Figure 1 – Triptyque force-vitesse-endurance.

Être fort, oui, mais à quelle vitesse ?

1Accélérer, changer de direction, faire une passe, un tir, résister à l’adversaire : le point commun de toutes ces actions est la nécessité de produire une force externe importante sur le sol, sur l’adversaire ou sur une balle. Dans de nombreux sports (sports collectifs, de combats, de raquettes ou athlétisme) et dans certaines situations, ces actions doivent être effectuées à intensité maximale. C’est le cas d’un rugbyman en première ligne en mêlée qui doit produire le plus de force possible au sol avec ses jambes pour résister ou faire reculer les joueurs adverses. Mais c’est également le cas pour son coéquipier ailier lorsqu’il doit sauter le plus haut possible ou lorsqu’il est lancé en sprint à 30 km/h et qu’il doit lui aussi produire le maximum de force au sol pour continuer à accélérer. La performance dans ce type d’action est donc liée à la capacité à produire un maximum de force… à différentes vitesses de mouvement.

2Les capacités de production de force des athlètes ne peuvent donc pas se réduire à une seule valeur de force maximale mesurée dans une condition donnée (par exemple un saut ou une répétition à charge maximale). Si on s’intéresse aux contractions concentriques, déterminantes dans les performances explosives (saut, sprint, lancer), ce sont bien « les » forces maximales que l’athlète peut développer à différentes vitesses de mouvement qui sont importantes. Celles-ci sont très bien décrites par la relation force-vitesse (FV). Sur les mouvements pluri-articulaires (saut, pédalage, sprint, extensions des membres supérieurs), cette relation est linéairement décroissante : notre capacité à produire un maximum de force diminue quand la vitesse de mouvement augmente (Bobbert, 2012 ; Dorel et al., 2010 ; Jaric, 2015 ; Samozino et al., 2012, Fig. 2). On est loin ici de la relation FV hyperbolique qu’Archibald Hill avait mise en évidence en 1938 sur un muscle isolé de grenouille et qui caractérisait uniquement les propriétés mécaniques des composantes contractiles musculaires (Hill, 1938). La relation FV linéaire obtenue sur des mouvements pluriarticulaires intègre des mécanismes physiologiques (type de fibres, angle de pennation des fibres, masse musculaire, raideur des tendons), neuromusculaires (coordination intra et intermusculaire, recrutement et fréquence de décharge des unités motrices) ou biomécaniques (longueur et inertie des segments, bras de levier articulaire, efficacité gestuelle). Compte tenu de cette modélisation linéaire, les deux points extrêmes de cette relation suffisent à la caractériser entièrement : la force maximale théorique à vitesse nulle (F0, intersection de la relation avec l’axe de la force) et la vitesse maximale théorique jusqu’à laquelle de la force peut être produite (V0, intersection avec l’axe de la vitesse : Fig. 2). Ces deux valeurs extrêmes représentent deux qualités différentes de production de force : les capacités à produire de la force à vitesse lente et à vitesse élevée. Ces deux capacités sont indépendantes : être fort à vitesse faible n’est pas du tout lié à être fort à vitesse élevée. Ceci a été expérimentalement supporté par l’absence de réelle corrélation entre F0 et V0 mesurées lors de sauts sur plus de cinq cents sportifs et sportives de niveaux et de sports très différents. Ainsi, être capable de soulever 250 kg en squat n’équivaut pas à développer beaucoup de force lors d’un saut vertical ou d’un départ en sprint. Certains athlètes seront forts sous la barre chargée mais ne le seront pas sur le test de détente réalisé à poids de corps, et inversement pour d’autres. Il se peut que certains athlètes soient forts dans les deux situations, c’est-à-dire qu’ils présentent des valeurs de F0 et V0 importantes. Dans ce cas, ils présentent alors une puissance maximale plus élevée que les autres athlètes. La puissance étant le produit de la force par la vitesse, la puissance maximale (Pmax, sommet de la relation parabolique puissance-vitesse, Fig. 2) intègre les qualités de production de force à vitesse faible et élevée (F0 et V0) et constitue alors le paramètre le plus macroscopique pour décrire l’ensemble des capacités de production de force en dynamique : plus la relation force-vitesse est décalée vers la droite et vers le haut, plus l’athlète est fort « globalement » aux différentes vitesses, et donc plus sa Pmax sera élevée. En revanche, la seule valeur de Pmax ne permet pas de distinguer les qualités de production de force à vitesse faible et élevée.

