Les filières énergétiques et leur importance dans le football

Dans le domaine de la préparation physique, il est essentiel de comprendre comment l'énergie est produite pour soutenir l'activité physique. Parmi les définitions importantes, il faut savoir que l’énergie nécessaire à la pratique d’une activité physique est produite par 3 filières énergétiques : aérobie, anaérobie lactique et anaérobie alactique.

Beaucoup de littérature sur les filières énergétiques sont disponibles. D’après-nous, la plus part des explications simplifie et isolent trop les différentes utilisations de chaque filière énergétique, surtout pour la mise en pratique dans les sports d’endurance type triathlon, marathon, semi-marathon, 10km, etc… Nous essayons ici d’apporter, de manière surement encore imparfaite, une valeur ajouter pour permettre de mieux comprendre le réel fonctionnement des filières énergétique.

Chacune d’elle est caractérisée par une capacité (volume) et une puissance (débit) qui font que les durées d’utilisation sont spécifiques à chacune d’elle. Ces termes sont importants à comprendre notamment lors d’une préparation physique football.

Quand vous courez, nagez, soulevez une charge ou jouez un match, votre corps consomme de l’énergie. Mais d’où vient cette énergie ? Et comment le corps s’adapte-t-il à des efforts très différents, allant de quelques secondes à plusieurs heures ? C’est là qu’interviennent les filières énergétiques.

Chaque mouvement nécessite de l’ATP (adénosine triphosphate), la molécule universelle d’énergie. Comme les réserves d’ATP dans les muscles sont limitées, le corps utilise différents mécanismes pour en produire en continu.

Dans cet article, Frédéric Balussaud explique simplement comment les 3 filières principales fonctionnent pour produire de l’énergie. Si l’on compare à une voiture, c’est un peu comme si vous aviez 3 moteurs distincts. Ils utilisent 3 types de carburants différents (par exemple électrique, essence et biocarburant) selon les types de trajets (démarrage en cote, conduite en ville, conduite sur autoroute). Ces moteurs ne fonctionnent pas l’un après l’autre, mais tous en même temps. Seul le dosage entre eux varie.

L’énergie chimique et mécanique

Lorsque le sportif produit un effort, son corps active trois « moteurs » énergétiques instantanément et simultanément. Ils sont tous les 3 toujours actifs, mais ils sont plus ou moins prédominant. L’utilisations de ces 3 moteurs simultanément avec plus ou moins de prédominance est appelé le continiuum énergétique.

Le rôle de ces 3 moteurs est de « convertir » l’énergie issu de substrats énergétique (alimentation et autre) en énergie chimique à l’intérieur du muscle. Cette énergie chimique active la contraction musculaire pour créer un mouvement et donc de l’énergie mécanique. Le terme « convertir » évoque le fait que l’énergie n’est en réalité jamais « créé », mais plutôt transformé d’un état à un autre.

L’énergie chimique est contenue dans une molécule d’ATP (Adénosine TriphosPhate). Elle est libérée lors de la « cassure » de l’ATP. Cette décomposition s’appel l’hydrolyse de l’ATP.

L’ATP devenu ADP (Adénosine Diphosphate) a besoin de substrats énergétique pour se re-synthétiser en ATP et se décomposer à nouveau afin de fournir de l’énergie en continu. La re-synthétisation de l’ADP en ATP s’appel la phosphorylation.

Le lieu de la production d’énergie dans le muscle est la mitochondrie.

Remarque : Une molécule d’ATP est déjà présente dans le muscle au moment de la première contraction musculaire de l’effort. Elle est « cassée » pour créer de l’énergie instantanément (hydrolyse). Cela permet un effort violent et instantané, elle est ensuite re-synthétisée pour fournir de l’énergie en continue (la phosphorylation).

Les 3 systèmes énergétiques

Les systèmes énergétique (processus de transformation d’énergie) sont : ATP-PCr, Glycolitique et Oxydatif.

