Le muscle a besoin d’énergie pour se contracter et permettre au mouvement de s’amorcer. Cette énergie provient des aliments que nous ingérons. Évidemment, ils ne sont pas directement utilisables au niveau cellulaire. Un des buts de la digestion sera de les rendre plus assimilables à l’organisme, sous forme de substrats. Et d’utiliser leur énergie en la stockant dans une molécule : l’adénosine tri-phosphate (ATP).

L’ATP est donc l’énergie permettant au mouvement de s’amorcer. Mais elle est en très faible quantité dans le muscle. Marcher suffit à l’épuiser en 2 minutes, l’effort maximal en 2 secondes.

Pour que le mouvement puisse se poursuivre et selon le type d’effort (sprint ou résistance ou endurance), l’organisme va sélectionner, soit de manière quasi-exclusive ou complémentaire, 3 mécanismes capables de re-fabriquer l’ATP au fur et à mesure de sa dégradation. Ces 3 processus, on les regroupe sous le vocable des filières énergétiques.

1- Le Processus Anaérobie Alactique

L’énergie utilisée dans la re-fabrication de l’ATP provient d’un composé proche appelé créatine-phosphate (PC). Ce composé est présent dans les cellules musculaires au repos. Il est utilisé essentiellement dans les exercices de très forte intensité. Toutes les activités (sprint court, lancers, sauts) réalisés au maximum d’intensité en un temps se situant entre 3 et 15″ tirent l’énergie du processus anaérobie alactique.

Substrat utilisé

Créatine-phosphate (PC).

Délai d’intervention

Il s’enclenche dès les premières secondes de l’effort.

Puissance

Elle est très élevée. Ce processus permet d’effectuer des exercices très intenses à puissance maximale durant un temps très court (3″).

Capacité ou Endurance

Très faible. Sollicité à son maximum d’intensité, il est épuisé au bout de 7″. Au-delà, les muscles doivent utiliser d’autres procédés pour continuer la couverture énergétique.

Facteurs limitants

Cette faible capacité s’explique par la quantité très faible d’ATP et de PC dans le muscle. Et si l’on ajoute que les réactions chimiques à l’origine de la resynthèse de l’ATP consomment la créatine phosphate en grande quantité, on comprend que cette source d’énergie va rapidement se tarir par absence de réserve énergétique.

Effets du processus

Les produits de sa dégradation ont un effet bénéfique. Ils enclenchent les réactions énergétiques qui suivent. Ainsi, la glycolyse anaérobie et les processus oxydatifs sont stimulés par le processus alactique. Ce constat justifie donc les nombreuses procédures de terrain qui recourent à des exercices alactiques pour développer les 2 autres filières énergétiques suivantes.

2- Le Processus Anaérobie Lactique

L’ATP-CP est épuisé, et le seul mode de production supplémentaire d’ATP réside dans la libération d’énergie par la dégradation du glucose qui représente 99% des sucres circulant dans le sang. Ce procédé est appelé glycolyse.

A la suite de réactions chimiques complexes, le glycogène se scinde en unités glucose et produit de l’acide pyruvique, de l’hydrogène et de l’énergie (celle qui sert à re-synthétiser l’ATP).

Les produits de la dégradation du glycolène (acide pyruvique et hydrogène) vont se combiner pour produire de l’acide lactique. Le processus est ainsi qualifié de lactique. Il prédomine dans les courses de résistance (400 et 800m).

Substrat utilisé

Le glucose.

Délai d’intervention

Dès les premiers instants de l’exercice mais avec une intensité inférieure à celle du processus anaérobie alactique. Son importance ne devient alors première dans la re-synthèse de l’ATP qu’après une dizaine de secondes.

Puissance

Il assure des efforts de puissance élevée de 20 à 45″.

Capacité ou Endurance

La puissance est atteinte aux environs de 45″ mais le processus va continuer à assurer l’essentiel de la re-fabrication de l’ATP pendant 2 à 3′.

Facteurs limitants

Ce n’est pas le manque de glucose qui empêche la contraction musculaire de se poursuivre. Il y en a assez en stock. C’est au contraire, l’accumulation au niveau musculaire des produits de la désagrégation du glycogène, et notamment l’acidification qu’ils provoquent, qui vient bloquer les contractions musculaires. Et donc la possibilité de poursuivre l’exercice.

Effets du processus

Enclenché par le processus anaérobie alactique, il va à son tour stimuler le processus aérobie.

3- Le Processus Aérobie

On regroupe sous le nom de filière aérobie (présence d’oxygène), l’ensemble des réactions qui à partir de substrats (glucides, lipides), réalisent l’extraction d’énergie nécessaire à la resynthèse de l’ATP.

La filière aérobie produit l’ATP avec la plus grande efficacité et dans les quantités les plus grandes. Elle est la source de ce que nous appelons les courses d’endurance.

