Découvrez Tout sur les Seuils Lactiques et Ventilatoires : Définitions Claires et Applications Essentielles

Déterminer des zones de travail spécifiques pour chaque athlète est essentiel pour programmer efficacement les entraînements, en particulier sur le plan qualitatif. Ces zones peuvent être définies en termes de vitesse sur terrain plat ou de fréquence cardiaque en terrain varié. La connaissance de ces zones est essentielle pour individualiser l'entraînement et optimiser la performance. Cet article explore en profondeur les seuils lactiques et ventilatoires, en définissant ce qu'ils sont, comment ils sont utilisés et quel est leur lien.

Introduction aux Seuils Lactiques et Ventilatoires

Les seuils lactiques et ventilatoires sont des concepts clés dans la physiologie de l'exercice, utilisés pour évaluer et améliorer les performances des athlètes, en particulier dans les sports d'endurance. Ces seuils représentent des points de transition métabolique et ventilatoire qui peuvent être utilisés pour individualiser les programmes d'entraînement.

Définition Générale des Seuils

Sur le papier, l'existence de seuils est bien pratique. Dans la réalité, c'est plus complexe et la notion de seuil apparaît parfois comme une vue de l'esprit. Par exemple, le débit ventilatoire à l'exercice d'intensité croissante ne présente parfois pas de cassures permettant de déterminer les seuils ventilatoires SV1 et SV2.

Le Seuil Lactique : Définition et Signification

Le seuil lactique, également appelé seuil anaérobie, correspond à l'intensité d'exercice à laquelle le corps commence à produire du lactate plus rapidement qu'il ne peut l'éliminer. En d'autres termes, c'est l'allure à laquelle on court juste en dessous de sa limite. À ce moment, on ressent de la fatigue, mais on peut encore maintenir l'effort sans être totalement essoufflé. C'est un équilibre subtil : on n'est ni dans une zone de confort, ni dans un effort maximal, mais plutôt à une allure soutenue, qui permet de progresser sans se brûler les ailes.

Historiquement, déjà en 1930, Owles fait la distinction entre des exercices de faible intensité réalisés en totale aérobie et des exercices sous maximaux mais de puissance plus importante au cours desquels la concentration sanguine du lactate s'accroît. Owles est ainsi le premier à repérer ce qu'il nomme un niveau métabolique critique (a critical metabolic level). Il le définit comme l'intensité d'exercice au-dessus de laquelle le taux d'acide lactique dans le sang s'accroît rapidement alors que le taux de bicarbonate plasmique baisse (tampons acides). À la suite de Owles, quantité de chercheurs ont tenté d'objectiver le niveau d'exercice associé à l'augmentation rapide de la lactatémie. Il ressort de ces investigations une pluralité de termes et de définitions s'appliquant à des réalités parfois fort différentes.

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Production et Métabolisation du Lactate

L'énergie nécessaire à tout effort est fournie par la dégradation des composés énergétiques (glucides et lipides) au sein de la mitochondrie. À partir d'une certaine intensité, seuls les glucides sont dégradés car ils fournissent plus d'énergie. Les glucides dégradés au sein du cycle de Krebs sont le glycogène musculaire et le glucose sanguin. Dans une première phase, ils sont transformés en pyruvate qui est oxydé dans la mitochondrie pour aboutir à la formation d'ATP, la seule molécule utilisable par le muscle.

Mais à partir d'un certain moment, les capacités d'oxydation de la mitochondrie atteignent leurs limites, et le pyruvate est transformé en lactate par une enzyme (LDH), puis transporté vers différents sites : les fibres musculaires lentes, le cœur, voire le foie, afin de servir de substrat énergétique et fournir à nouveau de l'ATP. L'exposition régulière au lactate permet la biogénèse mitochondriale.

