Tout savoir sur le premier seuil en sport d’endurance

Le seuil 1 est une mesure dans l’ombre du deuxième seuil, beaucoup de cyclistes s’intéressent au FTP (équivalent du deuxième seuil) mais peu s’intéressent au premier seuil.

Le seuil 1 est pourtant une métrique déterminante dans les sports d’endurance. Explication 👇

Définition

Le seuil 1 marque la frontière entre le domaine d’intensité modéré et le domaine d’intensité élevé (figure 1).

Figure 1. Prescrire l’intensité de l’exercice en fonction des domaines d’intensités physiologiques

Le seuil 1 est aussi appelé “seuil aérobie (SA)”, “seuil lactate 1 (SL1)”, “seuil de variabilité cardiaque 1 (SVFC1)” et “seuil ventilatoire 1 (SV1)”. Chaque nom correspond à une méthode de détermination spécifique (sauf pour le seuil aérobie qui ne correspond à rien…).

En dessous du premier seuil, la production d’ATP est principalement faite par la phosphorylation oxydative, en conséquence les métabolites (Pi, ADP, H+) ne s’accumulent pas. Cela signifie également que le premier seuil est corrélé à l’atteinte du Fatmax (Achten and Jeukendrup, 2004).

Les concentrations de lactate sanguin seront stables sous le seuil 1 et proche du niveau de base, alors qu’au-dessus, la concentration de lactate sanguin peut se stabiliser, mais à des concentrations supérieures au niveau de base. De même pour la concentration d’ions H+ et la consommation d’oxygène (VO2) (Figure 2).

*Figure 2 (A&B)*. Réponse de la VO2 (A) et lactatémie (B) pendant un effort d’intensité modéré (ligne verte), élevée (ligne jaune) et élevée (ligne rouge).

L’exercice en dessous du premier seuil est assez facile pour qu’il soit possible de tenir simultanément une conversation sans effort excessif.

Pour toutes ces raisons, l’exercice à et en dessous de ce seuil peut généralement être maintenu pendant plusieurs heures chez les athlètes d’endurance bien entraînés.

Pour certaines disciplines (eg. Ironman), le seuil 1 sera le rythme de course. Pour ces athlètes, un seuil 1 très élevé est une priorité.

Pour les athlètes d’épreuves plus courtes, un seuil 1 très élevé sera toujours intéressant. Les athlètes pour qui le seuil 1 apparaît tardivement sont ceux qui utilisent généralement mieux les lipides et qui ont une plus grande répartition de fibre oxydative de type I (Achten, J, and A E Jeukendrup., 2004). Mieux utiliser les lipides permet d’économiser les glucides, ressource précieuse car limité dans le corps.

On ne fait pas la différence sur une course directement grâce à son seuil 1. Le lien est indirect. On fatigue moins avec un excellent seuil 1. Alors quand il s’agit de placer l’attaque décisive, on a plus d’énergie.

Pourquoi la connaissance de ce seuil est importante ?

On a vu que le seuil 1 était un facteur de performance en cyclisme, mais comment utiliser cette valeur pour guider l’entraînement ?

Le premier seuil (SV1, SL1, SVFC1) est essentiel dans les sports d’endurance car il définit la limite supérieure des séances d’entraînement d’intensité modérée conçues pour travailler l’endurance fondamentale et permettre une récupération rapide (Seiler and Kjerland, 2006 ; Seiler, Stephen and Espen Tønnessen., 2009 ; Sylta, Oystein et al., 2014).

Sur le long terme, l’augmentation du volume d’entrainement est la variable la plus corrélé à l’augmentation de la performance (Schmitt, Laurent et al., 2020 ; Casado, Arturo et al., 2021). Et pour tenir sur le long terme, il est important de se fixer une intensité limite pour ses sorties endurances.

En effet, chez les athlètes bien entraînés, le seuil 1 semble délimiter l’intensité en dessous de laquelle la perturbation du système nerveux autonome (SNA) post-exercice, mesurée par la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC), est minimale (Seiler, Stephen et al., 2007). Un bloc de travail sous le premier seuil permet même d’augmenter la VFC mesuré au réveil, ce travail est donc essentiel à la restauration de l’équilibre du SNA (augmentation de l’activation de la branche parasympathique). Sans des séances d’endurance, l’organisme n’assimilerait pas les entrainements et la VFC ne ferait que chuter, plaçant l’organisme dans un état de fatigue chronique.

