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Effet comparé de l’entraînement par intervalles inframaximal et supramaximal sur les déterminants de la performance à vélo
Mémoire
Myriam Paquette
Maîtrise en kinésiologie
Maître ès sciences (M.Sc.)
Québec, Canada
© Myriam Paquette, 2014
iii
Résumé
L’entraînement par intervalles (EPI) est plus efficace que l’entraînement continu pour améliorer la performance
à vélo. Alors que l’EPI inframaximal (à des intensités inférieures à la puissance aérobie maximale [PAM]) est
fréquemment utilisé par les athlètes d’endurance, l’EPI supramaximal (à des intensités supérieures à la PAM)
est également associé à des améliorations de la performance aérobie. On ne connait toutefois pas la forme
d’EPI qui est associée aux meilleurs gains de performance. L’objectif de l’étude était donc de comparer l’effet
de l’entraînement par intervalles supramaximal et inframaximal à vélo sur les déterminants de la performance
chez des athlètes d’endurance. Après six semaines d’entraînement, malgré un volume d’entraînement de
47 % inférieur, l’EPI supramaximal a permis d’augmenter la consommation maximale d’oxygène autant que
l’EPI inframaximal. Alors que la PAM a augmenté seulement avec l’EPI inframaximal, seul l’EPI supramaximal
a permis d’améliorer la capacité anaérobie.
v
Abstract
High-intensity interval training (IT) is superior to continuous training for improving endurance performance.
Inframaximal IT (performed at intensities below maximal aerobic power [MAP]) is widely used by endurance
athletes, but supramaximal IT (performed at intensities above MAP) is also associated with improved
endurance performance. By now, it is unkown which type of IT leads to the best performance outcomes. The
purpose of this study was to assess the effects of supramaximal and inframaximal IT on key endurance
performance determinants. After six weeks of training, despite a 47 % lower training volume, supramaximal IT
led to an increase in maximal oxygen consumption (VO2max) similar to inframaximal IT. MAP was increased
following inframaximal IT only, and only supramaximal IT increased anaerobic capacity.
vii
Table des matières
Résumé ............................................................................................................................................................... iii Abstract ............................................................................................................................................................... v Table des matières ............................................................................................................................................. vii Liste des tableaux .............................................................................................................................................. ix Liste des figures ................................................................................................................................................. xi Liste des abréviations ....................................................................................................................................... xiii Remerciements ................................................................................................................................................ xvii Avant-propos ..................................................................................................................................................... xix Chapitre 1 : Les déterminants de la performance à vélo ..................................................................................... 1
Le VO2max ...................................................................................................................................................... 1 Désaturation artérielle en oxygène chez les athlètes d’endurance ............................................................ 1 Système cardiovasculaire : principal facteur limitant le VO2max? .............................................................. 2 Le VO2max, limité par des facteurs périphériques?.................................................................................... 2 Un nouveau modèle : le « gouverneur central » ......................................................................................... 3
L’endurance .................................................................................................................................................... 4 Le seuil anaérobie ...................................................................................................................................... 4
L’efficacité mécanique .................................................................................................................................... 5 L’entraînement peut-il améliorer l’efficacité de pédalage? ......................................................................... 5 Mobiliser plus de fibres de type 1 pour augmenter l’efficacité mécanique .................................................. 6 Importance de l’efficacité mécanique pour la performance ........................................................................ 6
L’aptitude anaérobie ....................................................................................................................................... 7 Chapitre 2 : Les méthodes d’entraînement aérobie ............................................................................................ 9
L’entraînement continu ................................................................................................................................... 9 L’entraînement par intervalles ....................................................................................................................... 10
Effet de l’intensité des fractions d’effort .................................................................................................... 12 L’entraînement par intervalles inframaximal ............................................................................................. 14 L’entraînement par intervalles à VO2max ................................................................................................. 15 L’entraînement par intervalles supramaximal ........................................................................................... 16 Comparaison entre les méthodes d’entraînement par intervalles............................................................. 21 Effet de la durée des fractions d’effort ...................................................................................................... 25 Effet de l’intensité et de la durée des périodes de repos .......................................................................... 26
Chapitre 3 : Problématique ................................................................................................................................ 29 Chapitre 4 : Article scientifique .......................................................................................................................... 31 Chapitre 5 : Discussion ..................................................................................................................................... 49
Effet des deux formes d’entraînement sur les déterminants de la performance ........................................... 49 Le VO2max ............................................................................................................................................... 49 L’endurance et la puissance à VO2max .................................................................................................... 52 L’efficacité de pédalage ............................................................................................................................ 53 L’aptitude anaérobie ................................................................................................................................. 54
Limites .......................................................................................................................................................... 54
viii
Applications pratiques ................................................................................................................................... 58 Chapitre 6 : Perspectives .................................................................................................................................. 59 Chapitre 7 : Conclusion ..................................................................................................................................... 61 Bibliographie ...................................................................................................................................................... 63
ix
Liste des tableaux
Tableau 1. Effet de séances d'entraînement par sprints répétés sur la consommation maximale d'oxygène ... 16 Tableau 2. Effets comparés de différents types d'entraînement par intervalles chez des athlètes entraînés ... 21 Tableau 3. Résumé des cinq protocoles d'entraînement par intervalles de l’étude de Stepto et al. [103] ........ 23 Tableau 4. Changement de VO2max avec un programme d'EPI inframaximal ................................................. 50 Tableau 5. Changement de VO2max avec un programme d’EPI supramaximal ............................................... 50
xi
Liste des figures
Figure 1. Facteurs physiologiques interagissant pour déterminer la vitesse/puissance de la performance.
Traduite et adaptée de Joyner et Coyle 2008 [19]. ..................................................................................... 7 Figure 2. Représentation schématique des variables définissant une séance d’EPI. Adaptée de Buchheit et
Laursen 2013 [55]. .................................................................................................................................... 12 Figure 3. Pourcentage de changement de la performance à un contre-la-montre, de la puissance maximale
atteinte dans un test progressif et de la puissance maximale de sprint après différents protocoles
d'entraînement par intervalles selon Stepto et al. [103] ............................................................................ 24 Figure 4. Nombre d'études portant sur l'entraînement par intervalles de haute intensité (« high intensity interval
training ») au cours des dernières décennies (Web of science, consulté le 16 décembre 2014) ............. 59
xiii
Liste des abréviations
VO2max : débit maximal de consommation d’oxygène
VO2 : consommation d’oxygène
% VO2max : pourcentage du débit maximal de consommation d’oxygène
EPI : entraînement par intervalles
FCmax : fréquence cardiaque maximale
FC : fréquence cardiaque
VAM : vitesse aérobie maximale
PAM : puissance aérobie maximale
Pmax : puissance maximale atteinte dans un test d’effort maximal progressif
EPS : entraînement par sprints répétés
CS : citrate synthase
COX : cytochrome c oxidase
vitmoy : vitesse moyenne lors d’un contre-la-montre
SV : seuil ventilatoire
H : hommes
F : femmes
EPI85 : groupe prenant part à l’entraînement par intervalles inframaximal (à 85 % PAM)
EPI115 : groupe prenant part à l’entraînement par intervalles supramaximal (à 115 % PAM)
xv
« Quand je suis allé à l'école, ils m'ont demandé ce que je voulais être quand je serais grand. J'ai dit "heureux". Ils ont dit que je n'avais pas compris la question. J'ai répondu qu'ils n'avaient pas compris la vie! »
- John Lennon
xvii
Remerciements
Un projet de recherche est une grande aventure d’équipe. Plusieurs personnes ont donc contribué au succès
de mon projet de maîtrise. Contrairement à plusieurs de mes collègues, je ne savais pas, au début de mon
baccalauréat, il y a cinq ans, que je souhaitais faire une maîtrise. En fait, c’est l’opportunité de travailler avec
Guy Thibault sur un projet de maîtrise monté de toutes pièces pour mes intérêts qui m’a décidé à entreprendre
des études graduées. Patrice Brassard s’est ensuite ajouté au tableau, apportant son expertise et sa passion
pour la physiologie cérébrovasculaire et tous les ingrédients étaient alors réunis pour une maîtrise à la hauteur
de mes attentes.
Je tiens à remercier mon directeur, Patrice Brassard, pour son temps, son énergie et sa disponibilité au cours
des deux dernières années. Merci Patrice d’être aussi passionné par ce que tu fais; ta passion est
contagieuse. Merci également d’avoir été là pour me conseiller jour après jour et merci aussi pour la confiance
que tu m’accordes et les opportunités de formation que tu m’as offertes (stages à l’extérieur, congrès, etc.).
Je tiens également à remercier mon codirecteur, Guy Thibault. Si j’ai d’abord été tentée de faire une maîtrise,
c’était pour suivre les traces du « Roi de l’entraînement par intervalles »! Merci Guy d’avoir eu confiance en
moi dès notre première rencontre et d’avoir eu envie de travailler avec moi et de faire avancer ma carrière.
Je voudrais également remercier toute l’équipe Brassard : Olivier, qui a été à mes côtés tout au long de nos
projets de maîtrise, Alexandra, qui a été d’une aide très précieuse dans les débuts de ma maîtrise, Pascale et
Simon pour leur aide lors des séances de test, ainsi que Louis-Charles, Andrée-Anne, Alexandre et Sophie,
stagiaires pour l’équipe, qui ont tous contribué au projet.
Un gros merci, à ma famille pour son support précieux tout au long de mes études. Merci, également à mes
amis et à ma gang de ski, qui ont su m’encourager et me changer les idées durant ces deux dernières années.
Bien sûr, merci à mon copain, Philippe.
xix
Avant-propos
L’article inséré dans ce mémoire a été rédigé en collaboration avec Patrice Brassard, Olivier Le Blanc et Guy
Thibault. L’article a été soumis pour publication à la revue International Journal of Sports Physiology and
Performance. Cet article est le résultat concret de mon projet de maîtrise. J’ai agi comme coordonnatrice du
projet, accomplissant toutes ses étapes, c’est-à-dire la rédaction du protocole de recherche, le recrutement
des participants, les expérimentations, l’analyse de données et la rédaction. Je suis donc l’auteure principale
de cet article.
Patrice Brassard, Ph. D., professeur-chercheur au Département de kinésiologie de l’Université Laval et
chercheur au Centre de recherche de l’Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec est le
directeur de mes travaux de maîtrise. Il a contribué grandement à chacune des étapes du projet, plus
particulièrement à l’élaboration du protocole de recherche et à la révision de l’article.
Olivier Le Blanc est étudiant à la maîtrise en kinésiologie au sein de notre équipe de recherche. Dans le cadre
de son projet de maîtrise, il a contribué au recrutement de sujets, aux expérimentations et à l’encadrement des
séances d’entraînement des participants. Il a également participé à la révision de l’article.
Guy Thibault, Ph. D., est chercheur au ministère de l’Éducation, du Loisir et du Sport et professeur associé au
Département de kinésiologie de l’Université Laval. Il a agi comme co-directeur pour mes travaux de maîtrise,
en participant à l’élaboration du protocole de recherche et à la révision critique de l’article.
1
Chapitre 1 : Les déterminants de la performance à
vélo
Dans les sports d’endurance, le débit maximal de consommation d’oxygène (VO2max), l’endurance aérobie,
l’aptitude anaérobie et l’efficacité de mouvement sont les principaux déterminants de la performance [1, 2]. Ils
déterminent le rythme auquel l’énergie peut être produite durant l’effort ainsi que la vitesse de déplacement
que cette énergie permet d’atteindre.
Le VO2max
Le VO2max est le plus important déterminant de la performance dans les sports d’endurance [3, 4]. Il reflète
l’aptitude cardiorespiratoire. En effet, il témoigne de la capacité des systèmes cardiovasculaire et pulmonaire à
fournir l’oxygène aux muscles actifs, ainsi que de la capacité des muscles actifs à prélever et à utiliser
l’oxygène durant un effort intense. On peut calculer la consommation d’oxygène (VO2) à partir de l’équation de
Fick :
(1) VO2 = Débit cardiaque * Différence artérioveineuse en oxygène [5]
Au cours d’un test d’effort sollicitant de grandes masses musculaires, le VO2max est atteint lorsque la
consommation d’oxygène n’augmente plus malgré une augmentation de l’intensité [6]. Un débat reste ouvert
quant aux principaux facteurs limitant le VO2max. Théoriquement, chaque étape de transport et d’utilisation de
l’oxygène, de l’air ambiant à la mitochondrie, peut constituer un facteur limitant le VO2max : diffusion de
l’oxygène des alvéoles au capillaires pulmonaires, débit sanguin généré par le cœur, capacité du sang à
transporter l’oxygène, capacité oxydative des muscles squelettiques, etc.
Désaturation artérielle en oxygène chez les athlètes d’endurance
Le système pulmonaire ne limite pas le VO2max chez l’individu en bonne santé ou peu entraîné [6]. Il en est
autrement pour environ 50 % des athlètes d’endurance qui subissent une désaturation artérielle en oxygène
durant une activité physique à intensité très élevée [7]. Comme ils ont un débit cardiaque largement supérieur
à celui des individus sédentaires, le sang transite moins longtemps dans les poumons, ce qui ne laisse pas
suffisamment de temps pour saturer le sang en oxygène avant qu’il ne quitte les capillaires pulmonaires [6].
Le débit cardiaque et le VO2max ne sont pas les seuls éléments expliquant la désaturation artérielle en
oxygène durant un exercice à intensité élevée chez ces individus. Une réponse ventilatoire insuffisante et une
différence artérioveineuse en oxygène accrue sont également responsables de ce phénomène [7]. Chez les
athlètes subissant une désaturation artérielle en oxygène à l’effort, si l’on augmente la pression partielle en
oxygène de l’air inspiré de manière à maintenir la saturation artérielle, le VO2max augmente [7]. Ainsi, le
2
système pulmonaire peut limiter le VO2max, mais seulement chez certains athlètes d’endurance qui ont un
une réponse ventilatoire inadéquate et une importante augmentation de la différence artérioveineuse en
oxygène à l’effort maximal.
Système cardiovasculaire : principal facteur limitant le VO2max?
Le système cardiovasculaire est souvent considéré comme le principal facteur limitatif du VO2max. Puisque la
fréquence cardiaque maximale (FCmax) et la capacité des cellules musculaires à extraire l’oxygène changent
peu avec l’entraînement, c’est la capacité du cœur à faire circuler un grand volume de sang – et ainsi à livrer
l’oxygène aux muscles actifs – qui est généralement reconnue comme le déterminant principal du VO2max [6].
Cette hypothèse s’appuie sur l’augmentation importante du débit cardiaque à l’effort maximal qui accompagne
l’entraînement aérobie. De plus, lorsqu’on augmente ou diminue le débit cardiaque par différentes
interventions, le VO2max augmente ou chute proportionnellement. On croit donc que le débit cardiaque est
responsable de 70 % à 85 % de la limitation du VO2max [6].
La capacité du sang à transporter de l’oxygène dépend du volume sanguin et de la quantité d’hémoglobine.
Lorsqu’on augmente la quantité d’hémoglobine (p. ex. avec le dopage sanguin), on accroît la capacité du sang
à transporter de l’oxygène, laquelle s’accompagne d’une augmentation du VO2max de 4 % à 9 % [8]. En
revanche, un état d’anémie, même s’il n’altère pas le débit cardiaque, provoque une diminution du VO2max et
de la performance [8].
Le VO2max, limité par des facteurs périphériques?
Ainsi, le point de vue « classique » des physiologistes est que le VO2max est limité avant tout par des facteurs
centraux, soit :
de façon importante par la capacité du cœur à livrer l’oxygène aux muscles actifs;
dans une moindre mesure, par la capacité du sang à transporter l’oxygène;
parfois, par la capacité du système pulmonaire à diffuser de l’oxygène dans les poumons [5].
Toutefois, certains physiologistes croient que des facteurs périphériques peuvent également limiter le
VO2max, notamment la capacité des muscles actifs à utiliser l’oxygène, laquelle dépend de la capacité de
diffusion de l’oxygène au niveau musculaire, de la densité capillaire des muscles actifs et de leur capacité
oxydative (densité mitochondriale). En effet, une augmentation du débit cardiaque ne s’accompagne pas d’une
augmentation du VO2max si les muscles actifs ne peuvent extraire davantage d’oxygène [6].
3
Ainsi, le débat se poursuit à savoir si le VO2max est limité par des facteurs centraux ou périphériques.
Plusieurs études tendent à démontrer que les facteurs centraux limitent davantage le VO2max que les facteurs
périphériques. En effet, une augmentation importante de l’activité d’enzymes mitochondriales ne provoque
qu’une légère augmentation du VO2max [9]. De plus, chez des individus ayant un VO2max équivalent, on peut
mesurer des activités d’enzymes mitochondriales allant du simple au double [10]. Ainsi, l’activité
mitochondriale contribue seulement dans une moindre mesure au VO2max et n’est pas le facteur limitant
principal.
Une étude menée par Saltin et coll. [11] est souvent invoquée comme la preuve que le principal facteur
limitant le VO2max est central et non périphérique. Dans cette étude, on a comparé l’utilisation d’oxygène par
le quadriceps durant un test d’effort maximal composé d’exercices sollicitant de grandes masses musculaires
(tapis roulant et vélo) ou une petite masse musculaire (extension du genou à une jambe). Les chercheurs ont
constaté que l’exercice faisant appel à une petite masse musculaire a permis un meilleur débit sanguin dans le
muscle actif et une extraction d’oxygène deux à trois fois supérieure à l’exercice sollicitant de grandes masses
musculaires. Ils concluent que la capacité des vaisseaux sanguins périphériques à augmenter le débit sanguin
régional et la capacité du muscle squelettique à utiliser l’oxygène excèdent la capacité du cœur à pomper le
sang.
