Chapitre 3
Produire de hauts niveaux de force et de puissance lors d’actions brèves à haute intensité
p. 113-169
Texte intégral
Caractérisation des actions brèves et intenses
1Dans cette partie nous nous intéresserons aux actions brèves (jusqu’à 3 secondes) réalisées à intensité maximale, isolées ou répétées avec une récupération supérieure à 3 min. Nous trouvons ce type d’actions brèves et intenses nécessitant la production de hauts niveaux de force et de puissance dans de nombreuses activités dites explosives : sprint en athlétisme ou en cyclisme, départ en aviron, soulevé de terre en haltérophilie, mêlée au rugby, fente en escrime… Quelques exemples de valeurs de force et de puissance sont proposés dans le tableau 1.
Tableau 1 – Production de force et de puissance dans différents sports.
| Puissance moyenne (W) | Puissance Pic (W) | Force moyenne (N) | Force pic (N) | ||
| AVIRON | |||||
| Steinacker et al, 1993 | Skiff ; Départ 0–10 secondes | 600–700 | 2500-3000 | 1000–1500 | |
| ATHLÉTISME | |||||
| Rabita et al, 2015 | Départ starting blocks, sprinteurs élites | 1415 ± 118 | 2695 ± 244 | 783 ± 59 | 1650 ± 271 |
| ESCRIME | |||||
| Guilhem et al, 2014 | Marché–fente, sabreuses élites | 1052 ± 232 | 470 ± 77 | ||
| CYCLISME | |||||
| Dorel et al. 2008 | Premier tour de pédale complet, sprinteurs et sprinteuses élites | 1741 ± 460 | 1754 ± 417 | ||
2Concernant ces exercices explosifs maximaux, nous avons longtemps pensé que la performance était limitée par la disponibilité des substrats énergétiques. Aujourd’hui, l’approche prédominante est centrée sur la capacité musculo–squelettique à produire de hauts niveaux de force. La réalisation de ces efforts qui durent moins de 3 secondes, correspond à une intensité maximale mobilisant des ressources énergétiques importantes, qui ne se traduiront en vitesse de déplacement ou en puissance élevée que s’ils sont associés à une grande justesse au plan technique. En d’autres termes, produire un mouvement explosif dépend de nombreux facteurs neuromusculaires et énergétiques. Dans ce chapitre, nous décrirons d’abord ces facteurs, pour ensuite nous intéresser aux méthodes susceptibles d’améliorer la performance explosive.
Dans la production de mouvements explosifs les notions de force, vitesse et puissance sont très liées. Ce cadre rappel reprend les liens entre ces différentes notions.
• La puissance (P) moyenne se définit comme le rapport entre la quantité totale de travail (W) effectuée et le temps (t) mis pour effectuer ce travail.
P = W / t
• La puissance (P) moyenne est égale au produit de la force moyenne (F) par la vitesse moyenne (v).
P = F × v
• Le travail (W) d’une force est le produit de la force appliquée à un objet de masse m par le déplacement (Δl) de cet objet.
W = F × Δl
• Lien entre travail, puissance, force et vitesse.
P = W/t= (F × Δl) / Δt = F × (Δl / Δt) = F × v
• Le travail s’exprime en joules (J), la puissance s’exprime en Watts (W) et la force s’exprime en Newtons (N).
D’après ces équations, pour augmenter la puissance sur un mouvement spécifique, il faut, soit réaliser ce mouvement plus rapidement, soit soulever une charge plus importante pour une même durée de mouvement.
Produire un mouvement explosif
3Le muscle strié squelettique est l’organe effecteur de la production du mouvement. Comme expliqué dans le chapitre 2, le muscle convertit de l’énergie chimique en énergie mécanique. Cette énergie mécanique générée au niveau des protéines contractiles sera ensuite transmise jusqu’aux leviers osseux, grâce aux tendons, pour permettre le mouvement. De la commande motrice générée au niveau du système nerveux central jusqu’au mouvement, il existe donc un certain nombre de facteurs neuromusculaires et énergétiques qui peuvent influencer la force, la vitesse et la puissance du mouvement réalisé.
Facteurs neuromusculaires
4La production d’un mouvement est en premier lieu le résultat d’une commande nerveuse établie et régulée au niveau central, c’est-à-dire par les structures cérébrales (cortex moteur, thalamus, cervelet…). Cette commande est ensuite acheminée jusqu’au muscle en empruntant un réseau de neurones passant notamment par la moelle épinière. Le neurone conduisant la commande motrice de la moelle épinière jusqu’au muscle effecteur est appelé motoneurone. Au niveau de la jonction entre ce motoneurone et le muscle (jonction neuromusculaire) le signal nerveux, matérialisé en un potentiel d’action, est transmis à un ensemble de fibres musculaires provoquant ainsi la contraction volontaire du muscle (Komi, 2003). La force et la puissance produites par la contraction de ce muscle dépendent du nombre d’unités motrices recrutées, du type de fibres recrutées, des propriétés mécaniques des tissus et de la synchronisation du recrutement des différentes fibres et des différents muscles qui transmettent la force aux leviers osseux. Dans cette partie nous aborderons donc I) l’arrangement géométrique du complexe muscle-tendon ; II) ses propriétés contractiles et mécaniques ; et III) les coordinations intra- et inter-musculaires.
Géométrie musculaire
5Plus le nombre de fibres musculaires recrutées est important plus le niveau de force produit est élevé. Ainsi, plus un muscle possède un nombre important de fibres musculaires, se traduisant par un plus grand volume musculaire, plus il est capable de produire de hauts niveaux de force.
6Les fibres musculaires regroupent un ensemble de myofibrilles constituées des sarcomères eux-mêmes composés des protéines contractiles d’actine et de myosine. Au sein du muscle, les fibres musculaires sont regroupées en faisceaux. Ces structures sont séparées les unes des autres par du tissu conjonctif (élément structurant les aponévroses et les fascias). L’ensemble des faisceaux constitue le muscle (Jones et al. 2005 ; Marieb et Lachaîne, 2005). Le tissu tendineux possède, comme le muscle strié squelettique, différents niveaux structuraux organisés de manière hiérarchique (Fig. 1).
Figure 1 – Représentation schématique des différents niveaux structuraux du complexe muscle-tendon.

Adapté de Jones, et al. 2005 ; Marieb et Lachaîne, 2005.
7Le volume ou masse musculaire, c’est-à-dire la quantité de matériel contractile, est donc directement proportionnel aux capacités de force. Ce paramètre peut être objectivé par la mesure de la surface de section transversale (cross sectionnal area : CSA) [Fig. 2]. Plus la CSA est importante, plus le muscle dispose d’une capacité de production de force importante. Par exemple, les sprinters élites, capables de produire de très hauts niveaux de force, présentent des CSA plus importantes que des sprinters amateurs (Hakkinen et Keskinen, 1989). Cependant, le volume global du muscle et la CSA ne dépendent pas uniquement du nombre de fibres musculaires. Ils dépendent également de l’organisation des fibres au sein du muscle. La force générée est donc également liée à l’architecture musculaire (Fukunaga, et al. 1997). Ainsi les paramètres architecturaux tels que l’angle de pennation et la longueur des fascicules musculaires (Fig. 2) sont déterminants dans les capacités de production et de transmission de la force musculaire (Lieber et Friden, 2000). L’angle de pennation correspond à l’angle entre le fascicule musculaire et l’aponévrose inférieure du muscle. L’augmentation de l’angle de pennation permet une augmentation du nombre de sarcomères en parallèle et donc de la CSA (Fukunaga et al. 2001 ; Reeves et al. 2009). Ces augmentations d’angle de pennation et de CSA sont corrélées à une augmentation de la production de force (Lieber et Friden, 2000). Cependant, au-delà d’une certaine valeur l’augmentation de l’angle de pennation peut aussi s’avérer contreproductif et altérer l’efficacité de la transmission de la force et de la vitesse de contraction (Aagaard et al. 2001 ; Duchateau et Baudry, 2011). La longueur des fascicules musculaires correspond au nombre de sarcomères en série. L’augmentation du nombre de sarcomères en série et donc de la longueur des fascicules permet d’augmenter la vitesse de raccourcissement du muscle. Les sprinters élites présentent des fascicules musculaires plus longs que ceux des sprinters amateurs (Abe et al. 2001 ; Abe et al. 2000). Les sprinters élites présentant des CSA et des longueurs fasciculaires plus importants sont ainsi capables de produire de plus hauts niveaux de force que les amateurs pour des vitesses de contraction élevées lors de la course.
