La puissance métabolique (PM)

La puissance métabolique (PM) est une variable dérivée des solutions de tracking pour sports collectifs, qui permet de rendre compte de l’intensité physiologique de l’effort fourni par un athlète. Même si la notion de puissance métabolique, est très présente dans les différents outils d’entraînement et les articles scientifiques, les concepts sous-jacents ainsi que son interprétation restent trop souvent superficiels.

La puissance métabolique estime à partir de données de déplacement, de la quantité globale d'énergie requise, par unité de temps, pour reconstituer l'ATP utilisée. Physiologiquement, elle est reliée à la consommation réelle d'oxygène (V̇O₂), mais pas égale puisque celle-ci n’est pas la seule filière travaillant pour cela et qu’elle possède une inertie, ce qui induit également un décalage entre l’intensité mécanique instantanée et la régénération d’ATP mobilisée. La VO2 à un instant T peut être proche de la PM lorsque l’intensité est constante, mais également supérieure ou inférieure lors d’exercice intermittent puisque la régénération de l’ATP par les filières oxydatives est un processus nécessitant plus de temps.  

Concepts

Pour faire le point sur la PM, il faut d’abord discuter des grands principes mécaniques et physiologiques embarqués par la méthode. Dans sa version originale développée par le Professeur di Prampero, la PM utilise un large panel de travaux antérieurs permettant la mise en relation de la course à différente vitesse et le coût énergétique mais également le coût des parties accélérées et décélérées très présentes dans les sports d’équipe.

La vitesse constante

Pour la partie vitesse constante, une multitude de travaux réalisés depuis les années 50 par des grands noms de la physiologie (Margaria, Minetti, Di Prampero…) ont permis d’obtenir un coût moyen de la course, ainsi que de la marche, à différentes vitesses. Ce coût moyen incorpore une première estimation prenant un coût moyen universel, alors que la réalité individuelle est reliée à l’économie de course de chacun, du chaussage, de la fatigue… Néanmoins, cet argument n’est pas vraiment problématique puisque la vitesse est également absolue et ne tient pas compte du coût réel lorsqu’elle est utilisée comme marqueur de volume d’entraînement.

L’accélération

La prise en compte des accélérations est plus complexe. Pour ce faire, la méthode s’appuie sur le modèle énergétique de Di Prampero traduisant le coût d’une accélération à plat en coût énergétique d’une course à vitesse constante sur un plan incliné à une pente équivalente (ES = Equivalente Slope). Ce processus ingénieux permet le calcul du coût des accélérations et de rapporter sur un même plan énergétique la course à vitesse constante et les phases accélération et décélération.

Evolution marche course et frottements de l’air.

Suite à un premier modèle intégrant ces deux grandes parties, le concept de la PM a évolué pour répondre à une partie des critiques, en implémentant des calculs dissociés pour la marche et la course, qui possèdent des coûts différents comme le suggéraient déjà les travaux de Margaria (Figure1). Également, une autre évolution proposée dans ce second modèle, ajoute le coût relatif à la résistance, à l’avancement, liés aux frictions de l’air.  Cette friction de l’air est estimée par une formule classique d’aérodynamisme en considérant une surface frontale et un coefficient de pénétration moyen pour les athlètes, ainsi que des constantes environnementales de pression et températures moyennes pour chaque enregistrement. Le coefficient le plus important et le plus variable étant le carré de la vitesse qui impacte significativement le coût énergétique total. Cependant ce coût des frottements représente moins de 2% de la dépense énergétique pour la plage de vitesse de la course à pied.