Il faut savoir que le lactate est produit en permanence, même au repos, en présence ou non d'oxygène. D'un point de vue pratique, on fixe les seuils « lactiques » à 2 et 4 mmol de lactate par litre de sang, mais ce sont des valeurs statistiques à individualiser. Par exemple, le SL2 évolue le plus souvent entre 3 et 5 mmol/L. Et puisque le lactate est métabolisé en permanence, sa mesure pendant ou après un effort est seulement la quantité qui n'a pas pu être utilisée comme une source énergétique. Ainsi, le taux de lactate mesuré nous renseigne davantage sur son niveau de métabolisation que sur l'intensité de l'effort réalisé ! Si pour un même taux de lactate, l'athlète est capable de produire un effort de même durée et d'intensité plus élevée, c'est qu'il a progressé. Le plus intéressant pour l'entraînement est donc de déterminer l'intensité maximale à laquelle la production et l'oxydation du lactate s'équilibrent. Cet équilibre physiologique a un nom : le MLSS pour Maximal Lactate Steady State (état maximal stable du lactate).

Terminologies et Définitions Historiques du Seuil Lactique

Aux spécialistes, nous proposons une classification des données de la littérature basée sur la définition du seuil donnée par les auteurs :

Hollmann (1959) définit la "limite aérobie de la performance en endurance" comme l'intensité maximale d'effort pour laquelle, exceptée l'élévation initiale des cinq premières minutes, la lactatémie artérielle retombe aux valeurs de repos.
Farrel et al (1979) objectivent davantage le passage à des valeurs supérieures au repos. Le seuil qu'il détermine correspond à une élévation de la lactatémie de 1mmol au dessus de la valeur basale. Il l'appelle OPLA abréviation de "Onset of Plasma Lactate Accumulation".
Hagberg et Coyle (1983) appellent "Lactate threshold" (seuil lactique) l'intensité d'exercice induisant une lactatémie de 2,5mmol/l après dix minutes d'exercice.
Kinderman et al (1979) nomment "anaerobic threshold (seuil anaérobie) la vitesse associée à une lactatémie de 4mmol/l.
Sjödin et Jacobs (1981) le début d'accumulation du lactate sanguin ("Onset of Blood Lactate Accumulation" = OBLA à ne pas confondre avec OPLA) correspond à une brusque augmentation de la lactatémie repérée autour de 4 mmol/l.
Aunola et Rusko (1984) reprennent le même concept et nomment seuil lactique (lactate threshold) une réalité bien différente du seuil lactique de Hagberg et Coyle puisqu'il s'agit cette fois du pourcentage de VO2max (consommation maximale d'oxygène) associé au début d'accélération de l'accumulation de lactate sanguin repéré entre 3,5 et 5mmol.
Chassain (1986), Billat et al (1994c) ont eu recours à des exercices réalisés à vitesse constante, le seuil devient alors l'intensité d'exercice induisant un "état stable maximal de la lactatémie" (maximal steady state of blood lactate concentration.
Londeree et Ames (1975) un "état stable maximal" (maximal steady state).
Mader (1976) parle de la "capacité d'endurance" comme d'une intensité maximale d'effort pour laquelle la lactatémie artérielle reste stable en fonction du temps, après une élévation initiale, alors que l'intensité de l'exercice est maintenue constante. Les valeurs des seuils ainsi repérés peuvent aller de 2,2mmol/l à 7mmol/l selon les athlètes.
Stegmann et al (1981) et appelée par les auteurs "individual Anaerobic Threshold" (IAT) tient compte de la récupération après l'effort. A la fin de l'exercice, la lactatémie continue à augmenter avant de chuter progressivement. Stegmann utilise le moment où la lactatémie revient aux valeurs de fin d'exercice. De ce point, il trace une droite qui va à l'axe des abscisses, en étant tangentielle à la courbe. La projection du point de rencontre entre la tangente et la courbe sur l'axe des puissances correspondrait, pour l'auteur, au seuil anaérobie individuel.
Le seuil lactique pourrait également être défini à partir de la tangente à la courbe [LA]s-puissance, qui fait avec l'axe des abscisses un angle de 51° (Keul et al, 1979) ou 45° (Simon, 1981). La projection orthogonale de ce point sur l'axe des abscisses donne la vitesse "seuil" au-delà de laquelle l'intervention du métabolisme anaérobie deviendrait inéluctable.
Rieu (1986) propose de considérer les différences de niveau de la lactatémie : dif[LA]s = [LA]s(palier n) - [LA]s(palier n-1).