Substrats utilisés

Essentiellement les glucides et les lipides (éventuellement les protides).

Délai d’intervention

A plein rendement, pour des adultes entraînés, de l’ordre de 3’30. Ce délai est atteint plus rapidement chez l’enfant (2 à 3′).

Cette adaptation cardio-respiratoire à l’exercice se traduit par une moindre sollicitation du métabolisme anaérobie. Et justifie d’emblée chez l’enfant, à l’entraînement, les situations à puissance maximale aérobie, voire supra-maximale (100 à 130% VMA) sous formes de répétitions courtes (5, 10, 15″).

Puissance

Elle est inférieure à celle assurée par les processus anaérobies. Elle est limitée par les possibilités individuelles d’apport d’oxygène au niveau des cellules musculaires. Mais plus cet apport bénéficie d’un fort débit, plus l’athlète est susceptible d’entretenir un effort de grande intensité. 

Lorsque l’effort atteint des limites pour lesquelles tout l’oxygène disponible au niveau musculaire est utilisé, on dit que l’athlète a atteint sa puissance maximale aérobie (PMA) ou VO2Max (débit maximum d’oxygène) ou VMA (valeur de terrain de la VO2Max).

Mais attention, un athlète ayant atteint sa PMA peut encore augmenter l’intensité de son exercice. Ne disposant plus de réserves d’oxygène, il fera à nouveau appel à ses processus anaérobies, ce qui va provoquer une augmentation importante de la lactatémie. C’est le cas par exemple lors du sprint final d’un 1500m..

Une fois l’exercice terminé, l’accumulation des déchets et la nécessaire reconstitution des substrats consommés (glucides, lipides) vont stimuler les apports d’oxygène qui continueront à s’effectuer avec un fort débit. On dira que l’organisme a accumulé une dette d’oxygène qu’il va devoir payer durant sa récupération. Plus l’exercice se sera longtemps maintenu à une intensité sur-critique, c’est-à-dire supérieure à la PMA, plus la dette sera importante.

Capacité ou Endurance

Très supérieure à celles des processus anaérobies. Le processus aérobie peut fournir une quantité d’énergie capable d’entretenir les contractions musculaires jusqu’à plusieurs heures. Il consomme peu de substrats, il dure donc plus. Il utilise des substrats très divers (glycogène, certaines graisses comme les acides gras, protéines organiques).  Et il ne produit que des déchets faciles à éliminer (CO2, eau, chaleur).

Facteurs limitants

Ce n’est pas un processus sans limite. Plus on se rapproche du seuil critique du processus aérobie (c’est-à-dire 100% VMA), plus la lactatémie sanguine va augmenter et donc la faculté de poursuivre son effort va se réduire.

Un athlète de haut niveau ne peut guère prolonger un effort à 100% de sa VMA plus de 8′. Si l’on réduit cette intensité (travail à 90%), la durée de l’effort se trouve alors augmenté. Cette faculté de soutenir un pourcentage élevé de PMA durant une période de temps importante sera l’un des axes de travail du développement du processus aérobie.

Effets du processus

Les efforts de type aérobie sollicitent les fonctions chargées d’apporter l’oxygène au niveau musculaire et en particulier les fonctions circulatoires.

Ils participent aussi à l’élimination des déchets de la contraction musculaire. Ils favorisent l’amélioration du fonctionnement de tous les processus énergétiques. Ils ont ainsi un aspect préparatoire incontestable.

Conclusion

Nous pouvons schématiser les filières énergétiques en les comparant à des réservoirs d’énergie.

Grande contenance pour le processus aérobie, moyenne et faible pour les processus anaérobie lactique et alactique.

Ils fournissent de l’énergie aux muscles avec des débits (diamètre des tuyaux) et des durées de mise en route (longueur des tuyaux) qui diffèrent. Le diamètre des tuyaux correspond à la puissance de ces processus, la taille du réservoir représente leur endurance ou capacité à fournir de l’énergie aux muscles.

Resynthèse de l’ATP à partir des 3 filières énergétiques

L’ATP est comme une molécule batterie qui se charge et se décharge. Un exercice violent de quelques secondes suffit à l’épuiser. Elle doit donc être re-synthétisée constamment.

La possibilité de chaque filière énergétique à fournir la plus grande part de l’ATP nécessaire dépend de l’activité exercée.

Nous avons à une extrémité les activités brèves, de grande intensité dans lesquelles la presque totalité de l’ATP provient de la filière énergétique ATP-PC. A l’autre extrémité, les activités longues, de faible intensité sont du ressort de la voie aérobie. Le système anaérobie lactique est entre les 2. La majeure partie de sa production d’ATP étant utilisée pour assurer des épreuves telles que le 400 ou 800m.