) se sont intéressés aux bénéfices du port d'une veste réfrigérante sur la réalisation d'un exercice de pédalage des membres inférieurs de 60 min à 60 % de la V̇O2max (« Ex1 ») suivi immédiatement après par un temps limite à 80 % de la V̇O2max (« Ex2 »), et effectué dans des conditions climatiques particulièrement difficiles (32 °C et 70-80 % d'humidité). Neuf sujets non entraînés ont ainsi réalisé cet exercice sur ergocycle à quatre reprises : sans ingestion d'eau (« NW »), avec ingestion d'eau (« W »), avec une veste réfrigérante de 3,3 kg (« C ») et avec ingestion d'eau et veste réfrigérante (« C + W »). Il ressort de l'ensemble de l'expérimentation que le port de la veste au cours de l'exercice, associé à l'ingestion d'eau, permet d'améliorer significativement la performance des sujets (« Ex2 »), de façon plus importante que dans le cas d'une ingestion seule d'eau ou d'un port de veste réfrigérante sans hydratation conjointe (voir Fig. 14.4).
Figure 14.4. Valeurs du temps limite réalisé à 80 % de la V̇O2max à l'issue d'une heure de pédalage à 60 % de la V̇O2max, selon différentes modalités (groupe contrôle, avec ingestion d'eau, avec veste réfrigérante et avec ingestion d'eau et veste réfrigérante).

* : différences significatives entre deux conditions (p < 0,05) ;
** : différences significatives entre deux conditions (p < 0,01) ;
*** : différences significatives entre deux conditions (p < 0,001).
D'après Hasegawa et al. (2005), avec l'autorisation du J Strength Cond Res.
21Pour ces auteurs, cette amélioration du temps d'exercice à 80 % de la V̇O2max est liée, d'une part, à la marge plus importante existant avant que soit atteinte la température critique limite que permet la réalisation de l'exercice, et d'autre part, à la diminution conjointe du stress cardiovasculaire et du travail des processus de thermorégulation, les deux étant rendues possibles par le port de veste réfrigérante pendant l'exercice.
22Toujours dans le cadre d'un exercice d'endurance de pédalage des membres inférieurs, mais dans des conditions climatiques normales (21 °C, 33 % d'humidité), Hornery et al. (2005) ont tenté d'objectiver les effets du port de veste réfrigérante au cours d'une période de récupération entre deux exercices cyclistes. Quatorze cyclistes entraînés ont ainsi pris part à deux sessions d'exercice qui consistaient en la réalisation d'une heure de pédalage découpée de la façon suivante : 30 min à 75 % de la V̇O2max, 10 min de récupération passive (contrôle) ou de rafraîchissement à l'aide d'une veste réfrigérante, 20 min à 75 % de la V̇O2max, puis 10 min d'effort maximal. Les résultats de cette étude tendent à mettre en évidence une amélioration de la performance aérobie après la récupération réalisée avec la veste réfrigérante ; cette récupération n'est toutefois pas significative. De plus, la capacité de thermorégulation du corps ne semble pas non plus affectée par l'utilisation de la veste. En revanche, ces auteurs soulignent un éventuel effet placebo de l'application de froid au cours de la période de récupération : en effet, les sujets semblaient plus motivés et impliqués (indices de perception à la hausse) après cette modalité particulière de récupération pour la réalisation de l'exercice subséquent, ce qui pourrait expliquer en partie les différences de performance observées.
23D'autres études s'intéressant à la performance d'endurance en course à pied vont dans le même sens. Ainsi, Arngrímsson et al. (2004) ont montré des effets positifs du port de la veste, pendant l'échauffement, sur les températures rectale, centrale et cutanée, sur la fréquence cardiaque et les indices de perception de l'inconfort thermique, au départ et au début d'une course de 5 km (32 °C, 50 % d'humidité relative ; tableau 14.2). Ce rafraîchissement des athlètes au cours de réchauffement permettrait une réduction du stress cardiovasculaire et du stress thermique, surtout au début de l'épreuve subséquente, aboutissant in fine à une meilleure vitesse de course dans la deuxième partie de l'épreuve et, ainsi, à une amélioration significative de la performance totale (i. e. 13 s gagnées). Des résultats encore plus probants ont été obtenus par Webster et al. (2005) sur un temps limite de course à pied à 95 % de la V̇O2max (37 °C, 50 % d'humidité relative). Par ailleurs, ces auteurs montrent l'importance qu'il y a à prendre en considération les caractéristiques techniques de poids et, surtout, la capacité de dissipation de la chaleur de la veste, l'amélioration la plus significative de la performance (+49 s) étant obtenue avec la veste possédant les meilleures caractéristiques dans ce domaine.
