Mesurer et parler de son second seuil est de plus en plus populaire parmi les sportifs d’endurance. C’est une valeur devenue centrale pour la programmation de l’entraînement, le suivi des progrès et le suivi de la charge .

Qu’est ce que le seuil 2 exactement ? À quoi sert-il ? Et comment le mesurer ?

Qu’est ce que le deuxième seuil ?

Le seuil 2 marque la frontière entre le domaine d’intensité élevé et le domaine d’intensité sévère (Jones, Andrew M et al., 2019) (figure 1).

C’est-à-dire que la réponse du lactate est différente sous ou au-dessus du seuil 2. Dans le domaine sévère, on accumule du lactate dans le sang, la lactatémie augmente. Bien que le lactate lui-même ne soit pas mauvais, il est fortement corrélé à l’accumulation de métabolites en lien avec l’apparition de la fatigue (H+, Pi, ADP). Ainsi, déterminer ce seuil d’accumulation du lactate permet surtout de connaître la puissance à laquelle les métabolites “fatiguant” restent stables (Jones, Andrew M et al.,2008). C’est pourquoi le seuil 2 est considéré comme un déterminant clé de la performance dans un large éventail de disciplines d’endurance.

Il représente également la puissance ou vitesse au-delà de laquelle on dérive inévitablement vers le VO2max avec le temps.

C’est en fait la puissance ou vitesse maximale qui peut être maintenue dans un état stable (figure 2) (Jones, Andrew M et al.,2008).

En réalité cependant, cette puissance serait plus une phase de transition, qu’un véritable seuil (Pethick, Jamie et al., 2020).

Pourquoi déterminer le seuil 2 est important ?

La connaissance de votre allure ou puissance au deuxième seuil physiologique est complémentaire à la PMA ou VMA pour programmer et surveiller les adaptations qui se déroulent en réponse à l’entrainement.

En effet, plus il y a d’ancres dans la définition des zones d’entraînements (seuil 1, seuil 2, PMA, Pmax etc…) plus la prescription et l’analyse des séances seront précises (figure 3). La PMA seule ne suffit pas.

De plus, il y a souvent une grande variabilité entre les individus sur l’emplacement du seuil 2 en fonction de la PMA, prendre un % commun, par exemple 80% de la PMA, est risqué. Chacun son profil.

Pour faire une séance de travail au seuil 2, le mieux est de déterminer directement ce seuil 2. Et ce type de séance sera très intéressant étant donné qu’au seuil 2, on peut accumuler beaucoup de charge de travail pour peu de fatigue. Excellent retour sur investissement.

Le seuil 2 est aussi souvent utilisé pour déterminer la charge d’entrainement d’une séance, comme le TSS (training stress score). Ainsi, le seuil 2 se doit d’être calibré régulièrement.

Les bases physiologiques du deuxième seuil

D’un point de vue du lactate, le deuxième seuil est le point auquel le taux de production de lactate est égal au taux de clairance (figure 4). La clairance est la capacité de l’organisme à éliminer/recycler une substance dans le sang. La clairance du lactate correspond donc à la capacité de l’organisme à éliminer/recycler le lactate.

Autour du seuil 2, toute réduction d’intensité fera chuter les niveaux de lactatémie (la clairance dépasse la production). Et les augmentations d’intensité entraîneront une accumulation de lactate de manière non linéaire (la production dépasse la clairance).

Examinons ces deux facteurs clés, production et clairance, un peu plus en profondeur…

La production du lactate

Le lactate est produit par le corps à tout moment, même au repos, car l’énergie est constamment transformée par les 3 filières (respiration mitochondriale, système glycolytique et système des phosphagènes) (figure 5).

Comme de plus en plus d’ATP (adénosine triphosphate, la monnaie énergétique du corps) est nécessaire pour répondre aux exigences d’une augmentation de la puissance, la contribution du système glycolytique augmente également. Le produit final du système glycolytique étant le lactate, la production de celui-ci augmente.

Pour une même puissance, la diminution de votre production de lactate proviendra d’une plus grande capacité du système oxydatif (respiration mitochondriale) à oxyder les graisses et à fournir une plus grande part de ce besoin énergétique, réduisant la contribution et le besoin de production d’énergie via le système glycolytique.

Le VLaMax (le taux maximal de production de lactate) est parfois utilisé pour indiquer la propension d’un athlète à produire du lactate.

La clairance du lactate

La clairance du lactate correspond à la capacité de l’organisme à éliminer/recycler le lactate.