3Ainsi, il existe une multitude de profils individuels différents de production de force. Ces différents profils, appelés profils force-vitesse-puissance (FVP), se caractérisent par des valeurs de F0, V0 et Pmax différentes. Et même pour une Pmax identique, deux athlètes peuvent présenter des profils FV très différents, ce qui se caractérise par différentes pentes de leurs relations FV (Samozino et al., 2012 ; Fig. 2). Ces profils faisant référence aux capacités de production de force externe des membres inférieurs ou supérieurs, ces différences de profils peuvent être liées aux différents mécanismes sous-jacents à la production de force mentionnés plus haut.

Figure 2 ­– Relations force-vitesse (linéaire) et puissance-vitesse (parabolique) typiques des extenseurs des membres inférieurs pour deux sportifs présentant la même puissance maximale mais des profils force-vitesse (FV) différents : un profil FV orienté vers les qualités de force (F0, production de force maximale à vitesse faible, lignes vertes) et un profil FV orienté vers les qualités de vitesse (V0, production de force à vitesse élevée, lignes orange).

Comment évaluer les profils individuels force-vitesse-puissance ?

4La détermination des profils individuels FVP est donc un bon outil pour évaluer les capacités de production de force des athlètes sur l’ensemble du spectre des vitesses de mouvement. Cette évaluation nécessite de mesurer la force produite lors d’efforts maximaux réalisés à différentes vitesses, chaque effort représentant un point sur les relations FV et PV. Ces différentes vitesses peuvent être atteintes en utilisant différentes charges ou résistances (par exemple des sauts avec différentes charges sur les épaules) ou alors en réalisant un sprint (pédalage ou course à pied) de 5 à 7 secondes permettant d’avoir des extensions de membres inférieurs (coups de pédales ou pas) réalisées dans des conditions de vitesse très différentes. Même si une détermination de la relation FV basée uniquement sur deux conditions (et donc deux points) suffit et a été montrée comme fiable et reproductible (García-Ramos et al., 2018 ; Jaric, 2016), il est préconisé d’avoir au moins quatre ou cinq points couvrant le spectre de vitesses le plus large possible afin de réduire les répercussions de potentielles petites erreurs de mesure.

5Le choix du mouvement utilisé pour ces tests dépend du niveau souhaité de spécificité à une activité sportive. Par exemple, une évaluation de ces profils lors de mouvements de saut (Bosco et al., 1995 ; García-Ramos et al., 2019 ; Giroux et al., 2015 ; Samozino et al., 2014) ou sur une presse horizontale (Samozino et al., 2012 ; Yamauchi et Ishii, 2007) permet de déterminer les capacités de production de force des membres inférieurs sans être spécifiques à un sport donné. C’est la force totale développée qui est considérée. À l’inverse, lorsque ces profils sont évalués sur des sprints en pédalage (Dorel et al., 2010 ; Samozino et al., 2007 ; Vandewalle et al., 1987) ou en course à pied (Morin et al., 2012 ; Rabita et al., 2015 ; Samozino et al., 2016), seule la composante de la force utile au mouvement est considérée, ce qui intègre alors l’habileté technique de l’athlète à développer efficacement sa force dans la bonne direction. Ces profils sont alors plus spécifiques à la tâche de pédalage ou de course.