Tableau 14.2. Effets du port d'une veste réfrigérante sur les variables cardiovasculaires, sur les températures et sur les indices de perception de l'effort et d'inconfort thermique enregistrés à la fin d'un échauffement précédent un exercice maximal de course à pied de 5 km.

* : conditions significativement différentes (p < 0,05) ;
** : conditions significativement différentes (p < 0,071).
D'après Arngrímsson et al. (2004), avec l'autorisation du J Appl Physiol.
24L'ensemble de ces travaux tend donc à confirmer que le pré-cooling, au moyen de vestes réfrigérantes, permettrait de réduire les stress thermique et cardio-vasculaire consécutifs à la réalisation d'une performance d'endurance en ambiance chaude et humide. En effet, dans ce contexte, les vestes réfrigérantes apparaissent comme une solution compensatrice permettant - en réduisant la température cutanée et en favorisant ainsi la thermorégulation par convection (dissipation de la chaleur par l'intermédiaire de la circulation sanguine)-de réduire la température corporelle (Uckert et Joch 2007). Les bénéfices du port d'une telle veste, dans le cadre d'une performance en ambiance thermique dite neutre (environ 20 °C et 30 % d'humidité), semblent très prometteurs, avec de vraies tendances à l'amélioration (Hausswirth et al. 2012 ; Hornery et al. 2005).
25D'autres techniques de refroidissement semblent avoir fait la preuve de leur efficacité. Ainsi, la plupart des études utilisant les méthodes de pré-cooling par une exposition préalable à l'air ambiant ont pu montrer une amélioration des performances, à la fois en cyclisme et en course à pied. Les techniques de pré-cooling où le corps est immergé pendant une heure dans de l'eau à 29 °C (au début) et à 22 °C (au bout d'une heure) ont montré une amélioration de la distance pour une course de 30 min effectuée sur tapis roulant par des coureurs de bon niveau (Booth et al. 1997). Pour des températures d'immersion plus basses (17-18 °C), Gonzalez-Alonso et al. (1999) ont observé une augmentation de 37 % de la performance en cyclisme après une durée d'immersion de 30 min. Les nouvelles techniques incluent notamment les serviettes froides positionnées sur le cou et la tête des sportifs afin de provoquer un pré-cooling. Une étude récente, à l'image d'autres, montre que des applications de froid pendant 20 min avant des sprints intermittents simulant des sports collectifs et 5 min pendant la mi-temps simulée (sous une température de 33 °C) augmentaient de 12 % la distance, sur courses de 85 min. De plus, le maintien de la force maximale volontaire grâce à la stratégie de précooling sans augmentation du travail fourni suggère le rôle central, et notamment des phénomènes de stratégies d'allure (Minett et al. 2011). Ces résultats sont également retrouvés lorsque les cyclistes portent ces serviettes froides pendant l'effort où la température est de 32 °C, avec une augmentation significative de 13,5 % de la distance parcourue à l'épuisement par rapport à la condition contrôle (James et Sunderland 2011).
26Très récemment, l'ingestion de boissons glacées a fait son apparition sur les terrains de sport, essentiellement lorsque les températures ambiantes sont supérieures à 30 °C. De ce fait, des études ont cherché à en comprendre les mécanismes et ont tenté d'en montrer les bénéfices pour le sportif. En général, les boissons efficaces du protocole sont à une température de 4-5 °C, et contiennent des hydrates de carbone ; elles sont ingérées avant la réalisation d'un exercice prolongé. Lee et al. (2008) ont fait boire à des cyclistes 3 x 300 ml d'eau à 4 °C pendant 30 min, et 100 ml toutes les 10 min pendant l'effort. Les cyclistes ont alors augmenté leur temps limite de 23 % (soit 11 min supplémentaires) dans des conditions thermiques de 35 °C. D'autres études viennent actuellement compléter cette méthode de précooling. Il s'agit d'ingestion d'eau glacée (-1 °C) contenant un sirop afin de faciliter la prise. Une étude très récente (Siegel et al. 2010) a comparé ce type d'ingestion d'eau glacée à une prise d'eau froide à 4 °C et ce, avant un exercice de course à pied (temps limite effectué à une intensité du premier seuil ventilatoire) en ambiance thermique de 34 °C. Les résultats montrent une augmentation du temps à l'épuisement de 10 min (soit +19 %) en condition « eau glacée » comparée à la condition « eau froide ». De plus, l'eau glacée a permis d'obtenir des températures rectales plus faibles de 0,4 °C avant le début de l'effort par rapport à la condition « eau froide » ; et la relation s'inverse à la fin de l'exercice puisque les températures étaient plus élevées (+0,3 °C) pour la condition « eau glacée ». Ces résultats sont également retrouvés lorsque les conditions thermiques sont neutres, soit proches de 22 °C (Isham et al. 2010).