L’élimination du lactate produit (et, surtout, des métabolites associés liés à l’apparition de la fatigue) implique le transport du lactate hors de la fibre musculaire en contraction vers d’autres sites, où il est soit oxydé dans la mitochondrie, soit utilisé dans un processus appelé néoglucogenèse, qui est la reconversion du lactate en glucose/glycogène. Cependant l’oxydation du lactate contribue le plus à la clairance du lactate pendant l’effort par opposition à la néoglucogenèse.

Certaines adaptations qui conduisent à une amélioration du transport du lactate semblent être provoquées par des volumes élevés d’entrainement à faible intensité. Cependant, d’autres semblent être stimulés uniquement par un entraînement par intervalles à haute intensité, qui expose à plusieurs reprises les muscles à des niveaux élevés de lactate et met à l’épreuve la capacité du corps à transporter et à utiliser le lactate. Basses et hautes intensités sont nécessaires pour améliorer la clairance du lactate.

En plus du transport du lactate, c’est aussi l’utilisation de ce lactate dans la mitochondrie qui influence la clairance de celui-ci. Le facteur utilisation dépend principalement de la densité mitochondriale, du pourcentage de fibre de type I et de la densité capillaire. C’est pourquoi on retrouve un seuil 2 et des temps de soutien plus élevé chez les athlètes avec une grande proportion de fibre de type I et une densité capillaire élevée (Mitchell, Emma A et al., 1985 ; Coyle, E F et al., 1988 ; Coyle, E F et al., 1991).

Les méthodes de déterminations du seuil 2

MLSS

La méthode de référence pour déterminer le deuxième seuil est le MLSS (Maximal lactate steady-state).

Ce protocole implique qu’un athlète s’exerce à une puissance constante pendant 30 minutes, avec mesure de la lactatémie à 10 et 30 min (figure 6). Si la lactatémie augmente de plus de 1 mmol/L, la réponse physiologique est considérée comme instable, si ce n’est pas le cas, la réponse est considérée comme stable. Ce protocole est répété à plusieurs puissances différentes sur plusieurs jours, et la puissance la plus élevée auquel une lactatémie stable est observée est définie comme le deuxième seuil. Le principal défaut de ce protocole est la nécessité de plusieurs jours de test pour définir une estimation.

Test palier

Un test palier peut être conduit de plusieurs façons, soit avec des paliers courts (3min ou moins, figure 7) soit avec des paliers longs (6min ou plus, figure 8).

Si vous déterminez les seuils seulement à partir de la lactatémie, les paliers courts ne sont pas recommandés. En effet, il y a un petit délai pour que la lactatémie corresponde au niveau de puissance. En conséquence, le seuil serait surestimé. Autrement, si les seuils sont déterminés avec les échanges gazeux, les paliers courts conviennent.

Pour faire des tests de lactate, des paliers longs sont nécessaires, au moins 6 minutes. La lactatémie est mesurée à la fin de chaque palier. Et si vous devez répéter les mesures de lactatemie et mettre en pause le test, les résultats ne seront pas affectés par cette pause car les paliers sont suffisamment longs pour que les taux de lactate se stabilisent et donc ils ne seront pas impactés par la valeur de lactate de départ.

Le seuil de lactate 2 peut ensuite être déterminé de plusieurs façons. Soit par des modèles mathématiques (ModDmax serait la méthode la plus fiable parmi les différents modèles (Jamnick, Nicholas A et al., 2018)), soit une concentration fixe de lactatémie (4mmol/L), soit à l’oeil (2e point d’inflexion).

Attention avec l’utilisation de 4 mmol/L, c’est une estimation basée sur la moyenne de la population, en conséquence cela ne donnera pas une valeur individualisée du seuil 2. Le seuil 4mmol/L pose surtout problème pour les athlètes très entraînés en endurance chez qui la lactatémie est faible à toutes les intensités dues à leur système oxydatif très développé.

À l’œil, le 2e point d’inflexion correspond au point sur la courbe à partir duquel la lactatémie commence à augmenter de manière exponentielle par rapport à l’intensité de l’exercice.

SV2 (test rampe)

De nombreux laboratoires effectuent des tests de rampe pour mesurer les seuils. Dans ces tests, la puissance est augmentée d’une quantité fixe à chaque minute (figure 9), et l’athlète s’accroche aussi longtemps qu’il le peut.

Ce type de protocole ne convient que pour des tests avec la mesure des échanges gazeux, on parlera alors de seuil ventilatoire 2 (SV2).