Figure 2 – A. Image échographique du muscle gastrocnemius medialis. Les paramètres architecturaux pouvant être identifiés sont l’épaisseur musculaire (e), l’angle de pennation (θ) et la longueur de fascicule (LF) (adapté de Narici 1999). B. Coupe de section transversale du soléaire (SOL), Gastrocnémien médial (GM) et latéral (GL).

8La structure et l’architecture des muscles et du tendon peuvent être évaluées grâce à des méthodes d’imagerie comme le scanner, la radiographie, l’imagerie par résonance magnétique ou encore l’échographie (Fouré, 2010). L’utilisation de l’échographie présente notamment l’avantage de permettre l’observation in vivo de l’évolution des longueurs de fascicules et des angles de pennation lors de la réalisation de tâches diverses (Ishikawa et al. 2005 ; Reeves et al. 2004).
La production de hauts niveaux de force et de vitesse dépend de la quantité et de l’agencement du matériel contractile (fibres musculaires). Plus le volume musculaire est important, plus le muscle peut produire des niveaux de force élevés. Plus la longueur des fascicules est élevée plus le muscle peut atteindre des vitesses de raccourcissement élevées.
Figure 3 – Relations force-vitesse (lignes en pointillés) et puissance-vitesse (lignes pleines) représentatives des fibres musculaires humaines de type I (cercles noirs), IIa (cercles gris) et IIx (cercles blancs). Les courbes force-vitesse sont modélisées par l’équation hyperbolique de Hill et les relations puissance-vitesse calculées à partir des paramètres de l’équation de Hill. Température : 12°C ; longueur de sarcomère : 2,5 µm. Vitesse exprimée en longueur de fibre par seconde. Puissance exprimée en Watts par litre.

Adapté d’après Bottinelli et al. 1996.
Propriétés contractiles et mécaniques
9Lors de la contraction musculaire, le potentiel d’action représentant la commande motrice va activer un ensemble de fibres musculaires. L’ensemble composé par un motoneurone et les fibres qu’il innerve constitue une unité motrice (Enoka et Fuglevand, 2001). Toutes les fibres d’une même unité motrice auront les mêmes caractéristiques. Les différentes caractéristiques contractiles des fibres musculaires dépendent de leur contenu en chaînes lourdes de myosine. En effet, selon leur composition, les fibres musculaires peuvent être différenciées selon trois grands types (type I, IIa et IIx), composant de manière hétérogène le muscle (Bottinelli et al. 1996). Les fibres de type I sont constituées de myosine qui libère lentement l’énergie nécessaire à la contraction, d’où leur appellation de fibres lentes. Elles ont un diamètre plus petit que les autres types de fibres et sont les premières activées lors de la contraction. Le signal électrique nécessaire pour activer les fibres de petit diamètre est moins intense que pour les fibres de plus gros diamètre. Nous parlerons de seuil de recrutement faible pour les fibres I. C’est le principe de recrutement selon la taille d’Henneman (1957). Les fibres de type I produisent de faibles niveaux de force et ont une vitesse de contraction lente. Elles sont, en revanche, plus résistantes à la fatigue que les fibres de type IIa de diamètre supérieur qui sont recrutées à des seuils plus élevés. Les fibres de type IIa résistent moins à la fatigue mais produisent davantage de force et possèdent une vitesse de contraction plus élevée que les fibres de type I grâce à une composition en myosine libérant plus rapidement l’énergie nécessaire à la contraction. Enfin les fibres de type IIx, dites « rapides », produisent de plus hauts niveaux de force et de vitesse mais sont plus fatigables que les fibres précédentes (Brooke et Kaiser, 1970).
10La typologie des fibres musculaires influence donc la force et la vitesse de raccourcissement du muscle lors d’une contraction et par conséquent la puissance produite. La figure 3 issue des travaux de Bottinelli et al. (1996) représente les relations force-vitesse pour chaque type de fibre. Elle met en évidence des différences de vitesse de contraction importantes entre les types de fibre, qui se répercutent sur les capacités de production de puissance maximale (cf. équations cadre rappel). Ainsi, nous pouvons constater qu’au-delà d’une certaine vitesse de contraction, les fibres de type I ne sont plus capables de générer de la force. Nous pouvons alors aisément en déduire que leur contribution à la performance lors d’exercices réalisés à haute intensité sera limitée.
11Les muscles majoritairement composés de fibres de types II sont ainsi capables de réaliser des contractions rapides et de produire des niveaux de puissance importants. Les sportifs de haut niveau pratiquant des disciplines explosives telles que le sprint, ont en moyenne une proportion de fibres de type II supérieure à celle de sujets non-entraînés (Komi, 2003). En 2015, Trappe et al. ont eu l’opportunité de réaliser des biopsies du vaste latéral (quadriceps) du recordman du monde du 60 m haies (7,30s). Le muscle était composé de 71 % de fibre de type II dont 24 % de fibre de type IIx. Les études précédentes rapportaient 6 % de fibre de type IIx chez des sprinteurs de très bon niveau. C’est la plus large proportion de fibre de type IIx observée à ce jour chez l’Homme.
12La typologie des fibres composant le tendon (fibres de collagène) influence, quant à elle, l’efficacité de la transmission passive des forces produites lors de la contraction musculaire. En effet, les propriétés mécaniques du tendon peuvent varier selon le type de collagène composant ce dernier (Wang, 2006).
13En fonction de la typologie des fibres musculaires et de la composition du tendon, les comportements mécaniques peuvent être très variables d’un complexe muscle-tendon à l’autre. La raideur est l’une des propriétés mécaniques qui peut influencer la production et la transmission de la force. La raideur (exprimée en Newtons par mètre, N/m) correspond au rapport entre une force appliquée à un objet et la quantité de déformation de cet objet. Elle indique la résistance à la déformation d'un corps. Ainsi lorsque le complexe muscle-tendon est déformé, lors d’une contraction ou d’un étirement, la raideur des tissus contractiles et conjonctifs va influencer la force qui sera transmise aux leviers osseux. Il existe donc une relation entre la longueur du muscle et la force qu’il génère. Cette relation peut être très variable selon le muscle considéré et en fonction de l’organisation des protéines contractiles. L’ensemble des relations force ou tension-longueur des différents muscles d’un complexe articulaire entraîne alors une relation globale couple de force-angle au niveau de l’articulation mobilisée (Jones, et al. 1989). D’après cette relation couple de force-angle, il existe un angle optimal pour lequel le groupe musculaire produit une force maximale (Blazevich, et al. 2009). Cet angle correspond au meilleur compromis entre les tensions produites par les composantes passives (tendons, enveloppes conjonctives) et les forces produites par les structures actives (sarcomères). Une blessure sur l’un des muscles du groupe ou un entraînement spécifique, peuvent induire une modification de cet angle optimal (Jones et al. 1989) [Fig. 4]. Par exemple, chez des sabreuses de haut niveau, les relations couples-angles sont différentes entre la jambe avant et la jambe arrière (i.e. en position de fente) (Guilhem, et al. 2014). Pour les angles les plus ouverts et les plus fermés, les sabreuses sont capables de produire un plus haut niveau de force avec la jambe avant qu’avec la jambe arrière. Les sollicitations répétées du quadriceps avant lors des réceptions de fentes peuvent expliquer cette adaptation de la relation couple-angle (Fig. 5).
Figure 4 – Effet de l’entraînement musculaire à une longueur donnée sur les relations tension-longueur individuelles et couple-angle.

Le groupe musculaire est composé de 3 muscles a, b et c qui ont des relations tension-longueur qui se chevauchent. Ces relations contribuent à la relation globale couple-angle (trait pointillé) du complexe articulaire. L’entraînement à une longueur donnée (flèche) cause une modification de la relation tension-longueur du muscle c et une modification de la relation globale couple-angle (adapté d’après Jones et al. [1989]).
