evolution de la puissance maximale aerobie de l`enfance a l`age

G. FALGAIRETTE, UFR STAPS Clermont Ferrand
EVOLUTION DE LA PUISSANCE MAXIMALE AEROBIE
DE L'ENFANCE A L'AGE ADULTE : INFLUENCE DE
L'ACTIVITE PHYSIQUE ET SPORTIVE
INTRODUCTION
Dès le début du siècle les physiologistes se sont intéressés aux possibilités
bioénergétiques de l'enfant et de l'adolescent et en particulier au métabolisme aérobie.
D'abord peu nombreuses, ces études se sont généralisées et on dispose aujourd'hui
d'une masse d'informations permettant de faire le point sur le sujet. Après avoir défini
les différentes modalités d'expression des possibilités maximales aérobie, cette revue
de la littérature s'organisera à partir du questionnement suivant :
- Quelles sont les possibilités maximales aérobie de l'enfant et de l'adolescent ?
- Quelles normes peut-on établir à partir de ces données ?
- Quelle est la part du génétique et quelle influence peut avoir l'entraînement ?
- Quel rôle peut jouer l'éducation physique et sportive pratiquée en milieu scolaire ?
- Quelle est l'influence de l'âge sur le potentiel moteur qui confère telle ou telle
consommation maximale en oxygène ?
I - MODES D'EXPRESSION DES POSSIBILITES AEROBIE
On peut trouver dans la littérature plusieurs moyens d'exprimer les possibilités
maximales aérobie :
• la consommation maximale en oxygène globale (L.min-1),
• la consommation maximale en oxygène spécifique ou relative (ml02.min -1.kg-1).
• la puissance mécanique développée à V02 max, PMA, globale (watts) ou relative
(watts.kg-1),
• la vitesse de déplacement à V02 max, VDA, au cours de la course à pied, de la
nage...
Chacun de ces modes d'expression fournit une dimension objective ; ces différentes
approches donnent des informations complémentaires permettant de mieux
appréhender un des déterminants bioénergétiques de la performance motrice. La V02
max, globale ou relative, permet de connaître le débit maximal d'énergie disponible à
partir des oxydations. Plus la V02 max d'un sujet est élevée, plus il peut, à partir des
oxydations, alimenter le moteur musculaire. Exprimée de façon globale, la V02 max
donne des informations précieuses sur les dimensions du système de transport de
l'oxygène et des possibilités d'utilisation de l'oxygène au niveau du muscle. Cependant,
l'énergie nécessaire pour courir, par exemple, est fonction d'un certain nombre de
paramètres ; le poids du sujet constitue un élément de pondération particulièrement
important. Afin de pouvoir comparer des sujets présentant des dimensions corporelles
différentes, il est nécessaire de rapporter la V02 max aux dimensions de l'organisme.
La V02 max peut être exprimée par unité de poids corporel, de masse maigre, de taille,
de surface corporelle. L'expression par unité de poids corporel est de loin la plus
utilisée. Cette préférence se trouve justifiée par le caractère linéaire de la relation qui
unit V02 max (ml02,min-1.kg-1) et la vitesse de course à pied par exemple. La V02 max
relative est un témoin plus pertinent que la V02 max globale de l'aptitude à l'exercice
aérobie et constitue un facteur universellement reconnu de la performance motrice pour
des exercices de moyenne à longue durée.
La PMA et la VDA donnent des dimensions opérationnelles correspondant aux
possibilités d'exploitation de la puissance énergétique que représente V02 max. Le
rendement mécanique de l'exercice musculaire, l'efficacité technique, sont des
paramètres qui vont conditionner son utilisation.
Il - CONSOMMATION MAXIMALE EN OXYGENE DE L'ENFANCE A L'AGE ADULTE
La compilation de la littérature permet de disposer aujourd'hui de plus de 60 études de
la V02 max mesurée de façon directe chez des garçons et des filles âgés de 5 à 18
ans. Ces différents travaux (tableau 1) permettent de regrouper plus de 7 000 enfants
par classe d'âge (320 groupes). La bibliographie en fin d'article ne présente que les
études citées dans le texte ; le lecteur peut obtenir des informations complémentaires
en faisant référence à une bibliographie plus complète (Cf. FALGAIRETTE 1987). Les
figures 1 et 3 présentent les résultats de cette compilation. Chaque point correspond à
la valeur moyenne du V02 max pour un groupe de sujets.
Il apparaît une assez grande dispersion des valeurs pour une même classe d'âge, en
particulier après 10-12 ans. Toutes valeurs confondues, les différences peuvent aller du
simple au triple quand V02 max est exprimée en L.min-1 (figure 1) et du simple au
double pour V02 max exprimée en ml02.min-1.kg-1 (figure 3).
A partir des données de la littérature, un traitement statistique (régressions linéaires) a
été réalisé reliant V02 max et l'âge ; sont distingués les garçons des filles, les enfants
sportifs des enfants non sportifs, le type d'ergomètre utilisé (bicyclette, tapis roulant).
Ces distinctions permettent de réduire de façon très nette cette dispersion (figures 2 et
4).
ROBINSON 1938
MORSE 1949
ASTRAND 1952
REINDELL 1959
RODAHL 1951
SPRYNAVORA 1966
KNUTTGEN 1967
WILMORE 1967
CUMMING 1967
EKBLOM 1969
SHEPHARD 1969
BINK 1%9
BAR-OR 1971
HERMANSEN & OSEID 1971
SELIGER 1971
SOBOLOVA 1971
ERIKSSON 1972
IKAI & KITAGAWA 1972
MATSUI 1973
BAILEY 1973
HERMANSEN 1973
SPRYNAVORA 1973
ERIKSSON & SALTIN 1974
ANDERSEN 1974
MACEK 1976
NAGLE 1977
YAMAJI & MIYASHITA 1977
BOTTIN 1977
MACEK & VAVRA 1977
GRANDMONTAGNE 1977
SHEPHARD 1977
CUMMING 1978
MARECHAL 1978
WIRTH 1978
BELL 1980
DAVIES 1980
FLANDROIS 1980
GAILS 1980
KOCH 1980
VACCARO 1980
YOSHIDA 1980
FLANDROIS M. 1980
IMBAR 1981
FLANDROIS 1982
PATERSON 1982
BECKER & VACCARO 1983
CUMMING 1983
KRAENBUHL & PANGRAZI 1983
MACEK & VAVRA 1983
SADY 1983
SARGEANT 1983
SPURR 1983
ANDERSEN 1984
ASANO & KIRAKOBA 1984
BINKHORST 1984
CUNNINGHAM 1984
THOREN & ASANO 1984
VANDEN-EYNDE 1984
CRIEELLARD 1985
CUNNINGHAM & PATERSON 1985
REYBROUCK 1985
YOSHIZAWA 1985
TABLEAU 1 :
Etudes répertoriées concernant la V02 max chez l'enfant et l'adolescent.