Importance du Seuil Lactique pour l'Entraînement

Le travail au seuil lactique est une technique particulièrement efficace pour progresser en course à pied. Il permet de courir à une allure soutenue, mais confortable, améliorant ainsi l'endurance sans se pousser à bout. Avec le seuil, on apprend à gérer ses efforts sur des distances plus longues tout en ressentant les bienfaits d'une progression régulière. Avec l'endurance fondamentale et les fractionnés, le seuil constitue le troisième pilier de l'entraînement en course à pied.

Le travail au seuil permet d'habituer le corps à tolérer cet excès de lactate, ce qui permet de maintenir une allure rapide plus longtemps sans s'épuiser. Ainsi, le travail au seuil permet de repousser la fatigue, de mieux gérer ses efforts sur des distances plus longues et d'atteindre une allure optimale sans franchir la limite de l'épuisement. Quel que soit le niveau actuel en course à pied, intégrer des séances de seuil dans son entraînement apporte de nombreux bénéfices à long terme. Si on débute, cela permet de développer progressivement sa capacité à courir plus vite sans se sentir dépassé. Si on a déjà un certain niveau, c'est une méthode efficace pour améliorer son endurance à haute intensité et repousser ses limites.

Méthodes pour Déterminer son Allure de Seuil

Il existe plusieurs méthodes pour déterminer son allure de seuil :

En se basant sur la fréquence cardiaque : L'allure seuil correspond à environ 85-90% de la fréquence cardiaque maximale (FCM). Pour connaître cette intensité, il faut d'abord calculer sa FCM à travers un test d'effort ou une formule basée sur son âge.
En se basant sur la VMA (test du demi-Cooper) : L'allure de seuil correspond à environ 80-85% de sa Vitesse Maximale Aérobie (VMA), que l'on peut mesurer en réalisant un test du demi-Cooper.
En se fiant à la perception de l'effort : À l'allure seuil, on devrait être capable de parler, mais de manière limitée : des phrases courtes et entrecoupées. L'effort est soutenu, mais on n'est pas totalement à bout de souffle.

Types de Séances d'Entraînement au Seuil

Il existe différents types de séances d'entraînement au seuil :

Séance de seuil continue : Après un échauffement, courir à son allure seuil pendant 15 à 20 minutes, puis terminer par un retour au calme.
Entraînement par intervalles : Alterner des périodes de course à allure seuil et des phases de récupération active.
Course progressive : Commencer sa course à une allure confortable, puis augmenter progressivement l'intensité au fil des kilomètres, pour atteindre son allure seuil sur les 20 dernières minutes de sa course.

Pour tirer pleinement profit du travail au seuil sans risquer le surentraînement, 1 à 2 séances par semaine sont suffisantes.

Le Seuil Ventilatoire : Définition et Signification

Si le seuil lactique n'est pas la panacée, vaut-il mieux s'orienter vers les seuils ventilatoires ? Lors d'un exercice incrémental, les besoins du muscle en O2 augmentent. L'augmentation de la fourniture en oxygène débute par une augmentation de la ventilation, et donc du débit ventilatoire. Pour autant, la ventilation n'est pas régulée directement par les besoins en O2, mais plutôt par la production de CO2 et par le pH de l'organisme.

La ventilation pulmonaire augmente tout d'abord proportionnellement à l'intensité, puis la courbe va présenter 2 points d'inflexions (ou cassures), appelés seuils ventilatoires. Le premier seuil (SV1) est appelé le seuil d'adaptation ventilatoire. Il se situe chez les athlètes entraînés entre 55 et 70% de la consommation maximale d'oxygène. Il est surtout dû à l'augmentation de la concentration de lactate dans le plasma et à la libération concomitante d'ions H+. Pour éviter l'acidification du sang, un système tampon se met en place via les ions hydrogénocarbonates (HCO3-). L'association chimique (H+ + HCO3-)donne de l'acide carbonique qui se dissocie ensuite en eau (H20) et en CO2.

