physiologie - la fréquence cardiaque - FC et entraînement
   

2 Utiliser la FC dans le cadre de l'entraînement

La FC peut servir à fixer ou à contrôler l'effort effectué.

2.1 Fixer l'effort

L'utilisation de la FC pour déterminer l'intensité relative de l'exercice est basée sur le fait que le pourcentage de la consommation d'oxygène, donc de la dépense énergétique d'origine aérobie, et le pourcentage de la fréquence cardiaque maximale (FC maximale) sont liés mathématiquement (Astrand et Rodahl, 1994) (page 1 de ce chapitre). Grâce à cette proportionnalité, il suffit de suivre l'évolution de la FC pour :
connaître, de manière assez précise, la dépense énergétique aérobie d'une personne
fixer la sollicitation aérobie.

Utiliser la fréquence cardiaque pour fixer le niveau d'effort, c'est :
1se dire avant la séance : "aujourd'hui je vais courir à x puls/min",
2s'assurer pendant la course que le niveau escompté est bien respecté. Si ce n'est pas le cas,
3adapter son effort de manière à se maintenir au niveau de la FC ou de la zone cible de FC.

Un petit mot à propos du dernier terme que nous venons d'employer. Dans la mesure où l'athlète vise à atteindre un niveau de FC, nous parlons de FC cible. Cette FC peut être donnée sous forme d'une valeur précise ou, plus souvent, sous forme d'un secteur cardiaque qu'il convient d'atteindre. Par exemple, l'intensité à obtenir peut être comprise entre 170 et 180 puls/min. Dans ce cas, nous parlons de zone cible de FC. Les cardiofréquence-mètres actuels permettent de délimiter des zones cibles par des signaux sonores.

Trois grandes méthodes permettent de fixer les FC cibles...

2.1.1 Méthode de la fréquence cardiaque maximale


Dans le cadre de son entraînement, un athlète détermine les allures qu'il va adopter. Pour ce faire, il prend souvent pour base commune la vitesse atteinte à la consommation maximale d'oxygène (VMA). Il prévoit alors de faire telle séance à 85% de VMA, telle autre à 100% de VMA (voir le secteur tout sur l'entraînement). Le principe de la méthode basée sur la fréquence cardiaque maximale (FC maximale) est exactement le même. La FC ne fait que remplacer la vitesse de course. L'athlète détermine sa FC maximale par exemple en faisant un test progressif de course (tests). Il peut aussi se baser sur la formule d'Astrand : FC maximale = 220 - âge (ce procédé est cependant entaché d'erreurs qui peuvent être importantes). Une fois qu'il connaît sa FC maximale, il n'a plus qu'à calculer le pourcentage désiré. Pour une FC maximale de 200 puls/min, une séance réalisée à 80% du maximum donnerait une FC cible de 160 (80x200/100).

Une seconde méthode, proposée par un chercheur scandinave répondant au doux nom de Karvonen, conduit à prendre en compte, non pas la seule FC maximale, mais la différence existant entre la FC maximale et la FC de repos.

2.1.2 Méthode de Karvonen

Pour ce chercheur, plus que la FC maximale, compte l'amplitude des variations possibles entre le repos et le niveau maximum. Cette amplitude est appelée FC de réserve - mais cette précision n'est pas vitale -.
Karvonen propose de déterminer la FC cible à partir de la petite formule qui suit :
FC cible = FC repos + % (FC maximale - FC repos).
C'est un peu plus compliqué mais c'est censé être plus représentatif du véritable impact de l'exercice sur l'organisme. Un athlète ayant une FC de repos de 50 puls/min, une FC maximale de 200 puls/min et souhaitant s'entraîner à 80% de son maximum courra à : 50 + 0,8 x(200-50) = 50 + 120 = 170 puls/min.
Cette méthode conduit à des FC cibles plus élevées que la méthode précédente.

