Fréquence cardiaque et charge de travail régulièrement croissante

1- Epreuve triangulaire de course sur piste Test  » Léger – Boucher « 

 

Ce test très progressif, continu et maximal, bien connu dans les milieux sportifs a pour objectif premier d’évaluer la consommation maximale de dioxygène (VO2 max) ainsi que la vitesse de course maximale aérobie (VMA) représentative de la puissance maximale aérobie fonctionnelle ou PMAF.

En milieu scolaire et dans le cadre de cette étude nous l’avons utilisé pour mesurer les variations de la fréquence cardiaque en fonction de vitesses de course progressivement croissantes mais toujours sous – maximales.

Ce test est très fiable et peut s’appliquer aux sujets moyennement entraînés reconnus aptes à l’exercice d’un sport et aux sportifs bien entraînés, aux débutants et aux spécialistes de la course sur piste.
Principe du test :

Il s’agit de courir à une vitesse imposée sur une piste de 200 m étalonnée tous les 25 m. La vitesse de course est réglée au moyen de bips sonores enregistrés sur une bande magnétique et produits à intervalles réguliers. La vitesse débute à 8 km.h-1 (cela équivaut à une course à allure réduite, un trottinement) et augmente régulièrement de 1 Km.h-1. Chaque changement de vitesse correspond à un nouveau palier et chaque palier dure 2 min. Le coureur doit ajuster sa vitesse à celle imposée par le bip sonore. A chaque son il doit se trouver au niveau d’une des balises installées au bord de la piste (une précision de plus ou moins 3 m est acceptée). Le marquage sonore est assuré par un son court au passage de chaque balise et un son long à la fin de chaque palier de 2 min. Le sujet s’arrête de courir lorsque la fréquence cardiaque après une nouvelle accélération atteint 170 pulsations /min (+ ou – 5).

 

Installations et Matériels nécessaires :

      Une piste d’une distance minimale de 200 m balisée tous les 25 m

Un magnétophone à vitesse de déroulement correcte et régulière  (sa vérification est prévue dans la cassette)

Une cassette du protocole du test

Un amplificateur de sons (haut – parleur) ou à défaut un sifflet pour doubler chaque son d’un coup de sifflet et indiquer à haute voix les paliers

Un capteur cardiaque et une montre réceptrice qui mémorise les valeurs de la Fc pendant toute la durée de l’exercice

 

 

( nous avons utilisé le Sport tester « POLAR PE 400 »  – OREC centre Jorlis 64600 Anglet ).

Remarque: Comme dans les autres tests, les résultats peuvent être affectés par la motivation individuelle des élèves et une mauvaise gestion de l’effort. C’est la raison pour laquelle nous avons associé au sujet testé un observateur placé au bord de la piste, chargé d’encourager et de réguler au fil des tours la course de son camarade, d’inscrire le temps de course et de calculer la distance parcourue.
 
Fiche d’évaluation du test piste:

 

 

Intérêt et originalité du test :

L’originalité du test est d’être effectué sur le terrain et en course réelle.
Dans le cadre d’une pédagogie transdisciplinaire et active, où l’élève doit se prendre en charge, cette épreuve qui nécessite une bonne gestion de l’effort, constitue un excellent outil de travail.
De plus il nécessite peu de matériel, il est de contrôle aisé, et il est en parfaite adéquation avec ce qu’on recherche.
Résultats:

Graphique 1

Graphique 2

Graphique 3

Analyse des résultats :

Graphique 1 – Mesure en continu de la Fc chez 4 sujets d’aptitude différente
Le pouls « de départ »
La fréquence cardiaque mesurée avant le début de l’effort ne correspond pas au pouls de repos (mesure prise le matin, au lit, en position couchée, à jeun et avant toute activité). Elle est toujours plus élevée que le pouls de repos. Plusieurs facteurs rendent compte de cette élévation: le stress, la température ambiante, une anticipation « centrale et neuro-végétative » de l’effort. Elle est totalement imprévisible car très individuelle.
Toutefois la fréquence cardiaque de départ est toujours plus basse chez des sujets bien entraînés.

La fréquence cardiaque pendant l’effort
La fréquence augmente rapidement pendant la première minute de course puis de façon lente et régulière (aux quelques oscillations près qui correspondent aux ajustements de la vitesse).
L’augmentation rapide de la fréquence cardiaque (qui est la composante principale de l’augmentation du débit cardiaque) au début de l’exercice, permet au sang de circuler plus rapidement et la prise en charge, au niveau des poumons, d’une plus grande quantité de dioxygène par unité de temps. Elle est sous influence neuro-végétative. Elle représente l’adaptation du cœur à la demande métabolique des muscles en activité. Elle est souvent très exagérée en raison d’un démarrage trop rapide avec vitesse imposée d’emblée très importante.
L’augmentation très régulière de la fréquence cardiaque pendant l’effort permet à l’organisme de répondre de façon satisfaisante à l’augmentation de la consommation de dioxygène des territoires musculaires en activité (car les stocks de dioxygène dans la cellule musculaire sont très faibles et seulement partiellement utilisables).