Au dessus du premier seuil, au fur et à mesure que la puissance augmente, la demande métabolique est augmentée, la filière glycolytique devient par conséquent plus active et la production de lactate augmente.

Malgré une augmentation de la demande métabolique, les augmentations de la quantité de protons H+ sont dans un premier temps minimisées, due principalement (~ 65 %) au système tampon bicarbonate, à l’hémoglobine dans les globules rouges (~ 30 %) et aux protéines et phosphates dans le plasma sanguin (~ 5%) (Calvo, Jorge Lorenzo et al., 2021).

La réaction du système tampon bicarbonate conduit à une formation de CO2, en plus du CO2 produit par la filière oxydative. En conséquence, cela augmente le flux de CO2 vers les poumons, entraînant une augmentation de la ventilation pour expirer la quantité de CO2 supplémentaire Cette réaction permet de minimiser les augmentations intra- et extracellulaires de protons H+, synonyme d’augmentation de l’acidité du milieu (Stringer, W et al., 1992).

Cependant, au niveau du SV2, le système tampon bicarbonate n’est plus en mesure de répondre à l’augmentation permanente de la production de protons H+. Cela entraine une accumulation progressive des protons H+, c’est-à-dire, le développement d’une acidose métabolique (Wasserman, Karlman et al., 2011). À cet instant, VE augmente brutalement par rapport à l’augmentation à la fois de VCO2 et de VO2.

On identifiera alors le SV2 grâce au point d’inflexion des rapports VE/VCO2 (figure 10) et VE/VO2 (figure 11).

Le seuil 2 déterminé de cette manière, surestimerait légèrement la puissance au deuxième seuil (déterminé selon la méthode du MLSS) (Caen, Kevin et al., 2021). Le SV2 serait alors proche de la puissance critique ?

Étant donné que les seuils ne sont pas des frontières exactes, le MLSS serait la fourchette basse du seuil 2 et le SV2 ou puissance critique, la fourchette haute.

Éviter les tests de rampes sans mesures physiologiques pour estimer vos seuils. Faits sur home trainer, ces tests estiment le seuil 2 à l’aide d’un pourcentage de la puissance finale atteinte (~ 75 %). Cependant, différents types d’athlètes ont des profils très différents, avec certains atteignant un seuil assez proche de VO2max (on voit ce type de profil chez beaucoup d’athlètes Ironman), et d’autres ayant une « réserve » beaucoup plus grande entre le seuil et VO2max (généralement ceux qui concourent sur de courtes durées). Ces tests de rampes risquent donc de donner une estimation fausse du deuxième seuil.

Puissance critique

La puissance critique (PC) n’est pas une mesure physiologique, c’est un modèle mathématique qui permet d’estimer le deuxième seuil (Poole, David C et al., 2016).

Le calcul est assez simple : il s’agit de faire une régression linéaire du type ax + b sur une courbe puissance-durée. La puissance critique est définie comme l’asymptote de cette courbe.

La relation puissance-durée se construit à partir de 2 à 5 tests maximaux d’une durée d’environ 2 à 20 minutes.

Récemment, l’utilisation des données d’entraînement, sans tests spécifiques, pour estimer la puissance critique a été étudiée, avec des résultats décevants, à l’inverse, les données récoltées sur les courses pourraient s’avérer suffisantes pour modéliser la puissance critique (Spragg J and Leo P., 2020).

Si on compare la puissance critique par rapport au MLSS, il semblerait que la PC soit une surestimation du deuxième seuil (figurez 13, Pringle and Jones., 2002).

Récemment, Maturana et ses collègues (Maturana et al., 2016) ont démontré que la PC surestime en moyenne le MLSS de 20 watts (sur la base de sujets ayant un seuil d’environ 255 watts). C’est une surestimation de 8%, bien que cela puisse sembler peu, si vous roulez 20w au-dessus du MLSS, cela entraînera une augmentation continue de la lactatémie, une fatigue précoce et par conséquent un temps de soutien plus faible.

À noter que la puissance critique peut aussi s’estimer en un seul test de 3 minutes. Ce test implique trois minutes d’exercice “all-out”, c’est à dire sans gestion. Le départ est au sprint et la puissance critique est définie comme la puissance moyenne pendant les 30 dernières secondes du test (Burnley, Mark et al., 2006). Cependant le “3-min all-out” à tendance à surestimer la puissance critique pour les athlètes très entrainés, en conséquence ce test n’est pas recommandé pour ce public.

FTP

Le Functional Threshold Power (FTP), ou seuil fonctionnel de puissance en français, est probablement la méthode de détermination du seuil 2 la plus populaire.