FIGURE 1 : Evolution de la V02 max (L.min-1) chez les garçons et les filles de 5
ans à l'âge adulte.
FIGURE 3 : Evolution de la V02 max. (ml02,min-1,kg-1) chez les garçons et les
filles de 5 ans à l'âge adulte.
FIGURE 2
Evolution de la V02 max (L.min-1) chez les garçons (à gauche) et les filles (à
droite), non sportifs, N., sportifs, S. ; épreuves réalisées sur bicyclette (en haut) et
sur tapis roulant (en bas).
FIGURE 4 : Evolution de la V02 max. (m/02.min-1.kg-1) chez les garçons (à
gauche) et les filles (à droite), non sportifs, N., sportifs, S. ; épreuves réalisées
sur bicyclette (en haut) et sur tapis roulant (en bas).
V02 max globale (L.min-1)
SUJETS/AGES
GARCONS
FILLES
SPORTIFS
SPORTIVES
5-6
0.94
0.93
-
7-8
1.38
1.37
-
9-10
1.57
1.57
I185
1.60
1 1-12
1.99
1.76
2.25
2.00
13-14
2.74
2.01
3.18
2.46
15-16
2.92
2.16
3.85
2.77
17-18
3.20
2.00
3.86
-
9-10
51.2
46.5
50.7
51.7
11-12
49.6
42.9
55.3
53.0
13-14
50.6
40.5
56.0
51.0
15-16
51.1
39.3
59.0
52.3
17-18
50.5
36.5
67.0
-
V02 max relative (ml02.min-1.kg-1)
SUJETS/AGES
GARCONS
FILLES
SPORTIFS
SPORTIVES
5-6
46.2
44.5
-
7-8
52.4
46.4
-
TABLEAU 2 :
V02 max des enfants et adolescents âgés de 5 à 18 ans ; moyennes des données
de la littérature (tableau 1) épreuves réalisées sur tapis roulant et sur bicyclette.
Il 1 - CONSOMMATION MAXIMALE EN OXYGENE GLOBALE
A partir des études répertoriées tableau 1, il est possible de donner les dimensions
moyennes de V02 max chez l'enfant et l'adolescent (tableau 2). La V02 max d'un enfant
de 5-6 ans est de l'ordre de 1 + 0.2 L.min-1 et atteint vers 16 ans 3 + 0.4 L.min-1 chez les
garçons et de 2 + 0.3 L,min-1 chez la fille. La consommation maximale en oxygène
(L.min-1) augmente de façon continue et régulière de 5 à 17-18 ans chez le garçon et de
5 à 14-15 ans chez la fille. Le gain annuel moyen est de 0.2 L.min-1 chez les garçons et
de 0.1 L.min-1 chez les filles. Suite à cette augmentation, V02 max tend à se stabiliser
chez le garçon et tend à diminuer chez la fille. Chez l'adulte V02 max diminue avec
l'âge, cette inflexion peut être retardée par l'entraînement. Une augmentation plus nette
de V02 max avec l'âge apparaît chez les enfants sportifs (5 heures d'EPS par semaine
et plus) ; dès 10-12 ans les sportifs présentent une V02 max plus élevée tant chez les
garçons que chez les filles. La différence moyenne entre sportifs et non sportifs est de
18 %. Le gain annuel de V02 max est respectivement de 0.37 L.min-1 et de 0.22 L.min-1
pour les garçons et les filles sportifs, soit près de deux fois l'augmentation annuelle des
enfants non sportifs. Jusqu'à 10-12 ans les différences entre garçons et filles sont
faibles, de l'ordre de quelques pourcents; ensuite les garçons présentent à tout âge une
V02 max plus élevée ; les différences moyennes se situent autour de 40 % chez les
enfants non sportifs et de 30 % chez les enfants sportifs.
D'un point de vue méthodologique, les enfants ayant réalisé l'exercice maximal sur
tapis roulant présentent en moyenne une V02 max plus élevée que ceux ayant effectué
l'exercice sur bicyclette. La différence moyenne de 8 % (garçons sportifs et non
sportifs) est du même ordre que celle rapportée par les études comparant V02 max sur
bicyclette - V02 max sur tapis roulant pour un même groupe d'enfants (ERIKSSON,
1972 ; MACEK, 1976). La raison habituellement invoquée est la mise en jeu d'une
masse musculaire plus importante de par l'action des membres supérieurs dans la
course.
Les équations obtenues après traitement statistique des données de la littérature ne
sont valides que pour les classes d'âges correspondantes ; la V02 max (y, en L.min-1)
est exprimée en fonction de l'âge (x, en année).