6Quel que soit le mouvement, la force externe développée et la vitesse de mouvement doivent être mesurées (mouvements iso-inertiels ou à résistance constante) et/ou contrôlées (mouvements isocinétiques). Pour cela, des ergomètres de laboratoire instrumentés de capteurs de force et de position/vitesse sont utilisés : cyclo-ergomètre avec capteur de couple ou de force dans le pédalier ou les pédales (Dorel et al., 2010), tapis de sprint dynamométrique (Morin et al., 2010), plateforme de force (García-Ramos et al., 2019; Giroux et al., 2015 ; Rabita et al., 2015) ou ergomètres spécifiques (Samozino et al., 2012 ; Yamauchi et Ishii, 2007). Ces méthodes de laboratoire, très fiables et reproductibles, sont assez peu utilisées sur les terrains d’entraînement, excepté dans certaines structures de haut niveau, du fait de l’investissement financier associé qui est souvent très conséquent, des compétences spécifiques liées à l’utilisation de ces outils et du temps à accorder à ce type d’analyses. Des méthodes de terrain ont été proposées précisément pour démocratiser ces évaluations et les rendre accessibles aux professionnels travaillant directement avec les athlètes. Le plus souvent, ces méthodes utilisent des mesures cinématiques simples (position, vitesse ou accélérations) qui sont de plus en plus faciles à obtenir hors d’un laboratoire grâce à l’arrivée de petits capteurs en tout genre (accéléromètres, codeurs filaires, centrales inertielles), plus ou moins précis et reproductibles. À ces mesures cinématiques sont appliquées les lois de la dynamique pour estimer les forces externes produites (García-Ramos et al., 2019 ; Giroux et al., 2015 ; Rahmani et al., 2000). En 2008, une méthode simple a été proposée pour déterminer la force, la vitesse et la puissance produite lors de sauts réalisés à différentes charges à partir de trois paramètres faciles à obtenir sur le terrain : la hauteur de saut, la masse et la distance de poussée (Samozino et al., 2008). La validité de cette méthode a été prouvée par les faibles différences observées en comparaison des mesures faites sur plateforme de force, et ce par différentes équipes (García-Ramos et al., 2019 ; Giroux et al., 2015 ; Jiménez-Reyes, Samozino, Pareja-Blanco, et al., 2017 ; Samozino et al., 2008). Cette méthode a ensuite été intégrée à une application pour smartphones, Myjump2, développée par Carlos Balsalobre-Fernández (2015), permettant de mesurer la hauteur de saut avec précision grâce à sa caméra haute vitesse, et donc une détermination fiable des profils FVP (Stanton et al., 2017). De la même manière, une méthode de terrain a été proposée pour évaluer les profils FVP en sprint en course à pied à partir d’un modèle biomécanique nécessitant uniquement des données anthropométriques (masse, taille) et spatio-temporelles (vitesse ou position en fonction du temps) simples à obtenir sur un stade ou dans un gymnase (Samozino et al., 2016). Un seul sprint de 30 ou 40 m suffit. La reproductibilité et la validité de cette méthode ont également été montrées en comparant les résultats obtenus à ceux mesurés par des plateformes de force (Morin et al., 2019 ; Samozino et al., 2016). Là aussi, le modèle biomécanique et les équations associées à cette méthode ont été intégrés dans une application pour smartphones, Mysprint app, développée par Pedro Jimenez-Reyes (Romero-Franco et al., 2017), qui permet, toujours grâce à la caméra haute vitesse, de mesurer avec précision l’évolution de la position de l’athlète tout au long de son sprint et de déterminer le profil individuel FVP. L’évaluation des profils FVP peut alors se faire de manière fiable directement sur le terrain.

Entraînement basé sur les profils force-vitesse-puissance

7Le profil FVP est un bon outil pour avoir une vue complète (du moins sur des actions concentriques) des capacités de production de force d’un athlète et pour paramétrer les modalités d’entraînement lorsque ces capacités maximales de production de force sont un enjeu pour la performance. C’est le cas, par exemple, dans les sports dont certaines phases clés sont en partie liées à des mouvements explosifs, des accélérations maximales ou des contacts avec les adversaires. Dans ces cas-là, l’objectif premier de l’entraînement en force est de décaler la relation FV vers le haut et la droite, et donc d’augmenter les qualités de puissance (Pmax), indicateur global des capacités de production de force en dynamique. Néanmoins, entraîner les capacités à produire une force maximale à vitesse faible ou à vitesse élevée ne relève pas des mêmes modalités ou méthodes d’entraînement (Cormie et al., 2011). Il est indispensable de cibler la ou les vitesses de mouvement auxquelles on souhaite que l’athlète soit plus fort. Le profil FVP permet alors d’identifier les forces et les faiblesses de chaque athlète quant à sa capacité à produire de la force aux différentes vitesses. Une fois cette zone de vitesses identifiée, il faut ajuster la modalité d’entraînement (charge, résistance) pour que l’athlète entraîne sa capacité à produire de la force dans cette zone de vitesses ciblées. C’est ce qui est plus connu sous le terme anglo-saxon « Velocity Based Training » (VBT). Il n’est alors plus question ici de fixer de manière universelle la charge ou la résistance (celle-ci pouvant changer en fonction de la fatigue, des ergomètres utilisés, du niveau de pratique ou de l’entraînement), mais bien la vitesse à laquelle la production de force doit être travaillée. À noter qu’il n’est pas toujours évident de balayer l’ensemble du spectre de vitesses sur certains mouvements. Par exemple, lorsqu’il s’agit d’améliorer la force des extenseurs des membres inférieurs, la condition de saut vertical à poids de corps se situe environ au milieu de la relation FV, alors qu’elle est souvent considérée (à tort) comme un mouvement à vitesse élevée. Ainsi, si la force à vitesse faible est ciblée par l’entraînement, il est assez aisé d’ajouter des charges additionnelles ou toute autre résistance pour ralentir le mouvement. Néanmoins, pour travailler la force à des vitesses plus élevées que la vitesse atteinte sur un test de détente, il est nécessaire de diminuer les contraintes opposées au mouvement (par exemple squats horizontaux, Samozino et al., 2018) ou d’ajouter des assistances (par exemple des élastiques tractant vers le haut, Argus et al., 2011 ; Cuk et al., 2014 ; Markovic et al., 2011). Ces différentes modalités d’entraînement permettent de cibler l’entraînement par rapport aux besoins spécifiques de chaque athlète.