Le concept de FTP est dérivé d’études qui ont montré de fortes corrélations entre la puissance moyenne lors d’un contre-la-montre de 60 minutes et les performances de contre-la-montre de 40 km sur route par rapport au deuxième seuil de lactate (Coyle, E F et al., 1988 ; Coyle, E F et al., 1991). En théorie, le FTP fait donc référence à la puissance maximale qui peut être soutenue pendant 60 min.

En raison de l’exigence d’un test contre-la-montre d’une heure, un test de 20 minutes a été proposé comme alternative, où 95% de la puissance moyenne sur les 20 minutes est considérée comme le FTP (Allen and Coggan, 2006). Cependant, ce coefficient n’a pas été dérivé de la recherche, et récemment, 90 % de la puissance sur 20 minutes a été démontrée comme une meilleure estimation de la puissance sur 60 minutes (MacInnis, Martin J et al., 2018).

Des études récentes ont comparé le FTP aux mesures traditionnelles du deuxième seuil, malheureusement l’accord est médiocre entre les mesures (Borszcz, Fernando Klitzke et al., 2018 ; Klitzke Borszcz, Fernando et al., 2019 ; Inglis, Erin Calaine et al., 2019 ; Jeffries, Owen et al., 2021 ;  Lillo-Beviá, José Ramón et al., 2022 ; Morgan, Paul T et al.,2019). Ce n’est pas surprenant étant donné que le test FTP de 20 minutes est une estimation de la puissance moyenne sur 60 minutes qui elle même est une estimation du deuxième seuil. De plus, le lien entre seuil 2 et puissance moyenne sur 60 minutes peut être vrai à l’échelle de la moyenne d’un groupe, cependant à l’échelle individuelle, le temps de soutien au seuil 2 est très variable. Le temps de soutien est d’ailleurs un facteur entrainable et très important pour la plupart des disciplines d’endurance. Les meilleurs athlètes ont un temps de soutien supérieur à 60 minutes, à l’inverse des athlètes débutant qui ont un temps de soutien souvent inférieur à 45 minutes.

Enfin, il semblerait que le FTP puisse masquer les adaptations physiologiques en réponse à un cycle d’entrainement(Inglis, Erin Calaine et al., 2019). Cette étude menée par le groupe du Dr Murias a montré que, à la suite d’un cycle d’entraînement, le MLSS mesuré selon le protocole standard a progressé mais pas le FTP dérivé d’un test 20 minutes.

Étant donné que le test 20 minutes demande un effort maximal et par conséquent une motivation très élevée, il est possible que le facteur motivation influence les résultats, surtout si l’athlète doit faire des tests 20 minutes après chaque cycle. À l’inverse, un test MLSS ne demande pas un effort maximal, et par conséquent il peut être répété plus régulièrement, permettant ainsi d’établir un suivi fiable des adaptations physiologiques en réponse à un cycle d’entrainement. De plus, le test 20 minutes peut aussi être influencé par la gestion de l’effort, contrairement au test MLSS qui demande une puissance fixée à l’avance.

HRVT2

Comme présenté dans l’article sur le seuil 1, une nouvelle méthode d’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque (VFC) pendant l’effort permettrait de déterminer les seuils avec précision et de manière individualisée (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 élever 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 passé. Cependant, si chaque nouveaux 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 2 en direct, pendant un entrainement. Ainsi, visualiser DFA-alpha1 pourrait aider à s’entrainer à la bonne intensité.

On ne peut cependant pas tout miser sur cette méthode car les seuils universels (0,75 et 0,5), ne semblent pas fonctionner à l’échelle individuelle. 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).

Ce qu’il faut retenir 👇

• La meilleure méthode de détermination du seuil 2 est le test MLSS.
• Les tests palier court (moins de 6 minutes par palier) ou rampe avec seulement la mesure de la lactatémie ne sont pas fiables
• Les tests palier long (plus de 6 minutes par palier) avec seulement la mesure de la lactatémie sont fiables
• Les tests rampe avec mesure des échanges gazeux sont fiables pour déterminer le deuxième seuil, à condition que les seuils soient déterminés manuellement par des experts de la performance.
• Le FTP n’est pas une méthode fiable.
• La puissance critique est la méthode la plus accessible parmi les mesures fiables. Cependant, elle a tendance à surestimer votre deuxième seuil physio, soyez donc prudent lorsque vous déterminez vos intensités d’entraînements.
• En l’état des connaissances de 2024, l’indice DFA-alpha1 avec seuils universels n’est pas recommandable.

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