Le deuxième seuil (SV2) est appelé le seuil d'inadaptation ventilatoire. C'est le fameux et faussement nommé seuil anaérobie, appelé également seuil d'accumulation du lactate. Le SV2 correspond à une nouvelle augmentation du lactate. Le système tampon est saturé et les ions H+ s'accumulent dans le compartiment sanguin.

En laboratoire, hors lactate, les SV1 et SV2 se déterminent par la mesure continue et simultanée du débit ventilatoire, de la consommation d'oxygène et du rejet du dioxyde de carbone, lors d'une épreuve maximale triangulaire (= progressive). Cela permet de calculer les équivalents respiratoires en O2 (VE/VO2) et en CO2 (VE/VCO2). En laboratoire, le logiciel associé à l'analyseur des échanges gazeux respiratoires calcule automatiquement les seuils. Le problème est que la courbe du débit ventilatoire ne présente pas toujours de cassures nettes. Dans ce cas, la détermination des seuils est faussée, et on peut même affirmer qu'il n'y pas de seuils.

Le seuil ventilatoire est un concept complémentaire aux seuils physiologiques, mais il est évalué à partir de la fréquence respiratoire plutôt que des marqueurs sanguins comme le lactate. On distingue deux seuils ventilatoires :

Le seuil ventilatoire 1 (VT1) : Correspond à la transition entre l'endurance fondamentale et une intensité modérément soutenue. La respiration commence à s'accélérer, mais reste contrôlable.
Le seuil ventilatoire 2 (VT2) : Situé proche du seuil anaérobie, c'est le point où la ventilation devient beaucoup plus forte et où parler devient difficile. Il marque l'entrée dans une intensité où l'organisme lutte pour maintenir un équilibre entre production et élimination du CO₂.

Le Seuil Critique : Une Approche par le Temps de Maintien

Le seuil critique est une intensité que l’on peut maintenir pendant environ une heure avant qu’une fatigue importante ne s’installe. Contrairement au deuxième seuil ventilatoire (VT2), il ne repose pas sur un marqueur physiologique précis mais sur une approche par le temps de maintien d’effort. C’est un repère utile pour structurer les séances d’entraînement en endurance de haute intensité. Tristan propose une définition pragmatique du seuil critique : "Plutôt que de se perdre dans des seuils complexes, on peut juste dire que le seuil critique correspond à l’allure que vous pouvez tenir pendant environ 60 minutes."

Lien entre les Seuils Lactiques et Ventilatoires

La cinétique de la lactatémie ressemblant à celle du débit ventilatoire (c.-à-d. augmentation progressive avec deux simulacres de points de rupture), des chercheurs se sont posé la question des relations entre ce qui a été appelé les seuils lactiques et les seuils ventilatoires. Les études sur le sujet ne sont pas des plus récentes, mais la réponse semble être positive. Anderson et al. (2007) notaient une corrélation entre .95 et .82 entre ces deux phénomènes chez des hommes en bonne santé. Chez des adultes en bonne santé également, Gaskill et al. (2000) ont eux identifié des corrélations entre ces deux marqueurs allant de .95 à .98. D’autres études plus anciennes avaient noté des corrélations similaires entre .82 et .90. Une corrélation allant de 0 à 1, ces valeurs sont élevées, voire maximales. Elles suggèrent une cooccurrence forte des phénomènes. Je précise tout de même que ces deux processus ne sont pas directement liés, ni les mêmes.

Importance des Deux Seuils

Le premier seuil physiologique (ou seuil aérobie) :

Objectif : Développer l'endurance fondamentale et améliorer l’efficacité énergétique.
Utilisation : Travail à faible intensité, idéal pour les sorties longues et la récupération active.

Le deuxième seuil physiologique (ou seuil anaérobie) :

Objectif : Améliorer la capacité à maintenir une allure soutenue et repousser le moment où la fatigue s’installe.
Utilisation : Séances spécifiques pour les coureurs de 10 km, semi-marathon et marathon, avec des intervalles modérés à intenses.

