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La force c’est quoi ?
La force c’est quoi ?
Ce que l’on entend par force
Ce que l’on entend par force
«La force de l'homme peut se définir comme la faculté de vaincre une résistance extérieure ou d'y résister grâce à des efforts musculaires» Vladimir M. ZATSIORSKY
Le mot “force” peut avoir diverses définitions mais celle qui va nous intéresser ici est liée à la physiologie, qui est la capacité pour un individu à déplacer une charge. Simple non ? pas si sûr !
Dans le monde du sport, la force peut encore avoir différentes définitions. On peut parler de force absolue, où on quantifie cette force par la charge soulevée en opposition à la force relative, cette fois ci quantifiée par la charge soulevée par rapport au poids du sportif. Dans certains cas la force est (à tort) confondue avec la puissance, qui inclut elle une notion de vitesse.
Un peu de physique
Un peu de physique
En physique, la force permet de modéliser l’action d’un solide sur un autre. Une force est un vecteur, c’est-à-dire qu’elle est définie par trois éléments : un sens, une direction, et une norme (sa longueur, correspondant à l’ampleur de l’effet modélisé). Par exemple, le Poids est une force dirigée vers le sol dû à la gravité. Son unité est le Newton (N).
Parlons un peu d’énergie ! L’Énergie est définie comme étant la capacité d’un système à entraîner un mouvement. L’Énergie s’exprime en Joules (J) ; pour obtenir l’énergie, qui est un scalaire (une valeur, et non un vecteur), il faut multiplier deux vecteurs pour l’obtenir ; ainsi, il faut multiplier une force (F) par un déplacement élémentaire (d), (la norme du déplacement élémentaire correspond à la distance). On obtient donc la formule (en norme, c’est-à-dire sans les flèches des vecteurs) E = Fxd. Sur l’exemple ci-contre, on applique une force venant du poing sur le sac de boxe, cette application correspond au travail fourni par la force du poing sur le sac ; le sac s’est déplacé d’une certaine distance, on retrouve donc la formule E = Fxd explicitant le fait que l’énergie (ou travail d’une force) est égale à une force multipliée par une distance.
Intéressons nous maintenant à la puissance ; la puissance correspond à la quantité d’énergie par unité de temps fournie par un système à un autre, c’est-à-dire que la puissance correspond à un débit d’énergie ; la puissance correspond donc à la dérivée de l’énergie par rapport au temps (pas de panique, c’est bientôt fini). Elle s’exprime en Watts (W), c'est à dire en Joules par seconde (W : J/s). La Puissance peut s’obtenir de deux manières relativement proches. Tout d’abord, il faut multiplier deux vecteurs pour obtenir un scalaire (car la puissance est un scalaire), ainsi il faut multiplier une force (F) par une vitesse (v) : P = Fxv. Ou encore, il est possible de dériver l’énergie (mécanique) par rapport au temps pour obtenir la puissance : P = dE/dt (en science du sport celle-ci est peu utilisée). Sur l’exemple ci-contre, nous avons pris le cas où l’on multiplie la force (F) par la vitesse (V), on remarque par ailleurs (pour mieux se souvenir que la puissance est le niveau supérieur à l’énergie) que le sac de boxe est d’avantage déplacé.
Ce qu’il faut retenir, c’est que la force représente une partie de la puissance, la notion de vitesse vient la compléter. D’ailleur selon la discipline pratiquée les deux n’auront pas la même importance, en powerlifting on se focalisera sur la force (relative) alors que la puissance est la donnée sacrée de nos amis haltérophiles ainsi que chez les cyclistes (bien que ça ne suffise pas).
Les facteurs de force
Les facteurs de force
«La taille des muscles est le moteur de la force du corps et votre système nerveux en est le pilote» Menno HENSELMANN
La force est la capacité à contracter au bon moment le plus d’unités contractiles possible des bons muscles. Pour ce faire nous allons avoir besoin de masse musculaire ainsi que de synchronisations intra et inter musculaires les plus efficientes possible (LE GALLAIS et MILLET, 2007)
Masse musculaire
Masse musculaire
La masse musculaire intervient pour beaucoup dans le développement de la force. Qui a déjà vu un powerlifter ou un haltérophile de niveau mondial taillé comme une crevette ?