27Ces différentes méthodes facilitent véritablement la réalisation d'une performance dans le domaine aérobie, en ambiance chaude comme en ambiance neutre. Elles sont quelquefois employées dans des stratégies dites de « postcooling », à savoir en récupération de fin d'exercice ou entre deux exercices.
4. Le cooling post-exercice favorise-t-il la récupération ?
28Le refroidissement effectué post-exercice, en particulier par l'immersion en eau froide, est une méthode de récupération populaire chez beaucoup de sportifs et de scientifiques (Barnett 2006). Certes, les données de la recherche restent quelque peu équivoques ; cependant il en existe assez pour se faire une idée des bénéfices de cette méthode. Toutefois, Schniepp et al. (2002) ont rapporté que l'immersion en eau froide réduisait la puissance de sortie sur ergocycle au cours du second sprint de 30 s. De plus, Peiffer et al. (2009) montrent une réduction du pic de force isométrique suite à une immersion en eau froide effectuée après exercice. Ces résultats évoquent des effets négatifs du refroidissement sur le développement de la force maximale en phase de récupération immédiate après un exercice. À l'inverse, Ingram et al. (2009) ont rapporté une récupération plus rapide de la force maximale isométrique des extenseurs de la cuisse et des temps de sprints suite à 80 min d'activité simulée de sport d'équipe. De manière similaire, Dawson et al. (2005) ont rapporté des différences minimales en saut vertical ou puissance pic au cours d'une phase de récupération de 48 h après un match, en utilisant l'immersion en eau froide comparée à une situation contrôle. Cependant, Vaile et al. (2008) ont rapporté une réduction de 4 % de la performance au cours d'un second exercice de 30 min de cyclisme réalisé après une période de récupération active, alors que l'immersion en eau froide maintenait la performance suite à une récupération effectuée dans la chaleur (34 °C). En accord avec ces travaux, Lane et Wegner (2004) ont rapporté une petite augmentation du travail réalisé suite à un refroidissement, au cours d'une seconde session maximale de 18 min de cyclisme faite 24 h après la première. Cette petite amélioration contrastait avec les réductions significatives notées lorsque la récupération passive faisait suite au premier exercice de cyclisme. Ainsi, actuellement, l'efficacité du cooling post-exercice pour améliorer la récupération et la performance est particulièrement questionnée.
29Enfin, selon King et Duffield (2009), le cooling post-exercice n'engendre que des effets modérés, tels qu'un pourcentage de déclin inférieur au cours de sauts verticaux répétés et de sprints réalisés le deuxième jour d'un exercice simulé de sport d'équipe.
30En dépit de ses résultats mitigés sur la performance, l'immersion en eau froide et le cooling post-exercice semblent réduire plus efficacement la température corporelle moyenne et la fréquence cardiaque (Vaile et al. 2008), sans différences cependant au niveau des marqueurs sanguins du métabolisme (Halson et al. 2008). Ceci a conduit au postulat suivant : l'immersion en eau froide engendrerait un ajustement de la distribution circulatoire qui pourrait favoriser la performance au cours de l'exercice suivant (Vaile et al. 2008). De plus, les bénéfices du cooling post-exercice semblent plus apparents lorsque l'exercice a été réalisé dans la chaleur (Halson et al. 2008 ; Duffield et al. 2009b). Or, une forte charge thermique interne peut engendrer un déclin immédiat de la performance et ralentir la récupération d'un fonctionnement optimal (Wendt et al. 2007). Ainsi, le degré de stress thermique induit par l'exercice ou l'incapacité de tolérer la charge imposée peut engendrer une baisse prolongée de la performance. Des recherches précédentes ont souligné la réduction de l'activation volontaire suite à un exercice épuisant à cause d'une hyperthermie du corps entier, impliquant une réduction sélective par le système nerveux central des muscles actifs suite à l'exercice (Martin et al. 2004 ; Thomas et al. 2006). Selon ces données, la réduction de la force maximale peut être le résultat d'une réduction de la commande du système nerveux central vers les muscles actifs, agissant comme un mécanisme de protection visant à réduire la production de chaleur métabolique et à limiter la montée de la température corporelle (Tucker et al. 2004 ; Martin et al. 2004). Par ailleurs, ceci souligne que le maintien d'une forte charge thermique interne peut affecter la performance dans les exercices suivants. Alors que des résultats contradictoires existent, le cooling post-exercice est certainement bénéfique pour réduire la charge thermique interne, et peut améliorer la performance au cours d'exercices d'endurance ou prolongés d'intensité élevée.