8Besoins, forces, faiblesses de l’athlète… mais par rapport à quoi ? Différents points de comparaison peuvent être utilisés pour juger des déficits de force dans un secteur ou un autre de la relation FV. Le plus simple et le plus courant (mais peut-être pas le plus pertinent) est la comparaison aux autres athlètes d’un même groupe d’entraînement. Il est alors possible de déterminer les athlètes qui ont des profils FV plus orientés vers les qualités de force à vitesse faible (et donc déficit de force à vitesses élevées) et ceux dont le profil FV est tourné vers les qualités de vitesse (déficit de force à vitesses faibles) (Fig. 3a). Pour éviter que l’interprétation soit dépendante du groupe d’entraînement, l’utilisation de valeurs normatives, liées au sport, au niveau de pratique ou au poste de jeu peut alors s’avérer une bonne alternative, à condition que des valeurs de référence existent. Ces dernières années, de nombreuses études ont rapporté des valeurs de profils FVP (via F0, V0 et Pmax) sur différents mouvements (saut, sprint, pédalage) et dans différents sports, ce qui permet d’avoir quelques repères intéressants (Cross et al., 2015 ; Dorel et al., 2010 ; Giroux et al., 2016 ; Haugen et al., 2019 ; Jiménez-Reyes et al., 2018 ; Rabita et al., 2015). Enfin, la meilleure solution pour déterminer les qualités à travailler est de tenir compte des demandes de l’activité en termes de production de force. Pour smacher, un joueur de badminton aura besoin d’être fort à vitesse très élevée. Pour un rugbyman en première ligne en mêlée, il sera plutôt nécessaire d’être fort à vitesse lente. Mais si on veut que ce joueur saute également haut sur une touche, il faut aussi qu’il soit capable de produire beaucoup de force à des vitesses intermédiaires. Ceci nécessite d’avoir une analyse assez fine de l’activité et surtout de connaître les vitesses auxquelles la force doit être produite en situation de compétition. Ce type d’analyse n’est pas toujours évident, notamment lorsque le mouvement se fait à des vitesses intermédiaires et lorsque l’objectif est d’aller le plus vite possible, ce qui nécessite une production de force la plus grande possible. C’est le cas par exemple des actions explosives comme les sauts, les départs d’accélération en sprint ou les changements de direction. Dans ces cas-là, il faut augmenter Pmax. Mais cela peut être fait en travaillant sur les différents secteurs de la relation FV, et il est difficile de placer justement le curseur sur la relation FV pour identifier le secteur de vitesse à travailler en priorité pour que les gains de puissance aient le plus de répercussions positives sur la performance. Une analyse biomécanique de ce type de mouvement (saut, poussées explosives horizontales) a permis d’identifier exactement le bon équilibre à avoir entre les qualités de force (force maximale à vitesse lente) et les qualités de vitesse (force à vitesse élevée : Samozino et al., 2012, 2014 ; Fig. 3b). Ces études ont mis en évidence que deux athlètes présentant la même Pmax pouvaient présenter des performances en saut différentes de 30 % juste à cause de leur profil FV qui était plus au moins équilibré. Au-delà de la Pmax qui doit être la plus grande possible, il existe un profil FV optimal permettant de maximiser les performances lors de mouvements où il faut accélérer sa propre masse le plus possible. Ce profil FV optimal, qui est individuel et lié au type de poussées à effectuer (saut vertical, départ en sprint ou plongeon en natation par exemple), est alors un bon outil pour détecter des déficits côté force ou vitesse en comparaison à ce que l’athlète lui-même devrait présenter pour être plus performant (Morin et Samozino, 2016 ; Samozino et al., 2012, Fig. 3c).

