L’effet de l’entraînement respiratoire et des stratégies ventilatoires sur la performance de cyclistes professionnels ?

Analyse longitudinale sur 48 semaines chez 10 athlètes d’endurance élite

Etude publiée ici

Résumé

Titre : Effets de l’entraînement respiratoire et des stratégies ventilatoires sur la performance de cyclistes professionnels.

L’objectif de cette étude était d’évaluer les effets d’un protocole combiné d’entraînement respiratoire et de stratégies ventilatoires spécifiques sur la fonction ventilatoire et la performance chez des cyclistes professionnels.

Dix athlètes (177 cm ± 9 cm ; 65 kg ± 6 kg ; VO₂max : 90,6 ± 5,2 ml·min⁻¹·kg⁻¹) ont suivi un protocole de 48 semaines intégrant un entraînement inspiratoire à résistance progressive (Powerbreathe® K4) et des exercices en isocapnie (Breathe Way Better®), répartis en 6 phases incluant coordination, endurance, tolérance au dioxyde de carbone (CO₂) et renforcement ventilatoire.

Des mesures régulières de spirométrie inspiratoire et expiratoire, ainsi que des paramètres physiologiques (consommation maximale d’oxygène [VO₂max], volumes courants [TV], fréquences respiratoires [Rf], seuils ventilatoires [VT1 et VT2], puissance à VO₂max absolue et relative) ont été réalisées.

Les résultats montrent une amélioration de la VO₂max (+2,9 %), des puissances au VT1 (+10,7 %) et VT2 (+9,7 %), ainsi qu’une réduction significative des fréquences respiratoires aux seuils ventilatoires. Ces gains sont associés à une augmentation des volumes courants, suggérant une baisse du coût ventilatoire et une meilleure tolérance au CO₂. Aucune variation significative n’a été observée sur la ventilation minute (VE), traduisant une amélioration de l’efficacité ventilatoire.

Ces résultats confirment que l’entraînement respiratoire combiné à une stratégie ventilatoire ciblée améliore les déterminants ventilatoires et la performance aérobie, notamment via une diminution du metaboreflexe respiratoire et de la perception de l’effort (RPE).

Mots-clés : entraînement respiratoire, stratégie ventilatoire, cyclisme, ventilation, VO₂max, metaboreflexe

Introduction

Contexte

La performance en cyclisme, tout comme dans les autres disciplines d’endurance, repose sur une interaction complexe entre des facteurs mécaniques, physiologiques et environnementaux.

Les modèles prédictifs de la performance en cyclisme intègrent l’ensemble des variables déterminant l’efficience du déplacement, incluant la production de puissance musculaire, les résistances aérodynamique, gravitationnelle et de roulement, ainsi que les caractéristiques physiologiques propres à l’athlète.

Ces approches mettent particulièrement en évidence le rôle central des capacités aérobies, parmi lesquelles la consommation maximale d’oxygène (VO₂max), l’économie de pédalage et la résistance à la fatigue musculaire occupent une place prépondérante.

Dans le cadre d’un effort contre-la-montre, caractérisé par une intensité soutenue et une forte sollicitation du métabolisme aérobie, la puissance produite au seuil lactique (LTw) s’impose comme un déterminant clé de la performance chez les cyclistes entraînés.

Cette variable physiologique constitue un marqueur intégré des capacités d’oxygénation musculaire, dans la mesure où elle reflète simultanément la consommation maximale d’oxygène (VO₂max) et l’économie de pédalage, c’est-à-dire la quantité d’oxygène nécessaire pour produire une puissance mécanique donnée.

Une LTw élevée traduit ainsi la capacité de l’athlète à maintenir une intensité proche de sa VO₂max tout en optimisant le coût énergétique de l’effort, ce qui s’avère déterminant pour les épreuves chronométrées de moyenne et longue durée ^1,2.

Ces observations mettent en évidence la nécessité d’optimiser simultanément le rendement énergétique et le potentiel aérobie pour maintenir un effort soutenu à haute intensité.