31Comme pour toutes les techniques de refroidissement, les mécanismes classiquement avancés sont une augmentation du volume circulatoire et, en conséquence, une amélioration du flux sanguin musculaire (Marino 2002 ; Vaile et al. 2008). La vasoconstriction périphérique résultant des changements de température corporelle (dus au refroidissement et à la fermeture de la vascularisation locale) favorise une plus grande circulation centrale qui peut être bénéfique pour réduire le stress cardiaque lié à l'augmentation du retour veineux et du volume systolique (Maw et al. 2000). Cependant, parmi le peu d'études ayant investigué le cooling post-exercice, quelques-unes rapportent des différences de rythmes cardiaques qui ne s'expliquent pas par la nature passive de l'immersion en eau froide ou par des différences de mesures cardiovasculaires durant les exercices subséquents (Thomas et al. 2006 ; Vaile et al. 2008 ; King et Duffield 2009). De plus, étant donné l'absence de différences notables dans les mesures cardiovasculaires, métaboliques ou hormonales liées aux interventions de refroidissement (voir les études de Vaile et al. 2008 et Halson et al. 2008), il est possible que des mécanismes centraux régulent la récupération de la performance suite au stress induit par l'exercice. Cependant, cette théorie reste spéculative puisqu'aucune recherche publiée n'a encore démontré ou réfuté cette hypothèse.
32Un autre domaine d'importance pratique est l'aide à la récupération psychologique suite à l'exercice. Or les données de la littérature indiquent que le cooling post-exercice est bénéfique à la perception d'un état de récupération optimale (Ingram et al. 2009 ; Duffield et al. 2009b). Les données récentes indiquent d'ailleurs une réduction de la perception de l'effort (RPE) et du niveau de douleur musculaire suite au cooling post-exercice ou à une récupération effectuée en ambiance froide (Duffield et al. 2009b ; King et Duffield 2009). De plus, Rowsell et al. (2009) ont rapporté que l'immersion en eau froide après chaque match, pendant quatre jours de tournoi de football simulé, n'améliorait certes aucune variable physique, mais était bénéfique à l'état de récupération perçu et au niveau de douleur musculaire ressentie après le tournoi. Même s'il est difficile de ne pas suspecter un effet placebo, les bénéfices psychologiques du cooling post-exercice peuvent malgré tout constituer un outil majeur de récupération pour les athlètes engagés dans des compétitions. De plus, le cooling post-exercice pourrait aussi réduire la sensation de douleur et la réponse inflammatoire liée à des dommages musculaires ou à des blessures (Meeusen et Lievens 1986). Dans ce cadre, des données récentes ont rapporté que l'utilisation de poches de glace suite à des efforts maximaux répétés de 250 m en course à pied pouvait bloquer les marqueurs sanguins pro et anti-inflammatoires (Nemet et al. 2009).