Selon d’autres études menées chez l’animal, seulement 60 % à 80% de la capacité oxydative des muscles
squelettiques est utilisée à VO2max, à cause d’un apport limité en oxygène [12]. Cela suggère qu’au niveau de
la mer, chez l’individu en santé, le VO2max est limité non pas par la capacité du muscle à extraire et à utiliser
l’oxygène contenu dans le sang, mais par celle du système cardiopulmonaire à livrer l’oxygène aux muscles
actifs [6]. Toutefois, une réduction de la capacité à transporter et à utiliser l’oxygène (due à une maladie, à
l’altitude, etc.) peut limiter le VO2max [13].
Un nouveau modèle : le « gouverneur central »
Plus récemment, Tim Noakes, un médecin et physiologiste d’Afrique du Sud, a mis de l’avant un autre modèle
pour expliquer la limite d’augmentation de la consommation d’oxygène : un « gouverneur central » qui établit
le nombre d’unités motrices recrutées durant l’effort, en fonction des rétroactions sensitives reçues de la
périphérie. Durant un exercice d’intensité élevée, il limite l’effort en inhibant le recrutement des unités motrices
afin de restreindre le bouleversement de l’homéostasie. Selon ce modèle, la consommation d’oxygène la plus
élevée atteinte durant un test d’effort ne correspond pas à la capacité maximale de consommation d’oxygène
de l’organisme. Il existerait toujours un potentiel d’augmentation de la quantité d’oxygène consommée que
l’organisme choisit de ne pas utiliser pour préserver son homéostasie [14, 15]. Ce modèle découle du fait
qu’on n’observe pas toujours de plateau de VO2 lors d’un test d’effort maximal, ce qui permet de douter de
l’atteinte d’une consommation d’oxygène vraiment maximale.
4
Une étude récente indique cependant qu’il existe une limite de consommation d’oxygène au-delà de laquelle le
VO2 n’augmente plus malgré une augmentation de l’intensité de l’exercice [16]. Dans cette étude, on a soumis
un groupe de coureurs à un test maximal progressif suivi, le lendemain, d’un test « supramaximal » (à une
vitesse qui requiert un VO2 d’au moins 30 % supérieur à celui atteint durant le test progressif). Si tous les
sujets ont été capables de courir à cette intensité supérieure, leur VO2 n’était jamais substantiellement
supérieur à celui atteint lors du test progressif, et toujours bien inférieur au VO2 prédit pour cette intensité.
Ainsi, le VO2 atteint lors du test maximal progressif était bel et bien un VO2max, car chaque sujet a été
capable de courir, le lendemain, à une intensité supérieure, sans augmenter davantage son VO2 [16].
Ainsi, le VO2max est le plus important déterminant de la performance dans les sports d’endurance et il est
limité particulièrement par la capacité du cœur à générer un grand débit cardiaque, dans une moindre mesure
par la capacité de transport de l’oxygène dans le sang et, chez certains athlètes, par la diffusion de l’oxygène
entre les alvéoles et les capillaires pulmonaires.
L’endurance
Dans les sports d’endurance, les athlètes doivent maintenir des intensités élevées sur de longues distances.
Ainsi, le VO2 maintenu dépend à la fois du VO2max et de la capacité à maintenir longtemps un haut
pourcentage du VO2max (%VO2max). C’est ce qu’on appelle l’endurance.
L’endurance n’est pas corrélée avec le VO2max [17]. Si le VO2max est d’abord lié à des caractéristiques
centrales (système cardiovasculaire), l’endurance est liée à des caractéristiques musculaires : pourcentage de
fibres de type I, capacité d’emmagasiner le glycogène et capacité d’oxydation des acides gras libres [6, 17].
L’endurance est fortement corrélée avec le % VO2max auquel survient le premier seuil ventilatoire et le seuil
anaérobie [17].
Le seuil anaérobie
Le seuil anaérobie se définit comme le seuil où, lors d’un exercice sollicitant d’importants groupes
musculaires, le lactate commence à s’accumuler dans le sang [18]. Il est déterminé en grande partie par la
capacité oxydative du muscle squelettique ainsi que par la quantité de fibres musculaires sollicitées. Chez les
sujets peu entraînés, le seuil anaérobie survient généralement autour de 60 % du VO2max, mais il peut être
retardé jusqu’à 75-90 % du VO2max chez l’athlète d’endurance [19].
Sous le seuil anaérobie, l’acide pyruvique produit par la glycolyse entre dans le cycle de Krebs pour participer
au métabolisme aérobie ou est converti en lactate. Le lactate est presque entièrement récupéré pour être
oxydé, de sorte qu’il ne s’accumule pas de façon importante dans les muscles et dans le sang. Ainsi, sous le
seuil anaérobie, le VO2 mesuré est un bon indicateur de la quantité totale d’énergie requise pour effectuer
l’exercice.
5
Au-dessus du seuil anaérobie, la production d’acide pyruvique s’accélère et excède la capacité de la
mitochondrie à l’oxyder. Il s’ensuit une augmentation de la production de lactate, qui dépasse la capacité
d’élimination du lactate dans le sang [18, 19], d’où une accumulation de lactate dans le sang [18].
Mesurer le seuil anaérobie revêt un intérêt particulier pour les athlètes d’endurance, puisqu’il fournit une bonne
estimation du % VO2max qui peut être soutenu durant un exercice de longue durée [6, 17, 20, 21]. Il est donc
fortement corrélé avec la performance dans les sports d’endurance [22]. La corrélation devient plus importante
lorsque la durée de l’épreuve augmente [22]. Le seuil anaérobie est déterminé en grande partie par la capacité
oxydative des muscles squelettiques, qui peut plus que doubler durant un programme d’entraînement aérobie
[19].
Ainsi, le VO2max et l’endurance se conjuguent pour déterminer le VO2 maintenu durant la compétition. Il s’agit
ensuite de déterminer la vitesse ou la puissance qui pourra être maintenue à ce VO2, qui dépend de l’efficacité
mécanique de l’athlète.
L’efficacité mécanique
L’efficacité mécanique, ou l’économie de mouvement, est la quantité d’énergie requise pour effectuer un
travail donné. L’efficacité mécanique brute est généralement exprimée en pourcentage et calculée selon la
formule :
(2) (travail accompli / énergie dépensée) * 100 [23]
On appelle efficacité mécanique brute l’efficacité calculée sans soustraire de l’énergie dépensée celle liée au
métabolisme de repos. L’efficacité mécanique nette en tient compte.
L’entraînement peut-il améliorer l’efficacité de pédalage?
L’efficacité mécanique brute des cyclistes entraînés se situe généralement entre 18,5 % et 23,5 % à une
puissance de pédalage de 300 W [19]. On a longtemps cru que l’efficacité mécanique de pédalage ne
changeait pas avec l’entraînement. Les résultats d’une étude où l’on a évalué l’efficacité mécanique de
cyclistes récréatifs et compétitifs n’indique, en effet, aucune différence entre les groupes pour l’efficacité de
pédalage à des puissances variant entre 50 et 250 W [24].
Les premières observations permettant de croire que l’efficacité de pédalage peut s’améliorer avec
l’entraînement sont les données recueillies pendant sept ans chez un champion cycliste. Son efficacité
mécanique s’est améliorée de 8,8 % durant cette période, passant de 21,18 % à 23,05 % [25]. Une étude
longitudinale a confirmé les résultats de cette étude de cas, en montrant que des cyclistes peuvent augmenter
leur efficacité mécanique de 5 % durant la période d’entraînement précompétitive [26]. L’augmentation est
proportionnelle au volume total d’entraînement et au volume d’entraînement à intensité élevée effectué durant
6
la période précompétitive. Bien qu’aucune étude n’ait révélé l’effet d’une augmentation de l’efficacité
mécanique sur la performance à vélo, on estime qu’une augmentation de 1 point de pourcentage de l’efficacité
mécanique se traduit par une amélioration de 63 secondes dans un contre-la-montre de 40 km [27].
Mobiliser plus de fibres de type 1 pour augmenter l’efficacité mécanique
L’efficacité de la conversion de l’énergie produite en travail dépend de la vitesse de raccourcissement des
sarcomères des fibres musculaires. La vitesse de raccourcissement permettant un maximum d’efficacité est
différente selon le type de fibre musculaire. Ce sont les fibres de type I qui ont la meilleure efficacité
mécanique pendant les contractions musculaires effectuées pour pédaler à une cadence de 60 à 120 rpm.
Recruter plus de fibres de type I durant le pédalage augmenterait donc l’efficacité mécanique [23]. Ainsi, plus
de 50 % de la variance de l’efficacité mécanique des cyclistes s’explique par la variance de la proportion de
fibres de type I dans le muscle vaste latéral [28].
Dans les études longitudinales, l’entraînement cycliste est associé à une transition des fibres de type IIB vers
des fibres de type IIA, et ultimement peut-être vers des fibres de type I [29, 30]. Les études transversales
suggèrent que les cyclistes ont, dans le muscle vaste latéral, une proportion de fibres de type I supérieure aux
individus peu entraînés [29]. Un changement de la typologie musculaire pourrait expliquer, au moins en partie,
l’augmentation de l’efficacité de pédalage observée avec l’entraînement. Cette augmentation pourrait
également découler d’adaptations musculaires permettant d’accroître l’efficacité de la phosphorylation
oxydative [23].
Importance de l’efficacité mécanique pour la performance
L’efficacité de pédalage varie selon la cadence et l’intensité de pédalage, une cadence faible (60 rpm) étant
associée à une meilleure efficacité [31]. Chez des cyclistes entraînés, l’efficacité augmente avec
l’augmentation de l’intensité jusqu’à une puissance d’environ 240 W, après quoi elle plafonne [32]. On mesure
donc l’efficacité de pédalage à une puissance et cadence données. Plus le VO2 est élevé, moins le sujet est
efficace.
Le VO2max et l’efficacité mécanique (économie de mouvement) déterminent la vitesse ou la puissance
maximale qui peut être maintenue par le système aérobie. Les épreuves d’endurance étant effectuées à une
intensité inférieure au VO2max, le % VO2max (endurance) qui peut être maintenu devient également
déterminant [6]. En somme, le VO2max, l’endurance et l’efficacité mécanique sont tous corrélés avec la
performance dans les sports d’endurance. Toutefois, chez des individus ayant un VO2max donné, une
endurance et une efficacité mécanique similaires, la corrélation entre chacune de ces variables et la
performance disparait [6]. Il y a donc d’autres facteurs déterminant la performance dans les sports
d’endurance.
7
L’aptitude anaérobie
Dans les épreuves d’endurance de courte ou de moyenne durée et celles de longue durée où l’intensité varie
au cours de l’épreuve à cause du dénivelé ou pour des raisons stratégiques, une partie de l’énergie produite
provient du métabolisme anaérobie. Cette quantité d’énergie peut être estimée en mesurant le VO2 après
l’effort, le déficit en oxygène reflétant la quantité d’énergie qui a été produite par les processus anaérobies
durant l’effort [19]. L’aptitude anaérobie, soit la capacité à soutenir une intensité « supramaximale » pour une
courte période de temps [33], peut également être appréciée grâce à un test d’effort maximal de courte durée
(typiquement 30 sec) [34].
En compétition, l’aptitude anaérobie permet au cycliste de générer des puissances de pédalage très élevées
pendant de brèves périodes de temps, par exemple, lors du départ, des attaques, des courtes montées, des
sprints intermédiaires et du sprint final [35]. Des chercheurs ont également montré que la capacité anaérobie,
définie comme le travail total produit durant un test maximal de courte durée, est un prédicteur important de la
performance lors d’une course de cross-country de 8 km [36].
Figure 1. Facteurs physiologiques interagissant pour déterminer la vitesse/puissance de la performance. Traduite et adaptée de Joyner et Coyle 2008 [19].
Comme l’illustre la Figure 1, le VO2max, l’endurance (représentée ici par le seuil anaérobie), l’efficacité
mécanique et l’aptitude anaérobie se conjuguent pour déterminer la puissance ou la vitesse maintenue durant
8
la performance. Lors d’une course, outre ces déterminants physiologiques, plusieurs autres facteurs comme
l’équipement, la stratégie de gestion de l’effort et le « sillonnage » influent sur le résultat final.
9
Chapitre 2 : Les méthodes d’entraînement aérobie
Les athlètes d’endurance utilisent diverses méthodes d’entraînement aérobie pour améliorer leur performance.
On peut regrouper ces méthodes en deux grandes catégories : l’entraînement continu et l’entraînement par
intervalles (ou entraînement intermittent).
L’entraînement continu
L’entraînement continu consiste à maintenir une intensité sous-maximale durant une période de temps plus ou
moins longue (typiquement de 30 minutes à plusieurs heures). Il constitue la majeure partie de l’entraînement
des athlètes d’endurance [37]. En effet, ceux-ci exécutent généralement les trois quarts de leur entraînement à
des intensités inférieures au premier seuil ventilatoire, et donc bien en-deçà de l’intensité de leurs
compétitions [38].
Chez les individus auparavant sédentaires, l’entraînement continu s’accompagne d’augmentations de la
capacité de travail et donc de la performance [39]. Ces gains s’expliquent par des adaptations tant centrales
que périphériques. Au niveau central, on assiste à une augmentation de l’acheminement de l’oxygène vers les
muscles actifs grâce à une augmentation du volume sanguin [40], du débit cardiaque, du volume d’éjection
systolique [40, 41], du débit sanguin cutané et musculaire [42] ainsi qu’une réduction de la FC [40] pour une
même intensité d’entraînement. Au niveau périphérique, chez les individus sédentaires, l’entraînement continu
augmente la densité capillaire et mitochondriale des muscles entraînés [43], l’extraction de l’oxygène, ainsi
que le métabolisme des gras des muscles actifs à l’effort sous-maximal [39]. Alors que les adaptations
centrales se font assez rapidement (dès le troisième jour), les adaptations périphériques peuvent nécessiter
quelques semaines d’entraînement [39].
Peu d’études ont montré l’efficacité d’un grand volume d’entraînement continu pour améliorer la performance
chez des athlètes d’endurance. Une étude rétrospective révèle qu’entre les années 1970 et 1990, le VO2max
des meilleurs rameurs norvégiens a augmenté de 12 %, alors que leur performance lors d’un test de 6 minutes
a augmentée de 10 %. Durant cette période, le volume d’entraînement à faible intensité ([lactate] < 2 mM) a
augmenté et le volume d’entraînement à vitesse de course ou à vitesse supramaximale ([lactate] > 8-14 mM)
a diminué, faisant augmenter le volume d’entraînement total des rameurs de 20 % [44]. Dans une étude
longitudinale conduite sur une période de six mois, les auteurs ont trouvé une forte corrélation entre le volume
d’entraînement effectué sous le premier seuil ventilatoire et la performance au 4 km et au 10 km chez des
coureurs d’élite (VO2max = 70 ± 7,3 ml/kg/min) [37].
Cependant, augmenter le volume d’entraînement continu à faible intensité pendant quelques semaines ne
permet pas d’améliorer la performance chez l’athlète d’endurance (VO2max > 60 ml/kg/min), qui fait déjà un
10
volume d’entraînement élevé et qui possède une aptitude aérobie élevée [45-47]. Il semble que les athlètes
d’endurance aient atteint un plateau dans les adaptations métaboliques liées à l’entraînement sous-maximal.
Ainsi, même doubler le volume d’entraînement à intensité modérée durant six semaines ne permet pas
d’améliorer leur performance [45]. Ce ne serait donc pas le volume ni la fréquence, mais bien l’intensité de
l’entraînement qui expliquerait le mieux les améliorations de performance chez les athlètes [48].
L’entraînement par intervalles
Ainsi, l’athlète d’endurance, qui possède déjà une aptitude aérobie, un seuil anaérobie et une efficacité
mécanique élevés, a besoin de stimuli d’entraînement supérieurs afin d’obtenir des gains. L’entraînement par
intervalles (EPI) devient donc la méthode d’entraînement à privilégier. L’EPI consiste à enchaîner des
périodes (ou fractions) d’effort intense (au-dessus du premier seuil ventilatoire), plus ou moins longues,
entrecoupées de périodes de repos (exercice léger ou repos complet) [1, 49]. L’EPI permet de stimuler les
processus physiologiques de manière beaucoup plus importante que l’entraînement continu [39], car les
périodes de repos permettent d’accumuler un volume d’entraînement à intensité élevée beaucoup plus
important.
Chez des individus auparavant sédentaires ou peu actifs, l’EPI permet des améliorations rapides et
importantes du VO2max, soit jusqu’à 44 % en 10 semaines [50]. C’est ce que l’on a observé dans une étude
où la moitié des participants auparavant sédentaires avaient un VO2max au-dessus de 60 ml/kg/min après
10 semaines d’EPI [50]. Chez des individus auparavant sédentaires, une heure d’EPI permet d’oxyder
davantage de lipides et moins de glycogène qu’une heure d’entraînement continu de même intensité moyenne
[51]. L’EPI permet également d’augmenter la capacité oxydative des fibres de type II de façon plus prononcée
qu’un entraînement continu équivalent [52]. Une étude menée avec des rats, indique que le taux d’oxydation
des acides gras dans la mitochondrie augmente de manière plus marquée avec l’EPI qu’avec un entraînement
continu [53].