Toutefois, en focalisant l’analyse principalement sur les composantes cardiovasculaires et musculaires périphériques, ces modèles tendent à négliger un maillon fonctionnel essentiel dans le continuum de l’approvisionnement en oxygène : le système ventilatoire.

Or, certaines études pointe désormais une dissociation frappante entre l’importance physiologique des muscles respiratoires et le peu d’attention qui leur est accordé dans les stratégies d’entraînement.

De manière paradoxale, les muscles respiratoires des athlètes d’endurance hautement entraînés constituent un exemple remarquable de groupe musculaire présentant une sous-adaptation structurelle par rapport aux exigences de leur discipline ³.

Alors que le système cardiovasculaire et la musculature périphérique de ces athlètes affichent des adaptations profondes à l’entraînement, les muscles ventilatoires, notamment le diaphragme, mais également les intercostaux internes et externes, ainsi que le muscle transverse dans le cadre de l’expiration active, demeurent relativement "sous-développés".

Cette sous-adaptation relative pourrait compromettre leur efficacité mécanique ainsi que leur résistance à la fatigue, en particulier dans des contextes d’efforts prolongés et à haute intensité, où les exigences ventilatoires sont considérablement accrues.

Par ailleurs, il a été démontré qu’au cours d’exercice réalisé à la consommation maximale d’oxygène (VO₂max), les muscles respiratoires peuvent mobiliser jusqu’à 15 à 20 % de la consommation totale d’oxygène et du débit sanguin systémique chez les athlètes d’endurance hautement entraînés, tandis que cette proportion ne dépasse généralement pas 8 à 10 % chez des sujets non entraînés ^4–6.

Cette demande métabolique élevée traduit une sollicitation importante des muscles ventilatoires dans les contextes d’effort intense.

En l’absence d’adaptations spécifiques ciblant ces muscles, une telle exigence physiologique peut contribuer à l’installation d’une fatigue respiratoire marquée, susceptible d’altérer la tolérance à l’exercice et de représenter un facteur limitant significatif de la performance aérobie prolongée.

En complément, des données issues de la spectroscopie proche infrarouge (NIRS) ont mis en évidence une inadéquation entre l’apport en oxygène et les besoins métaboliques des muscles respiratoires au cours d’exercices de haute intensité, se traduisant par un état de désoxygénation localisé de ces muscles ⁷.

Cette observation suggère que, chez les athlètes entraînés, les exigences métaboliques des muscles respiratoires peuvent excéder leur capacité d’approvisionnement en oxygène dans des contextes d’effort intense, conduisant ainsi à une fatigue diaphragmatique prononcée, susceptible de constituer un facteur limitant direct de la performance aérobie ⁸.

Par ailleurs, de nombreuses études ont mis en évidence le rôle fondamental de la fonction des muscles respiratoires dans la performance en endurance ^9,10.

La littérature scientifique montre également que les programmes traditionnels d’entraînement spécifiques aux disciplines d’endurance ne semblent pas fournir un stimulus suffisant pour induire des adaptations significatives au niveau des muscles respiratoires, tant en termes de force que d’endurance ^11,12.

Malgré le fait que les premières données probantes sur la possibilité d’améliorer la force et l’endurance des muscles respiratoires chez des individus en bonne santé grâce à un entraînement ciblé remontent à près de cinquante ans ¹³, l’efficacité de l’entraînement respiratoire ou Respiratory Muscle Training (RMT) a longtemps fait l’objet de controverses ^14,15.

Cette absence prolongée de consensus scientifique sur l’efficacité du RMT peut s’expliquer par des divergences méthodologiques dans l’évaluation de ses effets ainsi que par d’autres facteurs tels que la prescription d’entraînements inappropriés, l’absence de groupes placebo ou contrôles fictifs, les faibles effectifs, ou encore un manque de rigueur dans la supervision de la mise en œuvre du RMT ¹⁶.

Un autre obstacle majeur est la difficulté d’identification objective de la fatigue des muscles respiratoires, souvent non détectée lors des tests d’efforts cardiorespiratoires classiques, généralement trop courts et d’intensité insuffisante pour solliciter ces muscles de manière significative ¹⁷.