Graphique 2 – Mesure de la Fc à la fin de chaque palier d’effort
Après régulation de la vitesse de course qui intervient dès le premier palier, la fréquence cardiaque augmente de façon linéaire avec l’intensité de l’exercice.
Ce parallélisme entre l’augmentation de la fréquence cardiaque et la vitesse de course permet d’estimer à partir d’un champ de données sous-maximales la vitesse maximale aérobie du coureur. Lorsque le sujet est proche de ses possibilités maximales, la fréquence cardiaque atteint un palier voisin de la fréquence maximale théorique de 220 – âge.
L’entraînement se caractérise par une fréquence cardiaque toujours plus basse pour une vitesse donnée et une augmentation plus douce au cours de l’exercice.

Graphique 3 – Capacité cardiaque utilisée et réserve disponible
On calcule la capacité cardiaque utilisée, pour un niveau d’exercice donné, en faisant le rapport entre la Fc mesurée à la fin du palier d’effort et la fréquence cardiaque maximale théorique (se dit FMT) qui s’exprime statistiquement par la formule d’Astrand : 220 – âge du sujet (+ ou – 5).

Exemple : Pour un même niveau d’exercice ( fin du palier correspondant à une vitesse de course de 9 km.h-1 ), la Fc de Fanny est de 124 bpm, celle de Mickaël, de 182 bpm ( valeurs relevées sur le graphique 2 ). Le calcul montre que Fanny a utilisé 61% de ses capacités cardiaques et Mickaël, 89%. Fanny, qui s’entraîne régulièrement sur des moyennes distances ( 1500 m ), dispose donc d’une réserve cardiaque beaucoup plus grande pour un même niveau d’exercice. Ce qui explique pourquoi elle est capable de supporter une charge de travail supérieure et court plus longtemps.

En résumé: Ces différentes observations confirment les améliorations obtenues par l’entraînement sur la fonction cardio-circulatoire :
– une augmentation du volume d’éjection systolique et donc une baisse de la fréquence cardiaque pour un débit donné,
– une modulation de l’activité du système neuro-végétatif par augmentation de l’activité parasympathique et réduction de l’activité sympathique qui entraîne une bradycardie sinusale de repos.
– une meilleure vascularisation au niveau du muscle ( augmentation de la densité du réseau capillaire et vasodilatation ).

Limite d’application du test:
La validité du test dépend beaucoup du degré de motivation du sujet testé et du groupe d’élèves et aussi de la régulation du rythme de course.

 

2- Epreuve triangulaire sur cycle et rameur

Principe du test: 

Le test peut se pratiquer n’importe où, dans une salle de classe, au laboratoire…ou à la maison.
Il comprend:
– une phase de repos de 2 min.(ou d’échauffement grâce à une charge de travail très réduite pour assouplir les muscles et éviter fatigue et douleurs musculaires chez les personnes sédentaires).
– une phase de travail d’au moins 15 min au cours de laquelle l’intensité de l’exercice est augmentée régulièrement par paliers de 2 ou 3 min (sur cycle, augmentation de la résistance au pédalage pour une cadence de pédalage constante … sur rameur, augmentation de la fréquence des coups de rames pour une charge mécanique imposée constante).
– une phase de récupération active, de durée variable selon les capacités physiques du sujet testé, au cours de laquelle la charge de travail est douce et réduite progressivement.

Recommandations:  

    Afin de réaliser des exercices « aérobiques » et non traumatisants, le niveau des exercices ne devra pas dépasser 70 à 80 % des capacités cardiaques maximales du sujet (FMT: 220 – âge).
Il est vivement conseillé de ne faire travailler que des personnes volontaires qui ne présentent aucune contre-indication médicale.

Matériel souhaitable: 

    – Un cycle d’entraînement avec sélecteur de réglage de la résistance au pédalage pour définir les paliers d’effort.
Pour éviter toute déformation du bandage de la roue, ne pas oublier de remettre le sélecteur de réglage à zéro après chaque utilisation.
– Un rameur avec étalonnage de la charge de travail et rythmeur programmable de la fréquence des coups de rames.
– Un capteur cardiaque et une montre réceptrice qui mémorise les valeurs de la Fc pendant toute la durée de l’exercice ( nous avons utilisé le Sport tester « POLAR PE 400 »  – OREC centre Jorlis 64600 Anglet).

Résultats:

Cycle

Graphique 1

Graphique 2

Rameur

Graphique 3

Graphique 4

Analyse des résultats: 

La fréquence cardiaque au cours d’exercices d’intensité régulièrement croissante sur cycle ou rameur augmente de façon linéaire avec l’intensité de l’exercice ( voir graphiques 2 et 4 ).
Chaque palier, qui correspond à un travail de puissance fixe pendant 3 minutes, est marqué par une augmentation rapide et puis une stagnation voire une augmentation plus lente de la fréquence. La première étape correspond à la phase d’adaptation du coeur au nouveau palier d’effort. La seconde dépend de l’intensité du palier d’effort. Lorsque la charge est basse, la fréquence cardiaque stagne et peut même diminuer, témoin de la présence d’un état stable ( voir paliers 1 sur cycle et rameur, graphiques 1 et 3 ); les apports couvrent les besoins, il y a équilibre. En revanche, lorsque la charge imposée est intense, trop élevée pour l’aptitude du sujet, l’état stable ne peut être atteint en 3 minutes ( voir palier 3 sur rameur – 20 cps /min ).

Remarque :  

Lorsque l’exercice est long la mise en jeu des mécanismes de thermorégulation tend encore à augmenter la Fc.

Limite d’application:

La qualité des résultats et la forme des courbes peuvent être affectées par la motivation individuelle des élèves, une mauvaise gestion du rythme, des paliers d’effort trop élevés.

 

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