Un entraînement au-dessus du seuil 1 impactera l’équilibre du SNA, la fatigue et le temps de récupération nécessaires après l’entraînement sont augmentés. Ainsi, lorsque l’entraînement en dessous du seuil 1, c’est à dire de l’endurance fondamentale, est programmé avec précision dans le plan d’entraînement, des volumes d’entraînement globaux plus importants peuvent être atteints. C’est pourquoi de nombreux athlètes d’endurance d’élite adhèrent à ce qu’on appelle une distribution d’intensité d’entraînement pyramidale ou polarisée, avec plus d’environ 75 à 80 % du temps d’entraînement total accumulé à des intensités inférieures au seuil 1 (Seiler, Stephen and Espen Tønnessen., 2009 ; Stöggl, Thomas, and Billy Sperlich., 2014).

Dorénavant, la plupart des approches de l’entraînement recommandent de passer une majorité du temps à basse intensité, sous le seuil 1 (Muñoz et al., 2014; Stöggl and Sperlich, 2014, 2019; Bourgois et al., 2019; Casado et al., 2019). Cela ne veut pas dire que tous les entraînements doivent se dérouler en dessous de ce seuil, juste qu’il faut être très précis sur le temps passé au-delà, de sorte que le stress, la récupération et l’adaptation puissent être gérés avec succès.

Enfin, l’entrainement spécifique au seuil 1 est une méthode d’entrainement très efficace. En effet, on peut accumuler beaucoup de charge pour une fatigue minimale. C’est très intéressant pour les athlètes avec un volume d’entraînement limité. Mais aussi en saison pour ceux qui font beaucoup de compétition. Pour eux, faire des séances de seuil 1 entre les courses permettre d’entretenir les seuils sans engendrer trop de fatigue. Ainsi, l’entrainement au seuil 2 peut se faire plus rare dans la planification entre les courses.

Détermination

On a vu pourquoi ce seuil est essentiel, voyons maintenant comment le déterminer.

Idéalement, la meilleure approche pour identifier votre premier seuil est de faire du testing physiologique. L’identification se fera grâce aux mesures d’échanges gazeux ou de la lactatémie. Ce sont, à ce jour, les méthodes les plus fiables.

Vous aurez ensuite une puissance et une fréquence cardiaque correspondante au seuil 1. Attention cependant à votre fréquence cardiaque. Sur une sortie longue, celle-ci peut dériver mais ce n’est pas pour autant que vous passez votre premier seuil. Tant que votre perception de difficulté de l’effort n’augmente pas significativement, vous pouvez continuer à travailler à votre seuil 1, malgré une fréquence cardiaque plus élevée.

Lactate

D’un point de vue de la lactatémie, le seuil 1 marque la puissance maximale qui peut être maintenu avec une lactatémie proche du niveau de base. Beaucoup de lactates sont déjà produit à cette intensité, cependant, la quantité de lactate consommé est égale à la production, raison de la stabilité de la lactatémie. Le seuil 1 est d’ailleurs l’intensité parfaite pour travailler le “lactate shuttling”. Cela consiste à alterner des efforts juste au-dessus du deuxième seuil de lactate (production supérieur à l’utilisation du lactate) et au premier seuil de lactate (lorsque l’utilisation du lactate est maximale).

Au-dessus du seuil 1, l’augmentation de l’intensité est permise par l’augmentation de la sollicitation de la filière glycolytique. Le produit final de la filière glycolytique étant le lactate, sa production augmente. Il est ensuite pris en charge par des transporteurs spécifique de type monocarboxylates (MCT), les navettes du lactate, pour rejoindre d’autres fibres d’un même muscle ou d’autres organes comme le coeur, le cerveau ou d’autres muscles (Brooks, George A et al., 2021).

Au dessus du seuil 1, l’utilisation du lactate ne compense pas sa production, ainsi la concentration de lactate sanguine, la lactatémie, augmente.

Pour déterminer le seuil de lactate 1 à partir d’une courbe lactate – puissance, il faut prendre le tout premier point d’inflexion de la lactatémie et la puissance correspondante (figure 3).

Le protocole est expliqué en détail ici : https://formation.cyclisme-performance.com/lactate-expert-la-methode-complete-de-testing

Figure 3. Le tout premier point d’inflexion de la lactatémie marque le seuil 1

Échanges gazeux

Le seuil 1 représente la puissance ou vitesse maximale à laquelle la phosphorylation oxydative fournit la quasi-totalité de l’énergie nécessaire à l’exercice : l’O2 est consommé (VO2) et le CO2 est produit (VCO2) à peu près de manière égale selon le substrat à oxyder.

Au-dessus du seuil 1, la filière glycolytique contribue de plus en plus à la fourniture de l’énergie, et le système tampon (producteur de CO2) est de plus en plus sollicité. Ainsi, la production de CO2 augmente plus vite que la consommation d’O2. Étant donné que la ventilation (VE) est régulée par l’apport de CO2 aux poumons, pour minimiser l’accumulation excessive de CO2, VE commencera également à augmenter de manière disproportionnée par rapport à VO2.