Structurer un Plan d'Entraînement avec les Seuils

Un plan bien équilibré comprend une variété de séances, combinant :

Sorties en endurance (sous le premier seuil) pour construire une base solide
Séances au seuil anaérobie pour améliorer l’allure de course et la résistance à l’effort.
Travail au seuil critique pour optimiser le maintien d’une vitesse élevée sur une longue durée.
Séances de vitesse et d’intensité maximale pour développer la puissance aérobie.

Attention : un excès de travail au seuil, sans équilibre avec l’endurance et les séances de haute intensité, peut conduire à une stagnation ou à une surcharge. L’essentiel est d’intégrer ces séances de manière stratégique pour progresser sans accumuler une fatigue excessive.

Méthodes de Mesure des Seuils Lactiques et Ventilatoires

Il existe à ce jour de nombreuses méthodes permettant d’estimer, avec plus ou moins de précisions, les seuils lactiques et ventilatoires.

Mesure en Laboratoire

En laboratoire, les SV1 et SV2 se déterminent par la mesure continue et simultanée du débit ventilatoire, de la consommation d'oxygène et du rejet du dioxyde de carbone, lors d'une épreuve maximale triangulaire (= progressive). Cela permet de calculer les équivalents respiratoires en O2 (VE/VO2) et en CO2 (VE/VCO2). Le logiciel associé à l'analyseur des échanges gazeux respiratoires calcule automatiquement les seuils.

La détermination des seuils lactiques et des seuils ventilatoires est, malheureusement, souvent visuelle. Les physiologistes observent une courbe d’évolution du lactacte sanguin, ou du débit ventilatoire, au cours d’un exercice en aérobie à intensité progressive réalisé en laboratoire. Pour les seuils lactiques, les personnes réalisant l’analyse vont tout d’abord chercher à identifier le moment ou la lactatémie sort de son état stable et commence à augmenter linéairement (SL1). Ensuite, elles vont chercher à identifier, plus tard sur cette même courbe, un point d’augmentation non linéaire brutale, avec une tendance exponentielle. Pour que l’estimation visuelle des seuils lactiques soit robuste, elle devrait être réalisée par 3 personnes différentes.

En moyenne, le premier seuil lactique est régulièrement proche d’une concentration en lactate sanguin de 2 mmol/L. Concernant le seuil lactique 2, il arrive souvent à des valeurs avoisinant les 4 mmol/L. Pour les seuils ventilatoires, les expérimentateurs vont observer les cinétiques de VE (le débit ventilatoire) / VO2 (c.-à-d. volume d’oxygène consommé), et de VE / VCO2 (c.-à-d. le volume de dioxyde de carbone rejeté). Des auteurs ont proposé de conduire l’analyse visuelle de VCO2 / VO2, mais cette méthode s’est révélée être la moins robuste.

Algorithmes d'Estimation

Pour dépasser la méthode visuelle d’estimation des seuils lactiques et ventilatoires, des auteurs ont proposé des algorithmes. C’est d’ailleurs par algorithme que certaines montres cardio-GPS estiment vos seuils lactiques (p. ex. Garmin). Malheureusement, aucun de ces algorithmes ne semble à ce jour particulièrement robuste. De plus, beaucoup d’entre eux seraient dépendant du contexte de réalisation du test, et de la population. Par exemple, en 2021, Poole et al. recensaient plus de 25 algorithmes publiés dans la littérature. Ils aboutissaient tous à des valeurs différentes pour de mêmes personnes mesurées au même moment.

Le Talk Test : Une Méthode de Terrain

Pour dépasser cette limite, des auteurs ont proposé des méthodes pour estimer ces seuils ventilatoires et lactiques sur le terrain, sans autre outil de mesure que vos sensations. Le Talk Test ne nécessite aucun équipement, seulement votre voix, votre souffle, et votre estimation de votre aisance à parler. Ce test se base sur l’idée qu’en dessous du seuil ventilatoire 1, il est aisé de parler, chanter, ou encore réciter un certain nombre de chiffres d’affilé.