En revanche, des protocoles plus longs et plus spécifiques à l’endurance permettent de mieux reproduire les contraintes physiologiques induites par l’exercice prolongé, mais demeurent peu utilisés en raison de leur complexité méthodologique et de leur faible reproductibilité en laboratoire.

En conséquence, la fonction des muscles respiratoires en tant que facteur potentiellement limitant de la performance en endurance a longtemps été sous-estimée.

Toutefois, les données les plus récentes issues de la littérature scientifique mettent en évidence des effets significatifs de l’entraînement des muscles respiratoires sur la performance, observés à travers une diversité de protocoles expérimentaux, incluant des tests incrémentaux intermittents, des exercices à charge constante ainsi que des épreuves contre-la-montre.

Le RMT induit des adaptations fonctionnelles notables, telles qu’une amélioration de la force et de l’endurance des muscles respiratoires, une diminution de la dyspnée perçue ainsi qu’une réduction de la fatigue ventilatoire, y compris dans des contextes hypoxiques ^18–20.

Ces bénéfices résultent principalement d’une amélioration de l’efficacité mécanique ventilatoire et d’une résistance accrue à la fatigue des muscles respiratoires.

Ces adaptations favorisent un retardement de l’activation, voire une atténuation de l’intensité du metaboreflexe respiratoire, un mécanisme réflexe d’origine sympathique qui, en réponse à la fatigue diaphragmatique, induit une vasoconstriction des muscles locomoteurs dans le but de préserver la perfusion des muscles ventilatoires ²¹.

En limitant l’apparition de ce phénomène, le RMT contribue ainsi à maintenir le débit sanguin périphérique, réduisant l’impact systémique de la fatigue induite par l’exercice, et soutenant ainsi la performance aérobie.

Malgré ces avancées scientifiques et les bénéfices documentés, le recours au RMT demeure encore marginal dans les pratiques des entraîneurs de la préparation physique ²².

Dans le prolongement des bénéfices associés au renforcement des muscles ventilatoires via le RMT, des travaux récents ont mis en lumière l’impact significatif d’autres stratégies respiratoires, notamment celles reposant sur une modulation volontaire du rythme ventilatoire, susceptibles d’influencer des paramètres physiologiques clés impliqués dans la régulation de la performance sportive ^23–25.

Il est désormais bien établi que la ventilation, lorsqu’elle est consciemment contrôlée, peut moduler de manière phasique l’activité vasoconstrictrice sympathique au cours du cycle respiratoire, influençant ainsi la régulation hémodynamique systémique ²⁶.

Cette interaction étroite entre les systèmes respiratoire et cardiovasculaire souligne le potentiel ergogène de certaines techniques respiratoires dans un cadre d’optimisation de la performance.  

Parmi ces approches, la respiration volontaire lente (SPB, slow-paced breathing) suscite un intérêt croissant dans la littérature scientifique. Cette technique permet une augmentation du volume courant accompagnée d’une réduction de l’espace mort alvéolaire, améliorant ainsi l’efficacité des échanges gazeux.

De surcroît, elle favorise une synchronisation optimisée entre les systèmes ventilatoire et cardiaque, comme en témoignent l’augmentation de la variabilité de la fréquence cardiaque (HRV) et la sensibilisation des barorécepteurs ²⁷.

Ces effets traduisent une modulation bénéfique de l’activité autonome, notamment une prédominance parasympathique, pouvant contribuer à une meilleure régulation du stress physiologique induit par l’effort ²⁶, cela se traduisant par une amélioration des performances sur des efforts prolongés ²⁴.

Dans ce contexte, la respiration diaphragmatique apparaît également comme une modalité complémentaire particulièrement prometteuse.

En mobilisant pleinement le diaphragme, elle permet une ventilation plus profonde et plus efficiente, facilitant une meilleure expansion des bases pulmonaires et optimisant les échanges gazeux au niveau alvéolaire.

En augmentant le volume courant tout en réduisant la fréquence respiratoire, cette stratégie favorise une oxygénation tissulaire accrue, en augmentant de manière contrôlée la pression partielle en CO₂ (PpCO₂) afin de maximiser l’effet Bohr et retarde l’apparition de la fatigue ventilatoire. Ces adaptations physiologiques concourent à renforcer la capacité d’endurance et la tolérance à l’effort prolongé, constituant ainsi un levier ergogène pertinent pour améliorer la performance aérobie chez les athlètes d’endurance.

