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Les Zones Cardiaques, pour piloter son entraînement

Création: 01/10/2020 | Dernière modification: 23/02/2021

L’intensité d’une séance de sport est quantifiable soit en mesurant une puissance, soit en mesurant un rythme cardiaque. Le problème de la puissance est qu’en dehors du vélo, les capteurs actuels se basent sur un poids de référence, oubliant alors de prendre en compte le sac à dos.

Le rythme cardiaque est généralement préféré, son seul défaut étant qu’il possède une certaine latence à l’effort fourni par les muscles. Cette latence se traduit par un retard entre le signal cardiaque mesuré et l’effort fourni. Néanmoins, l’impact sur les analyses que l’on peut faire est bien moindre que celui d’une mauvaise estimation de puissance.

Pour analyser au mieux le rythme cardiaque, on utilise un découpage en zones, définissant des plages d’efforts associées à des plages de fréquence cardiaque. Ces zones cardiaques sont créées à partir de caractéristiques personnelles d’aérobie et d’anaérobie. Elles permettent de décrire dans quel état notre métabolisme fonctionne.

Commençons par un rapide coup d’œil sur différents états de fonctionnement de notre métabolisme.

Métabolisme et production d'ATP

Les molécules ATP

Notre métabolisme est l’outil permettant de transformer la nourriture ingérée en molécules utilisées par nos cellules pour fonctionner. Ces molécules fondamentales portent le joli nom d’Adénosine Triphosphate, plus couramment appelées ATP. Une grande partie de l’entraînement consiste à augmenter les capacités de production d’ATP, dans le but d’aller plus vite et plus longtemps.

Les chaînes de production d’adénosine triphosphate sont des organites nommées mitochondries. Ces cellules produisent de l’ATP à partir d’oxygène et des nutriments fournis par le système digestif (lipides, glucides, protéines). Elles peuvent également produire de l’ATP à partir des restes rejetés par les cellules. Le corps humain ne dispose pas d’un grand réservoir d’ATP et la production est quasiment à flux tendu. Cela n’est pas une mauvaise nouvelle en soi puisque le taux de recyclage est très important. En revanche, augmenter les capacités de production revient à augmenter la vitesse d’approvisionnement des muscles, avec pour conséquence une augmentation des performances.

Aérobie et anaérobie

La production d’ATP est possible via deux processus, anaérobique et aérobique. Lorsque notre métabolisme fonctionne en anaérobie, les ATP sont produites à partir de glucose, dérivé des glucides provenant du système digestif. Lorsque le processus est aérobique, les ATP sont produites à partir d’oxygène et des lipides, glucides (sucres) et protéines.

Tant que la consommation des muscles en ATP est basse, notre métabolisme privilégie le schéma de production aérobique. Le gros avantage de ce dernier est qu’il peut fonctionner à partir des graisses stockées par notre corps, avec une source quasiment infinie de carburant (> 100 000 kcal). Le processus aérobique est cependant limité en vitesse de production. Lorsque la consommation des muscles dépasse la production aérobique maximale, notre métabolisme doit répondre à la demande et enclenche le processus anaérobique, dont la vitesse de production en ATP est bien plus importante. Mais c’est au prix de plusieurs inconvénients.

Tout d’abord, la production anaérobique d’ATP engendre du lactate, et ce, proportionnellement à l’intensité de l’effort. Avec ce lactate viennent des ions d’hydrogènes acidifiant le sang. Lorsque l’effort est trop grand, nous passons un seuil d’accumulation en lactate et en ions dans le sang et notre organisme nous force à ralentir à travers la fatigue pour retrouver un équilibre. Pour créer cette fatigue, qui survient au bout de quelques minutes, le corps force une chute de la production en ATP. Le second inconvénient du processus anaérobique est qu’il se base sur le glucose. Or, la quantité de glucose disponible est limitée à ce qu’est capable de fournir le système digestif, et c’est bien en deçà du stock exploitable aérobiquement (autour de 2000 kcal).

Fibres musculaires et mitochondries

L’accumulation de lactate n’est pas une fin en soi, car, bonne nouvelle, le processus aérobique peut le transformer de nouveau en ATP. Reste qu’il faut encore avoir suffisamment de capacité de production. L’entraînement à l’endurance consiste alors à augmenter le nombre de mitochondries pour fournir suffisamment d’ATP et recycler rapidement les éventuelles accumulations de lactate.