Intensité basse ➡️ La personne peut formuler plusieurs phrases d’affilées sans reprendre sa respiration de manière “notable”. Cette zone est aussi appelée “stade positif” dans les études sur le sujet. Les athlètes y évaluent leur capacité à parler comme facile.
Intensité modérée ➡️ La personne peut parler par phrases saccadées, séparées par une respiration remarquable et audible. Cette zone est aussi appelée “stade équivoque” dans les études sur le sujet. Les athlètes y évaluent leur capacité à parler comme “peu facile” ou “un peu difficile ».
Intensité élevée ➡️ L’individu est incapable de formuler une phrase. Seuls un ou deux mots peuvent être prononcés, mais difficilement. Cette zone est aussi appelée “stade négatif” dans les études. Les athlètes y évaluent leur capacité à parler comme très difficile.

La revue de littérature de Reed et Pipe publiée en 2014, et celle de Bok et al. (2022) ont résumé plusieurs études ayant testé la fiabilité de cette méthode. Leurs conclusions soulignent que, bien qu’imparfaite, cette méthode est bien assez fiable et robuste pour être utilisée en contexte réelle. Dans la plupart des expérimentations sur le sujet, les résultats ont montré que le dépassement des seuils lactiques et ventilatoires 1 et 2 était concomitant avec l’apparition des premières difficultés pour enchaîner plusieurs phrases confortablement, puis avec l’incapacité totale à faire des phrases.

Limites et Précautions

Que retenir de tout cela ? Quelle que soit la méthode utilisée (invasive pour le lactate) ou non invasive (pour la ventilation), elle présente des limites importantes. De plus, en laboratoire, les données de FC sont souvent différentes des données de terrain avec une difficulté réelle à atteindre la FC max en raison des conditions artificielles et du tapis. Et si les tests sont faits sur le terrain, ils sont rarement reproductibles en fonction des conditions météo. L’idéal serait de réaliser ces tests sur une piste indoor.

Tout d’abord, les mécanismes à l’origine de ces ruptures dans l’évolution des construits d’intérêts ne sont pas encore bien connus. Pour le lactate par exemple, l’hypothèse de la “dette en oxygène” semble en partie rejetée (Poole et al., 2021). D’autres hypothèses sont en cours d’investigation, sans réponse consensuelle à ce jour. De même, souvent considéré comme un déchet prédicteur de l’arrêt de l’exercice, des travaux ont montré que le lactate était un substrat énergétique majeur, parfois préféré par le métabolisme, et un précurseur crucial de la néoglucogenèse (c.-à-d.

Ensuite, les évolutions entre le lactate sanguin et musculaire semblent différentes. Le lactate musculaire évoluerait en permanence, linéairement, alors que le sanguin suivrait une augmentation progressivement exponentielle avec des points de rupture. Les causes de ces différences semblent elles aussi peu connues.

Les zones (c.-à-d. sous SL1 et SV1, sous SL2 et SV2, au-dessus de SL2 et SV2), elles sont aussi à prendre avec précautions. En effet, la notion de “seuil” sous-entend qu’en dessous certains phénomènes physiologiques ont lieu, et qu’au-dessus des mécanismes différents prennent place. Une métaphore que j’apprécie pour imager cela est celle de l’arc-en-ciel. Si les couleurs d’un arc-en-ciel sont nettement visibles et discernables, les zones de transition entre une couleur et une autre sont moins nettes. Par exemple, il est très facile de remarquer la zone jaune et celle orange. En physiologie, il semblerait que ce soit pareil ! Les zones 1 et 2 sont par exemple identifiables, mais le passage de l’une à l’autre peut être flou, et peut ne pas se faire au BPM prêt. Aussi, mon conseil ici est de ne jamais vous fier 100% à ces seuils, ni à leur puissance ou fréquence cardiaque associées par exemple, même si vous avez mesuré ces derniers en laboratoire.

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Comprendre les Seuils Lactiques et Ventilatoires : Définition, Utilisation et Lien