L'activité physique nécessite de l'énergie, et cette énergie est fournie par trois filières énergétiques principales : aérobie, anaérobie lactique et anaérobie alactique. Comprendre ces filières est crucial, notamment dans le cadre de la préparation physique, par exemple pour le football. Chacune de ces filières se distingue par sa capacité (volume) et sa puissance (débit), ce qui détermine sa durée d'utilisation spécifique.
Les trois filières énergétiques
Il faut imaginer le corps comme étant une voiture, mais qui posséderait non pas un, mais trois moteurs. Ces trois moteurs n'ont pas le même carburant, mais ils fonctionnent en même temps. Toutefois, selon l'intensité et l'effort fourni, l'une des filières énergétiques prédomine par rapport aux autres.
La filière anaérobie alactique : la réserve disponible tout de suite
La première filière correspond au premier moteur. C'est cette filière qui permet au corps de produire, en l'absence d'oxygène, une petite quantité d'énergie très rapidement, et ce, dès le début de l'effort. La filière anaérobie alactique se met en route immédiatement, sur les trois à sept premières secondes de l'effort physique. Les sports principalement concernés sont des sports de puissance, d’explosivité, de force, de vitesse tels que le sprint court (100 m / 200 m), les lancers ou encore les sauts. Parce qu'il n'a que très peu de réserve de phosphocréatine et d’ATP (adénosine triphosphate), ce métabolisme a une très courte capacité de durée, entre 20 et 30 secondes.
La filière anaérobie lactique : le deuxième moteur s'enclenche
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Appelée également glycolyse anaérobie, cette deuxième filière prend le relais quand le système alactique est à sec. Elle permet, en quelque sorte, au moteur numéro un de se recharger. Comme la première filière, celle-ci fonctionne aussi sans oxygène. Pour produire l'énergie nécessaire à l'effort et à la contraction des muscles, l'organisme utilise les substrats énergétiques, le glucose et le glycogène. Cette filière énergétique domine lors des efforts courts, mais puissants, entre 20 secondes et 1 minute 30. Les sports concernés par la filière anaérobie lactique sont des sports d’intensité élevée tels que le demi-fond en athlétisme (800 m, 1500 m), les sprints longs (400 m) et la natation (en dessous de 200 m). Et c'est cette filière qui permet l'augmentation de la production de lactate, une substance produite par les globules rouges, dont le rôle est de métaboliser le glucose. Cet acide lactique est éliminé au bout de trente minutes, en revanche, lorsque l'élimination se passe mal, il peut être responsable de crampes ou de fatigue musculaire.
La filière aérobie : l'oxygène arrive
Le dernier moteur est le seul qui utilise de l'oxygène, élément nécessaire pour créer de l'énergie et pour permettre aux muscles de se contracter. Cette filière puise dans tous les substrats, mais principalement dans les lipides et les glucides pour alimenter la masse musculaire. La filière aérobie devient dominante après six à huit minutes d'effort et aide l'organisme à fournir une bonne quantité d'énergie sur une longue durée, mais pour des efforts à intensité modérée. Lorsque l'on court, que l'on marche, que l'on fait du vélo ou de la nage sur une longue distance, c'est cette filière que le corps utilise.
La filière aérobie : l'endurance et l'utilisation de l'oxygène
La filière aérobie représente les gammes d’intensité de travail d’endurance. C’est la seule filière énergétique dont le processus métabolique utilise de l’oxygène. Celle-ci utilise tous les substrats (principalement glucides et lipides). Elle est prépondérante sur des efforts d’endurance. Elle traduit l’aptitude de l’organisme à capturer (respiration), transporter (globules rouges + débit cardiaque) et utiliser (efficacité oxydative des cellules) l’oxygène pour transformer l’énergie. C’est la seule filière énergétique qui permette de créer de l’énergie (ATP) en utilisant l’oxygène.
L'importance de l'oxygène
La filière aérobie est la seule qui utilise de l'oxygène, élément nécessaire pour créer de l'énergie et pour permettre aux muscles de se contracter. Cette filière puise dans tous les substrats, mais principalement dans les lipides et les glucides pour alimenter la masse musculaire. La filière aérobie devient dominante après six à huit minutes d'effort et aide l'organisme à fournir une bonne quantité d'énergie sur une longue durée, mais pour des efforts à intensité modérée. Lorsque l'on court, que l'on marche, que l'on fait du vélo ou de la nage sur une longue distance, c'est cette filière que le corps utilise.