V02 MAX L.min
-1
Garçons non sportifs
5-18 ans
Garçons sportifs
10-18 ans
Filles non sportives
5-18 ans
Filles sportives
10-16 ans
BICYCLETTE
TAPIS ROULANT
y = 0,1951 x - 0,35
75 groupes
2033 sujets
y = 0,3625 x - 2,21
26 groupes
247 sujets
y = 0,0539 x + 0,96
44 groupes
1283 sujets
y = 0,2238 x - 0,62
12 groupes
119 sujets
y = 0,2038 x - 0,27
60 groupes
1524 sujets
y = 0,3847 x - 2,36
13 groupes
308 sujets
y = 0,1364 x + 0,29
13 groupes
271 sujets
*
II 2 - CONSOMMATION MAXIMALE EN OXYGENE PAR UNITE DE POIDS
CORPOREL
La compilation des études conduites aux Etats-Unis, au Canada, en Colombie, en
Europe (France, RFA, Belgique, Suède, Norvège, Tchécoslovaquie...) et au Japon
permet de situer la V02 max relative de l'enfant autour de 50 + 6 ml02.min-1.kg-1 chez
les garçons et de 42 + 4 ml02.min-1.kg-1 chez les filles (tableau 2). Comme le montre la
figure 3, les valeurs moyennes des groupes rapportées dans la littérature sont
comprises entre 40 et 65 ml02.min-1.kg-1 pour les garçons et entre 35 et 55 ml02.min1
.kg-1 chez les filles. Il ressort de ces résultats que la V02 max relative est, chez l'enfant,
supérieure à celle du jeune adulte sédentaire.
Les positions des auteurs sur l'évolution de V02 max (exprimée par unité de poids
corporel) au cours de la croissance sont quelque peu divergentes. Les études réalisées
par ASTRAND (1952), REYBROUCK (1985), YOSHIZAWA (1986) indiquent une faible
augmentation de V02 max (ml02.min-1.kg-1) de 5 à 10-14 ans chez le garçon ; la V02
max se stabilise ensuite jusqu'à l'adolescence. L'étude de BAILEY (1973) portant sur
des enfants évalués chaque année entre 8 et 15 ans fait apparaître au contraire une
légère diminution de V02 max à partir de 9 ans ; cet infléchissement s'accentue entre
12 et 15 ans. Ces résultats sont confirmés lorsqu'ils sont rapportés à l'âge osseux
déterminé à partir de radiographies de la main et du poignet. ANDERSEN (1974)
observe également
une légère diminution de V02 max relative chez des garçons de 8 à 14 ans et KEMPER
(1985) une réduction au cours de l'adolescence ; SPURR (1983), par contre ne fait pas
état de différence de 7 à 15 ans. Chez les filles, une augmentation de V02 max peut
être observée de 4-5 à 8-10 ans (ASTRAND, 1952 ; YOSHIZAWA, 1986). A partir de
10-12 ans une diminution de la V02 max relative est ensuite régulièrement constatée.
SHEPHARD et LAVALLEE (1977) ont étudié une population de 546 enfants canadiens
de 6 à 12 ans. Cette étude présente l'avantage de différencier plusieurs groupes en
fonction du sexe, du milieu urbain ou rural, du niveau d'activité physique (sédentaire,
entraîné). Ces auteurs arrivent aux constats suivants : la consommation maximale en
oxygène relative s'accroît chez les garçons jusqu'à l'âge de 10 ans pour décroître
ensuite ; chez les filles, la V02 max demeure stable de 6 à 11-12 ans et diminue par la
suite. Le groupe d'enfants entraînés présente jusqu'à 10 ans une augmentation de V02
max significativement plus importante que le groupe de contrôle. Enfin, la V02 max est
toujours supérieure en milieu urbain ; c'est pourtant en milieu rural que l'augmentation
de V02 max est la plus prononcée.
Il est toujours difficile de rendre compte de résultats pour lesquels des divergences
entre chercheurs apparaissent. Un certain nombre de paramètres seraient nécessaires
pour analyser plus précisément les causes de ces discordances de résultats. Parmi ces
paramètres la quantité et la nature de l'activité physique des enfants étudiés (activité
ludique et/ou entraînement spécifique) jouent certainement un rôle important. La
diversité des critères de croissance utilisés, staturopondéral, âge civil, âge osseux et le
mode d'étude transversal ou longitudinal sont à prendre en compte dans l'analyse, Les
figures 4 et 5 présentent l'évolution de la V02 max (ml02.min-1.kg-1) en fonction de l'âge
civil. Chez le garçon non sportif, le V02 max n'évolue pas ou très peu de 5 à 18 ans et
se situe autour de 48-50 ml02.min-1.kg-1. Chez la fille non sportive, la V02 max exprimée
par unité de poids corporel tend à diminuer avec l'âge; l'évolution de V02 max
(ml02.min-1.kg-1) comporte en fait deux phases distinctes chez la fille (figure 5).
FIGURE 5 : Evolution de la V02 max relative avant et après 11 ans chez les
garçons et les filles : non sportifs, N. et sportifs, S. ; épreuves réalisées sur
bicyclette, B. et sur tapis roulant, T.
Au cours d'une première phase correspondant à la moyenne et à la grande enfance, de
5 à 10-11 ans environ, les possibilités maximales aérobie sont stables ou diminuent
légèrement, V02 max se situe autour de 46 ml02.min-1.kg-1. A cette période les
différences entre garçons et filles sont faibles ; certains auteurs, ASTRAND (1952) en
particulier, n'observent pas avant la puberté de différence significative entre les sexes.
Au cours de la deuxième phase correspondant à la période pubertaire, la
consommation maximale en oxygène diminue de 0.5 à 1 ml02.min-1.kg-1 par an. Les
modifications pondérales à cet âge, l'augmentation de la masse adipeuse chez la jeune
pubère semblent expliquer en partie ces constats. Au cours de la puberté, l'ensemble
des auteurs fait apparaître que, sur le plan de la V02 max, l'écart garçons-filles va en
s'accroissant.
Alors que l'on observe une augmentation de la V02 max globale (L.min-1) très
importante de l'enfance à l'âge adulte, la V02 max relative (rapportée au poids corporel)
atteint, chez les sujets non sportifs, des valeurs élevées dès l'enfance (7-8 ans). Chez
le garçon, la croissance staturopondérale est accompagnée d'un développement
fonctionnel satisfaisant au maintien de possibilités maximales aérobie élevées ; ce n'est
par contre pas le cas chez la fille pour laquelle une diminution de V02 max (ml02.min1
.kg-1) est observée à la puberté. L'augmentation de la masse grasse liée à la puberté
chez la fille ne peut qu'en partie expliquer cet infléchissement.