Plusieurs études montrent que l’ajout de séances d’EPI à l’entraînement habituel d’athlètes d’endurance
donne de bons résultats en peu de temps [39, 49, 54, 55]. Toutefois, on ne recommande généralement pas de
remplacer tout l’entraînement continu par de l’EPI. Chez un groupe de coureurs, on a réduit le volume
d’entraînement total de 67 % durant quatre semaines, en remplaçant les séances d’entraînement continu par
des séances d’EPI. Le volume réduit d’EPI n’a pas permis d’améliorer la performance aérobie, quoi qu’il ait
permis de la maintenir (maintien du VO2max, de la capacité oxydative et de la performance au 10 km) et
d’améliorer la performance anaérobie [56]. Ainsi, il semble que la combinaison de périodes de grand volume
(faible intensité) et de grande intensité (faible volume) soit essentielle pour des gains de performance aérobie
[47]. C’est ce que l’on appelle l’entraînement polarisé. Il s’agit d’effectuer 75 % du volume d’entraînement à
11
faible intensité (sous le premier seuil ventilatoire), 15 à 20 % à haute intensité (au-dessus du deuxième seuil
ventilatoire) et moins de 10 % à une intensité moyenne (entre les deux seuils ventilatoires) [38].
Ainsi, l’entraînement continu de faible intensité et l’EPI semblent tous les eux avoir leur place dans
l’entraînement des athlètes d’endurance, mais l’EPI est de plus en plus considérée comme la méthode la plus
efficace pour améliorer la performance chez les athlètes [39, 49, 54]. Pour mieux planifier l’entraînement des
athlètes, il faut connaître les effets respectifs des diverses formules d’agencement des variables des séances
d’EPI.
Au moins neuf variables peuvent être manipulées dans les séances d’EPI, les variables principales étant
l’intensité et la durée des fractions d’effort et de repos, ainsi que le nombre de répétitions. Le nombre de
répétitions par série, le nombre de séries, l’intensité et la durée de la récupération entre les séries et la
modalité d’entraînement (par exemple la course à pied, le vélo, etc.) sont les autres variables (Figure 2). On
peut aussi se pencher sur d’autres caractéristiques des séances d’EPI, par exemple :
l’intensité moyenne;
le ratio entre le temps d’effort et le temps de repos;
et l’amplitude, c’est-à-dire l’ampleur des changements de l’intensité entre les fractions d’effort et de
repos [57].
Chacune de ces variables peut influer sur les effets de la séance d’EPI. Dans le contexte de ce mémoire de
maîtrise, examinons l’effet des quatre principales variables, soit l’intensité des fractions d’effort, la durée des
fractions d’effort et l’intensité et la durée des périodes de repos.
12
Figure 2. Représentation schématique des variables définissant une séance d’EPI. Adaptée de Buchheit et Laursen 2013 [55].
Effet de l’intensité des fractions d’effort
Il existe plusieurs façons de prescrire l’intensité de l’entraînement, de sorte que l’intensité soit équivalente pour
chaque individu, en fonction de ses capacités, et pour cibler certaines adaptations physiologiques.
En course à pied et en natation, l’intensité de l’entraînement est souvent prescrite en fonction de la meilleure
performance d’un individu sur différentes distances. Ainsi, en course à pied, par exemple, les intervalles les
plus courts se feront à la meilleure vitesse mesurée sur des distances de 100 à 400 mètres, alors que les
intervalles plus longs se feront aux meilleures vitesses sur 800 à 10 000 mètres, voire plus. Bien que cette
approche ait été couronnée de succès, elle ne permet pas de manipuler la charge physiologique comme
lorsque l’intensité est prescrite en fonction d’un indice physiologique. Elle demande également d’avoir accès
aux records de vitesse d’un individu sur plusieurs distances et, bien qu’elle puisse s’appliquer à d’autres sports
cycliques comme le cyclisme sur route, elle s’applique difficilement à certains autres sports comme le ski de
fond ou le vélo de montagne [55].
L’utilisation de la FC pour contrôler l’intensité de l’exercice est maintenant très répandue sur le terrain [58].
Cette méthode convient bien aux exercices sous-maximaux et prolongés, où la FC est plutôt stable, mais son
efficacité pour contrôler l’intensité en EPI est limitée. En effet la FC n’est plus représentative de l’intensité de
13
l’effort effectué lorsque celle-ci est supérieure au VO2max, ce qui est le cas dans plusieurs protocoles d’EPI.
L’utilisation de la FC n’est pas non plus appropriée lorsque les fractions d’effort sont de courte (< 30 sec) ou
de moyenne (1 ou 2 min) durée, à cause du délai d’augmentation de la FC. Ainsi, la FC n’est pas un bon
indicateur de l’intensité pour la plupart des séances d’EPI [55].
La perception d’effort est souvent utilisée pour prescrire l’intensité des séances d’entraînement, car elle est
facile d’utilisation. Dans cette approche, l’athlète régule l’intensité de l’exercice en fonction de la durée des
fractions d’effort et des périodes de repos et du nombre de répétitions à effectuer. Toutefois, l’utilisation de la
perception d’effort ne permet pas de doser précisément la charge physiologique d’entraînement [55].
L’habileté à ajuster l’intensité en utilisant la perception d’effort pourrait également dépendre du degré de
maturité des individus [59], de leur condition physique [60], de l’intensité et du plaisir associé à l’exercice [61].
La vitesse ou la puissance associée au VO2max (vitesse aérobie maximale [VAM] ou puissance aérobie
maximal [PAM]) est souvent utilisée pour prescrire l’intensité de séances d’EPI. La VAM et la PAM sont
respectivement la vitesse et la puissance minimale qui permet d’atteindre le VO2max. Elles dépendent à la fois
du VO2max et de l’efficacité mécanique [62]. Dans plusieurs études, on utilise la puissance maximale atteinte
dans un test d’effort progressif (Pmax) plutôt que la vraie PAM. La Pmax n’est qu’une approximation de la
PAM et, bien qu’elle y soit fortement corrélée, elle peut être jusqu’à 5-10 % supérieure à la PAM réelle [55]. La
VAM et la PAM seraient utiles avant tout pour prescrire l’intensité de séance d’EPI où les fractions d’effort sont
longues (2 à 6 min) et effectuées à une intensité près de la VAM ou de la PAM (90-105 %). À des intensités
inférieures ou supérieures, l’endurance et l’aptitude anaérobie, respectivement, influencent la vitesse qui
pourra être maintenue [55]. Puisque la capacité à répéter des efforts supramaximaux dépend davantage de la
vitesse maximale de sprint que du VO2max, celle-ci devrait être considérée lors de la prescription d’une
séance d’EPI supramaximal [63].
Chez des sujets sédentaires, un entraînement à des intensités aussi faibles que 50 %VO2max est suffisant
pour induire des améliorations du VO2max [64]. Des intensités largement supérieures sont nécessaires pour
induire des adaptations chez l’athlète d’endurance. Au terme du dépouillement de 59 études d’entraînement,
des chercheurs concluent que le degré d’augmentation du VO2max est directement corrélé à l’intensité de
l’entraînement entre 50 et 100 %VO2max [65]. Cette relation serait indépendante de la fréquence et de la
durée des entraînements ainsi que du VO2max de départ.
Une intensité élevée (>90 %VO2max) permet de recruter les fibres de type II et donc d’améliorer leur capacité
oxydative; crée un stress de cisaillement important sur les artères; augmente de façon marquée la pression
artérielle, permettant d’augmenter davantage la capillarisation; et crée une surcharge en pression et en
volume sur le cœur, stimulant des adaptations cardiaques [66]. Il semble également que l’amélioration de la
capacité oxydative musculaire soit liée à l’intensité de l’exercice [67].
14
Selon l’intensité à laquelle les fractions d’effort sont effectuées, on parlera d’EPI inframaximal, à VO2max ou
supramaximal.
L’entraînement par intervalles inframaximal
L’EPI inframaximal, aussi appelé aérobie, est défini comme un EPI durant lequel les fractions d’effort sont
effectuées à une intensité inférieure au VO2max (ou à la PAM) et donc qui sollicite le système aérobie de
manière plus prononcée que le système anaérobie. Plusieurs études portant sur l’EPI inframaximal ont été
effectuées. On se concentrera ici sur celles qui ont été menées chez des sportifs d’endurance.
L’EPI inframaximal a déjà fait ses preuves chez les cyclistes. En effet, remplacer une partie de l’entraînement
continu habituel par six [68, 69] ou douze [70] séances d’EPI inframaximal consistant en 6 à 9 x 5 min à
80 % Pmax en quatre [68, 69] ou six [70] semaines s’accompagne d’améliorations de la Pmax, du temps
avant épuisement à 150 % Pmax et de la performance dans un contre-la-montre [68-70]. L’amélioration de la
performance lors du contre-la-montre était expliquée par une augmentation à la fois de la puissance absolue
(de 291 à 327 W) et relative (de 72,6 % Pmax pré-entraînement à 80 % Pmax post-entraînement) maintenue
durant l’épreuve. Dans d’autres études menées chez des cyclistes et triathlètes, trois ou quatre semaines de
séances d’EPI comprenant de 6 à 8 répétitions de 5 min au deuxième seuil ventilatoire ou à l’intensité
maximale librement choisie ont permis d’améliorer la performance [71, 72], la Pmax, ainsi que la puissance et
le VO2 au deuxième seuil ventilatoire [71].
Chez 12 athlètes d’endurance, 15 séances d’EPI à 90-95 % FCmax à vélo ou en course à pied en 9 semaines
ont permis d’améliorer le VO2max de 11,7 %, la Pmax ou la vitesse maximale atteinte lors d’un test progressif
de 5,1 % et l’efficacité mécanique, tel qu’indiqué par une diminution de 4,8 % du VO2 à l’exercice sous-
maximal [73]. Dans une étude menée chez des coureurs entraînés (VO2max : 65,5 ml/kg/min), 8 semaines
d’EPI à 90-95 % FCmax n’ont pas permis d’améliorer le VO2max, mais se sont accompagnés d’augmentations
importantes de la performance au 10 km (63 sec en moyenne) et du temps de course jusqu’à épuisement à
leur vitesse maintenue durant la première course de 10 km [74]. Finalement, chez des rameurs, 7 séances
d’EPI consistant en 8 x 2,5 min à 90 % VAM en 4 semaines ont permis d’améliorer le VO2max (+ 7,0 %), la
puissance moyenne (+ 5,8 %) et la performance lors d’un test de 2000 m (temps réduit de 1,9 %) [75].
Il semble donc que quelques semaines d’EPI inframaximal permettent d’améliorer la performance chez des
athlètes de sports d’endurance. On en connait toutefois encore peu sur les mécanismes responsables de ces
améliorations. L’EPI inframaximal est associé à une augmentation de l’oxydation des gras à l’effort [72, 76],
une diminution de la concentration plasmatique de lactate à l’effort intense [74] et une augmentation de la
concentration de glycogène musculaire [72]. L’EPI inframaximal serait également associé à une augmentation
de la capacité tampon des muscles [68], soit la capacité des différents tampons musculaires (p. ex. les
15
composés phosphates inorganiques, le bicarbonate, etc.) à capter les protons pour réguler l’acidité du muscle
[77]. L’EPI inframaximal est donc associé à des améliorations de la performance qui pourraient être
expliquées par une augmentation de la résistance à la fatigue, due entre autres à une meilleure capacité
tampon du muscle squelettique. L’effet de l’EPI inframaximal sur l’activité des enzymes métaboliques est
incertain. Dans une étude, il ne s’accompagnait d’aucune augmentation de l’activité des enzymes
phosphofructokinase et citrate synthase (CS) [68], alors qu’une autre étude met en évidence une
augmentation de l’activité maximale de la CS et de la B-hydroxyl-CA-deshydrogénase, ainsi que du contenu
en cytochrome c oxidase (COX) [72].
L’entraînement par intervalles à VO2max
Il a été suggéré que les protocoles d’EPI qui permettent de passer beaucoup de temps à VO2max ou près du
VO2max constituent le meilleur stimulus pour l’amélioration du VO2max [39, 78]. L’entraînement à VO2max (à
VAM ou à PAM) a donc gagné en popularité. Les athlètes peuvent généralement maintenir leur VAM ou leur
PAM pendant 4 à 8 minutes au cours d’un effort continu menant à épuisement [62]. Les protocoles d’EPI à
VO2max consistent souvent en des fractions de d’effort de 50-70 % du temps jusqu’à épuisement à VAM ou
PAM. Cette durée est considérée comme suffisante pour atteindre le VO2max dès la première fraction d’effort
[39, 49]. Toutefois, on sait depuis longtemps qu’il est possible d’atteindre le VO2max avec des fractions d’effort
d’une intensité inférieure au VO2max, grâce à la composante lente du VO2 [79].
Dans leur revue de littérature sur le sujet, Midgley et Naughton [78] concluent que la séance d’EPI qui permet
de passer le plus de temps à VO2max doit avoir les caractéristiques suivantes :
intensité des fractions d’effort : 90 % à 105 %VAM ou PAM;
intensité des périodes de repos : entre 50 %VAM ou PAM et le seuil anaérobie;
durée des fractions d’effort : 15 à 30 secondes;
durée des périodes de repos : 15 à 30 secondes;
échauffement : 10 à 15 minutes, légèrement sous la vitesse au seuil anaérobie;
pas de temps d’arrêt entre l’échauffement et la première fraction d’effort.
Plusieurs études ont montré l’efficacité de l’EPI à VO2max pour améliorer la performance chez des cyclistes.
Aussi peu que 4 séances d’EPI à VO2max permettent d’améliorer la Pmax, ainsi que le VO2 au premier et
deuxième seuil ventilatoire, sans changer le VO2max chez des cyclistes très entraînés [80]. Par ailleurs,
4 semaines d’EPI à VO2max chez des cyclistes très entraînés permettent d’améliorer aussi la performance
dans un contre-la-montre de 40 km et le VO2max [81, 82]. Les résultats d’une autre étude suggèrent que l’EPI
à VO2max s’accompagne d’une augmentation significative de la densité mitochondriale [83]. Si l’EPI à
16
VO2max donne de bons résultats, il reste à savoir si l’EPI à intensité plus élevée peut également améliorer la
performance.
L’entraînement par intervalles supramaximal
L’EPI supramaximal, aussi appelé anaérobie, est un EPI durant lequel les fractions d’effort sont effectuées à
une intensité supérieure à la VAM ou la PAM et donc qui sollicite davantage le système anaérobie que le
système aérobie.
Parmi les méthodes d’EPI supramaximal, l’entraînement par sprints répétés (EPS) retient l’attention depuis
quelques années. L’EPS consiste à enchaîner des fractions d’effort très intenses (souvent des sprints
maximaux) de courte durée ( 30 sec), entrecoupées de longues périodes de récupération (typiquement près
de 4 min) [84]. Le Tableau 1 présente les séances d’EPS utilisées dans les différentes études revues par Sloth
et al. [84], ainsi que les changements de VO2max qui en découlent. Par son volume réduit et son intensité très
élevée, l’EPS se distingue des approches traditionnelles d’entraînement pour les sports d’endurance. Le
protocole d’EPS le plus utilisé dans les études consiste à répéter des tests Wingate (des efforts maximaux sur
vélo de 30 sec) [85-95], mais dans certaines études, on a utilisé des fractions d’effort encore plus courtes [96,
97].
Tableau 1. Effet de séances d'entraînement par sprints répétés sur la consommation maximale
d'oxygène
Étude Sujets Durée de
l’entraîne-
ment
Nrép Fractions
d’effort
Périodes de
repos
Gain de
VO2max
P
Astorino et
al. 2012 [85]
20 (jeunes H
et F, actifs)
2 sem,
6 séances
4 – 6 30 sec, SM ≥ 5 min,
pédalage à
vide
4,7 % < 0,05
Bailey et al.
2009 [86]
16 (jeunes H
et F, actifs)
2 sem,
6 séances
4 – 7 30 sec, SM 4 min,
< 30 W
7,1 % < 0,05
Barnett et al.
2004 [87]
16 (jeunes H,
actifs)
8 sem,
24 séances
3 – 6 30 sec, SM 3 min, passif 4,2 % 0,001
Bayati et al.
2011 [88]
16 (jeunes H,
actifs)
4 sem,
12 séances
3 – 4 30 sec, SM 4 min 9,6 % 0,046
Burgomaster 16 (jeunes H 2 sem, 4 – 7 30 sec, SM 4 min, passif Pas
17
et al. 2005
[90]
et F, actifs) 6 séances ou < 30 W d’amélio-
ration
Burgomaster
et al. 2008
[89]
10 (jeunes H
et F, actifs)
6 sem,
18 séances
4 – 6 30 sec, SM 4,5 min, 7,3 % < 0,05
Hazell et al.
2010 [96]
48 (jeunes H
et F, actifs)
2 sem,
6 séances
4 – 6 (1) 30 sec
(2) 10 sec
(3) 10 sec
SM
(1) 4 min
(2) 4 min
(3) 2 min
pédalage à
vide
(1) 9,3 %
(2) 9,2 %
(3) 3,8 %
< 0,001
< 0,001
0,06
Macdougall
et al. 1998
[91]
12 (jeunes H,
actifs)
7 sem,
21 séances
4 –
10
30 sec, SM 2,5 – 4 min,
pédalage à
vide
6,9 % < 0,05
Macpherson
et al. 2011
[92]
10 (jeunes H
et F, actifs)
6 sem,
18 séances
4 – 6 30 sec, SM 4 min, actif 11,5 % < 0,001
McKenna et
al. 1997 [93]
8 (jeunes H,
actifs)
7 sem,
21 séances
4 –
10
30 sec, SM 3 – 4 min 10,8 % < 0,05
Metcalfe et
al. 2011 [97]
29 (jeunes H
et F,
sédentaires)
6 sem,
18 séances
1 – 2 10 – 20
sec, SM
3 min 13,2 % < 0,01
Trilk et al.