33Certaines études complémentaires proposent des situations sportives où le post-cooling a lieu entre deux épreuves, à l'image des mi-temps en sports collectifs. Une étude très récente (Hausswirth et al. 2012) a porté son attention sur les effets de l'immersion en eau froide (20 °C ; « CWI »), d'une veste réfrigérée (« cryovest », « V ») et d'une condition passive de contrôle (« PAS ») comme méthodes de récupération sur les réponses de thermorégulation entre deux exercices effectués dans des conditions thermiques neutres. Neuf cyclistes masculins bien entraînés ont effectué deux sessions de cyclisme de 45 min à une intensité sous-maximale dans une salle à neutralité thermique (20 °C) ; les sessions étaient séparées par 25 min de récupération. Des mesures étaient effectuées avant (« Pré »), immédiatement après le premier exercice (« Ex1 »), après la récupération (« R ») et après le deuxième exercice (« Ex2 »). L'utilisation de « V » et de « CWI » induisaient une réduction de la température de la peau (« Tskin ») après « R » (-2,1 ± 0,01 °C et-11,6 ± 0,01 °C, respectivement, p < 0,01). L'utilisation de la cryovest induisait une réduction de la fréquence cardiaque au cours du deuxième exercice, tandis qu'une diminution des lactates (La-), de la température centrale (Tcore), du débit ventilatoire (E) et de la consommation d'oxygène (V̇O2) était enregistrée à la fin du deuxième exercice (p < 0,05). La condition « CWI » (20 °C) permettait également de diminuer La-, Tcore, Tskin et tandis qu'une élévation de Na+ était observée (p < 0,05). En conclusion, les résultats de cette étude indiquent l'effet bénéfique que des stratégies de refroidissement (« V » et « CWI ») entre deux exercices d'endurance effectués dans un environnement à neutralité thermique peuvent avoir sur la réduction de la contrainte thermique lors du second exercice. Toutefois, la facilité de mise en place de la veste de froid et la stabilité de la natrémie nous orientent objectivement vers l'utilisation de cette technique entre deux exercices d'endurance, y compris lorsque celui-ci a lieu en ambiance thermique neutre.
34En résumé, l'efficacité du cooling post-exercice comme stratégie de récupération est quelque peu mitigée. Cependant, suffisamment de données existent pour suggérer des bénéfices liés à sa pratique, surtout lorsqu'elle est réalisée entre deux épreuves. Alors qu'une amélioration de la performance musculaire est généralement soulignée suite au cooling post-exercice, il semble que les bénéfices à long terme restent encore à prouver. En conséquence, malgré des résultats mitigés quant à l'utilisation du cooling post-exercice dans des conditions particulières (chaleur, blessure), cette technique de refroidissement semble constituer une réelle méthode de récupération, surtout en considérant sa facilité de mise en œuvre lorsque l'on utilise les vestes de froid.
Conclusion
35En conclusion, une partie de plus en plus importante de la littérature indique que l'utilisation des méthodes de refroidissement-fort nombreuses-, peut améliorer la performance et/ou la récupération dans le cadre d'exercices prolongés d'intensité faible ou élevée. Le cooling pré-ou post-exercice pourrait alléger la charge thermique ou modifier le fonctionnement physiologique et/ou neuromusculaire pour permettre une augmentation de la production de force musculaire, améliorant ainsi la performance et la récupération, et ce, que l'ambiance soit neutre ou chaude. Le thème des techniques de refroidissement a pris de l'ampleur depuis les Jeux olympiques de Pékin en 2008, et devrait être au cœur des préoccupations à l'occasion des Jeux olympiques de Rio en 2016, ou de la coupe du monde de FIFA en 2022 au Qatar.
Applications pratiques
36■ Le cooling pré-exercice améliore l'exercice prolongé dans la chaleur, en réduisant les charges thermique et perceptuelle liées à l'exercice.
37■ Le cooling pré-exercice idéal pourrait combiner ingestion d'eau glacée légèrement sucrée et port d'une veste de froid, pendant au moins 30 min.
38■ Le cooling post-exercice pourrait être bénéfique pour accélérer la récupération de certains systèmes physiologiques, et il pourrait améliorer la récupération de la performance, en particulier pour les exercices réalisés dans la chaleur, impliquant une forte contrainte physiologique.
39■ L'importance du refroidissement dépend des possibilités logistiques de la situation, mais il est important d'essayer de refroidir la plus grande surface corporelle possible durant au moins 10 min ; il faut également s'assurer qu'un échauffement adapté est mis en place après le refroidissement.
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Auteurs
PhD. Département de la recherche – INSEP. Laboratoire Sport, Expertise et Performance (SEP)
PhD. Laboratoire « Motricité, Interactions, Performance », université de Nantes
PhD. Sport et science de l'exercice, université de technologie, Sydney (Australie)
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Dopage et performance sportive
Analyse d'une pratique prohibée
Catherine Louveau, Muriel Augustini, Pascal Duret et al.
1995
Nutrition et performance en sport : la science au bout de la fourchette
Christophe Hausswirth (dir.)
2012