Voyons ça en détail.
Le muscle squelettique est composé de faisceaux (ou fascicules), eux-mêmes composés de fibres musculaires. Ces trois grandes parties sont séparées par des fascias : endomysium, périmysium et epimysium assurant la structure de l’organe (oui ! le muscle est un organe).
Zoomons encore un peu pour voir l’intérieur de ces fibres. On y trouve les myofibrilles à structures cylindriques constitués de sarcomères mis bout à bout. Un sarcomère est un ensemble de ponts actine-myosine, qui sont les plus petits éléments de la structure du muscles. Suite à une activation chimique (ions calcium, ATP), les filaments de ces ponts se lient via une action mécanique et se rapprochent, créant ainsi la contraction (SHERWOOD, 2006).
Les fibres musculaires citées ci-dessus peuvent être de plusieurs types, diverses classifications existent, cependant il est courant de retrouver trois catégories (GOUBEL et LENSEL-CORBEIL, 2003). Les fibres de type I, à vitesse de contraction lente mais avec une grande résistance à la fatigue, les fibres de type IIa, présentent une vitesse de contraction rapide et une résistance à la fatigue moyenne ainsi que les fibres de type IIb qui elles se contractent très rapidement mais résistent très peu à la fatigue. La myotypologie désigne la répartition de ces différentes fibres dans un muscle, elle est déterminée principalement par la génétique et l’épigénétique, bien que l'entraînement puisse orienter le développement d’un type de fibres (SCHOENFELD, 2019).
Ok, et tout tient tout seul ?
Bien entendu, non. D’autre éléments n’intervenant pas directement dans la contraction permettent la liaison avec les filaments. On y retrouve la titine, autre protéine élastique reliant le filament de myosine à la ligne Z, complétant la composante élastique parallèle (avec les fascias cité précédemment) (GOUBEL et LENSEL-CORBEIL, 2003) (SOULHOL, 2019).
Second élément, lui, beaucoup moins connu, les costamères. C’est en réalité une partie du cytosquelette des cellules musculaires qui joint les myofibrilles au sarcolemme (membrane de la cellule musculaire) (ERVASTI, 2003). Les costamères permettent une transmission de force latérale permettant une homogénéisation de la contraction des cellules musculaires voisines (PARDO, 1983).
Bon génial mais et la force dans tout ça ?
En comprenant comment se compose le muscle, il apparaît logique que chaque unité contractile génèrera une certaine force et que plus il y aura d’unités contractiles à disposition, plus le muscle considéré aura de potentiel de force.
Ca tombe plutôt bien car les données montrent clairement un lien entre la masse musculaire et les performances (BRECHUE, 2014) (FORD, 2000) (KEOGH, 2009).
Commandes motrices
Commandes motrices
Nerfs et muscles sont des tissus excitables. C’est à dire qu’ils réagissent à une stimulation électrique venant de notre système nerveux central (SNC : cerveau et moelle épinière) pour transmettre cette stimulation pour les nerfs et la transformer en une action mécanique pour les muscles.
Synchronisation intra-musculaire
Synchronisation intra-musculaire
Pour comprendre comment se passent les sollicitations musculaires il est essentiel de comprendre ce que Liddell et Sherrington (1925) ont appelé unité motrice, qu’ils définissent par l’ensemble des fibres innervées par un même motoneurone.
Le nombre de fibres contrôlées par un motoneurone est variable et dépend essentiellement de la nécessité de précision du muscle considéré, les muscles des doigts ou des yeux (oculomoteurs) ont des unités motrices composées de 10 à 20 fibres alors que celles des muscles comme le soléaire ou le quadriceps en comptes 1000 à 1500. Les fibres d’une unité motrice ne sont pas nécessairement concentrées au même endroit du muscle, elle peuvent être réparties à différents endroits.