Figure 5 – Relations couple-angle au cours de contractions concentriques maximales (isocinétique à 30°/s) pour l’extension et la flexion du genou avant (gris clair) et arrière (gris foncé) chez des sabreuses élites.

D’après Guilhem et al. [2014].
La production de hauts niveaux de force et de vitesse dépend des propriétés mécaniques du complexe muscle-tendon. Il existe un angle optimal au niveau de l’articulation auquel les tensions passives et actives du ou des complexes muscles-tendons permettent de produire les plus hauts niveaux de force.
Coordination intra- et inter-musculaire
14Comme évoqué dans la partie précédente, les mouvements rapides ou produisant de hauts niveaux de force nécessitent l’activation d’unités motrices présentant de hauts seuils d’activation, c’est-à-dire les unités motrices principalement constituées de fibres de type II. Pour produire plus de force et de puissance, un plus grand nombre d’unités motrices peut aussi être sollicité. C’est le recrutement spatial. Le recrutement temporel correspond quant à lui à une augmentation de la sollicitation de la même unité motrice afin d’augmenter la force produite (Enoka et Fuglevand, 2001). Pour solliciter d’avantage cette même unité motrice, le nombre de potentiels d’action transmis à l’unité motrice sur la période de contraction (la fréquence de décharge du motoneurone) augmente. La capacité à activer rapidement des unités motrices ayant un haut seuil de recrutement et à synchroniser ce recrutement, est donc déterminante pour produire de hauts niveaux de force et pour des vitesses de contractions élevées (Milner-Brown et al. 1975). Cette capacité est donc indispensable dans tous les sports qui nécessitent une certaine explosivité comme celles citées dans le tableau 1 (sprint en athlétisme et cyclisme, sport de combat…)
15Sur des mouvements pluri-articulaires, les contributions individuelles de chaque muscle impliqué dans la production de force au cours du temps (ou coordinations musculaires), vont également jouer un rôle prépondérant dans la production globale de force et de puissance.
16Au cours d’un saut par exemple, le timing d’activation et de relaxation des muscles agonistes, synergistes et antagonistes doit, en effet, être extrêmement précis pour optimiser la production de puissance et la performance (Bobbert et Van Ingen, 1988). Cette approche permet d’appréhender une part de la composante technique du geste. L’efficacité des coordinations musculaires va conditionner le niveau de force produit lors de l’impulsion et la vitesse atteinte au moment du décollage (Cormie et al. 2011).
17Lors d’un exercice de pédalage, Duchateau et al. (1986) ont montré que les débuts des périodes d’activité du gastrocnemius medialis et du soleus dépendent de la fréquence de pédalage (vitesse) et de la résistance (force). Dorel et al. (2012) ont confortés ces données en montrant des différences de contributions respectives de chaque muscle à la puissance produite et des timings d’activation variables, entre un exercice de pédalage réalisé de manière sous-maximale (150 W) et le même exercice réalisé de manière maximale (sprint).
18Enfin chez des sabreuses de haut niveau, Guilhem et al. (2014), ont observé, lors de déplacements spécifiques, des liens entre le niveau d’activation des muscles extenseurs de la jambe arrière au cours des phases propulsives du mouvement et la vitesse d’exécution du mouvement. Ces résultats mettent ainsi en évidence un lien direct entre les coordinations intermusculaires et les niveaux de force, de vitesse et de puissance produits.
Au niveau nerveux, pour réaliser des actions explosives, il faut pouvoir activer le plus rapidement possible le plus grand nombre d’unités motrices de type II et synchroniser la séquence d’activation des différents muscles.
Aspects énergétiques
19Sur le plan énergétique, pour réaliser un effort bref et maximal, il est nécessaire de disposer de la plus grande réserve possible d’énergie rapidement mobilisable.
20Ni le pH, ni les réserves en bicarbonates dans le sang ne sont affectés par cet exercice bref et maximal. Les ressources énergétiques sont, pour l’essentiel, basées sur les réserves en ATP et Pcr (70 % environ). Selon Spencer et al. (2005), un sprint de 3 secondes est réalisé à partir des contributions de l’ATP en réserve (10 %), de la PCr (55 %), de la glycolyse (filière lactique) pour 32 % et des réserves d’O2 (3 %).
Figure 6 – Représentation schématique A) des contributions respectives des filières énergétiques observées aux besoins d’énergie d’un exercice HI de quelques secondes, B) de la sollicitation de chaque filière en % de sa puissance, C) des réponses métaboliques à ce type d’exercice (30m sprint).

Légende : réserve d’ATP avant exercice, O2 sur Hb et myoglobine, PCr = phosphocréatine, glycolyse = système lactique.
HCO3 = Bicarbonates. Quantité de HCO3 utilisée en hachuré et encore mobilisable en bleu.
La flèche indique le sens d’évolution entre le repos et l’exercice maximal
Évaluer les capacités de force et de puissance
21Les qualités de force peuvent être évaluées au niveau d’une articulation grâce à des ergomètres spécifiques. Dans ces conditions, la force maximale ou le couple de force maximal sont couramment mesurés. Ces deux paramètres sont à corréler avec les capacités de puissance maximale (Newton et Kraemer, 1994). Le taux de développement de la force (rate of force development, RFD) est également un paramètre évalué, en particulier pour estimer la capacité à augmenter la force produite le plus rapidement possible c’est-à-dire la force explosive. Le RFD correspond à la pente de la courbe représentant la relation entre la force produite et le temps. Ce paramètre peut être calculé selon différentes méthodes et sur différentes fenêtres de temps (Maffiuletti et al. 2016). Le RFD a initialement été considéré comme un marqueur de l’efficacité de la commande nerveuse. Pourtant, quelques études suggèrent aujourd’hui que les propriétés mécaniques du muscle, en particulier les relations force-longueur (de 0 à ~100 ms après le début de montée en force) et force-vitesse (au-delà de ~100 ms) influencent substantiellement la force explosive (Hager, thèse en cours). Le RFD est lié à la performance sportive dans de nombreuses activités : sprint (Slawinski et al. 2010) cyclisme (Stone et al. 2004) ou encore haltérophilie (Kawamori et al. 2006).
22Les qualités de force, de vitesse et donc de puissance peuvent aussi être évaluées au niveau mono-articulaire ou pluri-articulaire en déterminant des relations force-vitesse et puissance-vitesse. Fenn et March (1935) sont les premiers à avoir décrit précisément une relation entre les paramètres de force et de vitesse lors de contractions concentriques réalisées sur muscle isolé chez l’animal. D’après cette relation, plus la vitesse de raccourcissement du muscle augmente, moins la force générée par la contraction est importante. En 1938, Hill confirme cette relation hyperbolique inverse entre la force produite par un muscle isolé et la vitesse de raccourcissement. Comme la puissance est définie par le produit de la force et de la vitesse, il également possible d’établir une relation puissance-vitesse au niveau du muscle (Fig. 7).
Figure 7– Relations force–vitesse et puissance–vitesse au niveau du muscle isolé.

La force est exprimée par rapport à la force maximale (Fmax) développée à vitesse nulle. La puissance est exprimée en fonction de la puissance maximale (Pmax) développée par le muscle lors d’une contraction. La vitesse est exprimée par rapport à la vitesse maximale (Vmax) observée pour une force nulle.
Cormie, et al. 2011.
23Le développement des ergomètres isocinétiques à la fin des années 1960 a permis d’appréhender les caractéristiques de la relation force-vitesse lors de mouvements mono-articulaires comme les extensions/flexions du genou, du coude ou les flexions plantaires et dorsales. Ces mesures ont, par exemple, mis en évidence que lorsque la vitesse de mouvement augmente, la force produite en contraction concentrique par les extenseurs du genou diminue selon une relation curvilinéaire, jusqu’à une valeur plateau au-delà de laquelle la force reste stable. La force produite en contraction excentrique est, en revanche, moins dépendante de la vitesse (Fig. 8). Toutefois, les mouvements isocinétiques ne permettent pas d’obtenir de très hauts niveaux de vitesse et constituent une modalité d’exercice relativement différente des actions sportives. Ainsi, l’utilisation de mouvements mono-articulaires balistiques réalisés à charge légère complète ces observations mettant en évidence une relation force-vitesse relativement proche de celle observée sur muscle isolé (Duchateau et Hainaut, 1984).