Le traitement statistique des données de la littérature permet d'obtenir les équations
suivantes :
V02 max ml02.min-1.kg-1
BICYCLETTE
TAPIS ROULANT
Garçons non sportifs
5-18 ans
y = 0,154 x +46,44
91 groupes
2648 sujets
y = 1,33 x +38,43
33 groupes
330 sujets
y = 0,317 x + 48,21
82 groupes
1559 sujets
y = 1,46 x + 34,6
15 groupes
332 sujets
y = -1,205 x+ 54,77
y = - 0,793 x+ 51,27
y = -1,106 x+ 53,20
50 groupes
1315 sujets
y = 0,027 x +51,62
12 groupes
119 sujets
y = - 0,408 x + 49,74
y = 0,058 x + 45,9
y = - 0,0484x + 50,6
44 groupes
836 sujets
Garçons sportifs
10-18 ans
Filles non sportives
Filles 5-18 ans
Filles 5-11 ans
Filles11-18 ans
Filles sportives
10-16 ans
*
y, en ml02.min-1.kg-1; x en année.
III - LES INFLUENCES RESPECTIVES DE L'HEREDITE ET DE L'ENTRAÎNEMENT
SUR LA CONSOMMATION MAXIMALE EN OXYGENE CHEZ L'ENFANT
De grandes différences de V02 max peuvent être observées entre les enfants d'une
même classe d'âge (âge civil et/ou âge biologique). Les valeurs peuvent aller du simple
au double (30-60 ml02.min-1.kg-1). Chercher la raison de ces différences entre individus
revient à s'interroger sur le rôle que jouent les caractères innés, les adaptations et les
transformations induites par le milieu. L'analyse a été conduite à partir de deux
approches, la première repose sur l'étude comparée de jumeaux monozygotes et
dizygotes, la seconde s'intéresse à l'influence de l'entraînement.
III 1 - LE BAGAGE GENETIQUE
D'une manière très générale, les capacités physiologiques et fonctionnelles sont
limitées par la constitution génétique de la personne ; aussi, même avec un programme
d'entraînement particulièrement bien adapté, l'amélioration des possibilités
fonctionnelles est inévitablement limitée par le bagage génétique. La question est de
savoir dans quelle proportion la V02 max est limitée par le génotype et/ou dans quelle
mesure celui-ci peut conditionner le développement de V02 max. Le principe de
l'analyse repose dans la comparaison des différences observées entre jumeaux
monozygotes qui présentent la même carte génétique et jumeaux dizygotes pour
lesquels les cartes génétiques ne sont pas identiques. L'influence du milieu est
considérée comme très voisine pour chacune de ces paires de jumeaux. La
comparaison des différences intra-paires et de leur signification statistique (variance
intra-paire) permet de définir la part de l'hérédité. Un coefficient (H) sur 100 points peut
être attribué pour un paramètre selon sa dépendance génétique. Une valeur de 100
points n'est généralement pas atteinte ce qui laisse à penser que le milieu peut toujours
avoir une influence si minime soit elle. Les principaux travaux réalisés sur les jumeaux
ont été conduits par KLISSOURAS (1971, 1972, 1973), KOMI et KARLSSON (1979) et
PRUD'HOMME (1984). KLISSOURAS (1971, 1972) met en évidence une forte
dépendance génétique (de l'ordre de 93 %) pour V02 max. En 1973, l'auteur confirme
ces observations : l'étude de 39 couples de jumeaux des deux sexes âgés de 9 à 52
ans fait apparaître une dépendance génétique très significative (p < 0,001) pour V02
max (H serait proche de 96 % pour l'ensemble des sujets). Les études conduites par
KOMI et KARLSSON en 1977 et 1979 ne confirment pas cette étroite dépendance
génétique. En effet leurs travaux portant respectivement sur 31 et 46 paires de jumeaux
ne font pas état d'un déterminisme génétique qui soit significatif pour V02 max. Il existe
un désaccord évident entre les données de la littérature sur ce point. L'étude récente
de PRUD'HOMME (1984) concernant l'influence de l'entraînement chez des jumeaux
donne une dimension supplémentaire au problème. L'auteur met en évidence une
composante génétique dans l'influence de l'entraînement sur V02 max.
III 2 - L'INFLUENCE DE L'ENTRAINEMENT
L'étude de l'influence de l'entraînement sur V02 max constitue le deuxième type
d'approche. Un groupe de contrôle est étudié parallèlement au groupe d'étude pour
maîtriser une éventuelle superposition d'influences comme les variations saisonnières,
la croissance... Plus le paramètre étudié est entraînable et plus sa dépendance
génétique est faible et inversement. Depuis un demi-siècle de nombreuses études se
sont penchées sur les possibilités de développement de V02 max par l'entraînement.
Chez l'adulte, il a été montré à plusieurs reprises que la V02 max peut être accrue par
l'entraînement. L'ampleur de cette augmentation varie selon les auteurs. Le plus
souvent celle-ci est comprise entre 10 et 25 %, (ASTRAND, 1980 ; YOSHIDA, 1980 ;
PRUD'HOMME, 1984). Dans certains cas, cette augmentation peut atteindre 40 %
(HICKSSON, 1977). Par contre, d'autres études ne font état d'aucune augmentation
significative après entraînement (HENRITZE, 1985 ; DENIS, 1982).
Les travaux conduits chez l'enfant sont moins nombreux. Sur une population d'enfants
français de 11 à 16 ans, FLANDROIS (1982) et BOTTIN (1977) font apparaître de très
nettes différences entre les groupes d'enfants «sédentaires» et les groupes d'enfants
«entraînés » tant chez les garçons que chez les filles. GRANDMONTAGNE (1977)
présente les résultats d'une étude portant sur des enfants de 10 à 15 ans des deux
sexes : à l'entraînement s'associe une augmentation de la V02 max (ml02.min-1.kg-1)
chez les garçons, une augmentation jusqu'à 13 ans puis une stabilisation chez les filles.