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Limites de la filière aérobie
Arrivée à 100% de la VMA, la respiration est à son maximum, il n’y a plus assez d’arrivée d’oxygène pour répondre à l’effort supérieur. 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. La filière aérobie a une limite, c’est la consommation maximale d’oxygène de l’organisme, la fameuse VO2 max.
Améliorer la filière aérobie
On peut améliorer la filière aérobie en améliorant les possibilités d'oxygénation (VO2 max.) et l'endurance. En effet, plus on court vite et longtemps et plus le muscle va consommer de l’oxygène. Cette relation est vraie jusqu’à une vitesse au-delà de laquelle l’utilisation d’oxygène ne peut plus augmenter.
La filière anaérobie lactique : un complément à la filière aérobie
Le corps fait donc appel à la filière anaérobie lactique qui consiste en une aide au fonctionnement du muscle. Sauf que cette aide n’est pas gratuite, elle s’accompagne d’un apport d’acidité lactique dans l’organisme qui perturbe la contraction du muscle.
Le rôle du lactate
Le lactate est depuis de nombreuses années considéré de façon erronée comme un « déchet » du métabolisme glycolytique et sa production par le muscle en activité est tenue responsable de la survenue de l’acidose, des crampes et de la fatigue musculaire. Ainsi, le lactate est associé à la douleur musculaire et est toujours perçu comme délétère pour la performance (1). Cependant, à côté de cette vision négative du lactate, de nombreuses études ont montré que le lactate est en fait un intermédiaire métabolique particulièrement important pour les échanges d’énergie et d’information entre les cellules, les tissus et les organes (1). Le lactate est produit continuellement par le muscle dès lors que celui-ci utilise du glucose via la glycolyse. Ainsi, la lactatémie va augmenter au cours d’un exercice, même si l’apport en oxygène est satisfaisant, permettant d’amener un substrat énergétique au muscle (1). De plus, Robergs et al. (2) ont mis en évidence que la production de lactate par le muscle au cours de l’effort était non seulement nécessaire pour le fonctionnement de la glycolyse mais aussi que cette production permettait de retarder la survenue de l’acidose.
La glycolyse et le lactate
De façon concomitante, il existe une production d’ATP extra-mitochondriale via la dégradation du glycogène et du glucose qui ne nécessite pas l’utilisation d’oxygène (voie anaérobie). La dégradation du glucose (glycolyse), qui aboutit à la production de pyruvate, a besoin de NAD (nicotine-adenine-dinucléotide) pour fonctionner (Fig. 1). Si cette régénération de NAD à partir du NADH2 est insuffisamment réalisée par les mitochondries, soit parce que l’apport en oxygène est insuffisant, soit parce que le fonctionnement mitochondrial est trop lent par rapport à la demande d’énergie, la dégradation du glycogène et/ou du glucose ne peut se poursuivre que grâce au transfert du H2 du NADH2 sur l’acide pyruvique grâce à la LDH.
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Le lactate : une molécule de signalisation
Le glucose entre dans la cellule musculaire à l’aide de transporteurs spéficiques, les GLUTs (transporteurs du glucose), et est dégradé au cours de la glycolyse. La glycolyse génère du pyruvate qui est transformé en lactate par la lactate déshydrogénase (LDH), ce qui régénère le NAD permettant à la glycolyse de se poursuivre. Le lactate peut aussi être capté par le muscle à l’aide de transporteurs spécifiques, les MCTs (monocarboxylate transporteurs), qui sont associés à une protéine chaperonne, le CD147. Ces échanges, entrée et sortie, se font selon le gradient de concentration du lactate. Ces MCTs sont aussi présents au niveau de la mitochondrie, lieu majoritaire de production d’ATP (adénosine triphosphate) grâce au cycle de Krebs et à la chaîne respiratoire et d’espèces réactives de l’oxygène (ERO).
L'augmentation de la concentration sanguine en lactate
Cette production d’ATP est particulièrement importante au début de l’exercice quand l’apport en oxygène aux muscles est insuffisant, et lors d’exercices intenses lorsque l’activité mitochondriale ne permet pas une régénération suffisamment rapide de NAD. Ainsi, l’augmentation de la concentration sanguine en lactate avec l’intensité de l’exercice est due à une accélération de la glycolyse, à l’incapacité de l’organisme à absorber cet excès de lactate et au recrutement progressif des fibres les plus glycolytiques (1). L’accélération de la glycolyse va toujours aboutir à une production accrue de lactate puisque l’activité de la LDH est beaucoup plus rapide que celle des enzymes de la voie oxydative (1).