L’intérêt de la Puissance Métabolique

Si l’on dépasse les guerres de clocher et que l’on regarde les possibilités pour monitorer l’entraînement d’une discipline comme le football, on peut classifier de différentes manières les variables. Par exemple sur : charge interne, charge externe, charge subjective ou sur un plan énergétique, neuromusculaire, psychologique…  On trouvera autant de vision que l’on souhaite pour ranger chaque variable. La vocation de la puissance métabolique est de fournir une variable quantitative sur la dépense énergétique. Elle possède l’énorme avantage de replacer les différentes modalités de locomotion sur un même plan et d’en sortir un seul paramètre. Pour un calcul de dépense énergétique, il sera très compliqué d’additionner les distances parcourues par zones de vitesse, les accélérations, les décélérations, la marche, la course…

Même si la PM intègre plusieurs coefficients moyens pour son calcul et que les courses avec ballon, en arrière, côté ou les sauts ne sont pas intégrés dans le calcul, elle reste une bonne estimation qui rassemble les coûts connus pour approcher au mieux la réalité. Comme l’indique les travaux de Polglaze, c’est un pas dans la bonne direction. Cependant la puissance métabolique n’est toute puissance et ne renseigne pas sur toutes les facettes de la performance. L’arc neuromusculaire par exemple, restera mieux documenté par l’étude des accélérations, décélérations ou du coût mécanique (post à venir prochainement).  Les intensités de travail génériques, seront-elles, plus faciles à calibrer à l’aide de la vitesse plutôt qu’en utilisant la PM en W/kg.

Outils et mesure.

Bien que publique et se basant sur une donnée simple ; la vitesse et le calcul de la PM restent complexe. Tout d’abord, la précision et l’échantillonnage des systèmes de mesure sont importants pour obtenir une donnée de base de qualité mais également la manière dont les données sont traitées avant l’utilisation de la méthode compte. Comme vu plus haut, le coût des accélérations et décélérations est très important et les variations liées à un filtrage non approprié entrainera un coût final très supérieur à la réalité. Comme le montre la figure ci-dessous avec le même déplacement, deux distances égales, deux vitesses moyennes égales mais un coût final très différent. L’outils GPS en lui-même est important car il produit les données brutes, puis l’étape de traitement qui aligne les données en accord avec la méthodologie du coût énergétique.

En résumé, la puissance métabolique est un outil complémentaire permettant de mieux appréhender la charge globale d’une session de travail ou d’un exercice en particulier sur la base de données GPS de qualité. Elle est intégrative, en considérant la dépense énergétique d’un large panel de locomotions différentes.

Johan Cassirame. Phd Explorateur des sciences, passionné par nature.

Références :

di Prampero, P. E. (1986). The energy cost of human locomotion on land and in water. International Journal of Sports Medicine, 7(2), 55–72. https://doi.org/10.1055/s-2008-1025736

di Prampero, P. E., Atchou, G., Brückner, J. C., & Moia, C. (1986a). The energetics of endurance running. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology, 55(3), 259–266.

di Prampero, P. E., Fusi, S., Sepulcri, L., Morin, J. B., Belli, A., & Antonutto, G. (2005). Sprint running: A new energetic approach. The Journal of Experimental Biology, 208(Pt 14), 2809–2816. https://doi.org/10.1242/jeb.01700

di Prampero, P. E., & Osgnach, C. (2018). Metabolic Power in Team Sports - Part 1: An Update. International Journal of Sports Medicine, 39(8), 581–587. https://doi.org/10.1055/a-0592-7660

Margaria, R., Cerretelli, P., Diprampero, P. E., Massari, C., & Torelli, G. (1963). Kinetics and mechanism of oxygen debt contraction in man. Journal of Applied Physiology, 18, 371–377.

Osgnach, C., & di Prampero, P. E. (2018). Metabolic Power in Team Sports - Part 2: Aerobic and Anaerobic Energy Yields. International Journal of Sports Medicine, 39(8), 588–595. https://doi.org/10.1055/a-0592-7219

Polglaze, T., & Hoppe, M. W. (2019). Metabolic Power: A Step in the Right Direction for Team Sports. International Journal of Sports Physiology and Performance, 14(3), 407–411. https://doi.org/10.1123/ijspp.2018-0661