Figure 8 – Évolution du couple de force normalisé par rapport à la force maximale volontaire isométrique en fonction de la vitesse angulaire de mouvement selon plusieurs études ayant caractérisé la relation « force–vitesse ».

D'après Guilhem et al. [2010].
24Dès 1928, Best et Partridge ont observé la relation entre la force et la vitesse lors de mouvements plus complexes mobilisant plusieurs articulations ou mouvements pluri-articulaires. Leur étude, réalisée sur un exercice de sprint, montrait en effet que la composante de force horizontale maximale appliquée par les membres inférieurs diminuait à mesure que la vitesse de course augmentait. Comme le montre la figure 9, ces relations force-vitesse (ou charge-vitesse) et puissance-vitesse ont ensuite été confirmées pour de nombreux mouvements pluri-articulaires au niveau des membres inférieurs : en squat (Rahmani et al. 2001), saut vertical (Samozino et al. 2008), pédalage (Dorel et al. 2010) et sprint en course à pied (Morin et al. 2012) ; et des membres supérieurs : tirage vertical (Giroux et al. 2017) et développé couché (Rahmani et al. 2018).
25Au cours de ces différents mouvements, à mesure que la charge ou la résistance augmente, la force nécessaire pour créer un déplacement est plus importante. De manière concomitante, la vitesse d’exécution diminue. Contrairement à la forme hyperbolique observée au niveau du muscle, les relations force-vitesse sur des mouvements pluri-articulaires sont linéaires.
26À partir de ces différentes relations, il devient possible d’extraire la force maximale (F0) développée à vitesse nulle, la vitesse maximale (v0) estimée par extrapolation pour une force nulle et la puissance maximale (Pmax) développée lors du mouvement analysé. Ces paramètres théoriques maximaux représentent les limites mécaniques et neuromusculaires du ou des segments considérés (Cormie et al. 2011, Samozino et al. 2008). De manière intéressante, on constate que ces paramètres maximaux peuvent généralement être corrélés avec les performances athlétiques ou sportives (Cronin et Hansen, 2005). Par exemple, la performance en sprint sur 40 m est corrélée avec Pmax et V0 extraits du profil puissance-vitesse obtenu au cours de ce même sprint (Rabita et al. 2015). Une performance en aviron, sur ergomètre, peut également être corrélée avec les paramètres théoriques maximaux de force, vitesse et puissance obtenus à partir de profils force-vitesse et puissance-vitesse en tirage verticale et en squat (Giroux et al. 2017). En raison de sa simplicité d’utilisation et sa capacité à déterminer le profil musculaire individuel d’un sportif, cette approche est progressivement transposée à d’autres gestes sportifs (patinage ; Perez, thèse en cours).
27D’un point de vue pratique, ces paramètres peuvent permettre un ajustement précis des charges d’entraînement, afin d’imposer un stress mécanique adapté pour induire des adaptations neuromusculaires servant l’amélioration des performances. La détermination du 1RM (charge maximale pouvant être soulevée une seule fois) reste encore bien souvent la méthode la plus utilisée pour déterminer les capacités de force sur des mouvements pluri-articulaires et pour calibrer les séances d’entraînement en force. Les paramètres théoriques maximaux peuvent compléter le 1RM et même le remplacer. En effet, il existe une très forte corrélation entre le 1RM et F0 (Jidovtseff et al. 2011 ; Picerno et al. 2016 ; Riviere et al. 2017).
Les capacités de force, vitesse et puissance peuvent être évaluées au niveau du muscle, de l’articulation ou sur des mouvements plus globaux par la détermination des profils force-vitesse et puissance-vitesse. Le RFD (taux de développement de la force) est aussi un indicateur des capacités d’explosivité.
Figure 9 – Relations force–vitesse mesurées (A) sur presse horizontale (Bobbert, 2012) ; (B) dans un mouvement de squat (Rahmani et al. 2001) ; (C) en pédalage (Dorel et al. 2010) ; (D) lors d’un saut vertical (Samozino, et al. 2008) ; (E) en sprint en course à pied (Morin et al., 2012) ; (F) en développé couché (Rahmani, et al. 2018) ; (G) en tirage vertical (Giroux, et al. 2017). ∫0 : fréquence de pédalage optimale ; Feff0 : force maximale correspondant à une fréquence de pédalage nulle.

Entraîner les qualités de force, de vitesse et de puissance
Principes généraux
28L’amélioration des qualités d’explosivité d’un athlète peut être obtenue en augmentant les qualités de force et/ou ses qualités de vitesse. Pour chaque qualité travaillée, différents types d’exercices sont utilisés à des charges adaptées. La conception des programmes d’entraînement doit, avant tout, tenir compte de la spécificité du sport dans lequel l’amélioration des qualités physiques doit être transférée. Les adaptations dépendent également de l’état initial d’entraînement. Par exemple, les gains après un entraînement en force sont plus marqués chez des personnes peu entraînées (Fig. 10).
29La calibration des séances doit donc tenir compte des qualités individuelles du sportif. Comme évoqué dans la partie précédente, outre le 1RM, les profils force-vitesse (ou charge-vitesse) et puissance-vitesse constituent un moyen de calibration des séances d’entraînement. Différents secteurs ou zones peuvent être distingués. Travailler au niveau de force (charge) et/ou vitesse d’un des secteurs de la relation permet d’améliorer une qualité spécifique (force, puissance ou vitesse).
Figure 10 – Effet de l’état initial d’entraînement sur les gains en force après entraînement en musculation (résultats issus d’environ 150 études). NE, non–entraînés ; ME, modérément entraînés ; E, entraînés ; TE, très entraînés ; EL, élite.

D’après Kraemer et al. (2002).
Figure 11 – Zones de travail définies à partir des relations force–vitesse et puissance–vitesse (adapté de Jidovtseff et al. [2009]).

Améliorer la force maximale
30Les exercices les plus couramment utilisés pour développer la force maximale sont des exercices traditionnels à charge constante (modalité de résistance iso-inertielle) et les exercices d’haltérophilie. Le squat et le développé-couché font parties des exercices traditionnels de résistance. Ces exercices impliquent une phase de décélération. En effet, lorsqu’ils sont effectués sans projection de la charge (non-balistique) (Newton et al. 1996) ces exercices nécessitent d’atteindre une vitesse nulle à la fin du mouvement. Pour une charge correspondant au 1RM, la phase de décélération représente environ 23 % de la durée de la phase de poussée (action concentrique) lors d’un développé-couché. Plus la charge diminue, plus l’amplitude de cette phase est importante. Par exemple, la phase de décélération est de 40 % à 50 % de l’amplitude du mouvement pour des charges légères correspondant à 45 % du 1RM (Newton et al. 1996). Dans un mouvement de squat, la phase de décélération est toujours accompagnée d’une baisse de la sollicitation musculaire limitant donc les adaptations induites par la répétition de cet exercice (Clark et al. 2012). De plus, ce geste est principalement réalisé avec des charges lourdes et donc à des vitesses qui restent largement inférieures à celles d’un geste sportif comme le saut ou le lancer (Cormie et al. 2007 ; Newton et al. 1996). Les exercices isoinertiels non-balistiques à charge constante peuvent donc permettre d’améliorer les capacités de force maximale mais les adaptations induites par ces exercices sont rarement transférables à la pratique sportive, excepté pour des efforts réalisés contre des résistances élevées (e.g. mêlée au rugby). Les exercices d’haltérophilie (e.g. arraché, épaulé-jeté) peuvent également être utilisés pour améliorer la force maximale. Ces exercices se rapprochent d’avantage des modalités balistiques. En effet, ils permettent une accélération sur l’amplitude complète du mouvement et une projection en fin de mouvement qui s’accompagne d’un déplacement actif de l’athlète sous la barre (Garhammer, 1993). Le pattern des mouvements d’haltérophilie est donc plus proche de celui de mouvements utilisés dans de nombreux sports (sprint, saut). Les puissances les plus élevées pour ce type d’exercice ont été enregistrées pour des charges d’environ 70-85 % du 1RM.
