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19 mai 2011 4 19 /05 /mai /2011 18:32

Article long et technique

 

Concept de charge d’entrainement

La nécessité de la quantification de la charge d’entrainement intéresse tous les sportifs réguliers, quelle que soit leur discipline de prédilection. Ceux qui pratiquent plusieurs sports de manière équilibrée rencontrent le problème de la comparaison des efforts dans des disciplines différentes et cherchent à trouver un moyen simple de mesurer leur charge totale d’entrainement.

Par exemple, depuis que j’ai commencé à faire du vélo en janvier de cette année, j’ai gardé le kilométrage de course à pied comme mesure privilégiée de charge d’entrainement et j’ai conçu une méthode simple de conversion des séances de vélo en équivalents kilométriques de CaP en utilisant la dépense calorique comme unité commune de l’effort. A l’usage, je me suis rendu compte qu’une séance dure de vélo n’augmentait pas plus la charge d’entrainement mesurée en kilomètres de CaP qu’une séance tranquille alors que, d’un point de vue psychologique, j’aurais retiré de la satisfaction à quantifier la fatigue supplémentaire.

De même, pendant ma prépa marathon effectuée entre janvier et avril 2011, j’utilisais, à tort, le kilométrage comme mesure principale implicite de la charge d’entrainement. J’ai pu me rendre compte également qu’un volume de CaP pas supérieur à celui que j’avais effectué l’année précédente pouvait générer une fatigue fatale le jour du marathon. La mesure de l’allure moyenne par séance et par semaine me donnait une autre mesure probable, et indirecte, de la charge d’entrainement, mais l’effet de lissage induit par le calcul de moyennes rendait cette mesure bien moins pertinente.

Il me faut donc trouver une autre mesure de la charge d’entrainement.

 

Avantages de la mesure de la charge d’entrainement

Une mesure adaptée de la charge d’entrainement me permettra de

(i)                 mesurer mon état probable de fatigue,

(ii)               programmer un entrainement couvrant plusieurs compétitions, rapprochées ou pas,

(iii)             combiner harmonieusement des sports différents,

(iv)             prévenir le surentrainement et

(v)               planifier les périodes de récupération, courtes (quelques jours pour optimiser les effets de la surcompensation) ou longues (coupures annuelles ou semi-annuelles ou encore postérieures à une compétition éprouvante).

 

Formulation

La charge d’entrainement résulte de la combinaison de trois paramètres : la durée, l’intensité, et la fréquence des séances. La durée est facile à mesurer avec un chronomètre. La notion d’intensité est plus difficile à encadrer. Certains chercheurs la quantifient simplement en confiant au sportif le soin de mesurer, sur une échelle linéaire, la perception de l’effort ressenti. D’autres recourent au pourcentage d’utilisation de la fréquence cardiaque de réserve. Rappelons que la fréquence cardiaque de réserve est définie comme la différence entre la fréquence cardiaque maximale, qui varie elle-même d’un sport à un autre, et la fréquence cardiaque au repos. Pour ce qui est de la fréquence des séances, pour le moment je laisserai ce côté cet aspect qui n’est pas pris en compte à proprement parler par la notion de trimps.

 

J’ai décidé d’utiliser le concept de trimps (training impulses, ou stimuli d’entrainement), développé par Eric Banister en 1975. La charge d’entrainement est calculée comme le produit de la durée (en minutes), l’intensité (pourcentage d’utilisation de la fréquence cardiaque de réserve) et d’un facteur de pondération sensé modéliser l’élévation exponentielle de la lactatémie (que signifie ce terme ?) avec l’intensité d’exercice. Les paramètres de calibration de ce facteur de pondération diffèrent en fonction du sexe de l’athlète, mais son expression reste identique, c'est-à-dire un terme exponentiel de l’intensité d’exercice sous la forme a. exp(b.I), où I est l’intensité d’exercice. Pour les hommes, a=0.64 et b=1.92, tandis que pour les femmes, a=0.86 et b=1.67.

 

Si on examine l’homogénéité de la formule au point de vue des unités, on est un peu perplexe : dans le système international de mesure, les trimps sont homogènes à quelle combinaison de mesures de distance, temps et énergie ? L’unité « trimp » est homogène à un temps multiplié par un pourcentage et par un facteur d’ajustement sans dimension. Donc la mesure de la charge d’entrainement par les trimps revient à retomber dans la pratique de mesure des volumes d’entrainement (ici, des durées) ajustés de facteurs d’intensité. Logique.