Les deux méthodes peuvent être entachées d'erreurs notoires :
La première erreur a trait à la FC maximale. Si la formule 220 - âge donne réellement notre FC maximale nous pouvons estimer avoir de la chance. En effet, cette formule est statistique. Or une donnée statistique dit qu'il y a plus de possibilités pour que le résultat soit proche de la valeur fournie plutôt que de n'importe quelle autre. Pourtant, elle ne garantit nullement que tel sera le cas. Il suffit que la dispersion des résultats autour de la moyenne soit grande pour que la plupart des personnes ne présentent pas une FC maximale égale à 220 - âge. En plus de cette erreur liée à la dispersion, s'ajoute une erreur liée au fait que, en général, les sportifs entraînés en endurance ont une FC maximale légèrement inférieure à celle de la moyenne de la population. Dès lors, il y a toutes les chances pour que la formule surestime leur FC maximale réelle et, en conséquence, le niveau d'effort représenté par la FC cible.
La seconde erreur porte sur l'hypothétique relation linéaire qui existerait entre l'effort fourni et la fréquence cardiaque observée. Selon ces méthodes, 70% de FC maximale (ou de [FC de réserve + FC repos]+ FC repos) représenterait 70% du niveau maximal aérobie. Or, nous avons vu que très souvent l'évolution de FC marquait un fléchissement avant d'arriver au maximum de l'effort. De cette inflexion résulte une relation qui n'est pas aussi simple que celle entrevue.
Une troisième voie permet d'éviter les erreurs inhérentes aux deux premières. Cette approche prend en compte le rapport entre la FC et les vitesses de course.

2.1.3 Méthodes des FC alliées aux vitesses

Plutôt que de remplacer ex-nihilo les vitesses par la FC, cette méthode propose de partir de la relation observée pour chaque athlète entre ces deux variables.
Au départ, il est nécessaire de faire un test permettant d'associer une FC à chaque vitesse de course. Les tests progressifs s'adaptent parfaitement à cette tâche (voir la page tout sur l'entraînement/transformer l'énergie/la filière aérobie - mais aussi la page outils informatiques/tests ). A chaque palier du test, une FC moyenne est calculée. Cette FC est associée à la vitesse du palier exprimée en fonction du dernier niveau atteint (% VMA). Prenons l'exemple d'un coureur qui s'est arrêté à la fin du palier 20 km/h (VMA). A 16 km/h, il a relevé une FC de 170. 16 km/h représentant 80% de sa VMA (16x100/VMA), s'il veut faire une séance à 80% de son maximum aérobie, il fixera sa FC à 170 puls/min.
Cette méthode ne prend pas en compte la FC maximale pour la détermination des FC cibles. Seules comptent les relations observées pendant le test entre les vitesses de course et les FC associées. Une telle stratégie est de loin la plus précise pour fixer le niveau de sollicitation de la filière aérobie. Cependant, elle exige une réévaluation fréquente (toutes les 4 à 6 semaines) du lien mesuré entre FC et vitesse de course. En effet, la FC diminue assez rapidement avec l'entraînement. Si cette baisse n'est pas prise en compte, les niveaux cardiaques imposés risquent d'obliger l'athlète à adopter des allures souvent trop poussées.

A partir de la méthode des vitesses, nous pouvons avoir une idée moyenne de la relation liant la FC et le niveau aérobie sollicité. La figure présentée ci-dessous fait le lien entre les niveaux de FC, de VO2 et les zones de développement aérobie (tout sur l'entraînement).

VO2 ou
. vitesses    
ou VMA..
 
..55%
 
80%
VO2max..
 
     
 
FC
         
..70%   90 %
FC max..
 
         
zones
         
 
Footing lent à moyen
zone verte
Footing rapide
zone jaune
Allures intervalles
zone orange
Fractionné
Zone rouge

Comparaison des intensités liant la méthode des vitesses (% VO2max ou % VMA) et la méthode de la fréquence cardiaque (exprimée en % du maximum)

Nous pouvons voir qu'il n'existe plus de relation d'identité entre le pourcentage de FC maximale et celui de VO2max. Par exemple au niveau du footing rapide, la VO2max est proche de 80% alors que la FC est, en moyenne, égale à 90% du maximum. Gardons à l'esprit que les valeurs données correspondent à des moyennes. Elles ne dispensent pas d'avoir recours à des données individualisées établies à partir d'un test progressif.