2011 [94]
28 (F, IMC
> 25,
sédentaires)
4 sem,
12 séances
4 – 7 30 sec, SM 4 min,
pédalage à
vide
13,4 % < 0,05
Whyte et al.
2010 [95]
10 (H, IMC
> 25,
sédentaires)
2 sem,
6 séances
4 – 6 30 sec, SM 4,5 min 9,5 % 0,013
Nrép : nombre de répétitions, H : hommes, F : femmes, SM : sprint maximal, VO2max : consommation maximale d’oxygène
18
Dans presque toutes les études, l’EPS s’accompagne d’une amélioration du VO2max. Dans une méta-analyse
(2013) recensant 13 études sur l’EPS et regroupant 238 participants, la taille d’effet moyenne pondérée
d’augmentation du VO2max suite à l’EPS est de g = 0,63, 95% IC (0,39; 0,87). Les auteurs concluent donc
que 2 à 8 semaines d’EPS permettent d’améliorer le VO2max chez des individus sains, sédentaires ou
modérément actifs [84]. Une autre méta-analyse récente (2014), regroupant 16 études, conclue que l’EPS
permet d’augmenter le VO2max en moyenne de 8 %, ou 3,6 ml/kg/min, une augmentation semblable à celle
associée à l’entraînement continu d’intensité moyenne [98]. L’EPS augmente la performance autant aérobie
qu’anaérobie. Six séances d’EPS permettent d’augmenter l’endurance (temps avant l’épuisement à 80 % du
VO2max) de 100 % chez de jeunes adultes actifs [90]. L’aptitude anaérobie, évaluée par la puissance
maximale atteinte et la puissance moyenne maintenue lors d’un test Wingate de 30 secondes, est améliorée
jusqu’à 17 % suite à l’EPS [84]. Alors qu’on s’attend à une amélioration de la performance anaérobie avec
l’EPS, l’amélioration du VO2max et de la performance aérobie avec l’EPS est plus surprenante. Quels
changements physiologiques expliquent ces gains?
Peu d’études ont examiné les changements cardiaques associés à l’EPS. Parmi elles, certaines ont noté une
diminution de la FC à l’exercice sous-maximal suite à l’entraînement [85, 89, 93, 94], alors qu’une autre n’a
noté aucun changement [86]. Seules deux études ont porté sur l’effet de l’EPS sur le volume d’éjection
systolique et ont obtenu des résultats contradictoires [92, 94]. Ainsi, l’EPS semble abaisser la FC à l’effort
sous-maximal, mais on ignore si des adaptations centrales (volume d’éjection systolique) ou périphériques
(extraction d’O2) en sont responsables. Exécuter 2 à 8 semaines d’EPS permet d’augmenter l’activité de
plusieurs enzymes mitochondriales comme la CS [89, 91, 99] et la COX [100]. Toutefois, lorsque l’on allonge
les périodes de récupération entre les sprints maximaux à 20 minutes, on ne rapporte plus d’augmentation de
l’activité des enzymes oxydatives [101]. Il semble donc que la durée du repos entre les répétitions détermine
le niveau de sollicitation du métabolisme aérobie durant l’EPS. Finalement, l’EPS s’accompagne d’une
augmentation du contenu musculaire en glycogène [87, 90, 99, 100] ainsi que d’une augmentation de
l’oxydation des gras et une diminution de l’oxydation des glucides à l’effort sous maximal [89].
Lorsque comparé à un entraînement continu, l’EPS s’accompagne des mêmes augmentations de l’activité des
enzymes oxydatives, de la performance lors d’un contre-la-montre, du contenu en glycogène musculaire et de
la capacité tampon des muscles qu’un entraînement continu de 90 à 120 minutes à 65 % du VO2max, mais
avec un volume d’entraînement de 90 % inférieur [100]. Une étude révèle que l’EPS permet les mêmes
changements de la composition corporelle, du VO2max et de la performance qu’un entraînement continu de
30 à 60 minutes à 65 % du VO2max. Toutefois, dans cette étude, seul l’entraînement continu s’accompagne
d’une augmentation du débit cardiaque maximal. Les auteurs suggèrent donc que les adaptations liées à
l’EPS sont davantage périphériques que centrales [92]. Cette suggestion est supportée par les résultats d’une
autre étude où on a comparé un EPS à un entraînement continu équivalent (même travail total, à 90 % du
19
seuil ventilatoire, pour en moyenne 15 à 25 min). Dans cette étude, seul l’EPS entraîne une augmentation de
l’extraction musculaire d’O2, une augmentation de la vitesse de la cinétique du VO2 et une amélioration de la
tolérance à l’exercice de haute intensité [86]. Toutefois, la faible intensité et la courte durée de l’entraînement
continu pourraient expliquer ces résultats.
Ainsi, étonnamment, l’EPS s’accompagne d’adaptations physiologiques et d’améliorations de la performance
qu’on associe généralement à l’entraînement aérobie. Pourtant, lors d’un sprint maximal de 30 secondes, la
majorité de l’énergie produite provient de la glycolyse anaérobie (65-70 %) et de la phosphocréatine (25-
30 %). Ainsi, seulement 25-30 % de l’énergie produite provient du métabolisme aérobie [84]. Toutefois, au fil
des répétitions, la contribution du métabolisme aérobie augmente afin de répondre à la demande de
resynthèse d’ATP. Bien que les repos en EPS soient très longs (jusqu’à 8 fois plus longs que les périodes
d’effort), ils seraient encore suffisamment courts pour permettre des améliorations du métabolisme aérobie.
Cela pourrait expliquer pourquoi les adaptations du métabolisme aérobie disparaissent lorsqu’on allonge le
repos à 20 minutes [101]. L’EPS permet de stimuler le métabolisme aérobie grâce à des repos suffisamment
courts.
Le temps d’effort a-t-il un impact sur la stimulation du métabolisme aérobie? Dans une étude où on a soumis
des individus à un EPS avec des fractions d’effort de 10 ou 30 secondes, entrecoupés dans les deux cas de
périodes de repos de 4 minutes, on a obtenu les mêmes gains de VO2max avec les fractions d’effort les plus
courtes, malgré un temps d’effort 67 % plus court [96]. Ainsi, le temps passé à intensité élevée ne semble pas
avoir d’impact sur l’amélioration de l’aptitude aérobie. Ces chercheurs ont suggéré que la puissance élevée
produite pendant les premières secondes de l’intervalle serait responsable des gains observés [96]. Les
adaptations dépendraient donc de la puissance maximale atteinte et non pas du temps passé à haute
intensité. C’est la quantité de fibres musculaires recrutées qui ferait la différence [86, 100]. Toutefois, cette
idée est contredite par les résultats d’une autre étude où une longue récupération ne permettait pas
d’améliorer l’aptitude aérobie [101].
Ainsi, bien qu’on ne connaisse pas tous les mécanismes responsables des améliorations observées suite à
l’EPS et qu’on ne connaisse pas le ratio temps de travail/temps de repos idéal, il semble que, chez les
individus sédentaires ou modérément actifs, l’EPS est une alternative à l’entraînement continu, permettant
d’obtenir les mêmes améliorations aérobie avec un investissement en temps réduit.
Seules quelques d’études ont porté sur l’effet de l’EPS chez des individus entraînés. Chez des coureurs à pied
modérément entraînés (VO2max de 51,6 ml/kg/min), 10 semaines d’EPS (2 séances par semaine : 12 x
30 sec à 130 % de la vitesse à VO2max, repos 4,5 min entre les répétitions) permettent d’améliorer le
VO2max, la VAM, ainsi que la performance à une test d’endurance et à une course de 3 km, alors que
10 semaines d’entraînement continu (4 séances par semaine, 60 min à 75 % de la vitesse à VO2max) ne
20
s’accompagnent d’aucune amélioration des déterminants de la performance [102]. Dans cette étude, les
participants prenant part à l’EPS conservaient un volume d’entraînement équivalent aux sujets du groupe
témoin (entraînement continu) en exécutant deux séances d’entraînement continu de 60 minutes en plus des
deux séances d’EPS chaque semaine. Dans une autre étude menée auprès de coureurs à pied entraînés,
l’EPS a remplacé complètement l’entraînement habituel des participants (environ 45 km/sem). Trois à quatre
séances d’EPS par semaine (8 à 12 x 30 sec à 93 % de la vitesse maximale sur 30 sec, repos de 3 min entre
les répétitions) ont permis de maintenir la capacité oxydative, la capillarisation, le VO2max et la performance
en endurance des sujets malgré une diminution importante (67 %) du volume d’entrainement [56]. Seul l’EPS
s’est accompagné d’une amélioration de l’efficacité de la foulée et d’une augmentation de l’aptitude anaérobie.
Il semble donc que l’EPS seul permet de maintenir les qualités aérobies, tout en développant les qualités
anaérobies et ce, avec un volume d’entraînement réduit.
On s’est penché sur l’effet de l’EPS chez des cyclistes (et triathlètes) entraînés dans trois études [82, 103,
104]. Elles révèlent que 3 ou 4 semaines d’EPS (12 x 30 sec à 175 % de la Pmax [82, 103] ou 4-10 x 30 sec
de sprint maximal [104]), avec maintien du volume d’entraînement à faible intensité, permettent d’améliorer la
performance au contre-la-montre [82, 103] et la Pmax, mais n’augmentent pas le VO2max [82]. L’EPS
s’accompagne aussi d’une augmentation de la performance au sprint, d’une augmentation de l’activation des
unités motrices et de la production de lactate lors de sprints répétés [104].
Ainsi, chez les individus entraînés, l’EPS est plus approprié que l’entraînement continu pour améliorer les
déterminants de la performance, mais une combinaison des deux types d’entraînement, permettant de
maintenir un certain volume d’entraînement, semble permettre les meilleurs gains de performance.
L’EPI supramaximal peut donc améliorer les déterminants de la performance chez des individus auparavant
sédentaires, modérément entraînés, ou très entraînés. Par contre, plusieurs questions demeurent sans
réponse. Par exemple, qu’arrive-t-il si l’intensité des fractions d’effort n’est pas maximale et qu’on effectue un
plus grand nombre de répétitions? Autrement dit, des séances d’EPI à intensité supramaximale intermédiaire,
donc supérieure à 100 % PAM mais inférieure à 170 % PAM, qui permettrait d’effectuer un plus grand nombre
de répétitions, s’accompagneraient-elles d’améliorations encore plus importantes de la performance? À notre
connaissance, seule l’étude d’Esfarjani et Laursen (2007) [102] citée plus haut a évalué l’effet d’un programme
d’EPI supramaximal à une intensité intermédiaire chez des athlètes d’endurance, en soumettant des coureurs
à pied modérément entraînés à 10 semaines d’EPI à 130 % VAM. Toutefois, le nombre de répétitions de
30 secondes complétées par les participants à chacun des entraînements dans cette étude (7 à 12 répétitions)
n’est pas beaucoup plus élevé que les 4 à 10 répétitions complétées par les participants des autres études,
ayant effectué des fractions d’effort à une intensité de 175 % PAM à vélo. Ainsi, à notre connaissance, aucune
21
étude n’a évalué l’effet de l’EPI supramaximal à des intensités intermédiaires permettant d’effectuer un grand
volume d’entraînement chez des cyclistes.
Comparaison entre les méthodes d’entraînement par intervalles
Bien qu’il soit reconnu que l’EPI permet d’améliorer la performance chez des individus entraînés, on ne sait
pas quelles sont les formules d’EPI donnant les meilleurs résultats [39]. Dans quelques études, on a comparé
des méthodes d’EPI inframaximales, supramaximales et à VO2max, chez diverses populations.
Chez des individus auparavant sédentaires, lorsqu’on compare l’EPS (3-5 sprints maximaux de 30 sec) à un
entraînement supramaximal deux fois moins intense mais deux fois plus long, on obtient les mêmes
améliorations du VO2max, de la puissance à VO2max, du temps jusqu’à épuisement dans un test d’endurance
et de la puissance maximale lors d’un test de 30 secondes. Toutefois, la puissance moyenne soutenue sur un
effort maximal de 30 secondes s’améliore seulement dans le groupe exécutant des séances d’EPS [88]. Le
Tableau 2 présente les résultats de deux études ayant comparé différents types d’EPI chez des coureurs à
pied ou des cyclistes entraînés.
Tableau 2. Effets comparés de différents types d'entraînement par intervalles chez des athlètes
entraînés
Étude N Protocole d’EPI Amélioration de…
VO2max PAM ou
VAM
Test
d’endu-
rance
SV Contre-la-
montre
Esfarjani
et al.
2007
[102]
6 8 x 60 % Tmax, à
VO2max, repos
1:1
+ 9,1 % + 6,4 % + 5 % + 11,7 % - 7,3 %
(temps)
Esfarjani
et al.
2007
[102]
6 12 x 30 sec à
130 % VAM,
repos 4,5 min
+ 6,2 % + 7,8 % + 32 % + 4,7 %
(p=0,07)
- 3,4 %
(temps)
Laursen
et al.
2002 [82]
8 8 x 60 % Tmax, à
VO2max, repos
1:2
+ 5,4 % + 4,8 % ND ND + 5,2 %
(vitmoy)
22
Laursen
et al.
2002 [82]
9 8 x 60 % Tmax, à
VO2max, repos
jusqu’à 65 %
FCmax
+ 8,2 % + 6,0 % ND ND + 5,6 %
(vitmoy)
Laursen
et al.
2002 [82]
10 13 x 30 sec à
175 % Pmax,
repos 4,5 min
+ 3,1 %
(pas
différent du
groupe
témoin)
+ 3,0 % ND ND + 4,3 %
(vitmoy)
N : nombre de sujets, VO2max : consommation maximale d’oxygène, PAM : puissance aérobie maximale, VAM : vitesse aérobie maximale, SV : seuil ventilatoire, Tmax : temps jusqu’à épuisement à VO2max, FCmax : fréquence cardiaque maximale, Pmax : puissance maximale soutenue lors du test de VO2max ND : résultat non disponible, vitmoy : vitesse moyenne maintenue durant le contre-la-montre
Les chercheurs concluent que l’entraînement à une puissance correspondant au VO2max est une forme
d’entraînement appropriée pour améliorer le VO2max d’individus très entraînés et qu’elle tend à améliorer la
performance aérobie davantage que l’EPS [82, 102]. L’EPS permet tout de même d’améliorer la performance
aérobie, même chez les individus déjà entraînés, mais avec un impact moins prononcé sur le VO2max. Les
auteurs suggèrent que l’EPS améliore la performance aérobie en améliorant à la fois les voies aérobie et
anaérobie ainsi que la capacité tampon du muscle [82, 102].
Une troisième étude a comparé différents protocole d’EPI chez des cyclistes entraînés [103]. On y a soumis
des cyclistes à un des quatre entraînements décrits dans le Tableau 3. On a trouvé une relation curvilinéaire
entre l’intensité d’entraînement et les améliorations de performance (Figure 3). Cette relation curvilinéaire
prédit peu d’améliorations sur un contre-la-montre de 40 km pour des fractions d’effort de 1 minute à 100 %
VO2max ou de 8 minutes à 80 % VO2max, et des gains importants avec des fractions d’effort de 30 secondes
à 175 % VO2max ou de 4 minutes à 85 % VO2max. Selon les chercheurs, les fractions d’effort à 85 % VO2max
s’accompagnent d’importantes améliorations de la performance aérobie grâce à sa spécificité. En effet,
l’intensité est très près de celle maintenue lors d’un contre-la-montre de 40 km. Une amélioration de la
capacité tampon du muscle pourrait être responsable des gains de performance aérobie reliés à l’EPS [103]. À
noter cependant le très petit nombre de participants (3 ou 4 par groupe) et la grande variabilité des
améliorations parmi les sujets. Par ailleurs, on ne peut exclure que les séances qui ont donné les moins bons
résultats étaient de degré de difficulté moins élevé.
23
Tableau 3. Résumé des cinq protocoles d'entraînement par intervalles de l’étude de Stepto et al. [103]
N Nombre de
répétitions
Durée des fractions
d’effort
Intensité des fractions
d’effort
Durée des périodes
de repos
4 12 30 sec 175 % Pmax 4,5 min
3 12 1 min 100 % Pmax 4 min
4 12 2 min 90 % Pmax 3 min
4 8 4 min 85 % Pmax 1,5 min
4 4 8 min 80 % Pmax 1 min
N : nombre de sujets, Pmax : puissance maximale soutenue lors du test VO2max
24
Figure 3. Pourcentage de changement de la performance à un contre-la-montre, de la puissance maximale atteinte dans un test progressif et de la puissance maximale de sprint après différents protocoles d'entraînement par intervalles selon Stepto et al. [103]
Dans cette section, on a examiné l’effet de l’intensité des fractions d’effort des séances d’EPI sur les
adaptations qui en découlent. On a ainsi comparé les effets de l’EPI selon que l’intensité des fractions d’effort
est inframaximale, maximale (à VO2max) ou supramaximale. Toutefois, la durée des fractions d’effort variait
également entre les protocoles d’EPI. Examinons maintenant l’effet de la durée des fractions d’effort sur les
adaptations découlant de l’EPI.