SHEPHARD et LAVALLEE (1977) observent, quant à eux, une diminution de la V02
max relative dès 11 ans chez des enfants canadiens bénéficiant pourtant d'une heure
d'activité physique journalière. Quand on distingue les sujets sportifs des non sportifs
(c'est à dire ne pratiquant pas d'activité sportive en club) on observe (figure 4 et tableau
2) que les enfants sportifs se démarquent assez nettement des autres. A la pratique
sportive correspond une augmentation moyenne de V02 max de 1.5 ml02.min-1.kg-1 par
an chez les garçons et une stabilisation de la V02 max chez les filles. Les différences
entre enfants sportifs et non sportifs sont peu marquées jusqu'à la puberté, en
particulier chez les garçons ; l'écart entre sportifs et non sportifs s'accroît ensuite tant
chez les garçons que chez les filles. La comparaison enfants sportifs - enfants non
sportifs (approche transversale) ne suffit pas pour conclure à une augmentation de V02
max avec l'accroissement de l'activité physique et sportive chez l'enfant. Il est
nécessaire de s'intéresser aux travaux portant sur les modifications induites par
l'entraînement (approche longitudinale). La revue de la littérature permet de répertorier
16 études conduites chez l'enfant et l'adolescent. Les principales informations
concernant l'âge, le sexe, le nombre des sujets, l'entraînement, et les effets sur V02
max (ml02.min-1.kg-1), sont présentées tableau 3. Les avis sont partagés quant à
l'influence de l'entraînement sur la V02 max chez l'enfant. Sur les 16 études
répertoriées, 7 études ne font pas état de modification de V02 max imputable à
l'entraînement ; pour les 9 autres études le gain est compris entre 5 et 40 %.
III 2,1 - L'INFLUENCE DE L'AGE
Chez les garçons et filles de moins de 10 ans, aucune influence d'une activité physique
supplémentaire n'est mise en évidence à l'issue de périodes d'entraînement comprises
entre 7 semaines et 14 mois à raison de 1 à 5 séances par semaine (MOCELLIN et
WASMUD, 1973 ; YOSHIDA, 1980).
Chez des garçons de 10-12 ans, les observations sont divergentes et des études
similaires conduisent à des résultats très différents. Après 8 semaines d'entraînement
intense, STEWART et GUTIN (1976) n'observent aucune augmentation de V02 max
alors que BECKER et VACCARO (1983) font état d'une amélioration de 20 % pour des
conditions très voisines d'entraînement. Suite à des périodes d'entraînement plus
longues à raison de 2-3 séances par semaine les mêmes controverses apparaissent.
SPRYNAROVA (1966) fait état d'une amélioration faible mais significative de V02 max
chez des garçons pratiquant une activité sportive pendant plusieurs années. EKBLOM
(1969) observe un gain de 10 % de V02 max après 6 mois d'entraînement et
ERIKSSON (1972) fait état d'une augmentation de 16 % de V02 max après 4 mois
d'entraînement axé sur l'endurance. Par contre GAISL et BUCHBERGER (1984)
n'observent aucun gain après un entraînement régulier en endurance poursuivi sur
plusieurs années.
Chez des garçons de plus de 12 ans, 9 études peuvent être répertoriées. Trois d'entre
elles ne font état d'aucun gain de V02 max suite à des périodes d'entraînement de 8
semaines à plusieurs années (SARGEANT, 1983 ; DANIEL et OLDRIGE, 1971 ;
DANIELS 1978). Par contre, 6 autres études témoignent d'une amélioration significative
de V02 max comprise entre 10 % (FOURNIER et VACCARO, 1982) et 40 %
(FLANDROIS, 1979).
Une tendance s'exprime à travers l'ensemble de ces résultats, celle d'un effet croissant
de l'entraînement sur V02 max avec l'âge ; en effet, chez le jeune enfant aucune
influence de l'entraînement sur la V02 max n'a été observée ; par contre, pendant la
préadolescence et l'adolescence une augmentation de V02 max par l'entraînement est
constatée par la majorité des études.
Certains auteurs ont tenté de définir de façon précise la période la plus favorable au
développement de V02 max. SPRYNAROVA (1974) observe au cours d'une étude
longitudinale une différence de l'influence de l'entraînement selon l'âge. De 11 à 15
ans, 2 à 4 heures d'activité sportive par semaine déterminent une nette amélioration de
V02 max alors que de 15 à 18 ans, 6 heures par semaine n'ont pas d'effet. KOBAYASHI
(1978) par contre, n'observe pas d'influence avant 13-14 ans et c'est seulement à partir
de l'année qui précède le pic de vélocité de croissance que des améliorations peuvent
être observées. Il semble donc que la préadolescence et l'adolescence sont des
périodes propices au développement des possibilités aérobie mais que, dans l'état
actuel des connaissances, il serait imprudent de donner des indications plus précises.
III 2,2 - LES CARACTERISTIQUES DE L'ENTRAINEMENT
La durée, la fréquence, la nature et l'intensité et de l'entraînement tiennent
vraisemblablement une part non négligeable dans la divergence des résultats
concernant l'influence de l'entraînement. Les conditions d'entraînement varient d'une
étude à l'autre :
- en durée : de quelques semaines à plusieurs années d'entraînement,
- en fréquence : de 2 séances par semaine à un entraînement journalier,
- en nature et en intensité : d'une activité physique et sportive polyvalente dans le cadre
de l'institution scolaire à un entraînement spécifique à l'endurance en club sportif.
Il est, par ailleurs, regrettable que les différentes études ne définissent pas de façon
précise chacun de ces aspects. Le plus souvent l'information se limite à la durée et à la
fréquence de l'entraînement. Seules certaines études comme celle de EKBLOM (1969)
et de ERIKSSON (1972) présentent le contenu du programme d'entraînement.