Figure 3 (a-b-c) ­– Trois situations typiques d’entraînements individualisés basés sur les profils FVP des membres inférieurs pour 3 athlètes présentant des profils FV différents (ligne pleine, à gauche) et dont l’objectif est d’améliorer les impulsions explosives réalisées à poids de corps (type saut). L’athlète#1 présente un déficit de capacités à produire de la force à vitesse faible (F0) en comparaison à son profil FV optimal (lignes en pointillés, à gauche). L’athlète#2 présente un déficit de capacités à produire de la force à vitesse élevée (V0) en comparaison à son profil FV optimal. L’athlète#3 présente un profil FV optimal (profil FV équilibré). L’objectif de l’entraînement est d’augmenter la puissance maximale (Pmax) en rééquilibrant le profil FV. Ceci peut être effectué par la mise en place (dans différentes proportions) d’exercices spécifiques ciblant les différentes zones de vitesse (faible, intermédiaire et élevée) nécessitant prioritairement une amélioration de la capacité de production de force.

9L’efficacité d’un entraînement individualisé basé sur ces déséquilibres du profil FV a été testée et comparée à un entraînement classique non-individualisé (Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli, et al., 2017). L’objectif était d’améliorer les qualités d’explosivité des membres inférieurs telles qu’on peut les mesurer par un test de détente verticale. Dans le groupe expérimental, chaque athlète s’entraînait en fonction du déficit (en force à vitesses lentes ou à vitesses élevées) mis en évidence par la comparaison entre son propre profil FV et le profil FV optimal (Fig. 3c). Les athlètes du groupe contrôle s’entraînaient tous de la même manière, sans tenir compte de leur profil FV et en ciblant indistinctement tous les secteurs de la relation FV. Après neuf semaines d’entraînement, les résultats ont montré une diminution claire et quasi-systématique du déséquilibre de profil FV par rapport au profil FV optimal pour le groupe expérimental, ce qui était associé à une amélioration de la performance en saut. Pour le groupe contrôle, c’était beaucoup moins clair. Aucune amélioration moyenne n’a été observée : une partie des athlètes avait progressé, une autre régressé et une dernière stagné (Jiménez-Reyes, Samozino, Brughelli, et al., 2017). Récemment, cette étude a été répliquée, non plus en fixant la durée d’entraînement commune à tous les athlètes, mais en entraînant les athlètes de manière individualisée jusqu’à ce que leur déséquilibre de profil FV soit corrigé (Jiménez-Reyes et al., 2019). Les mêmes résultats ont été obtenus sur l’efficacité de ce type d’entraînement individualisé et fondé sur les profils FV. En outre, cette étude a montré que la capacité des athlètes à s’adapter en réponse à un entraînement spécifique (visant différents secteurs de la relation FV) était individuelle : elle dépend en grande partie du type de déficit initial (côté force ou côté vitesse) et de l’importance de ce déficit initial (Jiménez-Reyes et al., 2019). Ainsi, la durée de l’entraînement pour atteindre le bon équilibre FV doit être elle aussi individualisée.

Conclusion

10Lorsque produire une quantité importante de force externe sur le sol, sur l’adversaire ou sur une balle est un des éléments essentiels de la performance, les relations force-vitesse et puissance-vitesse sont de bons outils pour caractériser les capacités de production de force de chaque athlète sur l’ensemble du spectre de vitesses de mouvement. La grande diversité de ces profils force-vitesse-puissance souligne une grande variabilité des besoins de chaque athlète en termes d’entraînement en force. Ainsi, il devient intéressant d’évaluer ces profils individuels et d’en tenir compte dans l’entraînement des capacités de production de force en adaptant les modalités d’exercices pour travailler dans les zones de vitesses ciblées sur la relation FV.