25
Effet de la durée des fractions d’effort
Pour des intensités d’effort supérieures au seuil anaérobie, plus les fractions d’effort seront longues et plus
l’accumulation de lactate sera importante [105]. Inversement des fractions d’effort courtes produisent moins de
lactate et utilisent moins de glycogène grâce à une contribution accrue des lipides au métabolisme aérobie
[49]. Les fractions d’effort courtes permettent également de recharger les réserves de myoglobine entre les
efforts, ce qui permet au système aérobie de contribuer davantage à la production d’énergie et taxe donc
davantage le système de transport d’O2. Puisque l’accumulation de lactate dépend à la fois de la production et
de l’élimination du lactate, des périodes de repos plus longues permettent également de diminuer
l’accumulation de lactate. Un EPI provoquant une faible accumulation de lactate permet généralement
d’accumuler un grand volume d’entraînement [105]. De son côté, l’EPI provoquant une accumulation
importante de lactate peut augmenter la capacité à produire et à recycler le lactate et augmenter la
contribution du métabolisme aérobie malgré une intensité de travail élevée, grâce à l’inhibition des enzymes
de la glycolyse par le lactate [106].
Le VO2 durant une séance d’EPI dépend notamment de l’intensité moyenne de la séance. On sait depuis
longtemps que plus les fractions d’effort sont courtes, plus les oscillations du VO2 autour du VO2
correspondant à l’intensité moyenne de la séance sont réduites [79]. Des fractions d’effort plus longues (2 à
3 min) à la même intensité créent quant à elles de grandes oscillations du VO2, qui peut même atteindre le
VO2max dès la fin de la première fraction d’effort [107], à condition que sa durée soit supérieure au temps
nécessaire pour atteindre le VO2max (entre 97 et 299 sec [108, 109]). Rozenek et al. [110] ont soumis des
sujets à trois protocoles d’EPI où les fractions d’effort étaient exécutées à 100 % VAM et les périodes de repos
à 50 % VAM. Les intervalles d’effort étaient soit de 15, 30 ou 60 secondes, entrecoupés de périodes de repos
de 15 secondes. Malgré une intensité de 100 % VAM, le % VO2max moyen durant l’EPI avec les fractions
d’effort de 15 secondes était de seulement 71,6 % VO2max. Le VO2 augmentait avec un accroissement de la
durée des fractions d’effort, à 84,6 % VO2max pour les fractions d’effort de 30 secondes, et 89,2 % VO2max
pour les fractions d’effort de 60 secondes. Ainsi, pour des temps de repos égaux, allonger les fractions d’effort
permet d’accumuler plus de temps à un VO2 élevé. Dans une autre étude, on a soumis des sujets aux
séances d’EPI suivantes : 24 x 1 min, 12 x 2 min, 6 x 4 min, ou 4 x 6 min avec un ratio effort : repos de 1:1.
Malgré une diminution de la vitesse de course avec l’augmentation de la durée des fractions d’effort, les
fractions d’effort de 2, 4 et 6 minutes ont permis d’atteindre des VO2 beaucoup plus élevés que celles de 1
minute (92 % vs. 82 % VO2max) [111]. Toutefois, il y a fort à parier que des intervalles plus courts permettent
d’accumuler un temps total d’effort plus important que des intervalles longs. Cette hypothèse est supportée
par l’utilisation accrue des acides gras et l’économie de glucides lors des intervalles courts, comparativement
aux intervalles plus longs [107].
26
Il a été suggéré que les protocoles d’EPI qui permettent de passer beaucoup de temps à VO2max ou près du
VO2max constituent le meilleur stimulus pour l’amélioration du VO2max [39, 78]. Ainsi, certains soutiennent
que la durée des fractions d’effort détermine le degré d’amélioration. Pour d’autres, c’est avant tout l’intensité
ou le temps passé à intensité élevée qui dictera les adaptations.
Effet de l’intensité et de la durée des périodes de repos
La durée et l’intensité des périodes de repos entre les fractions d’effort influent également sur les adaptations
physiologiques associées à l’EPI. Un agencement adéquat de ces variables permettra à la fois de maximiser
la capacité de travail pendant les fractions d’effort subséquentes, en augmentant le débit sanguin aux muscles
actifs pour accélérer la récupération métabolique (resynthèse de la phosphocréatine, oxydation du lactate,
etc.) et de maintenir un niveau minimal de VO2, pour réduire le temps nécessaire à l’atteinte d’un VO2 élevé
dans les fractions d’effort subséquentes.
L’intensité des périodes de repos est généralement faible (autour de 50 %VO2max), lors du repos actif. Elle
est nulle lors du repos passif. Le repos actif, comparativement au repos passif, permet de diminuer plus
rapidement la concentration de lactate sanguin et de maintenir un VO2 plus élevé [105]. Toutefois, la
concentration de lactate dans le sang n’est pas liée à la capacité de performance [112]. De plus, la
récupération active est associée à un ralentissement de la resynthèse de la phosphocréatine et une
augmentation de l’engagement du système anaérobie lors des fractions d’effort subséquentes. Cela peut
mener à une diminution de la performance lors des fractions d’effort à venir [105]. Ainsi, dans une revue de
littérature sur le sujet, Buchheit et Laursen [55] concluent que, lors de séances d’EPI avec des fractions
d’effort longues, le repos entre les répétitions devrait être passif s’il est de moins de 2 ou 3 minutes. Si on
choisit de prescrire des repos actifs afin d’éviter que le VO2 ne diminue trop, les périodes de repos devraient
durer au moins 3 ou 4 minutes pour permettre une meilleure resynthèse de la phosphocréatine.
La durée des périodes de repos est généralement entre deux fois plus courte et deux fois plus longue que les
périodes d’effort. Lorsqu’on laisse des coureurs expérimentés choisir la vitesse de course pendant les
périodes de repos, faire passer la période de repos de 1 à 2 minutes leur permet de maintenir une vitesse plus
élevée. Allonger la période de repos davantage (jusqu’à 4 min) ne permet pas de maintenir une vitesse
supérieure [113]. Toutefois, des périodes de repos plus courtes permettent de réduire les oscillations de VO2
durant la séance et d’augmenter le temps passé à VO2max [114]. Afin d’individualiser la durée des périodes
de repos, on a parfois utilisé le temps avant que la FC ne revienne à un certain pourcentage de la FC
maximale. Il semble que cette pratique n’est pas appropriée, car durant la récupération, la FC n’est pas liée au
besoin systémique en oxygène ou aux besoins énergétique musculaire [55, 113].
27
Ainsi, l’EPI est supérieur à l’entraînement continu pour améliorer la performance chez les athlètes
d’endurance. L’intensité des fractions d’effort semble jouer un rôle important dans la nature des adaptations
physiologiques suivant le protocole d’EPI. Les intensités inframaximales, maximales (à VO2max) et
supramaximales sont toutes associées à des améliorations de la performance et des déterminants de la
performance chez les athlètes d’endurance, mais il est impossible actuellement de déterminer l’intensité d’EPI
qui s’accompagne des meilleurs effets. D’autres facteurs comme la durée des fractions d’effort et l’intensité et
la durée des périodes de repos peuvent également influencer les adaptations physiologiques et les gains de
performance associés aux protocoles d’EPI.
29
Chapitre 3 : Problématique
Entraînement par intervalles et performance
Il y a donc un certain nombre d’études indiquant que l’EPI inframaximal permet d’améliorer la performance
chez des cyclistes entraînés. Il y a également de plus en plus d’études où l’on a évalué l’effet d’une forme
particulière d’EPI supramaximal, l’EPS, chez des cyclistes avec des résultats intéressants, suscitant un intérêt
nouveau pour l’EPI supramaximal. Dans certaines études, on a même comparé l’EPI inframaximal et l’EPS
chez des cyclistes. Toutefois, à notre connaissance, aucune étude n’a évalué l’effet d’un EPI supramaximal à
des intensités intermédiaires, c’est-à-dire entre 100 % et 170 % de la puissance à VO2max, chez des
cyclistes. Or, on pourrait penser que l’EPI supramaximal à des intensités intermédiaires permettrait aux
athlètes d’endurance de profiter à la fois d’une intensité d’entraînement élevée et d’un volume d’entraînement
important.
Objectif de l’étude
Comparer l’effet de l’EPI supramaximal à 115 % de la PAM à l’EPI inframaximal à 85 % de la PAM sur les
déterminants de la performance à vélo, chez des individus déjà entraînés en endurance.
Hypothèses
Six semaines d’EPI supramaximal s’accompagneront d’augmentations plus importantes du VO2max, de la
puissance à VO2max, de l’efficacité mécanique, de l’aptitude anaérobie et de l’endurance que six semaines
d’EPI inframaximal, chez des hommes entraînés en endurance.
31
Chapitre 4 : Article scientifique
Titre de l’article : Impact de deux types d’entraînement par intervalles sur les déterminants de la performance
chez des hommes entraînés en endurance
Objectif : Comparer l’effet de l’entraînement par intervalles supramaximal et inframaximal à vélo sur les
déterminants de la performance chez des hommes entraînés en endurance.
Méthodes : La consommation maximale d’oxygène (VO2max), la puissance maximale atteinte durant le test
d’effort progressif (Pmax), la puissance aérobie maximale (PAM) et la capacité anaérobie ont été mesurés
avant et après un programme d’entraînement par intervalles de 6 semaines (3 séances par semaine)
inframaximal (85 % PAM, fractions d’effort de 1 à 7 min, ratio effort:repos de 2:1, EPI85, n = 8) ou
supramaximal (115 % PAM, fractions d’effort de 30 sec à 1 min, ratio effort:repos de 1:2, EPI115, n = 9) menés
jusqu’à épuisement, chez des hommes entraînés en endurance (VO2max = 55,9 ± 4,9 ml/kg/min avant
l’entraînement).
Résultats : Le volume d’entraînement était 47 % inférieur dans le groupe EPI115 comparativement au groupe
EPI85 (304 ± 77 vs 571 ± 200 min; p < 0,01). Le VO2max a augmenté de 6,3 % tant dans le groupe EPI115
(55,9 ± 4,0 vs 59,2 ± 1,1 ml/kg/min, p < 0,05) que dans le groupe EPI85 (56,0 ± 6,0 vs 59,3 ± 4,7 ml/kg/min,
p < 0,05). L’augmentation du VO2max était inversement corrélée avec le VO2max de départ dans le groupe
EPI115 (r = -0,962, p < 0,01), mais pas dans le groupe EPI85. La Pmax a augmenté seulement dans le groupe
EPI85 (+4,5 ± 1,9 %, p < 0,01), alors que la capacité anaérobie s’est améliorée seulement dans le groupe
EPI115 (+5,7 ± 7,1 %, p < 0,05).
Conclusions : L’entraînement par intervalles supramaximal et inframaximal permettent tous les deux
d’améliorer le VO2max chez des cyclistes entraînés. L’entraînement par intervalles supramaximal peut être
intéressant pour les individus souhaitant améliorer à la fois leur aptitude aérobie et leur performance au sprint.
32
Impact of two interval training intensities on key performance factors in endurance-trained men
Submission type: original investigation
Myriam Paquette1,2, Olivier Le Blanc1,2, Guy Thibault1, Patrice Brassard1,2
1Department of Kinesiology, Faculty of Medicine, Université Laval, Québec, Canada
2Research center of the Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de Québec, Québec, Canada
Corresponding author:
Patrice Brassard, Ph.D.
Department of Kinesiology, Faculty of Medicine
PEPS - Université Laval
2300 rue de la Terasse, room 2122
Québec (Qc) GIV OA6, Canada
Phone: 418 656-2131 extension 5621
Fax: 418-656-4908
Email: [email protected]
Preferred running head: Infra- and supramaximal interval training
Abstract word count: 238
Text-only word count: 3418
Number of tables: 2
Number of figures: 2
33
ABSTRACT
Purpose: To compare the effects of supramaximal and inframaximal cycling interval training on key endurance
performance factors in moderately endurance-trained men.
Methods: Maximal oxygen consumption (VO2max), peak power output reached during a ramp exercise
protocol (Ppeak) and sprint performance (peak and mean anaerobic power) were measured before and after 6
weeks (3 sessions/week) of either inframaximal (85% maximal aerobic power [MAP], 1- to 7-min effort bouts,
2:1 work:rest ratio, HIT85, n = 8) or supramaximal (115% MAP, 30-s to 1-min effort bouts, 1:2 work:rest ratio,
HIT115, n = 9) interval training to exhaustion in moderately endurance-trained men (VO2max = 55.9 4.9
ml/kg/min).
Results: High-intensity training volume was 47% lower in HIT115 compared to HIT85 (304 77 vs 571 200
min; p < 0.01). VO2max increased by 6.3% in both HIT85 (from 56.0 6.0 to 59.3 4.7 ml/kg/min) and HIT115
(from 55.9 4.0 to 59.2 1.1 ml/kg/min, all p < 0.05). Increase in VO2max induced by training was strongly
and inversely related to baseline VO2max in HIT115 (r = -0.962, p < 0.01) but not HIT85. Ppeak increased only in
HIT85 (+4.5 1.9%, p < 0.01) and anaerobic capacity increased in HIT115 only (+5.7 7.1%, p < 0.05).
Conclusion: Both supramaximal and inframaximal interval training can improve aerobic capacity in moderately
endurance-trained men. Supramaximal interval training might be interesting for subjects who wish to improve
both aerobic and sprint capacity.
Key Words: aerobic capacity, sprint performance, endurance training, cycling
34
INTRODUCTION
In endurance sports such as cycling, maximal oxygen consumption (VO2max), endurance capacity, anaerobic
fitness and movement efficiency are key performance factors1. For endurance athletes, who already have a
high fitness level, increasing the volume of continuous submaximal training is usually not sufficient to further
improve performance2. High-intensity interval training (HIT), that consists in “repeated short-to-long bouts of
rather high-intensity exercise interspersed with recovery periods”3 is usually considered as the most effective
training regimen to improve performance in trained and untrained subjects4.
Inframaximal interval training, characterized by the repetition of effort bouts at intensities below VO2max, is
efficient in improving performance in highly trained cyclists5-7. There is accumulating evidence that sprint
interval training (SIT), which consists in performing a small number of all-out sprints (typically 4 to 10 sprints)
of short duration ( 30 s), interspersed with long recovery bouts (typically 2 to 4 min), may increase aerobic
capacity. Two recent meta-analyses revealed that SIT have a small-to-moderate8 or moderate9 effect on
aerobic capacity. However, Weston et al.9 meta-analysis reveals an unclear effect of SIT on aerobic capacity
among athletic men.
In physically active but not endurance-trained subjects, six weeks of supramaximal running interval training (7-
12 bouts of 20 to 30 s at 130% of 3000 m time trial speed) provided greater benefits for concurrent
improvement in endurance, sprint and repeated sprint performance than inframaximal interval training (4-6
bouts of 4 min at 3000 m time trial speed)10. It is unknown which of the two intensity domains, supramaximal or
inframaximal interval training, provides the greatest benefits in endurance-trained athletes, given the unclear
effect of SIT on aerobic capacity in that population.
A few studies have compared inframaximal or maximal and supramaximal interval training in endurance-
trained athletes11-13 with mixed results. A study from Stepto et al.13 suggests that improvements in cycling
endurance performance is maximal with HIT performed at 85% Ppeak (i.e., inframaximal interval training) and
175% Ppeak (SIT), compared to HIT performed at 80%, 90% or 95% Ppeak. However, studies from Esfarjani et
al.11 and Laursen et al.12 suggest that interval training at VO2max have a greater effect than SIT on aerobic
capacity in athletes.
Therefore, the aim of the present study was to assess the impact of inframaximal and supramaximal interval
training on key endurance performance factors in moderately endurance-trained adults. It is expected that, in
an endurance-trained population, inframaximal interval training would have a greater impact on aerobic
capacity compared to supramaximal interval training. However, supramaximal interval training would be
associated with a greater increase in sprint performance.
35
METHODS
Subjects
Nineteen moderately endurance-trained men (27 7 years, 72 10 kg) volunteered to participate in this
study. Subjects were road cyclists (n = 9), triathletes (n = 7), mountain bikers (n = 2) and cross-country skier
(n = 1), who were training at least 4 times a week in the months before the study. This study was approved by
the local ethics committee according to the principles established in the Declaration of Helsinki, and all
subjects provided written informed consent.
Design
Subjects reported to the laboratory on four different occasions over a period of two weeks to perform: 1)
resting measurements, 2) a progressive ramp exercise protocol to determine VO2max and Ppeak, 3) a maximal
aerobic power (MAP) stepwise intermittent protocol and 4) a Wingate test to assess sprint performance (peak
and mean anaerobic power). Subjects were asked to refrain from training for at least 12 hrs and to avoid
alcohol and caffeine consumption for 24 hrs before each visit. After preliminary evaluation, subjects were
divided into two interval training groups: inframaximal (HIT85) or supramaximal (HIT115). These four tests were
repeated 48 to 96 hrs following the end of the 6-week training program.
Methodology
Resting measurements. Height and body weight were measured in each subject. Lean mass and percent
body fat (%BF) were assessed using a bioimpedance body composition analyser (InBody520, Biospace, CA,
USA). Subjects then rested supine during 10 min. Heart rate (ECG monitoring), arterial pressure and cardiac
output using pulse contour analysis14 (Nexfin, Edwards Lifesciences, Ontario, Canada) were continuously
monitored on a beat-by-beat basis during the resting period and the last 5 min of recording was averaged to
represent baseline.