Les muscles peuvent être rangés en deux catégories. Il y a premièrement les fibres à contractions rapides, permettant de créer une puissance instantanée importante, mais très consommatrices en ATP. Viennent ensuite les fibres à contractions lentes, plus légères que les premières, et plus économes en ATP. Plus l’athlète fera appel à ce type de fibres pour se propulser, et plus il sera endurant. Ces fibres sont, tout comme la quantité de mitochondrie, hautement entraînables, à condition de prévoir dans son plan des efforts doux soutenus pendant une durée importante.

La fréquence cardiaque comme indicateur de métabolisme

Plusieurs méthodes existent pour déterminer si le corps fonctionne en aérobie ou en anaérobie. La plus pratique pour les sports de montagne est la mesure de la fréquence cardiaque (FC), dont l’unité est le nombre de battements par minutes (bpm). Idéalement, cette fréquence est mesurée par une ceinture à électrodes. Des moyens de mesure optiques existent sur le marché, mais la précision n’est pas encore suffisante pour exploiter les données.

Montres de montagne et ceintures cardiaques

Le cardiofréquencemètre est un appareil permettant de mesurer sa fréquence cardiaque durant un effort. Il se présente soit sous la forme d’une ceinture pectorale (mesure d’électrocardiogrammes en continu), soit sous la forme d’un capteur optique (mesure du flux sanguin par réflexion de lumière). Bien que plus facile de mise en œuvre, les capteurs optiques n’offrent pas la même précision sur toute la plage de mesure. Lire la suite.

La fréquence cardiaque connaît une valeur minimale, la fréquence au repos (FR), ainsi qu’une valeur maximale, la fréquence maximale (Fmax). Entre FR et Fmax, deux autres seuils sont très intéressants pour l’athlète montagne. Il y a tout d’abord la fréquence de seuil aérobique, notée AeT, en dessous de laquelle l’organisme fonctionne en suivant la chaîne aérobique. AeT correspond également au seuil à partir duquel la fréquence cardiaque n’est plus une image linéaire de l’effort, et dans la majorité des cas, le point critique où la concentration en lactate dépasse 2 mmol/l. Puis il y a la fréquence de seuil anaérobique, notée AnT, au-dessus de laquelle la chaîne anaérobique est privilégiée. AnT est le seuil à partir duquel la différence entre production et d’absorption de l’acide lactique est soutenable durant une heure. Au-delà de AnT, l’effort est tel que la production de lactate dépasse les capacités d’absorption, et l’athlète se voit forcer de ralentir.

 

À noter que AeT et AnT sont modifiables avec l’entraînement, le but étant de les augmenter au maximum. Il est important de suivre leurs évolutions annuelles et de modifier les zones cardiaques en conséquence.

 

Les zones cardiaques sont construites à partir de FR, Fmax, AeT et AnT, afin de déterminer le niveau d’intensité de la séance d’entraînement. Très intéressantes pour piloter notre entraînement, leurs nombres et leurs tailles des zones sont totalement arbitraires. Ce qu’il faut retenir au moment de choisir, c’est que plus le nombre de zones est important, plus la taille sera petite, et donc sensible à la précision de la mesure. Un bon compromis est de partir sur un choix de cinq zones, définies de la façon suivante :

Zone 0 : [FR ; AeT-20 %]

Cette zone cardiaque est la zone de repos. Elle peut être mise à profit pour accélérer la récupération après une séance intensive. Le sport pratiqué doit cependant être différent de celui de la dernière séance, doux et ne pas mobiliser les mêmes groupes musculaires. La durée de la session dépendra fortement des préférences de l’athlète.

Zone 1 : [AeT-20 % ; AeT-10 %]

Cette zone cardiaque est la zone dans laquelle le corps va pouvoir développer sa capacité aérobique, via une augmentation du volume sanguin, de la masse mitochondriale, de la densité en capillaires et des enzymes aérobiques. Les longues séances à Z1 permettent également de développer le métabolisme aérobique. Cette zone est la quintessence même de l’entraînement en endurance. Les séances à Z1 doivent être longues d’au moins 30 minutes, et peuvent durer plusieurs heures.