Le signal électrique transmis aux fibres par le motoneurone s’appelle le potentiel d’action (conséquent à une succession de réactions chimiques, non abordées ici). Il en résulte une secousse qui correspond à une contraction partielle et brève de la fibre innervée. Une secousse seule ne permet pas le tétanos (contraction totale) de la fibre, une sommation de plusieurs secousses rapprochées est nécessaire.
Toutes les unités motrices n’atteingnent pas le tétanos de leurs fibres avec la même fréquence de potentiel d’action, les plus petites l’atteignent avec des fréquences faibles, ceci étant dû au fait que leur temps de contraction est grand (environ 110ms) car elle sont majoritairement composées de fibres de type I, comparativement aux grosses unités motrices (environ 50ms) qui nécessitent donc des fréquences plus élevés, qui elles sont composées essentiellement de fibres de type II. Ceci est représenté par ce que HENNEMAN (1965) désigne par le principe de taille. Par conséquent les petites unités motrices sont recrutées en premières, suivies progressivement par les plus grosses à mesure que les besoins en forces augmentent. Fait intéressant, cette fréquence peut être améliorée par l'entraînement afin de maximiser le recrutement de plus d’unités motrices (KAMEN et KNIGHT, 2004).
D’après ce qui précède, il est logique de conclure qu’une plus haute fréquence de potentiel d’action permet de recruter un plus grand nombre d’unités motrices, l’union fait la force. SEMMLER et NORDSTROM (1998) ont d’ailleurs mis en évidence une meilleure synchronisation des unités motrices chez des spécialistes (musiciens et haltérophiles) expérimentés.
Synchronisation inter-musculaire
Synchronisation inter-musculaire
La synchronisation inter-musculaire correspond à la faculté de recruter les bons muscles au bon moment. Cela se divise en deux compétences distinctes : la coordination entre les muscles effecteurs et le relâchement prononcé des muscles antagonistes.
Pour que le SNC puisse élaborer le programme moteur du mouvement voulu, il doit être informé de la position de chaque partie du corps et des contraintes subies en temps réel. Pour ça il existe un certain nombre de capteurs fournissant les informations proprioceptives nécessaires : visuels, vestibulaires, articulaires, cutanés et musculaires. Il existe deux capteurs musculaires, les fuseaux neuromusculaires (FNM) surveillant la longueur du muscle et l’organe tendineux de Golgi (OTG) surveillant la force.
Le FNM, en forme de navette, est une capsule de tissu conjonctif composée d’éléments contractiles et non contractiles se situant en parallèle des fibres musculaires. Chaque fuseau possède une voie efférente (du SNC vers l’organe) mais aussi une voie afférente (de l’organe vers le SNC) permettant d’envoyer un signal au SNC. La fréquence de ce signal varie en fonction de l’étirement du FNM (qui suit celui du muscle). C’est ce capteur qui est à l’origine du réflexe myotatique.
L’OTG quand à lui est composé de tissus conjonctifs et nerveux se situant à la jonction muscle-tendon (donc cette fois-ci en série). A l’instar du FNM, la fréquence du signal afférent envoyé par L’OTG est fonction de la tension musculaire. En revanche, et contrairement au FNM, ce signal ne suit pas la voie réflexe, il est conscient. On est conscient de la tension d’un muscle mais pas de sa longueur (SHERWOOD, 2006).
Et alors ?
C’est vrai, on se disperse ! Enfin pas tant que ça.
Par le biais des capteurs proprioceptifs, l’organisme met en place des systèmes protecteurs afin de prévenir des effets délétères (par exemple des lésions sur le système musculo-tendineux). Lors d’un mouvement le muscle agoniste est effecteur, il initie le déplacement du segment osseux auquel il est attaché. Pour éviter que ce déplacement aille trop loin, trop fort, trop vite, le muscle antagoniste est contracté de manière réflexe pour freiner le mouvement, c'est ce qu’on appelle la co-activation antagoniste.
L'entraînement permet de fortement atténuer l’activité antagoniste (DAL MASO, 2012), jusqu’à 20% dans certains cas (CAROLAN, 1992). Si le mouvement est moins freiné, on est plus fort.