Le seuil ventilatoire 1 (SV1) est donc déterminé comme l’intensité à laquelle le rapport VCO2/VO2 et VE augmentent brutalement (figure 4 et 5).

Figure 4. Augmentation de VE par rapport au VO2. La barre bleu représente le seuil 1 et rouge le seuil 2.

Figure 5. Augmentation de VCO2 par rapport au VO2. La barre bleu représente le seuil 1 et rouge le seuil 2.

Cependant, nous comprenons que tout le monde ne puisse pas réaliser des tests de laboratoire. Cela soulève la question, peut-on estimer le seuil 1 seul ?

La fréquence cardiaque

Il existe plusieurs formules pour permettre d’estimer l’emplacement du seul 1 en termes de fréquence cardiaque.

Phil Maffetone a proposé l’estimation « MAF » de la fréquence cardiaque au premier seuil (Maffetone and Laursen., 2020). Sa méthode consiste à soustraire l’age de 180, avec quelques ajustements selon le statut d’entraînement. Cette méthode est très imprécise, en faisant la moyenne d’un gros échantillon de personne le résultat sera peut être proche d’un test en labo, cependant le risque d’une erreur significative au niveau individuel ne peut être négligé.

Dès 1957, le physiologiste Martti Karvonen a également tenté d’estimer les fréquences cardiaques qui devraient être utilisées pour différentes intensités d’entraînement, avec sa «formule de Karvonen» utilisant des pourcentages de la fréquence cardiaque de réserve (FCmax moins FC de repos) (KARVONEN, M J et al., 1957).

Plus s’entrainer en endurance (sous le premier seuil), il faudrait s’entrainer à entre 60 et 70 % de la fréquence cardiaque de réserve (FCR).

Ainsi, par exemple, si un individu avait une fréquence cardiaque maximale de 195 bpm et une fréquence cardiaque au repos de 50 bpm, nous calculerions une FCR (195-50) de 145 bpm.

La formule de Karvonen suggère de prendre 60 à 70 % de ce nombre, puis de rajouter la fréquence cardiaque au repos. Par exemple, 60 % de 145 bpm = 87 bpm ; 87 bpm + 50 RHR = 137 bpm. Ce serait l’extrémité inférieure suggérée pour en entrainement en endurance.

Le problème de cette formule réside dans la détermination de la FCmax et de la FC de repos, elle doit être rigoureuse pour ne pas tout fausser.

Quoi qu’il arrive, les zones cardiaques déterminées avec des formules ne seront toujours que des estimations. Il ne faut pas voir les zones dérivées de ces calculs comme des références absolues en voulant être à la pulsation près.

Le “talk test”

Depuis quelques années, une nouvelle méthode de détermination des seuils, simple, gratuite et non invasive, à fait son apparition.

Cette méthode, le “talk test” ou test de parole en français, consiste à lire un paragraphe standardisé (30-40 mots) à haute voix à la fin de chaque palier (dernière 30s d’un palier de 2min avec incrémentation de 50w).

Le premier seuil est identifié comme la charge de travail à laquelle un athlète ne peut plus parler confortablement.

Cette méthode confirme notre définition de l’entrainement sous le seuil 1 comme assez facile pour qu’il soit possible de tenir simultanément une conversation sans effort excessif.

L’efficacité de ce test pour identifier la puissance et la fréquence cardiaque aux seuils 1 et 2 a été examinée dans une cohorte de 18 cyclistes bien entraînés en 2013 (Rodríguez-Marroyo, Jose A et al., 2013). Dans cette étude, les cyclistes ont réalisé un test incrémental en laboratoire pour mesurer les seuils à deux reprises : une fois avec des mesures physiologiques (échanges gazeux et lactate), et une fois avec un test de parole. Ils n’ont pas trouvé de différences significatives entre les estimations de la puissance et de la fréquence cardiaque aux seuils 1 et 2 à l’aide des données physiologiques ou du test de la parole, avec de fortes corrélations observées entre les deux mesures et des limites d’agrément relativement étroites.

Ce test pourrait donc être un moyen facile et accessible d’estimer les seuils et en particulier le premier seuil. Garder cependant à l’esprit que la précision sera assez faible si vous utilisez ce test avec des paliers de 50w, cependant avec des paliers plus faible vous risquerez d’avoir du mal à déterminer le moment où parler devient inconfortable.

La valeur issue de ce test pourra donc vous servir de repère d’intensité à ne pas dépasser pour vos séances d’endurance. Mais il vaudrait mieux éviter de cibler un entraînement seuil 1 seulement à partir de ce résultat.

HRVT1

Très récemment (2020), une nouvelle méthode d’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) pendant l’effort à permis de déterminer le premier seuil (Rogers, Bruce et al., 2021 ; Mateo-March, Manuel et al., 2022).