Ramp exercise protocol. VO2max was determined using an electromagnetically braked cycle ergometer
(Corival, Lode, the Netherlands). The ramp incremental protocol started with 1 min of unloaded pedalling
followed by 30 W/min increments until volitional fatigue. Expired air was continuously recorded with a breath-
by-breath gas analyser (Breezesuite, MedGraphics Corp., MN, USA) for the determination of VO2, carbon
dioxide production (VCO2), minute ventilation (VE) and respiratory exchange ratio (RER: VCO2/VO2). Heart rate
(HR) was obtained from ECG monitoring and blood pressure was measured at rest and every two minutes
during the test using an automated sphygmomanometer with a headphone circuit option (Model 412, Quinton
Instrument, Bothell, WA, USA). The gas analyser was calibrated before every test using a certified gas mixture
and the gas volumes were calibrated before every test using a 3-L syringe. VO2max was defined as the
highest 30 s averaged VO2, concurrent with a RER 1.15. Ppeak was the highest power output achieved
36
during the test and maximal HR (HRmax), VE (VEmax), respiratory rate (RRmax) and RER (RERmax) were defined
as the highest values recorded, or calculated, during the test. The ventilatory threshold (VT) was determined
using the V-slope method15. The respiratory compensation point (RCP) was determined using the criteria of an
increase in ventilatory equivalents for O2 and CO2 concomitant to a decrease in end-tidal partial pressure of
CO216.
Maximal aerobic power test. Percentage of MAP was used in this study to prescribe training intensity. In
order to determine the power output of the first stage of the MAP test, predicted MAP (MAPP) was calculated
from the VO2max reached during the ramp protocol using the following equation: VO2 (ml/min) = (power output
[W] x 6 kpm/W) x 2 ml/kpm + 30017. Therefore, MAPP (W) = (VO2max (ml/min) – 300)/12. Subjects performed
the MAP test on the same cycle ergometer as the ramp protocol. An intermittent test with 5-min stages was
used (Figure 1). Cadence was freely chosen throughout the test. MAP was defined as the power output of the
last stage completed or the power output of an uncompleted stage where VO2 increased by > 150 ml/min
compared to the previous completed stage. The cumulated time of exercise (excluding warm-up and recovery
phases) during the MAP test (TMAP) was used as an index of endurance. VO2, HR and blood pressure were
monitored as previously described during the ramp protocol.
Cycling efficiency. Gross mechanical efficiency (GME, %) was used to assess cycling efficiency. GME was
defined as the ratio of mechanical work output to energy input18, where: mechanical work output (kgm) =
Power output (W) x time (sec) x 0.102 kgm/j and energy input (kgm) = VO2 (L/min) x 4.838 kcal/L (thermal
equivalent) x 426.4 kgm/kcal. For calculation of GME, data was collected during the fifth min of the warm-up of
the MAP test.
Sprint performance. Peak and mean anaerobic power were assessed using a 30-s Wingate Anaerobic test.
The test was performed on an electronic cycle ergometer (Velotron, RacerMate, Seattle, WA, USA). Before the
Wingate test, subjects performed a 10-min warm-up at 150 W or 50% MAP (for subjects with a MAP < 300 W)
with 5-s non-maximal sprints every min during the last 5 min. Subjects were allowed a 2-min resting period
before starting the test. The test was preceded by a 2-s unloaded acceleration. The load was then set to 9.4%
of subjects’ body weight, who were asked to attain a peak power as quickly as possible and to continue to
exercise maximally for the duration of the sprint (30 s), while remaining seated. Peak anaerobic power (peak
power/body weight) and mean anaerobic power (mean power/body weight) were calculated.
Training interventions. Subjects were paired for age and VO2max and assigned to one of the two training
groups (HIT85 or HIT115). Training consisted of 3 HIT sessions per week over a period of 6 weeks, with 48 to
72 hrs between sessions. On remaining days, subjects were asked to avoid high intensity exercise, but to
maintain a similar low and/or moderate intensity training volume as before study entrance. The HIT85 group
performed repeated 1- to 7-min effort bouts, depending on the session, at 85% MAP, separated by half the
37
effort time of active recovery (150 W or 50% MAP if MAP < 300 W) until exhaustion. The HIT115 group
performed repeated 30-s to 1-min effort bouts, depending on the session, at 115% MAP, separated by twice
the effort time of active recovery (150 W or 50% MAP if MAP < 300 W) until exhaustion.
For both training protocols to be comparable, subjects were asked to exercise until exhaustion, defined as the
inability to complete an effort bout. Subjects were asked to rate their level of fatigue using the modified Borg
scale (0 to 10) right after every training session. After 3 weeks of training, subjects’ MAP was measured to
adjust training intensity for the 3 remaining weeks. Total HIT volume was calculated for each subject, using the
number of repetitions performed and the length of the effort bouts of every session.
Statistical analysis
Statistical analyzes were performed using SPSS statistical software, version 19.0 (Statistical Package for
Social Science, IL, USA). A Student’s t Test for independent samples was used to examine the differences
between groups before training. A Student’s t Test for paired samples was used in each group to assess
whether each specific interval training protocol had an effect on the dependent variables. As well, repeated-
measures ANOVAs (intra-subject factor: time; inter-subject factor: group) were used to compare changes in
the dependent measures between groups. When groups differed for pretraining values, an ANCOVA was used
(dependent variable: pre-posttraining difference; covariate: baseline value)19. Tukey’s post hoc tests were used
when appropriate. Association between baseline VO2max and change in VO2max with training was examined
using linear regression. The significance level was set at p < 0.05. All data are presented as mean standard
deviation.
RESULTS
Data from one subject in each group were removed from the analysis due to illness or excessive fatigue during
the training regime precluding evaluations completion. Therefore, 8 subjects in HIT85 and 9 subjects in HIT115
completed the study. At baseline, subjects in both groups had similar age (HIT85: 26 6 yrs, HIT115:
27 6 yrs), height (HIT85: 1.77 0.08, HIT115: 1.78 0.08 m), body weight, %BF and VO2max (Tables 1 and
2).
Training characteristics. HIT training volume was 47% less in HIT115 than HIT85 (304 77 vs 571 200 min;
p = 0.007). Subjects from both groups attended 16 training sessions on average during the 6 weeks (p = 0.79).
Subjects from HIT85 and HIT115 rated respectively 9.5 0.3 and 9.3 0.6 (p = 0.50) in average on the modified
Borg scale after the training sessions.
Resting measurements. Data from resting measurements before and after training are presented in Table 1.
Body composition did not change with training in any group. There was a significant time x group interaction
38
for systolic blood pressure and heart rate. Resting diastolic blood pressure increased in HIT115 but not HIT85.
Training decreased resting HR in HIT85 (-5 3 bpm, p < 0.01), but not HIT115.
Key performance factors. The repeated measures ANOVA revealed no time x group interaction for any
performance variable. Key performance factors before and after training are shown in Table 2.
Ramp exercise protocol. Figure 2 shows individual changes in VO2max (L/min and ml/kg/min) in HIT85 and
HIT115 with training. Both HIT85 (p = 0.02) and HIT115 (p = 0.04) improved VO2max relative to weight (ml/kg/min)
by 6.3% with training, but only HIT85 improved absolute VO2max (L/min) (Table 2). Ppeak reached during the
ramp protocol increased only in HIT85 (+4.5 1.9%, p < 0.01). Before training, VT was at 52% VO2max in both
groups. Increase in VO2 at VT in HIT85 approached statistical significance (p = 0.08). VO2 at RCP increased in
both HIT85 (p < 0.01) and HIT115 (p = 0.02), but power output at RCP increased only in HIT115 (+9.4%,
p = 0.04). HRmax, RERmax, VEmax and RRmax as well as HR and power output at VT were unchanged after
training in both groups.
As VO2max at baseline was variable within each group, linear regression between VO2max at baseline and the
change in VO2max with training in each group was performed. In HIT115, there was a strong negative
relationship between baseline VO2max and the change in VO2max with training (r = -0.962, r2 = 0.926,
p < 0.01). This relationship was not statistically significant, yet still moderate to large, in HIT85 (r = -0.621,
r2 = 0.368, p = 0.10).
MAP and TMAP. MAP (+1.6%, p = 0.03) and TMAP (+33%; p < 0.01) increased only in HIT85 (Table 2).
Cycling efficiency. GME was higher in HIT85 compared to HIT115 before and after training. Cycling efficiency
decreased in HIT85 (p = 0.04) and was unchanged after training in HIT115 (Table 2). Mean cadence during
GME measurement was similar before and after training in both groups (HIT85: 95 2 vs 95 4 rpm, p = 0.82;
HIT115: 93 7 vs 93 6 rpm, p = 0.92).
Sprint performance. Peak anaerobic power was higher in HIT115 compared to HIT85 (p = 0.02) before the
training intervention. After training, mean anaerobic power was increased only in HIT115 (+4.9%, p < 0.05).
Peak anaerobic power was unchanged after training in both groups (Table 2).
DISCUSSION
The novel finding of this study is that supramaximal interval training is as much effective as inframaximal
interval training in improving VO2max (ml/kg/min) in moderately endurance-trained men following a 6-week
training period, but with half the cumulated time spent at target intensity. Also, if both inframaximal and
supramaximal training can increase aerobic capacity, only supramaximal training is associated with an
increase in sprint performance.
39
VO2max. VO2max is the primary determinant of endurance performance1. In this study, VO2max (ml/kg/min)
increased by ~6% in both groups. Previous studies have shown that inframaximal interval training can improve
VO2max in already endurance-trained subjects5,6. In recent meta-analyses, SIT was found to have a small-to-
moderate effect on VO2max, leading to a ~8%8 or 4.2-13.4% increase in VO2max20. Weston et al. (2014)9
meta-analysis also suggests a moderate improvement in VO2max following SIT (3.6-10.0% increase) in
sedentary or active non-athletic subjects when compared with controls. However, their meta-analysis revealed
an unclear effect of SIT on the VO2max of athletic men. Our study suggests that supramaximal interval training
can increase VO2max in an endurance-trained population. However, baseline VO2max in our study (56.0 6.0
ml/kg/min) was lower than in some studies included in the meta-analysis.
In our study, the increase in VO2max with training was inversely related to pretraining VO2max for
supramaximal training, which is in line with a meta-analysis revealing that SIT “have an apparent adaptive
effect on VO2max that favours the less fit”9. It suggests that supramaximal training will benefit more the less fit
athletes, while more fit endurance athletes might still benefit from inframaximal training.
Endurance, VT and RCP. Endurance performance was not assessed in this study. However, the time before
exhaustion in the MAP test (TMAP) was used as an index of endurance. TMAP increased following inframaximal,
but not supramaximal training in this study. VO2 at which VT occurs relates to the %VO2max that can be
sustained during a long-term effort, and therefore, to endurance21. Improvement in VT following inframaximal
training approached statistical significance in our study, also suggesting a possible effect of inframaximal
training on endurance, although further study is needed to confirm this observation. Interestingly, power output
at RCP is strongly related to time-trial performance in trained cyclists22, suggesting that the 9.4% increase in
RCP following supramaximal training in our study may be accompanied by a similar increase in endurance
performance.
Peak power output. Ppeak increased following inframaximal but not supramaximal training in this study. The
4.5% increase in Ppeak following inframaximal training is in line with results from various studies where 3 to 6
weeks of interval training at 80-85% Ppeak in trained cyclists increase Ppeak by 3-5%7,13. Ppeak, measured during
a 25-W increment progressive test or a ramp exercise protocol, accounts for 70-90% of the performance
variation during 16.1-km to 40-km time trials23,24. However, the increase in Ppeak following a training intervention
is not related to the improvement in time-trial performance following interval training in cyclists7,13. Stepto et
al.13 found that SIT increased 40-km time-trial performance as much as training at 85% Ppeak, but without an
increase in Ppeak. Laursen et al.12 found a greater increase in Ppeak and VO2max after training at 100% Ppeak
when compared to SIT, but changes in average speed during a 40-km time-trial was not different between
groups. These observations suggest that there is more than one mechanism responsible for improvement in
40
cycling performance following HIT. It also suggests that the increase in performance following supramaximal
training could be as important as following inframaximal training even if increases in Ppeak were not significant.
Cycling efficiency. Cycling efficiency is related to endurance performance, as cyclists with a higher efficiency
can generate a greater power output for the same VO225. GME has been reported to be in the range of 18-
23%25, which is in line with our results (GME: 17.2-22.6%). Previous studies have shown that HIT (above
onset of blood lactate accumulation)26 and strength training27 can slightly improve cycling efficiency in
competitive cyclists. Surprisingly, cycling efficiency did not change following supramaximal training, and
decreased by 2.9% (from 21.5% to 20.9%) following inframaximal training in our study. Stöggl et al. found no
reduction in submaximal VO2 after a 9-week HIT program at 90-95% HRmax in highly trained elite runners,
cyclists and cross-country skiers5 but, to our knowledge, no study reported a decrease in cycling efficiency
following HIT. Freely chosen cadence and accumulated fatigue after the training protocol may explain our
results, as both cadence and fatigue have been found to alter GME in previous studies28,29.
Sprint performance. In our study, mean anaerobic power, measured during a 30-s Wingate Anaerobic test,
increased following supramaximal interval training, and inframaximal training did not improve sprint
performance. Sloth et al.20 systematic review suggests that SIT increases both mean and peak power values
up to 17% during ≤ 30-s trials, but Weston et al. 9 meta-analysis revealed no clear effect of SIT on sprint
performance. However, increase in sprint performance is expected after supramaximal interval training, given
its effect on anaerobic metabolism enzymatic activity30. In our study, the 4.9% increase in anaerobic capacity
with supramaximal interval training could be associated with a further increase in endurance performance, as
supported by different studies31,32.
Practical Applications and Conclusions
This study is relevant for endurance-trained men who wish to further increase their endurance performance. It
suggests that both supramaximal and inframaximal interval training may increase aerobic capacity in
moderately endurance-trained men. However, highly trained subjects’ aerobic capacity might not benefit from
supramaximal training. Nonetheless, supramaximal interval training represents an interesting training for
subjects who wish to improve both aerobic and sprint capacity. The lack of a performance test (i.e. a time-trial)
in this study prevents us to state which training intervention will further improve endurance performance. The
lack of a proper taper to ensure recovery after the training protocol could have influenced the results. Our
small sample size and the lack of a control group might have prevented us to find differences between groups.
Finally, our subjects were moderately endurance-trained men and therefore our results cannot necessarily be
extended to women or high-performance athletes. Future studies are also needed to assess the impact of
combining both types of training in the same period or in consecutive training blocks.
41
Acknowledgments
We express our gratitude to the subjects for their enthusiastic participation during the vigorous exercise
training protocol. We also want to thank Dr. François Billaut for external review, Louis-Charles B. Lacroix and
Andrée-Anne Clément for their assistance in the supervision of training sessions and Sophie Castonguay-
Paradis for her help in data collection. We also want to thank Tacx Canada and Cycle Lambert for lending
Tacx Bushido home trainers. The present study was funded by the Ministère de l’Éducation, du Loisir et du
Sport du Québec, and the Research center of the Institut universitaire de cardiologie et de pneumologie de
Québec. Myriam Paquette received a scholarship from the Canadian Institutes of Health Research. Patrice
Brassard is a Junior 1 Research Scholar of the Fonds de recherche du Québec – Santé.