Leur nom et leur prédominance dans le processus de production d’énergie pendant l’effort dépend de 3 grands critères :

• ⏳ Le délai avant d’être prédominant :
  • Il dépend du substrat utilisé (carburant), en fonction de sa proximité (réservoir) avec le muscle (lieu de production d’énergie).
  • Il dépend également de la vitesse (vélocité du moteur) à la quelle le moteur est capable de décomposer et re-composer l’ATP. Cette vitesse est lié au nombre de réaction chimique nécessaire à la re-synthétisation de l’ATP.
  • Il dépend aussi du besoin ou non en oxygène (combustible) car le temps que l’oxygène arrive dans le processus de production d’énergie est relativement long.
• 💥 Le débit maximal d’énergie produit :
  • Il dépend de la puissance énergétique du moteur (les chevaux) qui détermine la quantité maximale d’énergie produite par unité de temps. Il induit le degré d’intensité disponible pour l’effort du sportif (vitesse du véhicule).
• 💰 Le rendement énergétique :
  • C’est la capacité énergétique ou le nombre d’ATP produit pour une molécule de substrat (consommation).
• ⏱️ Sa durée maximum de production d’énergie à un % du débit maximum :
  • Elle dépend des réserves de substrat et de notre faculté à en fournir de nouveau une fois les réserves vide (réserve et réassort).
  • Elle est aussi atterré par l’accumulation de produit final du catabolisme, qui devient un facteur limitant.

Système ATP-Pcr

• Source d’énergie : ATP déjà présent dans le muscle, puis Phosphocréatine
• Lieu de stockage : ATP lui même, puis dans le muscle
• Oxygène présent : non
• Délai avant d’être prédominant : instantané
• Fibres musculaires utilisées : type IIa
• Vitesse de décomposition/recomposition d’ATP : Très élevé
• Puissance : Très élevé
• Rendement : faible (1 ATP pour une 1 Pcr)
• Durée max : 7 secondes environ
• Facteur limitant de durée : épuisement des réserves de substrat

Système Glycolitique anaérobie

• Source d’énergie : Glycogène
• Lieu de stockage : dans le muscle
• Oxygène présent : non
• Délai avant d’être prédominant : 7 à 10 secondes
• Fibres musculaires utilisées : type IIa
• Vitesse / intensité de décomposition/recomposition d’ATP : élevé
• Puissance : élevé
• Rendement : assez faible (2 ATP pour une 1 glycogène)
• Durée max : 1min
• Produit final du catabolisme : pyruvate (lactate)
• Facteur limitant de durée :
  • Epuisement des réserves de substrat.
  • Acidification dans le muscle : baisse du pH (dû à la désagrégation du glycogène).

Système Glycolitique + Oxydatif (glycolyse aérobie)

• Source d’énergie : Glycogène
• Lieu de stockage : dans le muscle
• Oxygène présent : oui
• Délai avant d’être prédominant : 1 minute
• Fibres musculaires utilisées : type IIb & I
• Vitesse de décomposition/recomposition d’ATP : moyenne
• Puissance : moyenne
• Rendement : moyen (36 ATP pour une 1 glycogène)
• Durée max : 6min
• Produit final du catabolisme :
  • Pyruvate puis lactate
  • Pyruvate puis acétyl-CoA (réutilisé grâce à la présence d’oxygène pour la recomposition de l’ATP, dans le cycle de KREPS)
  • eau, co2
• Facteur limitant de durée :
  • Epuisement des réserves de substrat
  • Acidification dans le muscle : baisse du pH (dû à la désagrégation du glycogène = lactate).
  • VO2max (la présence de l’oxygène permet la réutilisation d’une quantité de lactate en guise de substrat pour re-composer l’ATP).

Système Oxydatif

• Source d’énergie : Graisse (Lipide, triglycérides) transformé en acétyl-CoA (grâce à la présence d’oxygène pour la recomposition de l’ATP, dans le cycle de KREPS)
• Lieu de stockage : Foie, tissu adipeux
• Oxygène présent : oui
• Délai avant d’être prédominant : 1 minute
• Fibres musculaires utilisées : type I
• Vitesse de décomposition/recomposition d’ATP : moyenne
• Puissance : basse
• Rendement : bon (129 ATP pour une 1 glycogène)
• Durée max : quasi-illimité
• Produit final du catabolisme : eau, co2
• Facteur limitant de durée :
  • VO2max et qualité d’utilisation de l’oxygène (Quantité d’oxygène mis à disposition)
  • Structure musculaire, tendineuse, osseuse (le régime de contraction musculaire excentrique est le plus marquant)

Systèmes énergétiques

Certains paramètres lié au délai, au débit, et à la durée maximum de l’effort évoluent parfois de manière brutale (consommation d’oxygène, production de lactate,…) ce qui permet de mettre en évidence des seuils d’intensité. Ces seuils servent de référence à iDO pour proposer les 7 zones d’intensité par défaut.