Zone 2 : [AeT-10 % ; AeT]

Le niveau d’effort correspondant à cette zone cardiaque permet de solliciter le métabolisme au maximum de ses capacités aérobiques. Le plus grand bénéfice est de pouvoir augmenter AeT, et donc, son niveau d’endurance. On tire les mêmes avantages que lors des efforts effectués à Z1, mais le nombre de fibres musculaires recrutées est beaucoup plus important.

La séance à Z2 doit avoir une durée comprise entre 30 et 120 minutes, idéalement durant la phase de l’année où l’on développe sa base musculaire. Les débutants peuvent d’ores et déjà faire l’ensemble de leur sortie à Z2, oubliant ainsi Z1. Néanmoins, si AeT est élevé ou le rythme déjà important, 10 à 15 % du volume hebdomadaire est une limite haute à ne pas dépasser pour éviter l’épuisement.

Zone 3 : [AeT ; AnT]

Les séances à Z3 sont perçues comme fun, et les gains sur sa forme physique sont le plus souvent spectaculaires. Mais ces gains ne se conservent pas dans le temps. À Z3, la principale source de production en ATP vient du glucose. Le corps fait aussi bien appel aux fibres à contractions lentes et rapides. Il utilise également les métabolismes aérobiques et anaérobiques. L’impact sera une production d’acide lactique, restant dans des proportions soutenables sur une heure au grand maximum.

Les séances à Z3 sont un puissant levier pour développer la capacité aérobique et le système glycolytique (production de ATP à partir de glucose). Pour les débutants, ces séances permettent également de travailler l’endurance musculaire. Néanmoins, le temps passé à Z3 ne doit pas dépasser 10 % du volume annuel d’entraînement.

Zone 4 : [AnT ; FMax]

Z4 est la zone d’effort maximal. La perception de l’effort est ici dure. Les gains sont une augmentation de la puissance aérobique maximale, de l’endurance de la force et de la vitesse, de sa technique et de son rendement. Les chaînes aérobiques et anaérobiques sont à fond, et il est difficile de soutenir cet effort plus de 10 minutes.

Comment mesurer le seuil aérobique AeT

Plusieurs méthodes existent. La plus efficace est de faire un test en laboratoire, mais elle est compliquée à mettre en œuvre. Plus à notre portée, il existe une méthode sur tapis et une autre sur piste. Les deux méthodes demandent néanmoins d’avoir une petite idée de son seuil AeT.

Si l’on ne le connait pas, il existe une formule magique. Phil MAFFETONE a établi une méthode de calcul grossière à partir d’observations d’un grand nombre d’athlètes, permettant d’avoir une estimation rapide de AeT. Elles marchent plus ou moins bien pour plus ou moins de gens. Cette formule est 180 – votre âge. Elle ne fonctionne que si l’on s’entraîne régulièrement depuis au moins deux ans. Quelques corrections sont également proposées :

  • -10 bpm si vous récupérez d’une maladie grave
  • -5 bpm si vous venez d’être malade ou blessé et que vous n’avez pu vous entraîner régulièrement
  • +5 bpm si cela fait plus de deux ans que vous vous entraîné

Cette formule magique ne doit pas être utilisée pour déterminer les zones cardiaques pour un plan de plusieurs mois, mais elle permet d’avoir une idée rapide d’où doit se situer votre seuil AeT.

Test sur tapis

Le test sur tapis permet d’avoir un environnement de test contrôlé. Cette méthode est intéressante afin de minimiser l’impact des conditions extérieures et de pouvoir observer l’évolution de son AeT sur plusieurs années. Afin de réaliser ce test, on a besoin d’un tapis inclinable, d’une ceinture cardiaque associée à un moyen d’enregistrer (montre ou téléphone).