42
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45
Table 1. Resting measurements pre- and posttraining
HIT85 (n = 8) HIT115 (n = 9)
Pre Post Pre Post
Body composition
Body weight (kg) 72.1 12.0 71.7 12.0 73.1 7.5 72.6 7.4
%Body fat (%) 13.4 4.9 12.9 4.0 11.5 5.0 11.6 4.1
Lean mass (kg) 62.4 10.7 62.5 10.9 64.5 5.6 64.0 5.1
Resting hemodynamics
Systolic BP (mmHg) 115 15 112 10 116 12 124 11
Diastolic BP (mmHg) 66 7 63 6 65 6 71 8#
Cardiac output (L/min) 6.11 1.21 5.88 1.24 6.38 1.25 6.09 0.98
Heart rate (bpm) 56 8 51 7**# 54 8 52 6
* Significant difference (p < 0.05) within group from pre- to posttraining, ** significant difference (p < 0.01)
within group from pre- to posttraining, # significant difference between groups from pre- to posttraining, BP:
blood pressure
46
Table 2. Key performance factors’ adaptations to the 6-week HIT
HIT85 (n = 8) HIT115 (n = 9)
Pre Post Pre Post
Ramp exercise protocol
VO2max (L/min) 3.99 0.63 4.21 0.63** 4.01 0.53 4.19 0.40
VO2max (ml/kg/min) 56.0 6.0 59.3 4.7* 55.9 4.0 59.2 1.1*
Ppeak (W) 381 46 399 54** 397 39 413 35
HRmax (bpm) 193 6 191 7 188 8 187 6
RERmax 1.39 0.09 1.35 0.10 1.38 0.10 1.42 0.08
VEmax (L/min) 156 22 171 36 160 31 165 22
RRmax (breath/min) 49 11 52 9 54 10 54 9
VT (L/min) 2.06 0.39 2.24 0.55 2.07 0.38 2.17 0.31
PVT (W) 161 38 171 50 161 40 164 41
RCP (L/min) 3.54 0.53 3.80 0.51** 3.48 0.34 3.77 0.42*
PRCP (W) 322 53 333 48 318 34 348 53*
MAP test
TMAP (min) 10.3 3.8 13.7 4.1** 11.4 4.1 13.5 5.0
Cycling efficiency
GME (%) 21.5 0.6 20.9 1.0* 19.6 1.1a 19.4 1.0a
Sprint performance
Peak anaerobic power (W/kg) 15.5 0.8 15.9 1.8 16.6 0.9a 16.8 1.2
Mean anaerobic power (W/kg) 10.0 0.5 10.4 0.5 10.3 0.7 10.8 0.5*
* Significant difference (p < 0.05) within group from pre- to posttraining, ** significant difference (p < 0.01)
within group from pre- to posttraining, a significant difference (p < 0.05) vs HIT85, VO2max: maximal oxygen
consumption, Ppeak: peak power output during the ramp exercise protocol, HR: heart rate, RER: respiratory
exchange ratio, VE: minute ventilation, RR: respiration rate, VT: ventilatory threshold, RCP: respiratory
compensation point, MAP: maximal aerobic power, TMAP: time to exhaustion in MAP test, GME: gross
mechanical efficiency
47
Figure 1. Maximal aerobic power test protocol
MAPP: predicted maximal aerobic power; during warm-up and recovery phases, cycling intensity is determined
relative to MAPP (if MAPP ≤ 300 W) or in absolute units (if MAPP > 300 W)
48
Figure 2. Individual training response for VO2max in subjects from HIT85 and HIT115 groups
VO2max: maximal oxygen consumption, MAP: maximal aerobic power
49
Chapitre 5 : Discussion
L’objectif de l’étude était de vérifier l’hypothèse que six semaines d’EPI effectué à une intensité
supramaximale permet d’améliorer les déterminants de la performance à vélo davantage que six semaines
d’EPI effectué à une intensité inframaximale chez des hommes déjà entraînés en endurance. Les principaux
résultats de notre étude sont que l’EPI supramaximal permet d’améliorer le VO2max autant que l’EPI
inframaximal, mais avec près de la moitié du volume d’entraînement. Aussi, si les deux formes d’entraînement
peuvent améliorer l’aptitude aérobie, seul l’EPI supramaximal permet également d’améliorer l’aptitude
anaérobie.
Les résultats mentionnés ont été discutés dans l’article présenté au chapitre précédent, mais certains ajouts
seront faits dans le présent chapitre. Nous examinerons en détail l’effet des deux formes d’entraînement sur
les différents déterminants de la performance, respectivement le VO2max, les seuils ventilatoires et
l’endurance, la puissance à VO2max, l’efficacité mécanique et l’aptitude anaérobie. Les limites de notre projet
de recherche seront abordées et il sera ensuite question des applications pratiques pour le sport de haut
niveau qui ressortent de l’analyse de nos résultats.
Effet des deux formes d’entraînement sur les déterminants de la
performance
Le VO2max
Les deux formes d’entraînement ont permis d’augmenter le VO2max de nos sujets de 6 %. L’effet de l’EPI
inframaximal et supramaximal sur le VO2max d’athlètes d’endurance a été évalué dans plusieurs études. Les
résultats de ces principales études sont énumérés dans les Tableaux 4 et 5. Puisque la majorité de ces études
utilisent le % Pmax plutôt que le % PAM pour déterminer l’intensité d’entraînement, les protocoles
d’entraînement où l’intensité des fractions d’effort était de 100 % Pmax ont été classées dans la catégorie EPI
supramaximal, puisque la Pmax est toujours supérieure à la PAM, mesurée avec un test progressif par paliers.
Les Tableaux 4 et 5 font ressortir les points suivants : 1) l’EPI inframaximal et supramaximal peuvent être
associés à une augmentation du VO2max chez des athlètes d’endurance, 2) la réponse du VO2max aux
différents protocoles d’entraînement est très variable selon les études, et 3) il est impossible de conclure qu’un
des types d’entraînement permet d’améliorer le VO2max davantage que l’autre. Plusieurs hypothèses peuvent
expliquer la variabilité de la réponse du VO2max avec l’entraînement : 1) le VO2max de départ des participants
(un VO2max de départ élevé semble être associé à de moins grandes améliorations du VO2max avec
l’entraînement), 2) la durée du protocole d’entraînement (les protocoles d’entraînement de moins de
4 semaines ne semblent pas être suffisamment longs pour provoquer des adaptations du VO2max chez des
50
individus déjà entraînés en endurance, 3) le degré de difficulté du programme d’entraînement (les études
rapportant des séances d’entraînement menées jusqu’à épuisement rapportent des gains de VO2max
généralement plus élevés [82]).
Tableau 4. Changement de VO2max avec un programme d'EPI inframaximal
Étude Sujets Durée Intensité
d’entraînement ΔVO2max
Nimmerichter et al. 2012
[71]
Cyclistes (VO2max
~ 58 ml/kg/min)
4 sem SV2 Pas de
changement
Stöggl et al. 2014 [73] Coureurs, cyclistes, skieurs
de fond (VO2max
~ 61 ml/kg/min)
9 sem 90 – 95 %FCmax 12 %
Kristoffersen et al. 2014
[115]
Cyclistes vétérans (VO2max
~ 59 ml/kg/min)
12 sem 73 – 82 %FCmax 6 %
ΔVO2max : changement de consommation maximale d’oxygène avec l’entraînement, FCmax : féquence cardiaque
maximale, SV2 : deuxième seuil ventilatoire
Tableau 5. Changement de VO2max avec un programme d’EPI supramaximal
Étude Sujets Durée Intensité
d’entraînement ΔVO
2max
Laursen et al. 2002a [80] Cyclistes (VO2max ~
68 ml/kg/min)
2 sem 100 %Pmax Pas de
changement
Laursen et al. 2002b [82] Cyclistes (VO2max
~ 65 ml/kg/min)
4 sem 100 %Pmax 5 et 8 %
Laursen et al. 2002b [82] Cyclistes (VO2max
~ 65 ml/kg/min)
4 sem 175 %Pmax Pas de
changement
Tabata et al. 1996 [116] Jeunes adultes actifs 6 sem 170 %Pmax 13 %
ΔVO2max : changement de consommation maximale d’oxygène avec l’entraînement, Pmax : puissance maximale atteinte
lors d’un test maximal progressif
51
Il nous est impossible de déterminer précisément les changements physiologiques responsables des gains de
VO2max dans notre étude. Ils pourraient avoir trait aux fonctions pulmonaire, cardiaque, circulatoire ou
musculaire.
Changements pulmonaires
Outre la capacité de diffusion de l’oxygène entre les alvéoles pulmonaires et le sang, le système respiratoire
ne limite pas la performance aérobie chez l’individu en bonne santé (voir chapitre 1). Dans cette étude, nous
avons mesuré la capacité vitale forcée, le volume expiratoire maximal par seconde, la capacité vitale lente et
la capacité inspiratoire au repos avant et après le programme d’entraînement. Tel qu’attendu, l’entraînement
tant inframaximal que supramaximal n’a provoqué aucun changement des volumes et capacités pulmonaires.
En effet, outre l’entraînement aquatique qui requiert que les muscles inspiratoires travaillent contre une
résistance externe (la pression de l’eau sur la cage thoracique), l’entraînement aérobie n’est pas associé à
une augmentation des volumes et capacités pulmonaires [117]. À l’effort, l’entraînement aérobie augmente la
ventilation maximale grâce à une augmentation majoritairement du volume courant et dans une moindre
mesure de la fréquence respiratoire [117]. Dans notre étude, l’EPI inframaximal a eu tendance à augmenter la
ventilation à l’effort maximal (156 22 vs 171 36 L/min, p = 0,09), mais pas l’EPI supramaximal (160 31
vs 165 22 L/min, p = 0,99). La tendance pour une augmentation de la ventilation maximale dans le groupe
inframaximal n’était pas due à une augmentation de la fréquence respiratoire (49 11 vs 52 9 resp/min,
p = 0,59).
Changements cardiaques et circulatoires
Le débit cardiaque est souvent considéré comme le facteur limitant principal du VO2max (voir chapitre 1).
Dans cette étude, nous avons évalué le débit cardiaque de repos avant et après le programme d’entraînement
à partir de la pression artérielle mesurée par photoplétysmographie. Cependant, nous n’avons pas pu évaluer
cette variable à l’effort maximal à cause de la variabilité de cette mesure à l’effort intense. Le débit cardiaque
de repos n’a pas changé avec l’entraînement dans aucun des groupes. La diminution de la FC de repos dans
le groupe inframaximal suggère une augmentation du volume d’éjection systolique de repos dans ce groupe,
ce qui laisse présager que l’EPI inframaximal a eu un effet plus prononcé que l’EPI supramaximal sur la
fonction cardiaque. On pourrait spéculer que l’augmentation du VO2max suivant l’EPI inframaximal, mais pas
supramaximal, est expliqué d’abord par des changements cardiaques. Jusqu’à présent l’effet de l’EPI
supramaximal sur le volume d’éjection systolique a été évalué dans seulement deux études, qui ont mené à
des résultats contradictoires [92, 94].
L’entraînement aérobie est également associé à une augmentation du volume sanguin, dû à la fois à une
augmentation du volume plasmatique et des éléments figurés du sang [117]. Nous disposons de données
52
sanguines chez nos participants avant et après l’effort. Ces données ne sont pas rapportées dans l’article
scientifique. Or, il n’y a eu aucun changement de la concentration d’hémoglobine et de globules rouges, du
volume globulaire moyen et de l’hématocrite, ni avec l’entraînement inframaximal, ni avec l’entraînement
supramaximal. Nous n’avions toutefois pas de mesure du volume sanguin.
Changements musculaires
Dans cette étude, nous ne disposons d’aucune donnée pour évaluer les changements de la fonction
musculaire avec l’entraînement. L’EPI supramaximal est associé à une augmentation de la capacité tampon
du muscle [100, 103], à une augmentation de l’activité des enzymes oxydatives [89, 91, 99, 100], du contenu
musculaire en glycogène [87, 90, 99, 100], ainsi qu’à une augmentation de l’oxydation des gras et une
diminution de l’oxydation des glucides à l’effort sous maximal [89]. Plusieurs études suggèrent que les
adaptations liées à l’EPI supramaximal seraient davantage périphériques (musculaires), alors que les
adaptations liées à l’entraînement inframaximal seraient plutôt centrales (cardiaques) [86, 92].
Corrélations
La relation entre l’amélioration du VO2max avec l’entraînement et différentes variables a également été
examinée. L’augmentation du VO2max était inversement corrélée au VO2max de départ dans le groupe
supramaximal, alors qu’elle était corrélée au volume d’entraînement effectué durant les 6 semaines dans le
groupe inframaximal. On peut donc penser que l’EPI supramaximal engendrera de meilleurs résultats chez
des athlètes moins entraînés ou ayant un VO2max de départ moins élevé. L’EPI inframaximal, quant à lui,
pourrait donner de meilleurs résultats chez les athlètes les plus motivés et qui supportent mieux la douleur à
l’entraînement, réussissant ainsi à compléter un plus grand volume d’entraînement.
L’endurance et la puissance à VO2max
Dans cette étude, les indicateurs de l’endurance étaient la consommation d’oxygène au premier et deuxième
seuil ventilatoire, ainsi que la durée du test de PAM. La consommation d’oxygène au premier seuil tout comme
l’endurance (durée du test de PAM) se sont améliorés seulement avec l’EPI inframaximal. Il est connu que
l’EPI inframaximal permet d’améliorer l’endurance [68-70], mais plusieurs études ont montré que l’EPI
supramaximal peut également améliorer l’endurance chez des sujets modérément actifs [90] et entraînés en
endurance [82, 102].
La puissance à VO2max était mesurée de deux façons : à l’aide de la puissance la plus élevée atteinte durant
le test en rampe (Pmax) et à l’aide de la PAM mesurée durant le test intermittent par paliers. Dans les deux
cas, la puissance à VO2max s’est améliorée seulement dans le groupe inframaximal. Tel qu’indiqué dans
l’article, il n’est pas rare de ne pas mesurer d’augmentation de la puissance à VO2max avec l’EPI
supramaximal et cela, même s’il est associé à une amélioration de la performance. Toutefois, il demeure
53
surprenant que l’entraînement supramaximal n’ait amélioré ni l’endurance, ni la puissance à VO2max.
L’absence d’une période d’affûtage pourrait être responsable de ces résultats. En effet, bien que 48 à
96 heures de repos total ou actif étaient accordées entre la fin du protocole d’entraînement et le début des
tests post-entraînement, cela n’était peut-être pas suffisant pour une récupération adéquate. De plus, l’idée
qu’il faut plus de temps pour récupérer d’un programme d’entraînement plus intense est souvent véhiculée
dans les études portant sur l’affûtage [118], ce qui pourrait expliquer les gains moins importants dans le
groupe s’étant entraîné à une intensité plus élevée (supramaximale). De plus, la réponse à l’EPI supramaximal
semble plus variable d’un individu à l’autre par rapport à la réponse à l’EPI inframaximal. Par exemple, en
moyenne, les sujets du groupe inframaximal on amélioré leur Pmax de 18 9 W et leur PAM de 5 5 W alors
que chez les sujets du groupe supramaximal, la Pmax a augmenté de 16 27 W et la PAM de 14 22 W
avec l’entraînement. Bien que ces augmentations moyennes soient semblables à celles mesurées dans le
groupe inframaximal, l’écart-type est largement supérieur et elles ne sont donc pas significatives. Il semble
donc que la réponse à l’EPI supramaximal soit plus variable d’un individu à l’autre.
L’efficacité de pédalage
Les résultats relatifs à l’efficacité de pédalage ont été discutés dans l’article, car les résultats initiaux allaient à
l’inverse de ce qui était attendu. En effet, alors qu’on sait que l’EPI de haute intensité (au-dessus du seuil
anaérobie) permet d’améliorer l’efficacité mécanique à vélo [119], dans notre étude, elle était diminuée suite à
l’entraînement inframaximal et inchangée suite à l’entraînement supramaximal. Plusieurs facteurs peuvent
expliquer ce résultat surprenant : un changement de cadence de pédalage, la fatigue résiduelle du programme
d’entraînement et l’intensité à laquelle l’efficacité mécanique a été mesurée. En effet, l’efficacité mécanique
était mesurée durant l’échauffement du test de PAM et les sujets ignoraient que leur efficacité mécanique était
évaluée. Puisque l’efficacité mécanique varie selon la cadence [120], celle-ci aurait due être imposée lors de
la mesure de l’efficacité mécanique, mais elle était plutôt librement choisie. Ainsi, les individus ont pu
augmenter ou diminuer leur cadence à l’échauffement suite à l’entraînement, de sorte que l’efficacité
mécanique n’était plus mesurée à la même cadence, modifiant les résultats. On sait aussi que la fatigue peut
diminuer l’efficacité mécanique. En effet, l’efficacité mécanique à vélo est diminuée au lendemain d’un
ultramarathon [121]. La difficulté du programme d’entraînement, jumelés à la courte période de temps entre la
fin des entraînements et le début des tests physiques et l’absence d’un affûtage approprié, ont pu laisser une
fatigue résiduelle importante, diminuant l’efficacité de pédalage. On peut penser que les résultats auraient été
différents à la suite d’un affûtage approprié. Finalement, la dernière hypothèse soulevée pour expliquer les
résultats surprenants est l’intensité à laquelle l’efficacité mécanique était évaluée. Quand on compare
l’efficacité mécanique mesurée à faible intensité chez des cyclistes débutants et expérimentés, on ne trouve
pas de différence [24]. C’est ce qui avait poussé certains chercheurs à conclure que l’efficacité de pédalage ne
54
s’améliore pas avec l’entraînement. Toutefois, on sait maintenant que l’efficacité de pédalage peut s’améliorer
avec un entraînement approprié. On peut penser que cette amélioration ne se produit qu’à intensité élevée.
C’est ce qui nous a amené à faire des analyses subséquentes. Nous avons évalué l’efficacité mécanique à
haute intensité (durant le premier palier du test de PAM, donc à 10 W sous la PAM prédite). Tel qu’attendu,
l’efficacité mécanique est supérieure lorsque mesurée à intensité élevée, comparativement à intensité faible
(22,5 ± 1,2 % vs 20,7 ± 1,3 %, p = 0,001). À haute intensité, la diminution de l’efficacité mécanique avec
l’entraînement dans le groupe inframaximal n’est plus significative (-1,2 ± 2,1 %, p = 0,148). De plus,
l’efficacité mécanique à haute intensité, avant et après l’entraînement n’est pas corrélée avec l’efficacité
mécanique à faible intensité (avant : R = 0,039, p = 0,90 et après : R = 0,270, p = 0,35). On peut donc penser
que l’efficacité mécanique mesurée à faible intensité n’est pas représentative de l’efficacité mécanique
mesurée à haute intensité et que c’est l’efficacité mécanique mesurée à haute intensité qui influe davantage
sur la performance.
L’aptitude anaérobie
Peu de changements de l’aptitude anaérobie sont survenus avec l’entraînement. Seule la capacité anaérobie
s’est améliorée suite à l’EPI supramaximal, ce qui pourrait être associé à des gains de performance aérobie
via une amélioration de la capacité tampon des muscles [35, 36, 68]. Une bonne capacité tampon est
normalement associée aux sports de sprint et de puissance, puisqu’elle est supérieure chez les individus
entraînés en sprint par rapport aux individus sédentaires ou entraînés en endurance [122, 123]. Chez des
cyclistes entraînés, 4 semaines d’EPI de haute intensité permettent d’augmenter la capacité tampon et cette
dernière est fortement corrélée à la performance dans un contre-la-montre de 40 km que le VO2max [68]. Il
semble donc que l’amélioration de la capacité tampon pourrait jouer un rôle important dans l’amélioration de la
performance aérobie, surtout chez des cyclistes très entraînés, chez qui des adaptations supplémentaires sur
le plan aérobie sont difficiles à aller chercher.