Des recherches récentes ont démontré que la respiration diaphragmatique pouvait améliorer de manière significative l’endurance des athlètes en réduisant la demande métabolique des muscles respiratoires, tout en augmentant leur efficacité dans l’utilisation de l’oxygène, et ce, particulièrement lors d’exercices de longue durée ^28,29.

Cette amélioration de l'efficacité respiratoire et de la gestion de l’effort contribue ainsi à une performance aérobie prolongée, en réduisant la sensation de fatigue et en permettant aux athlètes de maintenir des niveaux d’effort plus élevés sur une période prolongée.

Enfin, il a été démontré qu’un schéma ventilatoire de type diaphragmatique est associé à de meilleurs résultats aux tests de fonction pulmonaire.

Toutefois, certaines études ont révélé la présence de schémas respiratoires dysfonctionnels chez une proportion non négligeable d’athlètes, suggérant qu’une évaluation systématique des patterns ventilatoires, couplée à l’intégration d’exercices respiratoires ciblés, pourrait s’avérer essentielle pour promouvoir une respiration fonctionnelle efficiente et maximiser les bénéfices de la ventilation ^25,29.

Au cours des dernières décennies, la compréhension des déterminants physiologiques de la performance en endurance, notamment en cyclisme, a considérablement progressé. Les modèles prédictifs actuels mettent en évidence l’importance centrale des capacités aérobies maximales (VO₂max), de l’économie de pédalage et de la tolérance à la fatigue musculaire.

Toutefois, ces approches se concentrent essentiellement sur les adaptations cardiovasculaires et musculaires périphériques, négligeant souvent un maillon fonctionnel essentiel : la ventilation.

Or, chez les athlètes d’endurance hautement entraînés, les muscles respiratoires, en particulier le diaphragme, présentent une relative sous-adaptation au regard des sollicitations mécaniques et métaboliques auxquelles ils sont exposés lors d’efforts prolongés.

À haute intensité, ces muscles peuvent mobiliser jusqu’à 20 % de la consommation totale d’oxygène, générant une fatigue respiratoire susceptible d’activer le metaboreflexe ventilatoire, un mécanisme délétère pour la performance.

Malgré des preuves croissantes en faveur de l’efficacité de l’entraînement respiratoire sur la fonction ventilatoire et la tolérance à l’effort, ce levier d’optimisation reste peu intégré dans les programmes d’entraînement, en raison d’un manque de consensus sur ses modalités d’application et ses effets transférables à la performance réelle.

De plus, les stratégies ventilatoires appliquées en contexte dynamique (conscientisation, coordination, tolérance au CO₂) sont rarement explorées de manière systématique.

Dans ce contexte, il apparaît nécessaire d’évaluer l’impact d’un protocole combinant entraînement respiratoire et stratégie ventilatoire intégrée sur les déterminants ventilatoires et les marqueurs de performance chez des cyclistes professionnels.

Problématique 

Dans ce contexte, la ventilation ne peut plus être considérée comme un simple processus automatique de soutien à l’effort, mais bien comme une compétence physiologique spécifique, entraînable, et modulable en fonction des contraintes de la performance.

Pourtant, si les effets du RMT sur la fonction ventilatoire sont de plus en plus documentés, leur transposition directe dans les disciplines d’endurance, et notamment en cyclisme professionnel, reste encore peu explorée.

La question centrale devient alors , dans quelle mesure un protocole structuré combinant renforcement inspiratoire et stratégies ventilatoires intégrées à l’effort peut-il contribuer à optimiser la performance aérobie chez des athlètes déjà hautement entraînés ?

Hypothèse

Dans cette perspective, il apparaît nécessaire de formuler des hypothèses spécifiques permettant d’évaluer l’impact réel d’un protocole combinant entraînement inspiratoire et stratégies ventilatoires appliquées à l’effort.

Trois axes principaux guident ainsi cette investigation.