 

Exemples de calcul

Exemple de calcul pour un homme dont la fréquence cardiaque au repos est de 40 pulsations par minute, et la fréquence cardiaque maximale est de 165 pulsations par minute.

Une durée d’exercice de 60 minutes à 110 pulsations par minutes donne une intensité moyenne de (110-40)/(165-40) = 56%.

 

Le nombre de trimps correspondant est alors : 60 x 56% x 0.64 x exp(1.92 x 56%) = 63 trimps.

Bien entendu, pour une séance composée de phases à allures différentes (par exemple une séance à allure spécifique qui commence par un échauffement à bas régime, se poursuit par 2x30’ à allure spé, puis se termine par un retour au calme), il faudra refaire ce calcul pour chaque phase de la séance et additionner les trimps correspondants.

Il faut éviter d’utiliser la fréquence cardiaque moyenne fournie par la montre Garmin, car l’effet de moyenne va conduire à une sous-estimation de la charge de travail, sous-estimation liée à la présence du facteur d’ajustement exponentiel. Prenons un exemple, avec une séance composée de 60 minutes à allure 1 à 108 bpm (beats per minute), puis 2x30 minutes à allure marathon à 137 bpm, puis 60 minutes de retour au calme à 108 bpm. Le calcul exact des trimps donne : 132 trimps pour les deux heures à allure 1, puis 119 trimps pour les 60 minutes à allure marathon, soit un total de 251 trimps pour la séance dans son ensemble. Si on utilise plutôt l’intensité moyenne sur les trois heures, avec une fréquence cardiaque moyenne de 118 bpm, on obtient seulement 180 trimps, soit une sous-estimation de 29% par rapport au chiffre correct.

 

Valeurs remarquables

L’étude de la forme fonctionnelle du facteur de pondération est intéressante. Le terme a (0.64 pour les hommes et 0.86 pour les femmes) n’apporte aucune information supplémentaire et ne constitue qu’un facteur de calibration du nombre de trimps : quand il s’agit de comparer, en termes relatifs, la charge d’entrainement de deux séances, ce facteur disparait puisqu’on calcule le rapport du nombre de trimps des deux séances.

TrimpsFonctions.JPG

Le choix par Eric Banister de la valeur du paramètre de calibration a découle d’un choix personnel ou circonstanciel d’ajustement de l’échelle des trimps. Le facteur de pondération varie entre a (pour une intensité nulle, soit une absence d’activité physique) et a.exp(b) pour une activité physique à fréquence cardiaque maximale, soit, pour les hommes, entre 0.64 et 4.37, et pour les femmes, entre 0.86 et 4.57. On remarque que les deux amplitudes sont très proches en valeur absolue. La valeur de l’intensité qui correspond à un facteur de pondération égal à un est 23.3% pour les hommes et 9.1% pour les femmes: quand un homme utilise environ un quart de sa fréquence cardiaque de réserve, le facteur de pondération ne modifie plus le produit de la durée et de l’intensité, produit qui serait une mesure « naturelle » de la charge d’entrainement. On retrouve ici la philosophie sous-jacente aux méthodes qui ne tiennent compte que de l’intensité, en particulier quand elle est estimée de façon subjective par l’athlète sur une échelle linéaire.

 

Forme fonctionnelle

Dans la mesure où le nombre de trimps est homogène à une durée, il est également intéressant d’observer la forme fonctionnelle du produit de l’intensité et du facteur de pondération, et en particulier de déterminer l’intensité pour laquelle le nombre de trimps est simplement égal à la durée d’exercice en minutes. Pour les  hommes, une intensité de 54.7% se traduit par un nombre de trimps égal à la durée d’exercice. Pour les femmes, il faut une intensité de 50.3%, donc assez semblable. Une intensité à peu près au milieu de la fréquence de réserve permet d’estimer la charge d’entrainement comme étant simplement la durée d’exercice.

 

Il est également instructif de déterminer l’allongement de la durée d’exercice nécessaire pour égaler les effets d’une augmentation d’intensité moyenne donnée : soit on court plus vite, soit on court plus longtemps pour achever la même augmentation de charge. Par exemple, une séance de 125 trimps correspond à 122 minutes de CaP à une intensité de 55.2% (109 bpm). Quelle est l’augmentation de la durée d’exercice équivalente à une augmentation de la fréquence cardiaque moyenne de 5 bpm ? Dans ce cas, l’intensité moyenne grimpe à 59.2% et la charge d’entrainement monte à 145 trimps. Un allongement de la durée de la séance à 142 minutes (soit 20 minutes de plus, ou 16%), à intensité inchangée à 55.2%, a un effet équivalent en termes de charge d’entrainement qui s’établit alors à 145 trimps.