31En règle générale, que l’exercice soit balistique ou non, les charges utilisées pour augmenter les qualités de force se situent au-delà de 60 % du 1RM (Sale et MacDougall, 1981). Avec les progrès du sportif, les charges choisies se rapprocheront progressivement du 1RM. Le nombre de répétitions dépend également de cette charge. Plus la charge sera importante, moins le nombre de répétions sera élevé. Ainsi les haltérophiles, les lanceurs ou les sauteurs de hauts niveaux travaillent généralement avec des charges supérieures à 80 % du 1RM sur une à huit répétions pour travailler le secteur de la force maximale (Duchateau et Baudry, 2011). Pour ce type de séances avec des charges très élevées, les périodes de récupération doivent être suffisamment importantes pour préserver la qualité du mouvement. Le volume global d’entraînement (nombre de séries par séance et nombre de séances par semaine) dépend des objectifs d’entraînement et du niveau du sportif.
32L’amélioration de la force maximale est particulièrement intéressante lorsque la marge de progression est importante (Fig. 10), c'est-à-dire chez les personnes peu entraînées. Cependant il est également important de travailler ce paramètre chez des athlètes élites puisqu’un gain de force maximale, même moindre, peut s’avérer déterminant pour améliorer leurs performances (Kraemer et Newton, 2000). Néanmoins, la quantité de travail ne peut pas être indéfiniment augmentée et les effets sur la performance tendent donc à stagner (Cormie et al. 2011). En effet, lorsqu’une force importante est atteinte et maintenue comme c’est le cas chez des athlètes élites, les potentiels d’amélioration de force maximale tendent à se restreindre (Hakkinen et al. 1987 ; Newton et Kraemer, 1994). La préconisation de nouvelles approches visant à améliorer les entraînements de manière qualitative, comme l’optimisation des profils force-vitesse (Samozino et al. 2012), trouvent donc tout son sens dans ce contexte. L’utilisation de différentes modalités de résistance (isoinertielle, isocinétique, pneumatique, élastique) peut également permettre de varier le stress mécanique imposé à l’athlète et entraîner des adaptations à des amplitudes et des vitesses de mouvements différentes (Ebben et Jensen, 2002 ; Frost et al. 2008 ; Guilhem et al. 2013).
Améliorer la vitesse
33Les travaux s’étant intéressés à des programmes d’entraînement musculaire réalisés à différents niveaux de vitesse mettent en évidence des gains de force spécifiques à la vitesse d’entraînement (Behm et Sale, 1993). Moffroid et Whipple (1970) ont été les premiers à rapporter que les sujets s’entraînant à vitesse constante lente (36°.s-1) amélioraient leur force uniquement à la vitesse d’entraînement alors que les sujets s’entraînant à vitesse plus élevée (108°.s-1) voyaient leur force augmenter à toutes les vitesses testées (de 0 à 108°.s-1). Ces résultats ont été confortés par plusieurs études elles aussi basées sur l’utilisation de l’isocinétisme (Caiozzo et al. 1981 ; Lesmes et al. 1978). Les mouvements balistiques génèrent des niveaux de vitesse supérieurs à ceux résultant de mouvements isocinétiques ou non-balistiques. Pour permettre une projection, les charges doivent souvent être plus légères que celles utilisées pour améliorer la force maximale (< 70 % du 1RM) et atteindre des vitesses élevées de contraction musculaire. Ces exercices semblent également pouvoir induire des adaptations neuromusculaires plus significatives que les exercices non balistiques (Cormie et al. 2011). En effet, ils impliquent une vitesse, une force, une puissance et une activité musculaire plus importantes qu’en condition non balistique (Frost et al. 2010). L’effet de l’augmentation de la charge lors de mouvements balistiques ne semble cependant pas affecter le niveau d’activité musculaire des membres inférieurs (Giroux et al. 2014). Des investigations plus poussées semblent nécessaires pour comprendre ces mécanismes, mais la pertinence des exercices balistiques pour améliorer la composante vitesse de la relation force-vitesse a été largement démontrée. De plus, les exercices balistiques répondent au principe de spécificité, en permettant notamment d’atteindre des vitesses plus proches de celles rencontrées dans les activités sportives, que les exercices en résistance réalisés avec des charges élevées (Cormie et al. 2011). Par exemple, lors d’un sprint la plus grande force possible doit être appliquée au sol à chaque appui pour une propulsion efficace. Or le temps nécessaire pour développer une force maximale est supérieur à 100 ms (Tillin et al. 2012). Les adaptions induites par un entraînement balistique seront donc davantage transposables au sport concerné.
L’entraînement musculaire doit tenir compte de la spécificité du sport et de l’état initial d’entraînement du sportif. L’amélioration des qualités explosives peut passer par le développement de la force maximale et/ou de la vitesse maximale de contraction. Pour stimuler les gains de force maximale, la modalité isoinertielle non-balistique présente un pattern mécanique favorable, notamment en début de mouvement. Cependant, les exercices et les charges utilisées dans cette modalité d’exercice impliquent des mouvements et des vitesses de contraction lentes qui ne respectent pas toujours le principe de spécificité du sport. L’entraînement doit donc progressivement être orienté vers la vitesse d’exécution des mouvements et notamment la capacité à produire rapidement une force la plus élevée possible.
Exemples de séances spécifiques
Séances proposées par Anthony Couderc, préparateur physique du rugby à 7 au centre d’entraînement de Marcoussis
Séance 1 : Développer les qualités de force des membres inférieurs
Le travail de force du bas du corps est un incontournable en rugby. En effet, il est important d’être fort sur les membres inférieurs pour, d’une part maximiser le facteur puissance de nos athlètes (corrélé aux performances de duel et franchissement), d’autre part pour performer dans l’activité de combat qui souvent, se réalise par des actions qui partent du bas du corps, pour se finaliser avec le haut du corps.
Échauffement
Mobilité haut du corps (foam roller et mini bandes élastiques)
Exercices
Exercice 1
| Semi-flexion genoux ; bras tendus ; 10 répétitions. |
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Exercice 2
| Squat complet pour aller faire toucher le poids au sol ; remonter le coude au-dessus de l’épaule ; 5 répétitions à gauche / 5 répétitions à droite. |
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| Exercice 3 – semi-flexion genoux 3 fois : 5 répétitions devant ; 5 ronds à gauche ; 5 ronds à droite. |
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Exercice 4 : Prise d’élan + Jump Box
Objectif : potentiation
Série 1 : 2 passages de 3 bonds 1 min de récup
Série 2 : 2 passages de 3 bonds 1 min de récup
Série 3 : 2 passages de 3 bonds 1 min de récup
Série 4 : 2 passages de 3 bonds 1 min de récup
(pendant la récup : core-training au choix)
Exercice 5 : Demi-Squat
Objectif : force
Échauffement : 8 répétitions 1 min de récup
Série 1 : 6 × charge montante 2 min de récup
Série 2 : 4 × proche RM 2 min de récup
Série 3 : 4 × RM 2 min de récup
Série 4 : 4 × RM 2 min de récup
(pendant la récup : proprio genou/cheville)
Exercice 6A : Hip Truster
Objectif : Force
Série 1 : 8 × charge montante 0 min de récup
Série 2 : 6 × proche RM 0 min de récup
Série 3 : 6 × RM 0 min de récup
Série 4 : 6 × RM 0 min de récup
Exercice 6B : Step Up (avec barres ou haltères)
Objectif : Puissance
Série 1 : 4 rép D + 4 à G 2 min de récup
Série 2 : 4 rép D + 4 à G 2 min de récup
Série 3 : 4 rép D + 4 à G 2 min de récup
Série 4 : 4 rép D + 4 à G 2 min de récup
(pendant la récup : renforcement abducteurs et adducteurs)
Exercice 7 : ischios-jambiers (leg curl, elastique, nordique, pont)
Objectif : Renforcement
Con/Exc Exc
Série 1 : 8+8 4+4 2 min de récup
Série 2 : 8+8 4+4 2 min de récup
Série 3 : 8+8 4+4 2 min de récup
Série 4 : 8+8 4+4 2 min de récup
(pendant la récup : spécifique individuel au choix)
Séance 2
Développer les qualités de puissance des membres inférieurs et supérieurs.