L'influence des conditions d'entraînement sur le développement de V02 max chez
l'enfant et l'adolescent reste, par conséquent, mal connue. Il est probable qu'il n'existe
pas de règle définie pour toutes les classes d'âge et pour tous les sujets. Il est probable
aussi que l'augmentation de V02 max soit d'autant plus nette que les possibilités
aérobie avant entraînement sont faibles et/ou que les sujets étudiés n'ont pas été
préalablement entraînés. Comme le font apparaître les travaux de SPRYNAROVA
(1966), ERIKSSON (1972), FOURNIER (1982), une fréquence d'entraînement de 3 à 5
séances par semaine axées sur des activités variées marquées par une dominance
d'endurance constitue un contexte favorable au développement de V02 max. Les plus
fortes augmentations de V02 max chez l'adolescent sont pourtant observées suite à un
entraînement journalier intense (FLANDROIS, 1979). Cependant, pour des charges
d'entraînement très lourdes, 18 heures par semaine, l'augmentation de V02 max est
plus faible qu'à la suite d'un entraînement moins pénible et plus progressif (7-10-16
heures par semaine), SEGONDY, 1981). La durée pendant laquelle l'entraînement doit
être mené pour être efficace n'est pas bien définie. Les études de EKBLOM (1969) et
de FLANDROIS (1979) témoignent de l'importance que revêtent les premiers mois
d'entraînement. La quasi-totalité du gain est obtenue après 6 mois d'entraînement et la
poursuite de celui-ci pendant 18 mois (FLANDROIS, 1979) et 32 mois (EKBLOM, 1969)
n'engendre que très peu d'amélioration supplémentaire.
III 2.3 - LA VARIABILITE INDIVIDUELLE
Lorsque l'on rapporte les données de la littérature comme c'est le cas ici, les valeurs
moyennes présentées expriment les tendances générales d'une ou d'un ensemble
d'études. Celles-ci masquent naturellement une grande variabilité interindividuelle : à
l'intérieur d'un même groupe d'étude, il existe toujours des différences non négligeables
entre sujets. Par exemple, pour une augmentation moyenne de 10 % de V02 max après
entraînement certains sujets présentent un gain de 20 voire 30 % alors que pour
d'autres aucun effet n'est observé, L'augmentation de V02 max peut être significative
d'un point de vue statistique sans que pour autant tous les sujets étudiés bénéficient
d'un gain. Plusieurs raisons peuvent être invoquées concernant ces différences entre
sujets. Le niveau d'activité de chacun des sujets avant l'étude peut, dans une certaine
mesure, influencer les résultats. De même, l'activité des sujets en dehors de
l'entraînement et l'influence de l'étude elle-même sur l'activité des sujets constituent
des biais possibles. Le degré de participation des sujets aux séances proposées ne
peut être uniforme ; les motivations ne sont pas nécessairement les mêmes d'un sujet à
l'autre et pour un même sujet tout au long de l'étude. Le programme d'entraînement est
le plus souvent établi pour le groupe d'étude mais ne répond pas nécessairement aux
conditions optimales requises pour chacun des sujets. Les conditions de récupération
varient d'un sujet à l'autre avec l'activité spontanée de ces sujets, leur hygiène de vie
(régime alimentaire, sommeil...), leur rythme de croissance. Enfin, comme le fait
apparaître PRUD'HOMME (1984), les modifications associées à l'entraînement sont
largement dépendantes de l'hérédité ; 75 à 80 % de la variances des réponses à
l'entraînement sont associées à une différence de génotype. Il existe donc des sujets
particulièrement sensibles à l'entraînement et d'autres peu ou pas.
III 2.4 - POTENTIEL AEROBIE DES FIBRES MUSCULAIRES STRIEES
Les études réalisées sur le potentiel aérobie des fibres musculaires striées reposent
sur l'analyse de biopsies musculaires ; cette technique étant très invasive, peu de
travaux sont disponibles chez l'enfant (BELL, 1980 ; ERIKSSON, 1972, 1974 ;
FOURNIER, 1982 : HARALAMBIE, 1981). La distribution moyenne des fibres lentes
(ST) et des fibres rapides (FT), en pourcentage du nombre total de fibres (% n.), est
similaire pour les petits groupes d'enfants étudiés (BELL, 1980 ; ERIKSSON, 1972,
1974) à celle habituellement rapporté chez l'adulte : fibres ST 50-60 %. Chez l'enfant et
l'adolescent, comme chez l'adulte, une amélioration significative de V02 max par
l'entraînement ne s'accompagne pas d'un changement de cette distribution
(ERIKSSON, 1972 ; FOURNIER, 1982). Cela est en accord avec la très forte
dépendance génétique (H, % n. = 98 %) mise en évidence pour ce paramètre par KOMI
et KARLSSON (1979).
Les activités enzymatiques aérobie et le volume mitochondrial par unité de masse
musculaire sont de bons témoins du potentiel aérobie du muscle. L'enfant présente un
potentiel musculaire aérobie supérieur à celui de l'adulte sédentaire (BELL, 1980 ;
ERIKSSON, 1972 ; HARALAMBIE, 1981).
L'entraînement permet une amélioration significative de ce potentiel : chez des garçons
de 11 à 13 ans, ERIKSSON (1972) fait état d'une amélioration de 30 % de l'activité de
la SDH après 6 semaines d'entraînement et, chez les adolescents, FOURNIER (1982)
obtient après 3 mois d'entraînement les mêmes résultats. Cependant, chez les enfants
étudiés par ERIKSSON (1972, 1973), l'amélioration de la V02 max par l'entraînement
n'est pas accompagnée d'un accroissement de la différence artério-veineuse en
oxygène à l'exercice maximal. L'augmentation de débit cardiaque maximal (17 %)
associée à celle du volume d'éjection systolique explique seul l'augmentation de V02
max.
III 3 - LE ROLE DE L'EDUCATION PHYSIQUE ET SPORTIVE
En France, comme dans la majorité des pays d'Europe, 2 à 3 heures par semaine sont
consacrées à l'éducation physique et sportive (EPS) ; ce bilan peut être porté à 4-5
heures pour les enfants engagés dans les rencontres sportives scolaires. Quelles sont
les perspectives de développement de V02 max dans le contexte d'un établissement
scolaire ?