Jusqu'à présent, nous nous sommes servis de la fréquence cardiaque pour fixer l'allure de course. Dans ce qui suit, nous discutons de la pertinence de cette stratégie.

Fixer ou contrôler l'effort ?
Un coureur a-t-il intérêt à régler son effort sur la seule base de la FC ? Nous avons vu que le niveau cardiaque était un déterminant important de la filière aérobie. Dès lors, en l'absence de tout autre indicateur (repères permettant de connaître la vitesse par exemple), sa prise en compte permet d'avoir une idée assez précise de l'effort aérobie fourni.
La limite de ce raisonnement est que la FC ne prend pas en compte tous les déterminants de l'effort. Elle n'est qu'un rouage - certes important mais pas unique - d'un système qui l'englobe. Dès lors, elle peut très bien ne pas refléter une fatigue musculaire ou psychologique, une lassitude ou un état d'euphorie. C'est pourquoi nous pensons qu'elle ne devrait être qu'exceptionnellement utilisée pour fixer les allures.

Oui, mais si l'athlète n'utilise pas la FC pour fixer le niveau de l'effort à accomplir, sur quoi peut-il se baser pour le faire ?
Par exemple, sur la vitesse - s'il dispose d'un parcours balisé - ou sur les sensations qu'il ressent. Ce deuxième indicateur permet d'éviter l'enfermement dans le carcan du "tout prévu à l'avance" et du "tout contrôlé en permanence".
La perception de l'effort est un indicateur beaucoup plus central que la FC. Il prend en compte l'ensemble des informations en provenance de l'organisme et de l'environnement. L'apprentissage de ses sensations permet à l'athlète d'utiliser de manière très fine cet indicateur d'effort qu'il a en lui. Si la perception subjective de l'effort vous intéresse, vous pouvez vous rendre à la page que nous lui consacrons (physiologie/la perception de l'effort). Dans, tous les cas, nous allons voir que le recours aux sensations est fort utile même lorsque la FC est prise en compte. Il permet en effet d'assurer un meilleur contrôle de l'effort.


2.2 Contrôler l'effort et suivre l'entraînement

Contrôler l'entraînement c'est, une fois une séance ou un cycle d'entraînement réalisé, revenir dessus et se poser une question : que signifie l'impact observé ? Cette question renvoie à l'évolution cardiaque attendue en fonction de l'entraînement effectué. La réponse passe par la prise en compte des indices mesurés et de leur évolution avec l'entraînement.

Que mesurer ?

4 points clés de l'évolution cardiaque peuvent être relevés pendant une séance :
la rapidité de la transition entre le repos et l'effort : passage de la FC de repos à la FC d'exercice
le niveau atteint à chaque vitesse de course
la dérive cardiaque : pendant l'exercice, la FC a tendance à augmenter en dépit d'une intensité restée stable. C'est cette élévation que nous avons appelée dérive cardiaque dans le chapitre précédent.
la rapidité de la récupération : à la fin de l'exercice, la fréquence cardiaque diminue plus ou moins rapidement.
Enfin, deux indices supplémentaires peuvent être ajoutés dans le cadre du suivi de l'entraînement : les fréquences maximales et de repos.

   
 

Six paramètres cardiaques utilisés pour le suivi de l'entraînement : 1 la transition, 2 le niveau atteint à chaque effort, 3 la dérive cardiaque, 4 la récupération, 5 la FC maximale, 6 la FC de repos
 


Ces valeurs évoluent différemment selon la difficulté de la séance et l'état de forme du sportif. Leur dynamique permet d'évaluer l'impact physiologique d'une séance ou d'une période d'entraînement sur un organisme.

Interpréter les effets d'une séance et d'un processus d'entraînement
Avant de voir les évolutions des critères cardiaques retenus, revenons sur le passage qui précède. Dans nos propos, nous mêlons allègrement effets d'entraînements, difficulté d'un exercice et état de forme ou de fatigue d'un athlète. Si nous nous permettons ces mélanges c'est simplement que, selon le contexte, une même évolution cardiaque peut traduire ces trois notions.