Le travail de puissance en salle de musculation est souvent effectué en amont d’une séance terrain, car nous avons mesuré de meilleures performances sur les séances de rugby qui les succèdent. Différentes modalités sont possibles pour travailler cette qualité qui en rugby à 7, qui est corrélée aux performances de duel et de franchissement en match. Ici, l’exemple d’une séance réalisée en salle de musculation, qui nous permet de réduire le volume de course tout en faisant un travail spécifique sur des groupes musculaires sont difficilement mobilisables sur le terrain.
Échauffement
• mobilité haut du corps (foam roller et mini bandes élastiques)
• circuit cubain haut du corps 5 minutes
• squat box avec haltères 10 kg
• 3 × 10 m spiderman
Exercices
Exercice 1A : tirage planche
Objectif : force
Échauffement : 10 × 50 %RM 0min de récup
Série 1 : 8 × 70 % 0 min de récup
Série 2 : 6 RM 0 min de récup
Série 3 : 6 RM 0 min de récup
Série 4 : 6 RM 0 min de récup
Exercice 1B : pompe-S
Objectif : puissance
Échauffement : 4 claquées 2 min de récup
Série 1 : 4 claquées 2 min de récup
Série 2 : 5 claquées sur plan incliné 2 min de récup
Série 3 : 6 type crossfit 2 min de récup
Série 4 : 7 normal 2 min de récup
(pendant la récup : abdos)
Exercice 2A : épaulé-jeté
Objectif : puissance
Échauffement : 6 barres à vide 0 min de récup
Série 1 : 3 × explosive à 60 % 0 min de récup
Série 2 : 3 × explosive à 60 % 0 min de récup
Série 3 : 3 × explosive à 60 % 0 min de récup
Exercice 2B : myotruck
Objectif : puissance
Échauffement : 6 × sous max 2 min de récup
Série 1 : 3 × explosive à 60 % 2 min de récup
Série 2 : 3 × explosive à 60 % 2 min de récup
Série 3 : 3 × explosive à 60 % 2 min de récup
(pendant la récup : lombaires)
Exercice 3A : appuis DiMA + Jammer
Objectif : puissance
Série 1 : 5’’ appuis sur DiMA + projection 0 min de récup
Série 2 : 5’’ appuis sur DiMA + projection 0 min de récup
Série 3 : 5’’ appuis sur DiMA + projection 0 min de récup
Exercice C2 : Jump Box
Objectif : puissance
Série 1 : 3 sauts (recherche max hauteur) 2 min de récup
Série 2 : 3 sauts (recherche max hauteur) 2 min de récup
Série 3 : 3 sauts (recherche max hauteur) 2 min de récup
(pendant la récup : GRIP)
SÉANCES PROPOSÉES PAR AURÉLIEN BROUSSAL-DERVAL DTN ADJOINT À LA FORMA-TION DE LA FÉDÉRATION D’HALTÉROPHILIE (FFHM)
Séance 1 : Puissance orientée sur la force
Cette séance doit balayer une gamme de charge moyenne-lourde, mais toujours avec une intention de vitesse maximale. La vitesse doit être respectée. Si ce n'est plus le cas, il faut décharger un peu. Les récupérations sont courtes du fait de la brièveté des séries : suffisamment longues pour repartir sur une même qualité de série, suffisamment courtes pour que les athlètes restent bien concentrés.
Récupération entre les séries 1 min, récupération entre les exercices 2 min
• Tirage d’épaulé départ suspension (Vitesse minimale 0,75 m/s)
• Tirage d’épaulé départ au sol (Vitesse minimale 1,5 m/s)
• Épaulé debout puissance départ du sol (Vitesse minimale 1,5 m/s)
• Épaulé debout puissance départ suspension (Vitesse minimale 1,3 m/s)
• Épaulé flexion + jeté (Vitesse minimale 1,5 m/s)
Séance 2 : Puissance orientée sur la vitesse
Cette séance doit balayer une gamme de charge moyenne-légère, mais toujours avec une intention de vitesse maximale. La vitesse ne doit en outre pas chuter : c'est le signe de la nécessité de changer d'exercice si les charges sont respectées. Les récupérations sont courtes du fait de la brièveté des séries : le plus important est de maintenir la qualité technique et la vitesse d'exécution au plus haut niveau.
Récupération entre les séries 1 min, récupération entre les exercices 2 min
• Tirage d’arraché départ suspension (Vitesse minimale 1 m/s)
• Tirage d’arraché départ au sol (Vitesse minimale 1,6 m/s)
• Arraché debout puissance départ du sol (Vitesse minimale 1,6 m/s)
• Arraché debout puissance départ suspension (Vitesse minimale 1,4 m/s)
• Arraché flexion (Vitesse minimale 1,6 m/s)
Séances proposées par Dimitri Demonière, entraîneur national sprint (FFA)
Séance 1 : Renforcement musculaire, force maximale
Cette première séance a pour objectif de développer de manière isolée les qualités de force maximale, en particulier, des muscles extenseurs de membres inférieurs (fessiers, quadriceps, muscles des mollets).
Tous les exercices sont réalisés avec une charge propre à l’athlète correspondant à 85 % de sa charge Max (1RM)
Récupération entre les exercices 1 min 30, récupération entre les séries 3 min.
4 séries de 5 répétitions
• Presse oblique
• Fessier
• Développé couché
3 séries de 6 répétitions
• Presse à mollet
• Arraché fente (6 cycles alterné D-G)
• Flexion hanche départ, sur machine avec poulies (6 cycles alterné D-G)
Séance 2 : Escalier + piste
Cette deuxième séance a pour objectif de travailler la capacité à transmettre les forces horizontalement pour se projeter vers l’avant.
Escalier (10 à 12 marches)
• Fentes grandes marche 1 appui
• Fentes avec projection de Medecine Ball
• Fentes 2 appuis avec barre à vide
Sur piste (3 séries 6 répétitions)
• 3 appuis décomposés départ en starting-blocks avec élastique
• Fente en traction de charge (traineau= 15 kg) à la marche avec alignement de la phase de création de vitesse
• Phase de création de vitesse contre résistance en jouant sur les vitesses de déplace-ment avec des résistances plus ou moins fortes (10 à 25 kg) : 6 × 20 m
Adaptations à l’entraînement
34Dans cette partie nous aborderons les adaptations neuro-musculaires induites par différents programmes d’entraînement et l’amélioration de la capacité à produire de hauts niveaux de force et de puissance lors d’actions brèves.
Adaptations nerveuses
35De nombreuses études ont rapporté une modification de l’activation du muscle (enregistrement éléctromyographique : EMG) à la suite d’entraînements en force et d’entraînements explosifs (Hakkinen et Komi 1983, Hakkinen et Komi, 1986 ; Hakkinen et al. 1985). Par exemple, il a été constaté une augmentation concomitante de la force maximale volontaire et de l’EMG moyen pendant une contraction maximale volontaire, suite à un entraînement en force (Aagaard et al. 2000 ; Moritani et deVries, 1979). Il a aussi été démontré que s’entraîner à réaliser des contractions rapides permettait une activation plus importante et plus précoce au début d’une contraction balistique (Van Cutsem et al. 1998).
36Ces modifications peuvent correspondre à 1) une augmentation du nombre d’unités motrices recrutées et leur synchronisation, 2) une variation de la séquence d’activation des unités motrices et/ou 3) un recrutement plus sélectif des unités motrices.
37L’entraînement balistique à haute vitesse engendre une augmentation de la fréquence de décharge et du nombre d’unités motrices recrutées suite à la période d’inactivité (Komi, 2003 ; Sale, 1988). Cette période de silence avant le mouvement, favorise l’activation synchrone des unités motrices au début du mouvement balistique. L’augmentation de la fréquence de décharge et la synchronisation des unités motrices peut donc intervenir dans la capacité à produire de hauts niveaux de force et de RFD durant des exercices complexes. L’entraînement en force semblerait aussi améliorer la synchronisation des unités motrices (Milner-Brown et al. 1975). Cependant des études plus récentes remettent en cause l’importance de la synchronisation des unités motrices dans la production de force (Kidgell et al. 2006 ; Yao et al. 2000).