En parallèle de l’inhibition de la co-activation antagoniste, l'entraînement permet de renforcer la commande centrale du mouvement entraîné (AAGAARD, 1985) (HÄKKINEN, 2000).
Dans la pratique
Dans la pratique
Le but de cette partie n'est pas de donner une méthodologie de construction d'un programme, cela fera éventuellement l'objet d'un future article, mais d'exposer les implications pratiques des points discutés ci-dessus.
Tous les facteurs présentés ci-dessus ont leur importance dans l’expression de la force, c’est leur synergie et leur homogénéité qui permettra de réaliser de grandes performances. On a vu précédemment que la commande du SNC s’améliore pour un mouvement entrainé. Cela signifie qu’on peut avoir un schéma moteur parfaitement optimisé pour un mouvement et un autre au niveau débutant. C’est le principe de spécificité (BOSCH, 2018). On n’est pas “simplement fort”, on est fort sur un mouvement précis car même avec un gros moteur, si le pilote ne sait pas conduire, on ne fera pas un bon chrono.
Bien évidemment, les capacités de force d’un mouvement se transfèrent à d’autres mouvements. Le taux de transférabilité est variable en fonction de la proximité des mouvements considérés, plus les mouvements seront proches et plus le transfert sera grand. Être fort au squat aura plus de bénéfices pour sauter haut que d’être fort au développé couché.
La technique
La technique
Ce que l’on désigne comme étant la technique n’est autre que l’apprentissage et l’optimisation d’un schéma moteur pour un mouvement donné.
Cette technique suit des principes généraux mais aussi des adaptations individuelles, il n’y a pas de recette universelle.
Les principes généraux sont des incontournables, il s’agit de diriger l’action musculaire dans le bon sens (le plus souvent vers le haut, contre l’action de la gravité), de respecter les axes des articulations, de rechercher la symétrie ou encore de synchroniser les mouvements de chaque articulations (BOSCH, 2018).
En ce qui concerne les adaptations individuelles, il faudra tenir compte des spécificités de l’athlète, le plus déterminant pour la force étant la morphologie, on parle ici de structure osseuse qui déterminera les leviers ou encore des points forts musculaires qui dicteront les proportions du travail réalisé par chaque muscle effecteurs et posturaux. Les capacités mentales et cognitives font également partie de l’individu, certain n’ont aucun problème à tenter des barres très lourdes alors que d’autres en ont peur. Le détail de ces adaptations ne sera pas traité ici car chacune d'elles pourrait faire l’objet d’un article à part entière.
Conclusion
Conclusion
Le travail de la force se fait sur plusieurs axes d'effort. Chaque paramètre évoqué dans cet article prendra une part conséquente sur la performance finale, en négliger un revient à négliger la performance. Bâtir sa force se fait sur le long terme, la masse musculaire prend du temps à se construire, tout comme l’amélioration technique est une recherche asymptotique. Même si la force est associée aux disciplines comme la force athlétique, l'haltérophilie ou encore le rugby, cette capacité est un fondamental essentiel pour toute discipline sportive, que ça soit pour bénéficier à la puissance, développer l'endurance ou prévenir les blessures. Quelque soit votre objectif, votre force sera toujours un précieux allié.
Pour aller plus loin
Pour aller plus loin
The Complete StrengthTraining Guide, G. NUCKOLS
Il était une fois... la proprioception, O. ALLAIN
Bibliographie
Bibliographie
LE GALLAIS D, MILLET G. La préparation physique, optimisation et limite de la performance sportive. p4. masson, 2007
SHERWOOD L. Physiologie humaine. p214 ; 225-227 . de boeck, 2006
GOUBEL F, LENSEL-CORBEIL G. Biomécanique : Eléments de mécanique musculaire. p11;17. masson, 2003
SOULHOL M. Du ressort de WEBER au filament enroulé. NMR, 2019
REISS D, PREVOT P. La bible de la préparation physique. p417. amphora, 2016
SCHOENFELD B. Science and development of muscle hypertrophy. P4-7. Human kinetics. 2019
BOSCH F. préparation physique : une approche intégrée de l'entrainement de force et de coordination. ch2 et 3. physiques performance, 2018
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