Un exercice physique produit un impact physiologique sur l'organisme qui le réalise. Or, cet impact est à l'interface entre une difficulté externe (l'exercice) et une réponse interne (l'organisme qui réalise l'exercice). Ainsi, l'impact ressenti peut être le fait :
1de l'intensité de l'exercice (charge externe qui peut être objectivée par la vitesse par exemple)
2de l'état physiologique de l'athlète lequel peut être du à des facteurs passagers (forme ou fatigue du moment) ou plus durables (effets d'entraînement).

C'est le contexte dans lequel la mesure cardiaque est effectuée qui va permettre de faire la part de ces influences. Une réponse cardiaque plus faible est le reflet d'un moindre impact de l'exercice sur l'organisme. A l'athlète et à l'entraîneur de déterminer si ceci est le fait d'une moindre intensité de l'exercice (charge extérieure évaluée par exemple par la vitesse de course) ou d'une meilleure capacité du sportif (adaptations internes suite à un entraînement par exemple).
Ainsi, dans ce qui suit, nous pourrons parler tout aussi bien d'une séance facile que d'un entraînement bien réalisé ; d'une séance dure que d'un entraînement aux effets néfastes ou d'une fatigue du sportif.

L'explication est certainement confuse mais elle va s'éclaircir à la lecture des exemples qui suivent. Commençons par parler du niveau de FC atteint à chaque vitesse de course.

2.2.1 Effets d'entraînement sur le niveau des FC à chaque vitesse de course

L'évolution de la fréquence cardiaque en général et le niveau du seuil cardiaque (point de déflexion) en particulier sont modifiés par l'état d'entraînement, de désentraînement ou de fatigue du sportif (par exemple, Lehnertz et Martin, 1988).
Cet effet peut être perçu sur les différents types d'exercice.

Pendant un test progressif, des athlètes bien entraînés dans le domaine de l'endurance présentent une courbe nettement plus aplanie avec un point de déflexion survenant plus tardivement (figure ci-dessous). Pour une FC identique, ils peuvent fournir une charge de travail plus élevée. A ce titre, l'adaptation cardiaque présente un intérêt indéniable pour le suivi de l'entraînement (Howald in Herren et al, 1988). Il suffit de faire un test progressif avant et après une période d'entraînement pour faire le constat ou non d'une évolution cardiaque correspondant à une amélioration de l'aptitude aérobie (décalage de la courbe vers la droite).

 
 
 

Evolution de la fréquence cardiaque avec la vitesse de course aérobie chez un coureur entraîné comparativement à une sportive peu entraînée (le même type d'évolution est repéré mais dans une moindre proportion, chez un même sportif, avant et après une période d'entraînement).
 


Pour une même puissance absolue d'exercice, la fréquence cardiaque diminue donc après une période d'entraînement (Billat et al 1999). Ainsi, si suite à quelques semaines de pratique, l'athlète repère une baisse de sa FC sur un parcours effectué à la même vitesse qu'avant l'entraînement, c'est certainement qu'il a progressé.
Cette baisse se retrouve au cours des exercices réalisés à vitesse constante ou sous forme de fractionné.

   
 

Evolution de la fréquence cardiaque au cours d'un footing réalisé à la même vitesse avant et après une période d'entraînement
 


Le profil présenté ci-dessus serait proche si nous avions comparé, à quelques jours d'intervalle, un exercice intense et un exercice léger.
Outre, la valeur cardiaque plus faible associée à une même allure de course, les autres paramètres cardiaques que nous avons donnés montrent eux-aussi une évolution significative.

2.2.2 La transition entre le repos et l'effort

L'adaptation cardiaque à l'effort est plus rapide chez des athlètes de niveau supérieur (Courteix et al 1995). Après une période d'entraînement, un athlète met donc moins de temps pour atteindre une certaine stabilité de FC. Cette évolution est particulièrement visible au niveau de la figure montrant l'évolution cardiaque observée pendant un footing rapide (partie verticale de la courbe). En revanche, elle est difficile à prendre en compte dans le cadre du suivi de l'entraînement. C'est, en général, un indice qui n'est pas utilisé.

