Force musculaire en fonction de la vitesse du mouvement

Force musculaire en fonction de la vitesse de raccourcissement : relation Force-Vitesse

Dans la figure ci-dessus, les valeurs (moyenne -m- + écart type -E-) correspondent à la force maximale que le muscle peut produire à une vitesse donnée de raccourcissement (concentrique) ou d'allongement (excentrique) du muscle. Ces valeurs maximales ont été reportées en haut de diagramme afin de montrer qu'elles ne sont pas significativiment différentes et que les sujets ont bien donné le maximum d'eux-mêmes.

1°) Pour un muscle donné, la force réalisée en excentrique (supramaximale) est toujours supérieure à la force maximale isométrique, elle-même étant toujours supérieure à la force concentrique (sous-maximale). Ceci est important dans la programmation d'un entraînement de force car a) les tensions les plus fortes seront obtenues durant le travail excentrique et b) ce sont ces tensions qui sont responsables des lésions musculaire à l'origine des courbatures.
2°) Pour une charge donnée, le travail réalisé durant la phase concentrique est trois fois supérieur à celui réalisé dans la phase excentrique. Par conséquent, le travail excentrique est plus économique pour une une charge donnée. C'est pour cela qu'il est moins fatigant de descendre un escalier que de le monter. Par contre, il y a beaucoup moins force contractile générée car il y a de moins ponts d'actine-myosine de formés du fait du dépassement de la longueur optimale de contraction de la fibre. C'est donc la composante élastique qui est le plus sollicitée dans ce type de travail.
3°) Pour une vitesse d'exécution donnée (en allongement ou en raccourcissement), la force excentrique est toujours supérieure à la force concentrique.
4°) la vitesse du mouvement est inversement proportionnelle à la charge durant le travail concentrique alors qu'elle est proportionnelle à cette même charge pour le travail excentrique. Nous sommes confrontés tous les jours à ce phénomène : par exemple, il sera plus facile de lancer une balle de tennis qu'un poids de 5 kg ; par conséquent, la vitesse maximale de mouvement et la distance maximale de lancer seront d'autant plus élevées que la charge sera légère.

On peut donc en déduire, que les forces maximales développées dans les conditions excentriques sont dues à la mobilisation des tissus non contractiles du muscle pendant la phase de pré-étirement du muscle. Cette phase permet d'accumuler de l'énergie élastique qui sera restituée pendant la phase de contraction. C'est ce que l'on appelle le cycle étirement-détente (que l'on retrouve dans la litterature anglo-saxonne sous l'appellation de "stretch-shortening cycle" ou SSC). Il permet aux muscles 1°) de créer des hauts niveaux de tension (donc de force) AVANT le début du raccourcissement, et, ce faisant, 2°) de produire plus de travail musculaire dans la première partie de la distance sur laquelle ils se contractent. Cela améliore considérablement les performances motrices (comme par exemple dans les mouvements où l'on fait des impulsions).

Figure 2 : Activité électromyographique des muscles jumeau externe (JE), vaste interne (VI) et biceps fémoral (BF) au cours de la phase d'impulsion lors d'un saut en longueur sans élan (à gauche) et précédé d'une chute en contrebas (à droite). La flèche dirigée vers le bas marque le moment du contact du pied avec le sol et la flèche pointant vers le haut le moment où le pied quitte le sol. Entre les deux tracés de chaque muscle, la ligne vertical permet de comparer l'activité EMG à celle enregistrée au cours d'une contraction volontaire maximale (CVM) en condition isométrique (d'après Carpentier et Duchateau, 1990).

En effet, lors d'une impulsion, la force développée est plus importante lorsque celle-ci se fait à partir d'un plan sur-élevé (comme une caisse de 40 cm) et peut même dépasser celle que l'on obtient en condition isométrique. Il en résulte que le temps de contact est 2 à 3 fois plus court dans le saut en contrebas. L'impulsion étant égale au produit de la force par le temps (I = F x t), on peut en déduire qu'à impulsion égale, la seconde sera plus efficace car elle est plus intense et plus courte.

Par contre, ce type de contraction est à l'origine d'un problème majeur pour la gestion de la récupération. Le travail excentrique entraîne l'apparition de tensions tellement importantes qu'elles peuvent dépasser les capacités d'absorption de l'énergie élastique stockée durant l'allongement. En effet, il se forme beaucoup moins de ponts d'actine-myosine dans la mesure où les sarcomères sont étirés. L'absorption se fait alors au niveau des tissus élastiques, notamment au niveau de la ligne Z du sarcomère, voire le sarcolemne. Des micro-liaisons vont ensuite apparaître au sein du muscle, entraînant une déstructuration de l'agencement des protéines contractiles du fait des ruptures du tissu conjonctif. Ce phénomène, à la base de la courbature, est illustré par la figure 3 où l'on voit clairement que la stratucre des sarcomères n'est plus du tout aussi bien organsiée (partie de gauche) après que le muscle ait été soumis à un exercice excentrique (partie de droite).

Figure 3 : Microphotographie électronique d'une section longitudinale d'une portion de fibre unique d'un muscle long extenseur des doigts contrôle (A) et immédiatement après 225 contractions pliométriques (B).