Limites
Notre étude comporte plusieurs limites qui ont été discutées dans l’article. Les principales limites de l’étude
seront reprises ici plus en détail. Les deux principales limites de l’étude sont l’absence d’un test de
performance et l’absence d’une période d’affûtage standardisée.
1. L’absence d’un test de performance
En effet, bien qu’on ait soumis nos sujets à différents tests pour évaluer les principaux déterminants de la
performance, aucun test de performance à proprement parler (par exemple un contre-la-montre simulé) n’a
été effectué. Notre étude révèle donc l’impact des deux formes d’entraînement sur les différents déterminants
de la performance, mais pas sur la performance elle-même. L’objectif ultime de l’entraînement chez des
55
athlètes d’endurance est d’améliorer la performance. Et la performance dépend d’une panoplie de facteurs
qu’il nous est impossible d’évaluer séparément. L’ajout d’un test de performance permettrait d’en obtenir une
mesure plus globale et de comprendre comment les améliorations des différents déterminants de la
performance interagissent pour améliorer la performance.
2. L’absence d’un affûtage standardisé
Ensuite, nos résultats ont pu être influencés par l’absence d’une période d’affûtage standardisée. En effet, une
période de 48 à 96 heures séparait la fin du dernier entraînement et le début des tests post-entraînement.
Durant cette période, on demandait aux sujets de se reposer, soit en cessant tout entraînement ou en faisant
des séances courtes et de faible intensité. Toutefois, non seulement la durée et le contenu de cette période
étaient variables d’un individu à l’autre, mais les recommandations faites aux participants et la durée de la
période divergent grandement de ce qu’on sait constituer un affûtage efficace [118]. Un protocole d’affûtage
standardisé et approprié devrait faire partie d’un tel projet de recherche, afin de gérer adéquatement la fatigue
à l’issue du programme d’entraînement tout en limitant la réduction de la condition physique avant les tests
post-entraînement.
3. L’intensité des entraînements exprimée en % PAM
D’autres limites méritent également d’être discutées ici. D’abord, l’intensité de l’entraînement a été exprimée
en % PAM plutôt qu’en % Pmax comme dans la majorité des autres études. En plus de diverger des autres
études rendant la comparaison plus difficile, la mesure de la PAM dans notre étude peut être remise en
question. En effet, puisque la PAM est une intensité qui peut être maintenue en moyenne près de 5 minutes
[109], un protocole d’entraînement intermittent avec des paliers de 5 minutes a été choisi. La PAM était définie
comme la puissance du dernier palier complété ou du dernier palier incomplet pour lequel la consommation
d’oxygène était supérieure à celle du palier précédent. Toutefois, lors d’un effort effectué au-dessus du seuil
anaérobie et maintenu un certain temps, la consommation d’oxygène s’élève au-dessus de la consommation
d’oxygène prédite pour cette intensité à cause de la composante lente du VO2. Celle-ci peut entrer en jeu
aussi rapidement que 45 secondes après le début de l’effort [124]. Ainsi, il y a fort à parier que, durant un
palier de 5 minutes du test de PAM, la consommation d’oxygène s’élevait au-dessus de celle prédite pour
cette intensité, atteignant peut-être le VO2max alors qu’il n’aurait pas du être atteint à cette intensité, d’où une
sous-estimation de la PAM. De plus, la faible augmentation de puissance de pédalage entre les paliers (10 W)
nous obligeait à réduire au minimum le nombre de paliers à compléter, chaque palier étant exténuant. Ainsi, le
choix de la puissance du premier palier (estimée à l’aide d’une équation) était déterminant. C’est pourquoi les
tests de PAM se font traditionnellement sur plusieurs jours [125], mais ce n’est pas réaliste dans un protocole
de recherche comme le nôtre où plusieurs autres tests doivent être effectués. Ainsi, puisqu’il est difficile
d’utiliser un protocole de test approprié pour déterminer la PAM et pour se rallier à ce qui est fait dans la
56
majorité des études dans le domaine, une prochaine étude sur l’EPI devrait utiliser le % Pmax plutôt que le
% PAM pour déterminer la puissance d’entraînement.
4. L’entraînement mené jusqu’à épuisement
Dans les études où l’on compare deux formes d’entraînement, plusieurs méthodes peuvent être utilisées pour
faire en sorte que les deux protocoles d’entraînement soient équivalents. Certains choisissent des protocoles
d’entraînement qui auront la même durée totale [126], la même distance totale [102], ou qui provoqueront la
même dépense énergétique totale [127]. Toutefois, certains conviennent que les protocoles d’entraînement ne
devraient pas être équivalents en terme de travail total, parce que la quantité de travail qui peut être réalisé
n’est pas linéaire en fonction de l’intensité [103]. Ainsi, certains chercheurs choisissent, en consultant des
entraîneurs, des physiologistes et des cyclistes, des protocoles d’entraînement représentatifs de ce qui peut
être fait sur le terrain [103]. Dans notre étude, nous avons choisi de rendre les deux formes d’entraînement
équivalentes pour la difficulté de l’entraînement. Or, il n’existe pas de mesure objective parfaite et accessible
de la difficulté d’un entraînement. Nous avons donc choisi d’utiliser l’échelle de borg [128], modifiée pour
qu’elle exprime la fatigue ressentie, et de demander aux sujets de « coter » 10/10, c’est-à-dire de se mener
jusqu’à épuisement, à chacune des séances. Ainsi, les deux protocoles d’entraînement seraient équivalents,
puisqu’ils seraient tous deux de niveau de difficulté maximal. L’avantage de cette méthode est de s’approcher
de ce qui est fait sur le terrain. En effet, en général, les cyclistes choisissent spontanément l’intensité et le
nombre de répétitions afin d’atteindre un niveau de fatigue élevé. Le fait de faire correspondre le volume total
d’entraînement ou la dépense énergétique peut faire en sorte qu’un protocole d’entraînement soit beaucoup
plus difficile qu’un autre et que le volume d’entraînement pour un des protocoles soit largement inférieur à ce
qui aurait été fait sur le terrain. Toutefois, notre approche comporte tout de même deux limites. La première
est la subjectivité de l’épuisement. En effet, d’un sujet à l’autre, l’épuisement n’est pas nécessairement
équivalent et le degré d’épuisement à la fin de la séance dépend beaucoup de la motivation. La deuxième
limite de l’étude est la grande difficulté des protocoles d’entraînement, car les participants étaient poussés
jusqu’à l’épuisement 3 fois par semaine pendant 6 semaines. En ajoutant à cela l’absence d’un affûtage
approprié, la fatigue accumulée à la fin du programme d’entraînement a pu affecter nos résultats. Pour éviter
de pousser nos participants jusqu’à l’épuisement, nous aurions pu déterminer le nombre maximal de
répétitions qu’il était possible d’effectuer pour une certaine séance pour chacun des participants, puis
demander 90 ou 95 % de ce nombre de répétitions pour les séances d’entraînement subséquentes, ou encore
faire varier la difficulté de la séance, en variant le nombre de répétitions d’une séance à l’autre.
5. L’absence de modulation de la charge
Une autre limite de notre étude est l’absence de périodisation, ou de modulation de la charge. En effet, on sait
que, à charge d’entraînement totale égale, une ondulation de la charge d’entraînement au fil des semaines
57
d’entraînement permet de maximiser les gains de performance par rapport à une charge stable [129]. Nous
aurions donc pu moduler la charge d’une semaine à l’autre, en faisant varier le nombre de répétitions ou le
nombre de séances d’EPI.
6. Le contrôle des autres entraînements
Durant l’étude, nous n’avons pas contrôlé l’entraînement que les participants faisaient à l’extérieur des 3
séances supervisées d’EPI hebdomadaires. Les consignes données aux participants étaient d’éviter tout
entraînement difficile ou de haute intensité les autres jours, mais de maintenir leur volume habituel
d’entraînement à intensité faible et moyenne. Les participants devaient remplir un journal d’entraînement
pendant toute la durée de l’étude, mais ils étaient laissés libres dans le choix des autres séances
d’entraînements de la semaine. Ainsi, le volume et l’intensité de l’entraînement effectué à l’extérieur des
séances d’EPI était très variable d’un individu à l’autre et a pu influencer les résultats. Une future étude devrait
contrôler au maximum l’entraînement des participants pendant les 6 semaines en fournissant un programme
d’entraînement à chacun des participants, incluant des séances à faible intensité.
7. L’expérience d’entraînement à l’entrée dans l’étude
Tous les participants recrutés étaient des individus entraînés en endurance et qui avaient l’habitude de
s’entraîner un minimum de 10 heures par semaine dans un sport d’endurance. Toutefois, à leur entrée dans
l’étude, le contenu d’entraînement du dernier mois différait grandement d’un participant à l’autre. Certains
avaient effectué un grand volume d’entraînement de faible intensité, d’autres des séances d’EPI, etc. Nous
avons apparié les participants pour leur VO2max et leur PAM pour minimiser cet effet entre les groupes, mais
la réponse à l’entraînement a pu dépendre grandement du contenu de l’entraînement des participants avant
leur entrée dans l’étude. Dans une future recherche, il faudrait au moins s’assurer que les participants n’ont
pas pris part à des séances d’EPI fréquentes dans le mois précédant leur entrée dans l’étude.
8. La puissance anaérobie de départ différente entre les groupes
Tel que mentionné plus haut, les participants ont été appariés pour l’âge, le VO2max et la PAM avant d’être
divisés en deux groupes d’entraînement. Ainsi, au départ, les deux groupes avaient des caractéristiques
semblables (âge, poids, taille, IMC, VO2max, PAM). Par contre, les participants n’ont pas été appariés pour
l’aptitude anaérobie. Or, le groupe supramaximal avait, au départ, une puissance anaérobie supérieure à celle
du groupe inframaximal. On peut penser que la réponse à l’entraînement pourrait varier en fonction de
l’aptitude anaérobie et donc que des individus avec une puissance anaérobie plus ou moins élevée auraient
pu répondre différemment à l’entraînement supramaximal et inframaximal. Dans une future étude, les
participants devraient être appariés pour l’âge, le sport, le poids, le VO2max, la PAM et la puissance
anaérobie.
58
Applications pratiques
Notre étude indique que l’EPI inframaximal à 85 % PAM et l’EPI supramaximal à 115 % PAM permettent
d’améliorer le VO2max chez des cyclistes entraînés, mais que seul l’EPI supramaximal à 115 % PAM permet
d’améliorer aussi la capacité anaérobie. Comment ces résultats peuvent-ils être utilisés sur le terrain, pour
optimiser l’entraînement d’athlètes d’endurance?
D’abord, avec cette étude et les précédentes sur l’entraînement par sprints répétés, il est clair que les athlètes
d’endurance ont intérêt à inclure des séances d’EPI supramaximal à leur programme d’entraînement. Puisqu’il
permet aussi d’améliorer la capacité anaérobie, l’EPI supramaximal devient encore plus intéressant dans les
disciplines comme la course cross-country, le vélo de montagne et le ski de fond où le dénivelé fait varier
l’intensité jusque dans des zones anaérobie [36, 130, 131], ou dans les épreuves de vélo de route où les
sprints intermédiaires, le sprint final, les attaques et les autres éléments stratégiques revêtent une importance
majeure.
Puisque les deux formes d’EPI améliorent le VO2max, semble-t-il, via des mécanismes en partie différents, on
peut penser que l’effet de ces deux types d’EPI pourrait être additif. Le sportif d’endurance aurait donc tout
intérêt à inclure les deux formes d’EPI dans son programme d’entraînement. Puisqu’il faut une charge
d’entraînement élevée pour une même qualité afin d’obtenir des améliorations chez un athlète très entraîné
[132], on peut penser qu’il serait préférable d’effectuer ces deux types d’EPI consécutivement, c’est-à-dire de
faire un grand volume d’EPI soit uniquement inframaximal ou uniquement supramaximal pendant un premier
bloc de quelques semaines, puis d’enchaîner avec un grand volume d’entraînement de l’autre type les
semaines suivantes. Aucune donnée scientifique ne nous permet de déterminer lequel des deux types d’EPI il
conviendrait de faire en premier dans une planification annuelle de l’entraînement. Les principes de
périodisation nous enseignent deux choses. D’une part, ils indiquent qu’il devrait y avoir une progression d’un
volume élevé d’entraînement à intensité plus faible vers un volume réduit d’entraînement à intensité élevée
[133]. Suivant ce paradigme, il conviendrait de faire de l’EPI inframaximal en début d’année pour progresser
ensuite vers une forme d’EPI supramaximal. Toutefois, le deuxième principe de la périodisation est la
progression dans l’année d’un entraînement général vers un entraînement spécifique [133]. Puisque la
majorité des épreuves d’endurance sont disputées autour de 85 % du VO2max, il conviendrait alors de faire
d’abord de l’EPI supramaximal pour progresser vers de l’EPI inframaximal, plus spécifique, à l’approche de la
saison de compétition.
Ainsi, on ne dispose pas encore de tous les éléments pour optimiser l’EPI chez les athlètes d’endurance, mais
il semble que ceux-ci auraient intérêt à inclure à la fois de l’EPI à des intensités inframaximales et
supramaximales à leur programme d’entraînement.
59
Chapitre 6 : Perspectives
Dans la section précédente, quelques questions sans réponse relatives à l’EPI inframaximal et supramaximal
ont été soulevées. Mais l’effet de l’intensité des fractions d’effort n’est qu’un des nombreux sujets qui
soulèvent des questionnements en EPI. Il n’existe peut-être pas un protocole d’EPI qui soit meilleur que les
autres, mais il y a un besoin de comprendre les effets associés aux différents types d’EPI. Quel est l’effet de
l’intensité des fractions d’effort sur les adaptations associées à l’EPI? Quel est l’effet du nombre de
répétitions? De la durée des fractions d’effort? De l’intensité et de la durée des périodes de repos? De la
division des répétitions en séries? Comment l’entraînement continu à intensité faible ou moyenne interagit-il
avec l’EPI? Etc.
Il reste donc de nombreuses questions relatives à l’EPI pour lesquelles on possède peu ou pas de réponse.
Comme l’indique la Figure 4, un nombre important d’études portant sur l’EPI de haute intensité ont été
publiées ces dernières années. Toutefois, bien que ces études mettent en lumière certains aspects très précis
de l’EPI, ils ne permettent pas de tirer des conclusions quant aux effets des différents types d’EPI. D’abord, les
tests utilisés pour mesurer les différents déterminants de la performance sont très variés, tout comme les
protocoles d’entraînement et les objectifs des devis de recherche. Il devient donc difficile de comparer les
résultats des différentes études entre elles et de tirer des conclusions.
Figure 4. Nombre d'études portant sur l'entraînement par intervalles de haute intensité (« high intensity interval training ») au cours des dernières décennies (Web of science, consulté le 16 décembre 2014)
60
Mieux comprendre les effets des différents types d’EPI est essentiel pour optimiser l’entraînement des
athlètes. Pour ce faire, il faudrait un programme de recherche qui s’attaquerait à chacune des questions
relatives à l’EPI, une à la fois. Il faudrait la collaboration de plusieurs centres de recherche, qui s’entendraient
sur les étapes à franchir et la nature des tests à administrer pour que la somme des données des différentes
études nous permette vraiment de répondre aux questions pertinentes et d’optimiser l’entraînement des
athlètes d’endurance.
Il reste donc plusieurs études à faire pour répondre aux questions relatives à l’EPI, et ces études doivent se
faire en collaboration avec les autres centres de recherche, afin que les données de chacune des études
puissent servir à résoudre, une à une, les questions sans réponse concernant l’EPI.
61
Chapitre 7 : Conclusion
Les résultats de cette étude confirment que l’entraînement par intervalles inframaximal est un entraînement
approprié pour les individus déjà entraînés en endurance qui souhaitent améliorer davantage leur
performance. En effet, six semaines d’entraînement par intervalles inframaximal permettent d’améliorer le
VO2max, l’endurance et la puissance de pédalage à VO2max. Cette étude indique aussi que l’entraînement
par intervalles supramaximal à des intensités intermédiaires (115 % PAM) permet d’améliorer le VO2max
autant que l’entraînement par intervalles inframaximal, mais avec près de la moitié du volume d’entraînement.
En prime, contrairement à l’entraînement inframaximal, il permet d’améliorer la capacité anaérobie.
L’entraînement par intervalles supramaximal est donc approprié chez des individus entraînés en endurance
souhaitant améliorer à la fois leur aptitude aérobie et anaérobie. Toutefois, l’amélioration du VO2max avec
l’entraînement supramaximal semble grandement influencée par le VO2max de départ, de sorte que les
athlètes ayant des VO2max extrêmement élevés pourraient ne pas bénéficier de cette forme d’entraînement.
En somme, tant l’entraînement par intervalles inframaximal que supramaximal sont appropriés pour améliorer
les déterminants de la performance chez le sportif d’endurance. Ces deux formes d’entraînement semblent
avoir des cibles d’améliorations différentes, ce qui pourrait rendre leur combinaison intéressante.
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