 

On peut aussi se demander quel est le raccourcissement de la séance qui compense l’augmentation de l’intensité moyenne : si l’intensité moyenne monte à 59.2% (114 bpm) alors la charge d’entrainement reste à 125 trimps à condition de raccourcir la séance à 106 minutes, soit 16 minutes de moins. Ce dernier exemple montre l’utilité de cette mesure de la charge d’entrainement, puisqu’elle prend en compte l’aspect non linéaire de l’effet de l’intensité. Ainsi, une faible augmentation relative de l’intensité (+7% ici, avec un passage de 55.2% à 59.2%) équivaut à une baisse de 13% de la durée d’exercice, soit près de deux fois plus : on voit donc que si l’on court trop fréquemment trop vite, on court le risque d’accumuler une surcharge d’entrainement que les faibles temps de courses ne traduiront pas.

 

Accélérer réduit-il la charge de travail ?

Intuitivement, je dirais que la réponse est non : la fréquence cardiaque étant une fonction linéaire de la vitesse de course, l’intensité varie elle aussi linéairement en fonction de la vitesse de course. Le temps de course varie comme l’inverse de la vitesse, donc de manière progressivement décroissante à mesure que la vitesse augmente. La charge de travail (les trimps) est donc le produit d’un terme qui varie exponentiellement en fonction de la course et d’un terme hyperbolique donc asymptotiquement horizontal. Quel est l’effet net sur la charge d’entrainement ? L’intuition dit qu’elle devrait augmenter.

 

De nouveau, prenons un exemple. 60 minutes à 55% d’intensité (109 bpm) et 10.8 km/h correspondent à 60.7 trimps et une distance de 10.8 km. Si la vitesse monte à 12 km/h, et la fréquence cardiaque monte donc à 122 bpm (je suppose une réponse linéaire du cœur de 13 bpm par km/h supplémentaire ici), la même distance de 10.8 km est parcourue en un temps plus court, 54 minutes, à une intensité de 66% et cette séance génère une charge d’entrainement de 79.9 trimps. Il aurait fallu que la fréquence cardiaque ne monte qu’à 112 bpm, soit 10 pulsations de moins, pour conserver une charge d’entrainement inchangée à 60.7 trimps. Or il est impossible d’augmenter sa vitesse de 1.2 km/h en ne faisant augmenter sa fréquence cardiaque de seulement 3 pulsations par minute.

 

Conclusion : accélérer augmenter très vite la charge de travail.

 

Valeurs de référence, charge limite

Morton et Banister ont développé le concept de charge limite afin de prévenir les situations de surentrainement. La charge limite pour un athlète de niveau régional serait de 125 trimps par jour en moyenne, tandis qu’un athlète de l’élite pourrait encaisser jusqu’à 250 trimps pour jour durant un mois entier. A titre de référence, les étapes de montagnes les plus difficiles du Tour de France cyclistes ont été quantifiées comme correspondant à environ 600 trimps, tandis que le Tour de France entier génère, sur trois semaines, environ 7300 trimps.

 

Un rapide calcul produit les valeurs suivantes estimées dans mon cas (FC de réserve : 165-40=125 bpm) :

  • une heure de footing à 107 bpm (10.8 km/h): 58 trimps, soit 5.4 trimps par kilomètre
  • semi en 1h32 à 155 bpm : 317 trimps, soit 15.0 trimps par kilomètre
  • marathon en 3h15 à 145 bpm : 526 trimps, soit 12.5 trimps par kilomètre
  • 100 km en 10 heures à 10 km/h en moyenne, soit 115 bpm : 729 trimps, soit 7.3 trimps par kilomètre 

 

Il est intéressant de constater, d’après ces estimations, qu’un marathon et un 100 km à allure modérée ne diffèrent que de 39% dans leurs charges de travail respectives, et que le semi semble la distance la plus intensive. Je ne sais pas quelle est la valeur limite charge de travail que je suis capable de supporter sur une période de 24 heures.

