Bioénergétique des records en sprint en course à pied

28 juin 2025

La ligne droite, les blocs de départ, l’explosion initiale... Des records du monde de Usain Bolt aux pointes de vitesse de Shelly-Ann Fraser-Pryce, ces instants de puissance pure fascinent. Mais comment le corps humain génère-t-il l’énergie colossale nécessaire à ces efforts ultra-intenses et de très courte durée? C’est une question qui taraude les physiologistes et les biomécaniciens depuis des décennies.

Comprendre la bioénergétique du sprint – c’est-à-dire comment le corps utilise ses différentes sources d’énergie pour courir vite – est essentiel pour optimiser l’entraînement et repousser les limites.

Cependant, les sprints de 100 à 400 mètres présentent un défi unique : leur brièveté et leur intensité maximale rendent les mesures directes des contributions énergétiques extrêmement difficiles. Les méthodes traditionnelles ne s’appliquent pas bien lorsque le corps n’atteint jamais d’état stable.

Face à ce défi, Jérémy Briand, un étudiant au doctorat que j’ai la chance de co-diriger avec mon collègue et ami de l’Université de Montréal, Jonathan Tremblay, a développé un modèle bioénergétique novateur pour les sprints de 100, 200 et 400 m. Des scientifiques italiens de renom, Pietro Enrico di Prampero et Cristian Osgnach, ont aussi participé aux travaux.

Notre objectif : quantifier la contribution dynamique de chacun des systèmes énergétiques du corps pendant ces épreuves.

FILIÈRES ÉNERGÉTIQUES

Rappelons que notre corps dispose de trois grandes filières pour produire de l’énergie (sous forme d’adénosine triphosphate (ATP)) pendant l’exercice :

La filière anaérobie alactique, qui repose sur les réserves musculaires d’ATP et de phosphocréatine (PCr). Très puissante, cette filière fournit de l’énergie très rapidement sans nécessiter d’oxygène ni produire de lactate. Mais ses réserves sont limitées, ne durant que quelques secondes à intensité maximale.
La filière anaérobie lactique, qui prend le relais après les premières secondes. Elle dégrade les glucides (glycogène) en l’absence d’oxygène, produisant de l’ATP plus rapidement que le système aérobie, mais avec la production de lactate. Sa capacité est plus grande que celle de la filière alactique, mais est moins puissante.
La filière aérobie, qui nécessite de l’oxygène. Bien que plus lente à démarrer et moins puissante que les filières anaérobies pour les efforts courts, sa contribution augmente avec la durée de l’exercice. Même dans un sprint de 400 m, elle n’est pas négligeable.

Pour estimer l’énergie dépensée pendant le sprint, on s’est appuyé sur une méthode proposée par le professeur di Prampero et ses collègues. Cette approche astucieuse repose sur l’idée que courir avec une accélération sur terrain plat est énergétiquement équivalent à courir en montée à vitesse constante. La pente équivalente est calculée à partir de l’accélération du coureur.

En utilisant des données précises de vitesse et de temps intermédiaires des Championnats du monde d’athlétisme 2009, on a pu calculer la puissance métabolique instantanée (l’énergie dépensée par seconde) tout au long des sprints de 100, 200 et 400 m.

Le cœur de l’étude Quantifying metabolic energy contributions in sprint running: a novel bioenergetic model (2025) a consisté à modéliser mathématiquement la contribution de chaque système énergétique à la puissance métabolique totale calculée. Les contributions aérobie, anaérobie lactique et anaérobie alactique ont été modélisées par des fonctions distinctes (pour les matheux : exponentielle, bi-exponentielle et log-normale). Ces fonctions mathématiques ont été ajustées pour correspondre à la puissance métabolique observée, en utilisant des données des performances mondiales de 2009.

Le modèle s’est avéré remarquablement précis pour reproduire la dynamique de la puissance métabolique pendant les sprints.

L’étude a permis d’estimer les capacités maximales des filières anaérobies :

	Hommes	Femmes
Capacité anaérobie alactique maximale	376 J/kg	259 J/kg
Capacité anaérobie lactique maximale	1314 J/kg	1194 J/kg

Cette méthode a également permis de quantifier la contribution relative de chaque filière énergétique en fonction de la distance parcourue :

<table

HommesFemmes
Filières anaérobieFilière aérobieFilières anaérobieFilière aérobie100 m95 %5 %93 %7 %200 m88 %12 %86 %14 %400 m70 %30 %69 %31 %

Les estimations d’accumulation de lactate sanguin issues du modèle concordent avec les données expérimentales pour les différentes distances.

Cette figure présente la puissance métabolique lors de la phase d’accélération du 100 m.

Les zones rouge, orange et jaune représentent respectivement les contributions énergétiques alactique (295 J·kg⁻¹), lactique (274 J·kg⁻¹) et aérobie (20 J·kg⁻¹), à partir des données des Championnats du monde d’athlétisme 2009.

Le modèle a même été utilisé pour simuler des performances. Pour un athlète virtuel basé sur les records masculins, le modèle prédit un temps sur 60 m de 6,29 s (plus rapide que le record du monde actuel de 6,34 s), et un temps sur 300 m de 30,44 s (plus rapide que le record du monde de 30,69 s). La simulation de Bolt sur 100 m prédit son temps de 9,58 s, avec un temps de passage de 6,31 s au 60 m, égal à la valeur réelle enregistrée (6,31 s).

L’une des découvertes les plus intéressantes est que même lors d’efforts maximaux sur 100, 200 et 400 m, les athlètes n’utiliseraient pas nécessairement l’intégralité de leurs capacités maximales anaérobies (alactique et lactique).

Cela suggère que d’autres facteurs limitent la performance avant l’épuisement complet de ces réserves.

Identifier ces mécanismes supplémentaires est une piste importante pour de futures recherches.

Bien qu'intéressant, le modèle repose sur certaines hypothèses et des données limitées. Il considère les systèmes énergétiques comme indépendants et s’additionnant, alors qu’ils interagissent de manière complexe dans la réalité physiologique.

La moins bonne précision pour les femmes, notamment sur 200 m et 400 m dans les simulations, pourrait être due à l’utilisation de paramètres anaérobies principalement dérivés des données masculines. Des paramètres spécifiques aux femmes sont nécessaires pour améliorer la précision.

Malgré ces limites, ce nouveau modèle bioénergétique représente une avancée significative dans notre compréhension de la production d’énergie pendant les sprints. Il offre un cadre pour analyser les performances, estimer les capacités anaérobies et simuler l’impact de différents profils énergétiques.

Cette étude démontre une fois de plus la valeur inestimable de l’analyse scientifique des performances de classe mondiale pour éclairer les mécanismes fondamentaux de la physiologie humaine et repousser les frontières de la connaissance.

La quête se poursuit pour comprendre la bioénergétique des records en course à pied!

Avec la participation de Jérémy Briand et de Jonathan Tremblay.