Le lactate et l'acidose
Comme la concentration de lactate musculaire augmente et que de façon concomitante le pH s’abaisse, cette augmentation a longtemps été considérée comme étant la cause de la survenue de l’acidose musculaire. Or, la production de lactate, même si elle est concomitante de l’acidose, n’en est pas la cause puisqu’elle consomme des ions H+ (2).
Le lactate : un substrat énergétique
Le lactate ne doit pas être considéré comme un « déchet » métabolique puisque, d’un point de vue biochimique, l’oxydation d’une molécule de lactate permet la production de dix-huit molécules d’ATP, soit la moitié de la quantité produite par l’oxydation d’une molécule de glucose. D’ailleurs, il est connu depuis très longtemps qu’un muscle en activité libère du lactate dans le sang et que si la contraction se poursuit le muscle finit par recapter du lactate pour l’utiliser comme substrat énergétique (3). Ainsi, dans les années 1990, G. Brooks et ses collaborateurs ont mis en évidence que le lactate produit par les fibres musculaires glycolytiques de type II pouvait :
- être oxydé par les mitochondries des mêmes fibres ;
- être capté par des fibres musculaires oxydatives de type I situées dans le même muscle pour y être oxydé.
La navette du lactate
Grâce aux travaux du groupe de G. Brooks, de l’Université de Berkeley, les connaissances concernant les mécanismes d’échange du lactate entre les cellules, les tissus et les organes ont considérablement évolué. Ainsi, ce groupe a pu démontrer que les échanges du lactate impliquaient un mécanisme de transport facilité du type symport lactate/proton appartenant à la famille des transporteurs des monocarboxylates (MCT) (5). Comme ce sont des symports lactate/protons, ces transporteurs jouent un rôle majeur dans la régulation du pH intracellulaire et la coordination du métabolisme (6). Au niveau du muscle squelettique, on trouve deux principales isoformes MCT1 et MCT4 qui présentent des caractéristiques bien distinctes. Il existe de nombreuses situations où la quantité de ces transporteurs peut varier, mais le principal facteur de variation est l’activité musculaire (6). Ainsi, l’entraînement en endurance augmente l’expression de ces isoformes au niveau des muscles squelettiques, mais surtout l’isoforme MCT1 (6). Ces variations d’expression de MCTs ont des répercussions sur la cinétique du lactate au niveau du corps entier et sur la vitesse d’élimination du lactate au décours d’un exercice exhaustif (7).
Les effets du lactate sur la contraction musculaire
Même si le lactate peut être considéré comme un substrat particulièrement utile pour le muscle en activité, il convient tout de même de considérer que certaines expérimentations suggèrent que l’accumulation du lactate pourrait perturber la contraction musculaire et cela indépendamment de la baisse du pH. En effet, Hogan et al. (9) ont montré que le lactate pouvait réduire la force musculaire développée par contraction musculaire indépendamment de la baisse du pH. Ces auteurs avaient alors suggéré que la baisse de la force musculaire était probablement liée à une altération du couplage excitation-contraction dans le muscle.
Le seuil anaérobie
Ainsi, l’augmentation de la concentration de lactate dans le sang, généralement observée vers une intensité de l’ordre de 50 % de la puissance maximale au cours d’un exercice à charge progressivement croissante, a souvent été interprétée à tort comme étant le témoin de la mise en jeu des mécanismes énergétiques anaérobies et a conduit à la notion très répandue de « seuil an-aérobie ». Une deuxième notion très répandue et tout aussi erronée est que les sportifs produisent moins de lactate au cours de l’exercice que des sujets sédentaires.
Le lactate : une lactormone
Depuis quelques années, un nouveau rôle de molécule de signalisation a été clairement démontré pour le lactate. Le lactate est ainsi actuellement considéré comme une « lactormone » (12). Ainsi, comme l’a écrit L. Gladden (15), « Il n’est donc plus concevable de considérer le lactate comme le suspect d’un crime métabolique, mais au contraire il faut le considérer comme un acteur essentiel du métabolisme à l’échelle cellulaire, tissulaire et de l’organisme.