2.2.3 La dérive cardiaque

Nous avons signalé, dans la première partie, que la FC pouvait très bien ne jamais se stabiliser même si la vitesse restait identique. Nous avons appelé "dérive cardiaque" cette différence de FC repérée entre le début et la fin de l'exercice. Cette dérive montre que la durée de l'effort comme l'intensité a un impact sur l'évolution de la FC.
Cette dérive est, elle aussi, réduite suite à une période d'entraînement.

   
 

Dérive cardiaque relevée au cours d'une séance de fractionné (5x1000) réalisée avant et après une période d'entraînement.
 


La figure ci-dessus présente la dérive cardiaque observée au cours d'un même exercice effectué avant et après une phase d'entraînement. Rappelons que si nous faisions la représentation de deux exercices réalisés la même semaine mais à des intensités différentes, le schéma serait exactement le même. L'exercice difficile provoquerait une dérive importante alors que l'exercice facile pourrait ne pas induire de dérive cardiaque. La stabilité de la fréquence cardiaque est simplement l'indice d'une bonne adaptation à l'effort que celle-ci soit le fait de l'exercice ou de l'état d'entraînement.
Le niveau d'adaptation cardiaque à l'exercice peut aussi être donné par la FC de récupération.

2.2.4 FC de récupération

A l'issue d'un effort, la FC peut s'élever pendant 5 à 10 secondes ; mais ensuite, elle diminue de manière très rapide. La baisse est d'autant plus marquée que l'athlète est entraîné et que l'impact est faible.

 
 
 

Evolution de la récupération cardiaque après un même exercice de course réalisé avant et après une période d'entraînement
 


L'entraînement s'accompagne d'une récupération cardiaque plus rapide.

Classiquement, la mesure est prise après une minute de récupération. Le simple suivi de la fréquence cardiaque atteinte après cette minute permet de se faire une idée de l'intensité de l'effort enduré par l'athlète (Noding et Mende, 1979). Généralement, un athlète bien entraîné retrouve des valeurs proches de 120-130 pulsations/minute après une séance réalisée à la VMA. Si l'intensité est plus élevée, si l'athlète est fatigué, ou si l'entraînement a été néfaste, ces valeurs peuvent monter jusqu'à 150-170 pulsations/minute.
L'entraîneur du britannique Ovett - champion olympique du 800m à Moscou - déclarait que lorsque son athlète était à sa meilleure forme, il pouvait enchaîner des courses de 500m réalisées en moins de 1'05" et retrouver une fréquence cardiaque voisine de 90 puls/min après 1 minute de récupération.

Finalement, nous observons que la fréquence cardiaque suit très finement l'évolution de l'effort fourni. Plus la fatigue provoquée par l'effort aérobie est importante, plus la dérive et le niveau cardiaque sont élevés, plus la récupération est lente.
Rappelons, une fois de plus, que ces adaptations doivent toujours être interprétées dans un va et vient entre l'athlète et son environnement. Elles peuvent être le fait de la charge extérieure ou de modifications internes à l'organisme (forme du moment ; effets d'entraînement).

Parlons enfin, des deux indices supplémentaires qui peuvent être utilisés dans le cadre du suivi de l'entraînement : les fréquences maximale et de repos.

2.2.5 La fréquence cardiaque maximale

La valeur de la FC maximale réelle (par opposition à la FC maximale théorie vue dans la partie précédente) peut être obtenue par différents types d'exercices. Le test progressif de course est celui le plus souvent utilisé. Toutefois, un footing rapide terminé par une accélération maximale sur une durée proche d'une minute peut également faire l'affaire. Une séance de VMA conduit également à la FC maximale dans les dernières répétitions. Dans tous les cas, ces exercices sont à réserver aux athlètes entraînés ou en bonne santé. A partir de la quarantaine, ils doivent être destinés aux seuls sportifs bien entraînés.