Premièrement, l’entraînement respiratoire ciblé est supposé améliorer plusieurs paramètres ventilatoires clés, tels que le volume expiratoire maximal par seconde (FEV₁), le volume expiratoire maximal (FEV₆), le S-Index, le débit inspiratoire de pointe (PIF), ainsi que les volumes pulmonaires globaux.

Deuxièmement, l’intégration de stratégies ventilatoires dynamiques pendant l’exercice est censée favoriser le transfert fonctionnel de ces adaptations statiques vers des contextes d’effort représentatifs des exigences compétitives.

Enfin, la combinaison de ces deux approches, renforcement de la fonction ventilatoire au repos et optimisation du schéma respiratoire en condition d’exercice, devrait se traduire par une amélioration de l’économie de pédalage et, in fine, par une augmentation mesurable de la performance aérobie chez des cyclistes d’élite.

Méthodologie

Cette étude s’inscrit dans une démarche longitudinale d’intervention, de type quasi-expérimental à mesures répétées, menée sur une période de 48 semaines.

Elle vise à évaluer l’effet d’un protocole combinant un entraînement inspiratoire spécifique (via résistance variable), un entrainement en isocapnie et des stratégies ventilatoires intégrées à l’effort, sur les performances ventilatoires et physiologiques de cyclistes professionnels.

L’absence de groupe contrôle est compensée par une approche intra-sujets rigoureuse (pré/post intervention), fondée sur des mesures ventilatoires et de performance réalisées mensuellement.

Ce design permet de suivre l’évolution individuelle et collective des paramètres au fil du temps, tout en tenant compte des spécificités liées au haut niveau de pratique et à l’impossibilité éthique de retirer des composantes d’entraînement potentiellement bénéfiques à des athlètes professionnels.

L’ étude s’inscrit dans une logique d’évaluation écologique appliquée, avec une volonté de transférabilité directe vers la pratique du terrain.

Participants

Le groupe étudié se compose de dix athlètes professionnels spécialisés dans les disciplines d’endurance (cyclisme et triathlon), qui ont décidé d’ajouter de l’entraînement respiratoire à leur planification et de développer des stratégies ventilatoires à l’effort afin d’optimiser leur performance.

Ces profils présentent des caractéristiques anthropométriques et physiologiques homogènes, cohérentes avec les standards de performance observés dans les sports d’endurance de haut niveau.

La taille moyenne des participants est de 177 ± 9 cm, ce qui reflète une morphologie compatible avec une bonne efficacité biomécanique dans les activités cycliques.

Le poids corporel moyen est de 64,5 ± 6,1 kg, traduisant un rapport poids/taille favorable, souvent recherché dans les disciplines d’endurance pour optimiser le rapport puissance/poids.

Avant la mise en œuvre du protocole d’entraînement respiratoire, l’ensemble des participants a été soumis à une spirométrie inspiratoire et expiratoire ainsi qu’un test d’effort incrémental permettant d’évaluer les capacités aérobies, ventilatoires et mécaniques.

Ces mesures ont servi de référence initiale pour quantifier les effets de l’intervention.

Les paramètres ventilatoires mesurés en statique mettent en évidence un profil ventilatoire performant, cohérent avec le statut d ’athlètes d’endurance hautement entraînés.

Le volume expiratoire maximal en une seconde (FEV₁) s’élevait en moyenne à 5,09 L, tandis que le volume expiratoire sur six secondes (FEV₆) atteignait 6,12 L, indiquant une bonne capacité à maintenir un débit ventilatoire élevé durant une expiration prolongée.

Le rapport FEV₁/FEV₆, estimé à 0,832, suggère une dynamique expiratoire efficiente, sans signe de limitation fonctionnelle.

Du côté inspiratoire, les athlètes affichaient un débit inspiratoire maximal (PIF) de 8,0 L/s, témoignant d’une puissance inspiratoire élevée.

Le volume inspiratoire mobilisable était quant à lui de 5,1 L, ce qui reflète une capacité pulmonaire exploitable importante.