Cette méthode, l’indice DFA-alpha1 (alpha1 of Detrended Fluctuation Analysis), analyse les corrélations entre les fluctuations de temps entre chaque battement cardiaque.

À mesure que l’intensité de l’exercice augmente, DFA-alpha1 décline à partir de valeurs bien supérieures à 1,0 (données bien corrélés) pendant un exercice d’intensité modérée, passant à 0,75 pendant la transition d’intensités d’exercice modérée à élevée autour du seuil 1 suivi d’une baisse supplémentaire jusqu’à moins de 0,5 (données non corrélées, schémas aléatoires), au-delà du deuxième seuil (Rogers B et al., 2021).

Pour mieux comprendre le concept de « propriétés de corrélation », une comparaison avec une marche aléatoire peut être utilisée. Imaginons un marcheur, à chaque nouveau pas, le marcheur peut choisir d’aller soit à gauche, soit à droite. Si le choix que fait le marcheur n’est pas aléatoire mais basé sur le schéma (série de choix gauche ou droite) de ce qui s’est passé auparavant, le schéma est décrit comme étant corrélé (DFA a1 environ 1,0), puisque le schéma futur est basé sur la séquence passée. Cependant, si chaque nouveau choix est pris avec des chances égales et aléatoires d’aller soit à gauche soit à droite, il s’agit d’un modèle « non corrélé » (DFA a1 environ 0,5).

Le mécanisme sous-jacent au déclin de DFA a1 avec l’exercice semble être lié à l’équilibre du système nerveux autonome et à une interaction complexe des deux branches principales, à savoir parasympathique et sympathique (Gronwald et Hoos, 2020).

Le gros atout de cette méthode est la possible détermination du seuil 1 en direct, pendant un entrainement. Ainsi, visualiser DFA-alpha1 pourrait aider à limiter l’intensité de l’entraînement à une session prévue uniquement dans le domaine modéré (Gronwald, Thomas et al., 2021).

Avec les connaissances actuelles, on ne recommande cependant pas la détermination des seuils avec DFA a1. Les seuils universels ne semblent pas fonctionner (valeur à 0,75 pour le seuil 1 et pour tout le monde) (C. R. van Rassel et al., 2023; Mateo-March, Manuel et al., 2022). En effet, pour certains, le HRVT1 surestime de près de 25bpm le seuil 1 (Figure 6). Peut être qu’à l’avenir il y aura un protocole pour individualiser ces seuils ? C’est en tout cas ce qu’il manque pour utiliser DFA a1.

De plus, une partie de la population à un indice DFA-alpha1 non exploitable (tracé plat ou chute de l’indice dès le début de l’effort).

Figure 6. Variabilité individuelle d’accord entre le premier seuil de lactate et le seuil 0,75 de DFA-a1, issue de Mateo-March, Manuel et al., 2022

Améliorer le seuil 1

Maintenant que vous savez comment déterminer le seuil 1, vous vous demandez peut être comment l’améliorer ? Voici nos conseils 👇

L’augmentation du volume d’entraînement en endurance (Zone 2 sur un modèle à 7 zones). En effet les fibres musculaires de type 1 sont encore majoritairement recrutées dans cette zone, ce qui stimule la croissance et la fonction mitochondriales, et ce qui améliorera la capacité à utiliser les graisses et vos puissances en endurance.
Augmenter la régularité d’entraînement. S’entraîner souvent est effectivement une des clés pour augmenter ses capacités d’endurances et diminuer la contribution du système glycolytique. Avec des jours cumulés sans entrainements, le système oxydatif aura tendance à se dégrader et le système glycolitique aura tendance à devenir plus dominant.
L’entraînement sous le seuil 2 et/ou la faible cadence avec un couple (force) élevé : l’équilibre des deux capacités, glycolytique ou oxydatif, est notamment relié à la composition du type de fibres musculaires de l’athlète. Plus l’utilisation de type IIx (fibres glycolytiques à contraction rapide) est importante, plus la contribution glycolitique sera élevée. L’intensité juste sous le LT2 ou encore du travail à faible cadence et intensité élevé recrute plus de fibres oxydatives à contraction rapide (type IIa) pour créer des adaptations positives d’efficacité et économie grâce à une plus grande biogenèse mitochondriale en leur sein. Ce qui affecte positivement la puissance du système oxydatif, et au final la puissance au seuil 1.

Le test le plus fiable et le plus simple à mettre en place pour mesurer votre seuil 1, planifier de l’entrainement spécifique et suivre vos progrès est le test lactate.

Toute la méthode est expliquée dans notre formation : https://formation.cyclisme-performance.com/lactate-expert-la-methode-complete-de-testing