La filière anaérobie lactique ou glycolyse
La filière anaérobie lactique ou glycolyse est la seconde filière intervenant dans l’organisme durant un effort physique. Elle permet une amélioration sur les exercices très intenses d’une durée assez courte (20 à 60 secondes). Ici la source d’énergie va provenir du glycogène stocké dans le corps. Ce glycogène provient des aliments que nous mangeons mais principalement de ceux riches en hydrate de carbone dit aussi sucres lents. Elle possède une capacité ou durée d’utilisation plus importante que la filière alactique, vue précédemment, en raison d’un stock en glycogène élevé. Dans cette filière, le glycogène va se transformer en glucose qui va par la suite se dégrader en pyruvate. Etant une filière qui ne consomme pas d’oxygène supplémentaire (anaérobie) le pyruvate va se transformer en acide lactique puis en lactate. Si l’effort persiste à la même intensité, une accumulation d’acide lactique trop importante dans le sang et les muscles va entrainer l’arrêt de l’exercice, par épuisement musculaire. L’acide lactique, acidifiant le sang, est le facteur limitant de cette filière.
Améliorer la filière anaérobie lactique
Afin d’améliorer le fonctionnement de cette filière anaérobie lactique, il faut augmenter la capacité musculaire à supporter ce seuil d’acidose et donc rendre plus efficace le recyclage du lactate. L’intensité des exercices devra être le plus proche possible de votre maximum afin de faire paraître une fatigue musculaire importante.
- Travail en alternance d’allure : Vitesse maximale de 10s à 1min selon le niveau puis repos variant de 30s à 1min30s en fonction de la durée de l’effort. A répéter jusqu'à épuisement ou sur un nombre de répétition choisi : 10 x 10s/30s par exemple. L’effort devra être constant.
- Travail en continu : Prenons l’exemple d’un coureur de 800m. Découpez-le en 8 fois 100 m. Effectuez donc chaque 100m avec une intensité maximale, suivie d’une récupération longue variant de 5 à 15 minutes.
Pour travailler dans cette filière, privilégiez des efforts courts, de 20 à 60 secondes mais très intenses. Entrainement à effectuer au maximum 3 fois par semaine. La récupération est ici importante.
Importance des filières énergétiques dans la formation sportive
Les filières énergétiques sont un sujet évoqué tout au long du cursus BPJEPS AF (activités de la forme), ainsi que des autres diplômes pour devenir éducateur sportif comme les DEUST Métiers de la forme ou les CQP ALS (Animateurs de Loisirs Sportifs). Dans cet article, Frédéric Balussaud explique simplement comment les 3 filières principales fonctionnent pour produire de l’énergie.
Conclusion
En conclusion, le lactate ne doit pas être considéré comme un produit de fin de métabolisme, mais plutôt comme un intermédiaire métabolique permettant les échanges d’énergie dans l’organisme et comme une molécule de signalisation à laquelle de nouveaux rôles ont récemment été attribués. Sa production pendant l’exercice permet le maintien de la dégradation du glucose par la glycolyse. Elle retarde, mais ne cause par l’acidose. Comprendre les filières énergétiques, c’est comprendre comment notre corps produit et utilise l’énergie pendant l’effort. Que vous soyez sportif amateur ou athlète confirmé, ce concept est fondamental pour structurer un entraînement efficace, progressif et durable. Chaque filière (alactique, lactique, aérobie) a son rôle à jouer selon l’intensité, la durée, et le type d’effort. En les travaillant de manière spécifique - que ce soit pour développer la puissance maximale, repousser vos limites lactiques, ou améliorer votre endurance - vous optimisez vos performances tout en limitant les risques de blessure et de surentraînement.
FAQ sur les filières énergétiques
Qu’est-ce qu’une filière énergétique ?
Une filière énergétique est un système biologique de production d’énergie (ATP) dans le corps humain.
Peut-on développer les 3 filières en même temps ?
Oui, mais pas avec la même efficacité. Pour des résultats optimaux, il est préférable d’alterner des blocs d’entraînement spécifiques à chaque filière, tout en maintenant une base aérobie solide.
Comment savoir quelle filière est sollicitée ?
Cela dépend de la durée et de l’intensité de votre effort. Des outils comme la fréquence cardiaque (attention, la fatigue peut faire varier la FC), ou encore des tests de lactate permettent aussi de l’objectiver.
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