Enfin, l’indice de saturation inspiratoire (S-index), qui intègre la force et la coordination des muscles inspiratoires lors d’une inspiration contre résistance, présentait une valeur moyenne de 145 cmH₂O, indiquant une excellente performance musculaire inspiratoire avant même le début du protocole.

Pour une meilleure vue d’ensemble, ces différents paramètres sont résumés ci-dessous dans le tableau 1.

Tableau 1 : Paramètres ventilatoires des participants avant protocole (n = 10)

Paramètres	Valeur moyenne
FEV₁ (L)	5,09
FEV₆ (L)	6,12
FEV₁/FEV₆	0,832
S-Index (cmH₂O)	145
PIF (L/s)	8,00
Volume inspiratoire (L)	5,10

Sur le plan physiologique, ces athlètes présentent une consommation maximale d’oxygène (VO₂max) particulièrement élevée, avec une moyenne de 89,87 ± 3,2 ml·min⁻¹·kg⁻¹.

Ce niveau exceptionnel de VO₂max constitue un marqueur objectif de leur capacité aérobie supérieure, largement au-dessus des valeurs généralement rapportées chez des populations sportives amateurs ou même élites dans certaines disciplines.

Une telle valeur illustre non seulement une excellente capacité d’absorption, de transport et d’utilisation de l’oxygène au niveau musculaire, mais également une efficacité cardiovasculaire et ventilatoire remarquable, conditions essentielles à la performance dans les épreuves d’endurance de longue durée.

Les seuils ventilatoires étaient également élevés, avec un seuil ventilatoire 1 (VT1) de 52,65 ± 2,99 ml·min⁻¹·kg⁻¹ et un seuil ventilatoire 2 (VT2) de 78,82 ± 3,8 ml·min⁻¹·kg⁻¹.

Ces valeurs confirment un profil d’endurance bien entraîné, capable de soutenir un haut pourcentage de la VO₂max sur des durées prolongées.

D’un point de vue ventilatoire, les données révèlent une fréquence respiratoire (Rf) maximale à VO₂max de 58,4 cycles·min⁻¹, ainsi qu’un volume courant de 3,31 L, témoignant d’une importante mobilisation des muscles respiratoires en situation d’effort intense.

Les volumes courants observés aux seuils ventilatoires restaient également élevés, avec 2,65 L au VT1 et 3,65 L au VT2.

En parallèle, la ventilation minute atteignait 193,3 L·min⁻¹ à VO₂max, et s’établissait respectivement à 173,12 L·min⁻¹ (VT2) et 65,61 L·min⁻¹ (VT1), confirmant une ventilation efficace et proportionnée à la demande métabolique.

Comme précédemment, ces valeurs moyennes assorties de leur écart-type sont rassemblées dans le tableau 2.

Tableau 2. Caractéristiques physiologiques des participants avant intervention (n = 10, moyenne ± écart-type)

	Paramètres	Avant protocole (moyenne ± ET)
VO₂max (ml/min/kg)	90,6 ± 5,2
Seuil ventilatoire 2 – VT2 (ml/min/kg)	78,82 ± 3,8
Seuil ventilatoire 1 – VT1 (ml/min/kg)	52,65 ± 2,99
Fréquence respiratoire à VO₂max (Rf/min)	58,4
Fréquence respiratoire au VT2 (Rf/min)	47,43
Fréquence respiratoire au VT1 (Rf/min)	24,76
Volume courant à VO₂max (L)	3,31
Volume courant au VT2 (L)	3,65
Volume courant au VT1 (L)	2,65
Ventilation minute à VO₂max (L/min)	193,30
Ventilation minute au VT2 (L/min)	173,12
Ventilation minute au VT1 (L/min)	65,61

Sur le plan de la performance mécanique, les athlètes présentaient une puissance maximale au VO₂max de 425,76 ± 24,11 W, ce qui correspond à une puissance relative de 6,50 W·kg⁻¹, confirmant un excellent rendement mécanique.

Les puissances atteintes aux seuils ventilatoires étaient également élevées, avec 297,52 ± 24,54 W pour le VT1 (soit 4,54 W·kg⁻¹) et 387,76 ± 28,51 W pour le VT2 (soit 5,92 W·kg⁻¹), traduisant une capacité à soutenir des intensités élevées avant l ’apparition d’une accumulation importante de lactate et des ions d'hydrogène associés.