En premier lieu, il est nécessaire de préciser qu'il est difficile de juger du rôle de l'EPS
dans la mesure où d'autres paramètres sont susceptibles d'influencer les résultats tels
que l'environnement socio-culturel, l'activité physique extra scolaire qu'il est difficile de
quantifier. C'est donc dans le cadre d'une contribution de l'EPS et non de son action
exclusive qu'il faut envisager le débat. Les études présentées antérieurement
concernant la V02 max d'enfants non sportifs, c'est à dire ne pratiquant pas d'activité en
club sportif, témoignent d'une stagnation de V02 max (ml02.min-1.kg-1) de l'enfance à
l'âge adulte chez les garçons et d'une diminution avec la puberté chez les filles. Tous
les enfants étudiés sont scolarisés dans les institutions scolaires en France, RFA,
Belgique, Suède, Norvège, Tchécoslovaquie, Canada, USA, Colombie, Japon. Ces
enfants bénéficient d'EPS telle qu'elle prévaut dans ces différents pays. Les conditions
et les soucis qui régissent l'organisation de l'EPS de ces différents pays, horaires,
programmations et contenus d'enseignement ne permettent pas à priori un
développement de V02 max. Chez le garçon, les possibilités maximales aérobie
observées pendant l'enfance ne peuvent être que conservées et l'EPS a probablement
une influence non négligeable pour satisfaire à ce maintien. Cette stabilité de la V02
max relative chez le garçon n'est pas pour autant toujours constatée ; KEMPER (1985)
par exemple, observe une diminution de V02 max au cours de l'adolescence chez des
lycéens ne pratiquant que 2 heures d'EPS par semaine. Chez la fille, la crise pubertaire
induit des modifications telles que V02 max diminue systématiquement en dépit d'une
pratique régulière d'EPS en milieu scolaire ; seule une pratique supplémentaire
d'activité physique peut contrebalancer cette influence. Ce constat très général doit
cependant être nuancé au regard de certains travaux. Les études de ERIKSSON (1972)
et de EKBLOM (1969) ont été réalisées en milieu scolaire et montrent qu'une
amélioration de V02 max peut être obtenue après quelques mois d'EPS dès lors que
l'activité hebdomadaire est accrue et/ou qu'elle s'oriente vers des pratiques corporelles
sollicitant de façon marquée le métabolisme aérobie des élèves. Chez des enfants
français, FLANDROIS (1984) fait état de V02 max très différentes entre enfants
pratiquant selon le cas 1 heure ou 5 heures d'EPS par semaine (garçons, 1 heure
d'EPS : 41-46 ml02.min-1.kg-1, 5 heures d'EPS : 51-54 ml02.min-1.kg-1; filles, 1 heure
d'EPS : 33-37 ml02.min-1.kg-1, 5 heures d'EPS : 41-45 ml02.min-1.kg-1). Pour le groupe
d'enfants ne réalisant qu'une heure d'EPS les valeurs de V02 max sont nettement
inférieures aux données moyennes établies à partir de la littérature chez des enfants du
même âge (11-13 ans). Au contraire le deuxième groupe pratiquant 5 heures d'EPS par
semaine présente des V02 max légèrement supérieures aux normes que nous avons pu
établir. Il apparaît donc que dans certaines conditions (horaires accrus, accent porté
sur des activités à dominante aérobie) l'EPS peut contribuer à développer le potentiel
aérobie de l'enfant. Cette contribution ne peut être que modeste dans la mesure ou
l'EPS est investie d'autres tâches tout aussi importantes.
IV - PUISSANCE MAXIMALE AEROBIE ET RENDEMENT MECANIQUE
La consommation maximale en oxygène représente la puissance énergétique maximale
délivrée à partir des oxydations. Toute l'énergie produite par le muscle n'est pas
transformée en énergie mécanique ; la plus grande partie étant transformée en chaleur.
De plus, la puissance mécanique externe (par exemple la puissance développée sur un
ergomètre) ne témoigne que de façon très partielle de la puissance mécanique totale
développée par les unités motrices des différents groupes musculaires mis en jeu. Il est
intéressant de s'interroger sur l'aptitude de l'enfant à transformer sa puissance aérobie
en puissance mécanique externe. Cela revient à se pencher sur la valeur du rendement
mécanique (énergie externe produite / énergie dépensée). Le calcul du rendement est
réalisé en règle générale à partir d'informations obtenues lors d'exercices
submaximaux. Sur bicyclette ergométrique, le rendement mécanique est chez l'enfant
de l'ordre de 24 % (ASTRAND, 1952) donc très voisin de celui établi pour l'adulte :
23 % (ASTRAND, 1980). L'influence de la durée, de l'intensité et de la nature de
l'exercice reste cependant mal connue et il existe des variations entre individus qui ne
sont pas négligeables ; cela est vrai pour l'enfant comme pour l'adulte. En général le
rendement mécanique du travail musculaire varie entre 20 et 26 % selon les sujets. Des
différences de rendement de quelques pourcents conduisent à des différences non
négligeables en matière de puissance développée et donc de performance ; pour une
V02 max de 50 ml02.min-1.kg-1 un rendement de 20 % permet de développer 3.5 W.kg-1
alors qu'un rendement de 26 % permet de développer 4.5 W.kg-1 soit près de 30 % de
plus. Chez l'enfant comme chez l'adulte, on associe à la puissance maximale aérobie
(PMA) la puissance développée au cours du dernier palier d'un exercice triangulaire
ayant permis d'atteindre la V02 max du sujet. De part l'incrémentation des charges
opérée lors de ce type d'épreuve, la puissance obtenue est le plus souvent
supramaximale (en référence à la PMA) ce qui conduit à une surestimation. Le
rendement mécanique ne variant pas ou peu avec l'âge, l'évolution de la PMA de
l'enfance à l'âge adulte est directement liée à celle de la consommation maximale en
oxygène. A 5-6 ans la PMA se situe autour de 50-60 watts et atteint à 16 ans 150 watts
chez la fille et 220 watts chez le garçon soit un gain annuel respectif de 10 à 15 watts.
Rapportée par unité de poids corporel, la PMA comme la V02 max n'évolue pas ou peu
chez le garçon et approche 4 W.kg-1. Des valeurs très voisines sont observées chez la
fille jusqu'à la puberté puis PMA diminue progressivement pour atteindre 3 W.kg -1 à
l'âge adulte. Comme cela a été mis en évidence pour la V02 max, la PMA est plus
élevée chez les enfants sportifs.