Les filières énergétiques

Les 3 filières énergétiques sont définie en fonction de la prédominance des systèmes énergétique :

• ATP PCr : Anaérobie alactique
• Glycolitique : Anaérobie lactique
• Oxydatif : Aérobie

Dans chaque filière il faut savoir que l’on peut développer la puissance ou la capacité. La puissance étant le débit d’énergie produit (intensité), et la capacité le temps de soutient (durée).

Le tableau ci-dessous reprend les 7 zones d’intensité iDO par défaut (paramétrables à volontés en nombre et répartition). Il donne la filière, le système, ainsi que les différentes consommations d’oxygène et productions de lactate pour chaque intensité.

Vous le savez où l’avez compris, dans les sports d’endurance, la filière aérobie est dominante. Sa particularité est de produire de l’énergie avec utilisation de l’oxygène, et à partir de plusieurs substrats différents. Elle permet des efforts long (de 1min à plusieurs heures) à une intensité de basse à haute.

On observe donc dans cette même filières différentes sources d’énergie, méthodes de productions d’énergie, fibres musculaires utilisées, etc…

Filières énergétiques

Informations complémentaires scientifiques

La Glycolyse

Les glucides que nous consommons font augmenter le taux de sucre sanguin (glycémie). Le sucre sanguin est ensuite capté lors de la sécrétion de l’insuline pour former du glycogène (chaîne de molécules de glucides). Ce glycogène se retrouve dans les muscles, dans le foie ou dans les cellules adipeuses. Lorsque le corps en à besoin, une réaction transforme le glycogène en ATP.

Glycolyse = sucre de l’alimentation > sucre sanguin > glycogène musculaire et hépatique > transformation du glycogène en ATP.

Glycolyse anaérobie vs glycolyse aérobie : en milieu anaérobie (absence d’oxygène O2), le pyruvate issu de la glycolyse subit une fermentation, tandis que, en milieu aérobie (présence d’O2), le pyruvate issu de la glycolyse est converti en acétyl-CoA, à partir duquel il est dégradé par le cycle de Krebs dans la matrice mitochondriale pour donner une molécule de CO2 et permettant la formation de trois molécules de NADH, une molécule de FADH2 et une molécule de GTP, équivalent à une molécule d’ATP. Le NADH et le FADH2 peuvent être oxydés par la chaîne respiratoire pour produire davantage d’ATP.

Le cycle de Krebs est un processus en dix étapes impliquant huit enzymes et diverses coenzymes.

L’ATP

L’adénosine triphosphate, ou ATP, est un nucléotide formé à partir d’un nucléoside associé à un triphosphate.

Décomposition de l’ATP : Afin de libérer cette énergie, la molécule d’ATP est clivée, par hydrolyse, en adénosine diphosphate (ADP) et en phosphate par phosphorylation oxydative dans le cadre de la respiration cellulaire,…

Re-composition de l’ATP : Les cellules régénèrent ensuite l’ATP à partir de l’ADP essentiellement de trois manières différentes : par photophosphorylation dans le cadre de la photosynthèse, et par phosphorylation au niveau du substrat au cours de certaines réactions chimiques exergoniques, par exemple au cours de la glycolyse ou du cycle de Krebs.

Ainsi, le corps humain ne contient à chaque instant qu’environ 250 g d’ATP mais consomme et régénère chaque jour de l’ordre de son propre poids en ATP.

Le Pyruvate

L’ion pyruvate est le produit final des voies de dégradation du glucose (glycolyse).

En anaérobie, la réduction du pyruvate en lactate ou éthanol (fermentations) assure la réoxydation du NADH en NAD+ consommé lors de l’oxydation du glycéraldéhyde 3-phosphate en 1,3-bisphosphoglycérate (réaction 6 de la glycolyse). Cette régénération du NAD+ permet à la glycolyse de se maintenir en absence d’oxygène.

En aérobie, le NAD+ est régénéré par la chaîne respiratoire.

Définition simple et rôle de l’ATP

Le terme filière énergétique désigne un système physiologique utilisé par l’organisme pour produire de l’ATP, l’unité d’énergie indispensable à toute contraction musculaire.

L’ATP est une molécule que le corps sait produire à partir de plusieurs substrats (glucose, lipides, phosphocréatine, etc.), selon le type d’effort. Mais sa disponibilité est limitée : les stocks musculaires sont suffisants pour 2 à 3 secondes d’activité intense seulement.

Dès les premières secondes d’un effort, le corps déclenche des mécanismes pour resynthétiser de l’ATP.