38Les modifications de l’activité musculaire peuvent aussi être qualitatives. Les entraînements à charges lourdes, entraînant une production de force élevée voire maximale, ou à vitesse élevée voire maximale, provoque l’activation sélective des unités motrices présentant des seuils d’activation élevés, c'est-à-dire des unités motrices principalement composées de fibres de type II (Behm et Sale, 1993 ; Kukulka et Clamann, 1981 ; Sale, 1988). Une théorie alternative considère que l’entraînement engendre la diminution du seuil de recrutement des unités motrices, permettant ainsi une activation plus précoce et une vitesse de contraction plus importante, notamment en condition balistique (Komi, 2003 ; Van Cutsem et al. 1998). Cette activation sélective peut, en effet, être avantageuse pour disposer d’un RFD élevé lors d’actions rapides. La capacité à recruter davantage de fibres de type II plus rapidement permet donc d’être plus performant lors de mouvements explosifs.
39La synchronisation intermusculaire, c'est-à-dire les coordinations entre agonistes, synergistes et antagonistes, joue également un rôle sur les capacités de puissance (Folland et Williams, 2007). Il a été démontré que, à la suite d’un entraînement visant à développer la force maximale, l’activation du muscle antagoniste diminuait (Kyröläinen et al. 1998). Chez des athlètes élites, le semi-tendineux est moins activé lors d’une contraction isocinétique des muscles extenseurs du genou que chez des personnes sédentaires (Amiridis et al. 1996). La réduction de la force négative développée par l’antagoniste lors du mouvement permet donc d’atteindre un niveau de force globale plus important.
40Les variations des séquences d’activation dépendent de la vitesse d’entraînement. Par exemple, un entraînement composé de sauts explosifs augmente l’amplitude du signal EMG au début de l’activation des unités motrices, alors que l’entraînement en force induit une faible augmentation à un moment plus tardif de l’activation (Hakkinen et Komi, 1986). Les effets de l’entraînement explosif sur l’amélioration des coordinations musculaires sont encore très peu étudiés dans la littérature.
41Au début d’une période d’entraînement, les capacités de force augmentent sans qu’aucune modification du volume musculaire ne soit observée. Ceci laisse supposer que les adaptations se situent au niveau nerveux (Narici et al. 1989) [Fig. 12]. Les adaptations nerveuses sont donc les premières à intervenir, viennent ensuite les adaptions structurales (Sale, 1988).
Figure 12 – Importance relative des adaptations nerveuses intramusculaires au cours d’un programme d’entraînement en force.

D’après Sale (1998).
Adaptations structurales
42Lorsque l’entraînement musculaire se prolonge au-delà de 6 à 8 semaines, il peut engendrer des modifications morphologiques au niveau du muscle (Sale, 1988) [Fig. 12]. La durée du programme d’entraînement est donc un facteur très important pour obtenir des effets sur le volume musculaire. En effet, la morphologie du muscle peut varier de manière importante à la suite d’un entraînement visant à améliorer la force ou la puissance maximale. Par exemple, la CSA peut augmenter avec un entraînement en puissance, révélant ainsi une augmentation de la quantité de matériel contractile (nombre de sarcomères), phénomène plus connu sous le nom d’hypertrophie musculaire (Komi, 2003). Cette augmentation du volume musculaire est principalement le résultat d’un accroissement du diamètre des fibres musculaires. L’impact de l’augmentation de la CSA sur les qualités de puissance suit la même dynamique que l’augmentation de la force maximale, c'est-à-dire qu’elle finit par être limitée par le niveau d’entraînement atteint. En effet, comme évoqué précédemment (4.1. Principes généraux) le niveau initial d’entraînement influence l’amplitude des gains de force. Ainsi chez des bodybuilders de haut niveau, 24 semaines d’entraînement en force maximale n’entraînent aucune modification notable de la CSA (Alway et al. 1992). Dans le cas où le gain de masse musculaire est l’objectif recherché, il est possible d’obtenir une hypertrophie musculaire équivalente à un entraînement en force, si l’entraînement en puissance consiste à travailler avec des charges légères jusqu’à épuisement (Mitchell et al. 2012).
43Concernant un entraînement d’avantage orienté vers la composante vitesse, il semble que les adaptations structurales soient moins marquées qu’après un entraînement en force (Cormie et al. 2010). Par exemple, Lamas et al. (2012) ont montré que la CSA des fibres de type IIx augmentait de 41 % après 8 semaines d'entraînement en force contre 19 % après un entraînement en puissance. Les effets de l’entraînement explosif sur l’architecture musculaire restent encore méconnus. Selon la composante entraînée (i.e. force ou vitesse), l’articulation considérée et les exercices effectués, les conclusions peuvent être variables d’une étude à l’autre (Alegre et al. 2006 ; Blazevich et al. 2007 ; Blazevich et al. 2003 ; Blazevich et al. 2007 ; Seynnes et al. 2007). La variation de l’angle de pennation fait apparaitre également certaines contradictions. En effet, l’entraînement de la force par des exercices à charge élevée induit une augmentation de l’angle de pennation (Aagaard et al. 2001 ; Kawakami et al. 1995), alors que les exercices de sprint ou de saut semblent plutôt réduire cet angle et augmenter la longueur des fascicules (Blazevich et al. 2003). De la même manière, l’entraînement pliométrique, qui associe une contraction excentrique précédant le mouvement balistique, entraîne une diminution de l’angle de pennation et une augmentation de la longueur des fascicules (Blazevich et al. 2003 ; Foure et al. 2010). Dans les disciplines tel que le sprint, l’objectif de l’entraînement musculaire sera donc de trouver le meilleur compromis entre CSA, angle de pennation et longueur fasciculaire pour que l’athlète soit capable de produire les hauts niveaux de force à des vitesses très élevées.
Adaptations des propriétés mécaniques
44L’entraînement peut modifier le comportement des structures élastiques (Markovic et Mikulic, 2010). Cependant les résultats diffèrent d’une étude à l’autre. Certains auteurs rapportent une augmentation (Kubo et al. 2007), d’autres une diminution (Cornu et al. 1997 ; Grosset et al. 2009) de la raideur musculo-articulaire. Ces résultats divergents peuvent s’expliquer par les différences méthodologiques utilisées pour étudier les effets induits au niveau des différentes composantes du complexe muscle-tendon. De plus l’entraînement peut affecter différemment les contributions du muscle et du tendon aux propriétés mécaniques (Hoang et al. 2005). L’entraînement pliométrique augmente la raideur passive (tendon) et diminue la raideur active (ponts actine-myosine) du complexe muscle-tendon. La diminution de la raideur de la composante active peut s’accompagner d’une amélioration de la capacité à stocker l’énergie élastique et l’augmentation de la raideur passive d’une amélioration de la capacité à transmettre et restituer cette énergie (Foure et al. 2010). Ceci peut s’avérer bénéfique d’un point de vue fonctionnel pour augmenter, par exemple, la performance en saut. Ces résultats sont cependant difficilement généralisables. Les diverses méthodes utilisées, la multitude de muscles et articulations étudiées rendent difficile la comparaison des différentes études sur le sujet. De plus, l’équilibre optimal entre la raideur passive et active maximisant les capacités fonctionnelles peut varier entre les sports. Les modifications des propriétés mécaniques suite à un entraînement explosif et leur transfert dans un sport donné restent donc à explorer. L’évolution des techniques d’investigation du muscle et l’intérêt évident de la capacité à produire, transmettre et restituer l’énergie pour la performance sportive motivent actuellement de nombreux chercheurs qui mènent ou envisagent de mener des projets sur cette thématique.
Adaptations énergétiques
45Les études présentant les effets d’un programme d’entraînement en force sur la quantité de phosphocréatine (PCr) et d’ATP disponible rapportent des résultats contradictoires. MacDougall et al. (1977) ont enregistré une augmentation de PCr au repos au niveau du triceps brachial à la suite d’un entraînement en force de 5 mois des extenseurs du coude. Ce protocole a parallèlement conduit à une augmentation des capacités de force et du volume musculaire du triceps brachial. En revanche plusieurs études réalisées sur le quadriceps n’ont enregistré aucune modification des stocks d’ATP et de PCr à la suite de périodes d’entraînement en force de plusieurs mois alors qu’une hypertrophie était observée (Goreham et al. 1999 ; Tesch et al. 1990 ; Volek et al. 1999). Des études complémentaires sont nécessaires pour comprendre ces résultats divergeant d’un groupe musculaire à l’autre. Les effets d’un entraînement musculaire orienté vers la vitesse sur les quantités de substrats énergétiques disponibles au repos n’ont, à notre connaissance, pas encore été investigués. En revanche les effets de sprints répétés sur ces aspects énergétiques seront abordés dans le chapitre 5.