V - VITESSE DE DEPLACEMENT A V02 MAX (VDA)
Nous limiterons l'analyse à la course à pied car c'est le mode de déplacement le plus
naturel et donc le moins perturbé par des différences d'ordre technique. Les
informations à ce sujet sont issues du laboratoire (épreuves sur tapis roulant) et du
terrain. Les épreuves de terrain les plus utilisées chez l'enfant sont celles de COOPER
1968 (distance maximale parcourue en 12 minutes) et de LEGER 1982 (relais navette
de course progressive organisée en paliers). Les performances à ces épreuves de
terrain sont très fortement corrélées avec la consommation maximale en oxygène et
permettent de ce fait une extrapolation de V02 max à partir d'équations ou de table de
conversion établies à cet effet. Les études menées en France (SZCZESNY, 1983,
1985) et en Tchécoslovaquie (SEMETKA, 1976) font apparaître un accroissement des
distances maximales parcourues en 12 minutes (épreuve de COOPER) de l'enfance à
l'adolescence. Chez les garçons, à 7 ans la performance moyenne est de 1700 mètres
et atteint 2600 mètres à 16 ans soit un gain annuel moyen d'une centaine de mètres.
De 16 à 18 ans une relative stagnation est par contre observée. Chez les filles, les
distances parcourues en 12 minutes sont nettement plus faibles ; de 12 à 16 ans, la
performance varie entre 1800 et 2000 mètres et il n'apparaît pas nécessairement de
différence significative entre les classes d'âge. Des observations du même ordre sont
réalisées pour l'épreuve de relais navette ; MERCIER, LEGER et LAMBERT (1983)
observent une augmentation très nette du nombre de paliers réalisés et donc de la
vitesse de course maximale aérobie de 6 à 18 ans. Il apparaît de toute évidence que
les données de terrain concernant l'aptitude à la course de moyenne durée ne
présentent pas la même évolution que V02 max (ml02.min-1.kg-1) de l'enfance à l'âge
adulte. Il existe cependant pour une classe d'âge donnée d’excellentes corrélations
entre performance à ces tests et V02 max ; cela a été démontré à de nombreuses
reprises. Si la V02 max (ml02.min-1.kg-1) est un facteur universellement reconnu de la
performance de moyenne et de longue durée chez l'enfant et chez l'adulte, une même
V02 max ne permet pas pour autant la même performance selon que l'on s'adresse à
l'enfant, l'adolescent ou l'adulte. Les études portant sur le coût énergétique de la
course à pied réalisées sur tapis roulant ou en conditions normales (ASTRAND, 1952 ;
MERCIER, 1983 ; MACDOUGALL, 1983) montrent que pour une vitesse de course
donnée l'énergie dépensée par unité de poids corporel est plus grande chez l'enfant. A
même consommation d'oxygène maximale ou submaximale, la vitesse de course est
donc nettement plus petite chez l'enfant. Ces différences s'estompent progressivement
tout au long de la croissance.
A titre d'exemple, la V02 pour une vitesse de course de 10 km.h-1 lors d'une épreuve de
course navette est à 6 ans de 53 ml02.min-1.kg-1, à 10 ans de 46 ml02.min-1.kg-1, à 15
ans de 38 ml02.min-1.kg-1 et à 18 ans de 33 ml02.min-1.kg-1 (MERCIER, 1983). Sur tapis
roulant, la vitesse moyenne correspondant à une V02 de 50 ml02.min-1.kg-1 est de 11.6
km.h-1 à 8 ans, 12.8 km.h-1 à 11 ans, de 13.6 km.h-1 à 13 ans et de 14.5 km.h-1 à 15 ans
(MACDOUGALL 1983). La raison de la réduction du coût énergétique de la course de
l'enfance à l'âge adulte est encore mal connue. Les dimensions de l'organisme (taille,
enfourchure) jouent un rôle inévitable sur les caractéristiques biomécaniques de la
foulée et sur le coût énergétique de la course à pied. La part croissante avec l'âge que
prend l'énergie d'origine anaérobie dans le bilan énergétique de l'exercice maximal
aérobie et l'amélioration de la coordination motrice constituent également des
explications possibles. L'amélioration de la performance à l'exercice de moyenne ou
longue durée, à intervalle de temps assez large, doit être analysée avec beaucoup de
prudence quand on s'adresse à l'enfant et à l'adolescent. L'enseignant d'EPS et
l'entraîneur sportif en utilisant des modalités d'évaluation fonctionnelle adaptées à l'âge
des enfants peuvent dans une certaine mesure faire la part de l'amélioration du
potentiel aérobie dans l'amélioration de la performance.
CONCLUSIONS
Ce tour d'horizon des données de la littérature permet de dégager la dimension des
possibilités maximales aérobie de l'enfant et de suivre son évolution tout au long de la
croissance chez les garçons, les filles, sportifs ou non sportifs. Les normes qui sont
proposées constituent des références permettant aux chercheurs et aux pédagogues
de comparer leurs résultats aux données moyennes de la littérature. Bien entendu,
comme c'est le cas pour toutes grandeurs biologiques, il existe toujours des variations
d'un sujet à l'autre et les valeurs présentées ne peuvent être considérées comme des
standards. L'enfant, l'adolescent, présentent des V02 max relatives plus élevées que
celles de l'adulte sédentaire. Pour autant, les performances de l'enfant à l'exercice de
moyenne et de longue durées ne sont pas nécessairement meilleures. En effet, lors de
la course à pied par exemple, la dépense énergétique par unité de poids corporel à une
vitesse donnée est chez l'enfant plus élevée que chez l'adulte. La grande enfance et
l'adolescence sont des périodes favorables au développement de V02 max. Cependant,
à l'entraînement ne s'associe pas toujours une augmentation de V02 max. L'entraîneur,
l'enseignant d'EPS, peuvent évaluer les effets des programmes d'entraînement en
utilisant des moyens de contrôle adaptés à l'âge des enfants.
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