Suite à un entraînement aérobie, la FC maximale a tendance à diminuer légèrement. Nous verrons dans le chapitre suivant l'explication physiologique de cette baisse. Cette évolution est tout à fait habituelle. Elle ne dit rien de la capacité de performance du sportif. En revanche, une baisse importante de la FC maximale (plus de 5 à 10 pulsations) s'accompagne très souvent d'une perte de capacité à encaisser des variations d'allures, à courir à des allures proches et supérieures à VO2max. Une telle adaptation est souvent le fait d'un entraînement réalisé quasi exclusivement dans les allures modérées (footings lent à rapide, zones verte et jaune).

2.2.6 La fréquence cardiaque de repos

Comme son nom l'indique, la FC de repos est mesurée pendant une période de calme. Généralement, les moments les plus propices sont l'avant ou l'après "dodo". Etant donné que sa valeur est sensible à la position (debout, assise ou couchée), à l'heure (elle est la plus faible vers 3 heures du matin), à l'alimentation. il est conseillé de veiller à la mesurer dans des conditions proches.
Dans tous les cas, la validité des mesures passe par le respect d'une période de calme de plusieurs minutes précédant la mesure. Elle gagnera à être répétée pendant plusieurs jours.

L'entraînement aérobie provoque une baisse de la FC de repos. Si suite à une période d'entraînement un athlète remarque que sa FC de repos a baissé c'est donc plutôt bon signe. Mais attention ! Les signes de très bonne adaptation sont souvent proches des signes de fatigue. En effet, une FC de repos extrêmement basse peut être le fait d'un état de fatigue qui s'installe. Si tel est le cas, après une première période de "déprime", la FC de repos devrait commencer à remonter.
Le diagnostic permettant de faire la part entre la fatigue momentanée (ou plus durable) et les effets liés à l'entraînement, repose sur une mise en relation de la FC avec les sensations ressenties.

2.2.7 Lire les FC à la lumière des sensations

Pour rendre compte de l'interprétation d'un entraînement basé sur la FC et les sensations, appuyons-nous sur la lecture des niveaux cardiaques observés à l'issue d'une même séance réalisée avant et après une période d'entraînement.

A l'issue de la séance "post-entraînement", quatre situations sont possibles :
1les FC ont baissé et les sensations sont bonnes, l'exercice est accompagné d'une impression de facilité
C'est le meilleur profil pouvant être obtenu. Indiscutablement, l'entraînement a eu des effets positifs sur la filière aérobie.
2les FC ont baissé mais les sensations sont mauvaises, l'exercice paraît difficile.
L'adaptation aérobie s'est améliorée mais le sportif est certainement fatigué. S'il prend le temps de récupérer, il passera certainement dans la première catégorie. En revanche, s'il persiste à s'entraîner durement sans s'accorder le temps du repos, il risque de tomber dans le surentraînement.
3les FC ont augmenté mais les sensations sont bonnes.
Cette adaptation est souvent observée dans les phases de reprise de l'entraînement. L'athlète " a de l'énergie" pourtant ses systèmes fonctionnels aérobies ne sont pas à la hauteur. Il peut très bien réaliser de bonnes performances dans les épreuves courtes (800m-1000m). Le risque inhérent à cet état est d'accumuler les séances très fatigantes et de tomber dans le surentraînement. Toutefois, le plus souvent, l'athlète évolue vers les catégories 2 ou 1.
4les FC ont augmenté et les sensations sont mauvaises
L'athlète n'est pas en forme. Il peut sortir d'une période d'inactivité assez longue ou ne pas supporter son entraînement. Dans ce second cas, une période de repos et la réévaluation de l'entraînement s'imposent.


Nous savons comment la FC évolue avec le type d'exercice effectué et avec le niveau d'entraînement. Nous savons lire ces évolutions en termes d'état de forme et de niveau d'entraînement. Essayons à présent de les traduire dans le langage physiologique. Voyons ce qui, dans notre biologie, est susceptible d'expliquer les adaptations cardiaques liées à l'entraînement (page suivante : déterminants biologiques de la FC


 



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