46Il est à noter que si la quantité de substrat énergétique initial ne varie pas ou augmente très peu à la suite d’un entraînement en force, la vitesse à laquelle l’énergie chimique est transformée en énergie mécanique semble être affectée. En effet, l’entraînement musculaire à vitesse élevée ou en force permet d’augmenter l’activité ATPasique. C’est-à-dire qu’elle augmente la vitesse de glissement des filaments d’actine, en particulier des fibres de type IIa (Bell et al. 1992 ; Canepari et al. 2005). L’entraînement dynamique pourrait également avoir un rôle sur la libération et le recaptage du calcium par le réticulum sarcoplasmique (Duchateau et Hainaut, 1986). Ainsi le nombre de ponts actine-myosine et la vitesse à laquelle se créent les ponts augmente. Ceci permet donc potentiellement d’améliorer la force et la vitesse de raccourcissement du muscle et donc la performance explosive.
Amélioration de la performance explosive
47Les effets à court terme d’un entraînement en force classique et d’un entraînement explosif ont été comparés (Tillin et Folland, 2014). L’exercice utilisé au cours du protocole consistait en une contraction isométrique du quadriceps réalisée sur ergomètre. Le groupe participant à l’entraînement en force devait atteindre en 1 seconde une force correspondant à 75 % de leur force maximale et maintenir cette force pendant 3 secondes. Le groupe entraîné en explosivité avait pour consigne d’effectuer des contractions « les plus fortes et les plus rapides possibles » pour atteindre une force correspondant au moins à 90 % de leur force maximale isométrique maintenue pendant environ 1 seconde. Les deux groupes améliorent significativement leur force maximale volontaire (+21 % avec l’entraînement en force vs. +11 % avec l’entraînement explosif). En revanche, la force produite au cours des premières millisecondes de contraction a augmenté uniquement pour le groupe entraîné en explosivité. Cette étude démontre que la charge est loin d’être le seul paramètre à considérer pour rendre un travail musculaire efficace. Les consignes d’engagement et la vitesse de production de la force semblent, en effet, importantes pour améliorer les qualités d’explosivité. La modalité de contraction est également à prendre en compte. En effet, la modalité de contraction dynamique étant plus spécifique à la plupart des activités physiques que les contractions isométriques, Duchateau et Hainaut (1984) ont comparé les effets d’un entraînement isométrique et d’un entraînement dynamique réalisés à vitesse élevée contre une faible résistance (30-40 % de la force maximale). La figure 13 présente les évolutions des relations force-vitesse constatées suite à ces protocoles. L’entraînement isométrique améliore la composante de force, contribuant grandement à l’amélioration de la puissance maximale alors qu’en condition dynamique, l’amélioration de la composante vitesse permet une moindre augmentation de cette puissance maximale. Dans cette même étude, Duchateau et Hainaut montrent que l’entraînement dynamique permet une augmentation du RFD plus importante que l’entraînement statique (31 % vs 18 %). Ces différents résultats confirment, comme évoqué précédemment dans ce chapitre, que les adaptations sont spécifiques au stimulus d’entraînement.
Figure 13 – Relations force-vitesse et puissance-force mesurées sur le muscle adductor pollicis, avant (trait plein) et après (trait pointillé) un entraînement isométrique ou dynamique. L’entraînement isométrique induit une augmentation significative de la force maximale, se répercutant sur la valeur de puissance maximale, avec un déplacement de la charge optimale vers des charges plus lourdes. À l’inverse, l’entraînement dynamique améliore les valeurs de vitesse à charge faible, avec un effet moins important sur la valeur de puissance maximale sans modification de la charge optimale.

D'après Duchateau et Hainaut [1984].
48Bien que cette étude ait été réalisée sur un mouvement isolé (adduction du pouce), bien loin de la plupart des situations sportives, elle montre que la relation force-vitesse est sensible à la modalité d’entraînement utilisée. Ces données supportent par ailleurs l’utilisation de programmes dans un premier temps orientés vers le développement de la force pour stimuler le gain de puissance maximale, avant d’utiliser des exercices faisant appel à des vitesses élevées pour répondre au principe de spécificité.
49Les résultats de Duchateau et Hainaut ont conforté l’intérêt des mouvements balistiques dans l’amélioration de la capacité du muscle à produire de la force à vitesse élevée (force explosive). Les travaux d’Hakkinen ont confirmé ces résultats lors de mouvements plus globaux comme l’extension de la jambe ou le squat jump, en révélant une plus grande efficacité de l’entraînement balistique léger pour améliorer le RFD (Hakkinen et Komi, 1986) et la force produite à vitesse élevée (Hakkinen et al. 1985), en comparaison d’un entraînement en force. En développé-couché, Cormie et al. (2009) ont montré que l’amélioration des performances était relativement similaire entre un entraînement en force et un entraînement en puissance chez des sujets peu entraînés (Fig. 14).
Figure 14 – Modifications de la relation force-vitesse en développé-couché à la suite d’un entraînement en force et d’un entraînement balistique en puissance.

D'après Cormie et al. 2009.
50Lamas et al. (2012) ont montré qu’un entraînement explosif concentrique réalisé sur presse horizontale induisait une amélioration des performances en saut vertical contrairement à un entraînement réalisé en force. L’entraînement en force permet cependant d’améliorer d’avantage la composante force de la relation. Un entraînement balistique effectué à différents niveaux de charge permet également d’améliorer la performance en saut vertical (Cormie et al. 2010 ; Markovic et al. 2013).
51Les exercices balistiques présentent donc un intérêt évident du point de vue de la performance et de l’amélioration des qualités musculaires, et utilisent des charges externes plus faibles que les entraînements en force. Ceci peut s’avérer particulièrement intéressant pour développer l’explosivité chez les jeunes sportifs ou les débutants. Les exercices réalisés à charge légère et vitesse rapide permettront dans les premiers temps une amélioration de la vitesse de contraction du muscle et du RDF grâce à des adaptations nerveuses. Une fois la technique du mouvement maîtrisée, les adaptations structurales du muscle et les gains de force maximale pourront être obtenues en augmentant les charges et le volume d’entraînement en toute sécurité. L’entraînement pliométrique permet d’améliorer les performances, chez des sportifs comme chez des personnes sédentaires, dans des exercices souvent transposables directement à des situations de terrain : en saut vertical (e.g. volley-ball, basket-ball, hand-ball), en saut horizontal (e.g. saut en longueur) et en sprint (e.g. athlétisme, sports collectifs, tennis etc.) [Markovic et Mikulic, 2010]. Toutefois, l’augmentation de la charge imposée lors de la phase excentrique, peut engendrer des microlésions au niveau du muscle et du tendon et augmenter le risque de blessure si les phases de récupération ne sont pas adaptées (Marginson et al. 2005).
Les adaptations à la suite d’un entraînement visant à développer les qualités de force et de puissance sont multiples. Les adaptations nerveuses sont les premières à intervenir, avant les adaptations structurales. Au niveau nerveux, l’entraînement en force et/ou à vitesse élevée permet d’améliorer la capacité à activer les unités motrices et en particulier celles de type II. Les coordinations inter-musculaires sont également améliorées. L’augmentation du volume musculaire et de l’angle de pennation sont plus marquées avec un entraînement en force alors que les fascicules s’allongent davantage avec un entraînement en vitesse. Les adaptations au niveau énergétique semblent très limitées. En revanche, des évolutions des propriétés mécaniques du complexe muscle-tendon ont été observées. De plus amples investigations sont nécessaires pour comprendre comment les différents types d’entraînement affectent la capacité du tendon à transmettre la force aux leviers osseux. Toutes ces adaptations contribuent à augmenter la capacité à produire de hauts niveaux de force à vitesse élevée et donc permettent d’améliorer la performance explosive.
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