Le protocole de test est le suivant :

  1. Débuter le test après plusieurs jours de repos.
  2. Incliner le tapis avec une pente comprise entre 5 et 10 %. Noter cette pente pour la reproduire au prochain test.
  3. Démarrer l’enregistrement de sa fréquence cardiaque.
  4. Régler la vitesse sur une allure lente de marche pour commencer.
  5. Augmenter progressivement la vitesse durant les quinze premières minutes en guise d’échauffement.
  6. Déterminez la vitesse nécessaire pour atteindre son estimation de AeT. Une fois au seuil aérobique AeT, la fréquence cardiaque doit être stable, on doit pouvoir respirer par le nez uniquement et l’effort semble facile. Courir à cette vitesse pendant une heure.
  7. Une fois le test terminé, déterminer la fréquence cardiaque moyenne sur la première demi-heure à partir du point 6 (FC1), ainsi que celle de la dernière demi-heure (FC2). Si FC2 est inférieure à 1,05 x FC1, la fréquence de départ du point 6 est sous AeT (si entre 1 035 et 1,05, FC = AeT). Si FC2 est supérieure à 1,05 x FC1, alors cette fréquence de départ est supérieure à AeT.

Test sur piste

Le test sur piste est plus agréable que le test sur tapis, surtout pour des athlètes aimant être dehors. En revanche, il est nécessaire de faire attention aux conditions météos, qui ne doivent pas extrêmes (pluie, froid, chaud…).

Pour réaliser ce test, vous avez besoin d’une montre GPS et d’une ceinture cardiaque associée et d’une piste (!). Le protocole de test est le suivant :

  1. Débuter le test après plusieurs jours de repos.
  2. S’échauffer durant le premier quart d’heure, en augmentant petit à petit savitesse jusqu’à atteindre un niveau d’effort soutenable et proche de son estimation d’AeT. Une fois au seuil aérobique AeT, la fréquence cardiaque doit être stable, on doit pouvoir respirer par le nez uniquement et l’effort semble facile. Courir à cette vitesse pendant une heure.
  3. Démarrer l’enregistrement de votre fréquence cardiaque et courir pendant une heure de sorte à conserver toujours la même valeur de fréquence cardiaque.
  4. Une fois le test terminé, déterminer la vitesse moyenne sur la première demi-heure à partir du point 3 (V1), ainsi que celle de la dernière demi-heure (V2). Si V2 est inférieure à 1,05 x V1, la fréquence de départ du point 3 est sous AeT (si entre 1 035 et 1,05, FC = AeT). Si V2 est supérieure à 1,05 x V1, alors cette fréquence de départ est supérieure à AeT.

Comment mesurer le seuil anaérobique AnT

La seule manière de mesurer correctement AnT est en courant sur une pente forte et longue, à défaut un tapis dans l’inclinaison est d’au moins 15 %. Pour réaliser ce test, on a besoin d’une montre GPS et d’une ceinture cardiaque associée. L’idée est d’aller taper pendant plus d’une demi-heure dans la machine, soyez donc prêt mentalement à souffrir un petit peu.

Le protocole de test est le suivant :

  1. Débuter le test après plusieurs jours de repos, ou à minima plusieurs jours après le dernier effort au-dessus de AeT. Penser à arriver plein en énergie, avec un repas adapté dans les 2 heures avant le test, et une barre de céréales 45 minutes avant le test.
  2. S’échauffer durant le premier quart d’heure, en augmentant petit à petit savitesse jusqu’à atteindre un niveau d’effort soutenable et proche de son estimation d’AeT.
  3. Démarrer l’enregistrement de sa fréquence cardiaque et courir à un niveau tel que l’on ne peut pas tenir plus d’une demi-heure (45 à 60 minutes pour les athlètes ayant déjà un passif d’entraînement important).
  4. La fréquence cardiaque moyenne de la phase « à fond » est le seuil AnT. Si l’on n’a pas pu finir le test, la fréquence moyenne était au-dessus de AnT.

AeT, AnT et le déficit aérobique

Les valeurs de seuil AeT et AnT ne permettent pas que de définir les zones cardiaques. Elles permettent aussi de définir ses priorités d’entraînement. En effet, le ratio AnT/AeT nous informe si l’on doit privilégier les séances de développement aérobique ou s’il est temps d’augmenter son seuil anaérobique.

Lorsque le ratio est < 1,10, il est temps d’arrêter les séances en Z2, et de commencer à ajouter des sessions en Z3 et Z4 pour tirer AeT et AnT vers le haut. Z2 n’est plus aussi intéressant dans ce cas, car la plage est très étroite et le risque de passer en Z3 devient important.

Si le ratio est > 1,10, l’entraînement doit continuer à maximiser le temps passé dans les zones Z1 et Z2.