La biologie fondamentale constitue un socle de connaissances indispensable pour comprendre les mécanismes qui régissent la vie humaine. L'organisme d'un adulte se trouve dans un état d'équilibre permanent, nécessitant le respect d'une homéostasie fine entre le catabolisme et l'anabolisme. À ces réactions métaboliques complexes sont associés des transferts d'énergie cruciaux pour la survie et le mouvement. Le secteur bio-énergétique englobe, sur un plan chimique, tout ce qui concerne l'apport, le transport et la transformation des besoins en énergie de fonctionnement ainsi que l'évacuation des déchets. Les fonctions contenues dans ce secteur sont les fonctions respiratoire, circulatoire, digestive et excrétrice.
La molécule énergétique universelle : L'ATP
Au cœur de la cellule, l'énergie est produite par les mitochondries, véritables « centrales énergétiques » qui transforment l'énergie des aliments absorbés, contenue dans les liaisons moléculaires des métabolites, en Adénosine Tri-Phosphate (ATP). L'ATP est la molécule énergétique de base du vivant, carburant unique de la contraction musculaire. Sa production permet la contraction du muscle et, par extension, le mouvement du sportif dans son environnement.
L'ATP stocke l'énergie sous forme chimique, en particulier grâce aux liaisons phosphate. Cette molécule est présente en très petite quantité dans l'organisme ; les stocks d'ATP ne dépassent pas quelques secondes de consommation, soit environ l'équivalent d'un saut vertical unique. Par conséquent, l'ATP doit être renouvelée (resynthétisée) en permanence pour assurer la continuité du travail musculaire. Le processus fondamental de cette disponibilité est l'hydrolyse de l'ATP, qui libère de l'adénosine diphosphate (ADP) ainsi qu'un phosphate inorganique (Pi), libérant ainsi l'énergie nécessaire à la contraction des fibres musculaires et à la production de force.
Les trois filières de production d'énergie
Réaliser un effort physique demande à notre organisme une production d'énergie constante via trois grandes voies métaboliques : l'anaérobie alactique, l'anaérobie lactique et l'aérobie. La nature de l'effort conditionne les processus mis en œuvre, bien qu'il existe un chevauchement des processus suivant leur rapidité de disponibilité, l'intensité de l'exercice et l'apport en oxygène.
La filière anaérobie alactique (ATP-PC)
Cette filière utilise le pool des phosphagènes (ATP et phosphocréatine PCr) comme substrat. Comme son nom l'indique, l'oxygène n'intervient pas dans les réactions et il n'y a pas de production d'acide lactique. De faible capacité mais dotée d'une forte puissance, les réserves en phosphagènes sont essentiellement musculaires et minimes au niveau des fibres rapides (IIa notamment). Elle est efficiente dès le début de l'exercice et pour des intensités maximales. Limitée par le pool de phosphagènes, sa durée de couverture est très faible (quelques secondes jusqu'à une trentaine de secondes), ce qui la rend intéressante pour les sports explosifs, courts et intenses, nécessitant puissance, force et vitesse comme le sprint, les lancers ou les sauts. Un point intéressant est que la phosphocréatine est renouvelée grâce à l'oxygène ; ainsi, plus le système aérobie est performant, plus cette resynthèse s'effectue rapidement.
Lire aussi: La brasse : une analyse de la dépense calorique
La filière anaérobie lactique
Lorsque les phosphagènes sont épuisés, l'organisme sollicite le glucose issu du glycogène musculaire via la glycolyse anaérobie, au niveau des fibres rapides (IIa et b). En l'absence d'oxygène, le débit de production est plus bas que la voie alactique, mais sa capacité est plus grande, permettant une couverture de quelques dizaines de secondes à quelques minutes pour des exercices maximaux. Les facteurs limitants sont l'augmentation de la lactatémie associée à la diminution du pH, modulant les activités enzymatiques de manière néfaste à une contraction musculaire optimale. En physiologie du sport, il est crucial de préciser que l'on parle de « lactate » et non d'« acide lactique ». L'acide lactique libère un ion hydrogène (H+) en milieu aqueux, provoquant l'acidose lactique, laquelle perturbe l'équilibre du pH corporel.
La filière aérobie
Cette filière se réalise exclusivement en présence d'oxygène et utilise deux substrats principaux : le glucose (muscles, foie et néoglucogénèse hépatique à partir d'acides aminés) et les acides gras (muscles et tissu adipeux). Utilisée majoritairement par les fibres musculaires lentes (I) et intermédiaires (IIa), c'est la voie royale pour les sports d'endurance. Par phénomènes d'oxydation, cette voie produit essentiellement de l'eau et du dioxyde de carbone. Elle permet l'oxydation du pyruvate via le cycle de Krebs et autorise la réutilisation des lactates pour resynthétiser du glycogène ou de l'ATP. La Puissance Maximale Aérobie (PMA) représente le débit maximal d'oxygène (VO2 max) limité par les capacités de l'organisme à prélever, transporter et distribuer l'oxygène nécessaire.
Dynamique du métabolisme et gestion de l'effort
L'organisme puise dans ses réserves de manière différenciée selon la charge de travail : pour un athlète de 75 kg, les réserves en triglycérides dans les adipocytes se situent entre 10 et 15 kg, tandis que les réserves en glycogène musculaire et hépatique sont respectivement aux environs de 500-600 g et 100-150 g.
Le principe de l'entraînement repose sur le cumul de stimulations conduisant à la surcompensation. Lorsqu'une charge d'entraînement est appliquée, l'organisme met en œuvre des processus de restauration. Si la charge est proche des capacités maximales, l'état après restauration sera supérieur à l'état initial. L'art de l'entraînement consiste à gérer ces variables de volume, d'intensité et de récupération pour éviter le surentraînement. Chaque sportif est unique, et l'environnement (diététique, psychologique, technique) fait que ce qui s'applique pour une personne ne s'applique pas forcément pour un partenaire d'entraînement. Il n'y a pas de modèle standard.
#
Lire aussi: Comprendre la dépense énergétique en plongée
Lire aussi: Planches de surf en plastique : pour qui ?