• Puissance : c’est la vitesse à laquelle une filière peut produire de l’ATP. La puissance, c’est l’accélération de votre moteur : à quelle vitesse vous pouvez brûler du carburant pour aller vite.
• La capacité, c’est la taille du réservoir : combien de temps vous pouvez rouler avant de devoir faire le plein.

Les 3 filières énergétiques : fonctionnement et caractéristiques

Anaérobie alactique (ATP-PC)

Cette filière est la plus rapide, mais aussi la plus brève. Cette filière est critique dans les sports de force, de vitesse ou de puissance. Mais elle s’épuise très vite, car les stocks de phosphocréatine sont limités.

Anaérobie lactique (glycolyse anaérobie)

Quand l’effort se prolonge au-delà de 10-15 secondes, l’organisme utilise le glucose comme carburant via un processus appelé glycolyse anaérobie. Très efficace pour les efforts intenses et soutenus, mais limitée par l’accumulation de lactate qui altère les performances.

Aérobie (système oxydatif)

C’est le système le plus endurant, celui qui vous permet de tenir un effort au-delà de 2 minutes. Il utilise l’oxygène pour transformer les glucides, les lipides (et parfois les protéines) en énergie via les mitochondries. C’est la filière de la régularité, de l’économie et de la performance sur la durée.

• Puissance = intensité maximale que la filière peut délivrer sur un court laps de temps. Ce sont les efforts courts et explosifs qui sollicitent à fond la filière.
• Capacité = durée pendant laquelle la filière peut être mobilisée avant épuisement. Ce sont les efforts répétés ou prolongés, avec gestion du rythme et de la récupération.

Attention, si je fais un sprint au bout d’1h de course la filière anaérobie va rentrer en jeu pour aider mon corps a supporter cette intensité plus élevée.

Contrairement à une idée reçue, les filières énergétiques ne s’activent pas successivement, mais ensemble, dès les premières secondes d’un effort. Pour les efforts de plus longue durée, la filière aérobie (oxydative) prend progressivement le relais.

Exemple concret : Un joueur de football trottine en fond de terrain (aérobie), puis sprinte (alactique), enchaîne une série d’accélérations (lactique).

Pourquoi connaître les filières énergétiques améliore l’entraînement ?

Chaque objectif, perte de poids, performance, reprise, préparation physique, mobilise des filières dominantes différentes.

À retenir : les trois filières fonctionnent toujours ensemble, mais l’une est prépondérante selon l’intensité et la durée de l’effort.

Représentation schématique des curseurs qui donnent la part de chaque filière en fonction du temps d’effort.

L’entraînement des filières énergétiques

L’entraînement des filières énergétiques est un sujet qui est important pour aider la performance des athlètes. Dans cet article, on va traiter de l’entraînement des filières énergétiques pour les sports où la course (locomotion) est la principale action.

Avant de couvrir ce sujet, il serait intéressant d’utiliser une analogie. On va considérer que chaque filière énergétique est un réservoir avec un robinet pour vider ce réservoir.

• La puissance d’une filière énergétique est donc le débit le plus puissant qu’on utilise pour vider le réservoir en bougeant.
• La puissance anaérobie alactique (PAA) est lorsqu’on vide le système anaérobie alactique le plus rapidement possible. Le système anaérobie alactique peut être considéré comme un tout petit réservoir qui est très explosif. Un effort MAXIMAL d’une durée de 3 secondes et moins.
• La capacité anaérobie lactique génère moins d’intensité que la PAL mais elle peut durer plus longtemps.
• Pour le système aérobie, l’analogie du réservoir est un peu moins bonne parce que le système aérobie est un IMMENSE réservoir et il ne peut pas se vider complètement. La puissance aérobie maximale est le niveau d’intensité (comme une puissance ou une vitesse) pour lequel on atteint la Vo2 max qui est la consommation maximale d’oxygène.

La VO2 max est le maximum de consommation d’oxygène que le corps peut prendre pour créer de l’adénosine triphosphate (ATP) avec le glycogène dans ses mitochondries. On peut aussi parler de vitesse aérobie maximale (VAM) qui est la vitesse de course à laquelle on atteint sa V02 max.

Pour le système aérobie (qui fonctionne) à l’oxygène, on ne parle pas de capacité parce qu’on ne vide pas ce système. On parle d’endurance et il y a plein de sous catégories parce que le système aérobie peut durer très, très longtemps en “Long Slow Distance” (LSD).

Maintenant qu’on a couvert la terminologie professionnelle des filières énergétiques, de quel manière est-ce qu’on les entraîne?

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