 

Dans mon cas, étant donné mon modeste niveau, j’aurais tendance à limiter la charge moyenne par période glissante de 7 jours à 100 trimps. J’ai évalué la charge totale de la semaine la plus chargée de la prépa que j’ai suivie pour le marathon de Paris 2011 : 5h58 de course à allure 1 et 110 bpm généraient 376 trimps, 1h56 de course à allure marathon de 4 :30 et 137 bpm généraient 256 trimps, et 20 minutes de 45/30 généraient 42 trimps. Là-dessus, j’avais ajouté quelques séances de vélo pour délasser les jambes, qui ont généré quant à elles 162 trimps. Charge d’entrainement totale sur la semaine : 836 trimps, soit 119 trimps par jour en moyenne, donc une charge d’entrainement presque certainement au-dessus de mes capacités d’encaissement. 

 

Surentrainement et fréquence

Le recours au suivi d’une charge quotidienne moyenne sur période glissante est en fait un raccourci pour prendre en compte la fréquence des entrainements. Les phénomènes de surcompensation ne sont pas pris en compte par cette approche : une pause de trois jours pleins avant un semi en compétition permettra vraisemblablement une meilleure performance que si le coureur avait programmé des sorties le jeudi, le vendredi et le samedi précédant la course, en supposant une charge hebdomadaire pré-compétition inchangée. Pour l’instant, je n’ai pas réfléchi à la manière de prendre en compte cet aspect de la répartition des séances.

 

Stimuli métaboliques et stimuli mécaniques

Le concept de charge d’entrainement mesure les sollicitations appliquées au système cardiovasculaire, c'est-à-dire les stimuli métaboliques. En revanche, il ne modélise pas les sollicitations mécaniques qui se résolvent souvent en blessures de gravité variable. Là encore, je n’ai pas réfléchi à une solution pour suivre les effets d’entrainements rapprochés à forte charge de travail.

  

Références

J’ai utilisé la thèse de S Dufour, présentée en 2005 à l’université de Strasbourg, relative à l’optimisation de la performance aérobie chez l’athlète : le concept de trimps y est présenté.

 

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commentaires

Richard 22/02/2012 15:15

Merci pour cet article très intéressante. il me donne une valeur approchée de la charge de travail calculée avec l'algorithme de polar que je ne connais pas. par contre je suis dans les choux si je
calcule avec la Fc de réserve (largement en dessous)

JP75018 23/05/2011 22:14


Article très intéressant, je ne connaissais pas cette mesure de l'effort. Il faudra que je fasse les calculs dans PHP-Endurance par intégration sur chaque séance. Par contre j'imagine que les coefs
doivent pas mal varier en fonction de chaque athlète (capacité de récup, pas seulement niveau).


FXF 24/05/2011 10:29



Je suis tombe sur cette mesure par hasard. Elle est decrite dans le dernier numero de Zatopek, mais avec une erreur: la fonction exponentielle y manque. Les coefficients, ou plutot leurs valeurs
exactes, ne sont pas tres importants, d'apres moi: le facteur a, qui multiplie le terme exponentiel, n'est qu'un facteur d'echelle (scaling factor), tandis que le facteur b, a l'interieur de
l'exponentielle, doit rester superieur a 1 pour conserver, ou accentuer, l'effet de l'exponentielle. Je n'ai pas cherche pour le moment a comprendre comment Banister arrive a ces valeurs, en
particulier quelles situations de reference il utilise pour calibrer les trimps. Pour le moment, je conserve les valeurs a=0.64 et b=1.92. Intuitivement, je dirais que la calibration peut se
faire de maniere que le nombre de trimps soit simplement egal a la duree de la seance (en minutes) pour la sortie la plus frequente du coureur, c'est a dire le footing a une allure fondamentale,
qui correspond grosso modo a une intensite autour de 50%. En tout cas, si je change les coefficients, c'est la methode que j'utiliserais pour les calibrer.


Il faudrait en revanche ajouter un element temporel dans la mesure des trimps sur une longue periode, afin de prendre en compte la frequence des seances ainsi que leur repartition dans le temps,
en particulier les jours de repos auxquels on pourrait attibuer une charge d'entrainement negative.


Bref, il y a encore des pistes a explorer.



Luc Levesque 20/05/2011 02:16


Je mets cet article dans mes favoris et je vais y revenir souvent car il est très intéressant.


FXF 20/05/2011 19:48



Les trimps c'est une notion interessante, mais il ne faut pas non plus trop s'y fier.



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