Ces différents paramètres sont résumés ci-dessous dans le tableau 3.

Tableau 3. Caractéristiques de performance des participants avant intervention (n = 10, moyenne ± écart-type)

Paramètres	Avant protocole (moyenne ± ET)
Puissance à VO₂max (W)	425,76 ± 24,11
Puissance au VT1 (W)	297,52 ± 24,54
Puissance au VT2 (W)	387,76 ± 28,51
Puissance relative à VO₂max (W/kg)	6,50
Puissance relative au VT1 (W/kg)	4,54
Puissance relative au VT2 (W/kg)	5,92

L’ensemble de ces données constitue un profil fonctionnel particulièrement robuste, fournissant un point de départ pertinent pour évaluer l'impact d'un programme structuré d'entraînement des muscles respiratoires sur la performance globale.

Protocole

Introduction au protocole Ventiltory strategies & training

Le protocole d'entraînement ventilatoire mis en place dans cette étude se nomme « Ventilatory strategy and training » et s'appuie sur une approche systémique et hiérarchisée du développement de la fonction respiratoire, il peut être résumé par la figure suivante.

Figure 1 : Pyramide de la performance ventilatoire, d’après Cyril RICCI

Cette pyramide propose une organisation progressive des leviers ventilatoires contribuant à la performance, allant de la conscientisation respiratoire jusqu'à l’intégration pratique en situation de compétition.

À la base de cette pyramide se trouvent la conscientisation, la mobilité et la coordination ventilatoires.

Ces fondations sont essentielles pour permettre à l’athlète de prendre le contrôle volontaire de sa ventilation, une fonction normalement automatique, et de moduler le volume courant (TV) et la fréquence respiratoire (Rf) selon les exigences de l’effort (durée, intensité, modalité, environnement).

Une telle maîtrise permet d’optimiser le volume ventilatoire total (Ve = TV × Rf), de réduire le coût énergétique de la ventilation, et d’assurer une meilleure stabilité hémodynamique et neuromusculaire à l’effort.

Le second niveau de la pyramide correspond au développement de la force et de la résistance des muscles ventilatoires.

Il s’agit ici de maintenir la capacité contractile et la capacité de relâchement de l’ensemble des muscles impliqués dans la ventilation.

Ils sont plus de 80 au total avec notamment le diaphragme, les intercostaux et les abdominaux profonds qui jouent un rôle déterminant.

Le renforcement de ces muscles permet d’augmenter la pression générée à chaque cycle respiratoire, d’assurer une ventilation efficace à haute intensité tout en résistant à la fatigue sur la durée, qui est une condition essentielle pour minimiser le déclenchement du réflexe métabolique respiratoire, connu pour détourner le flux sanguin des muscles locomoteurs au profit du système ventilatoire.

Le troisième pilier concerne la tolérance au CO₂, un déterminant clé dans la régulation autonome de la fréquence ventilatoire.

L’augmentation de la pression partielle en dioxyde de carbone (PaCO₂) constitue l’un des principaux stimuli de la ventilation.

Or, une tolérance accrue au CO₂ permet de limiter l’hyperventilation réflexe et de maintenir une fréquence respiratoire plus basse pour un même volume minute, réduisant ainsi la proportion d’air ventilé inutilement dans l’espace mort anatomique et le cout énergétique de la ventilation.

Cette adaptation vise à maintenir un volume courant élevé malgré l’intensité croissante de l’effort, réduisant ainsi la ventilation alvéolaire inefficace et optimisant l’extraction d’oxygène au niveau musculaire grâce aux effets Bohr et Haldane.

L’ ultime étage de cette pyramide est celui de l’intégration, entendue comme la transposition stratégique et consciente des compétences ventilatoires acquises, à savoir la conscientisation, la mobilité, la coordination, la force et l’endurance des muscles respiratoires ainsi que la tolérance au CO₂, vers les situations spécifiques d’entraînement et de compétition.

Cette phase constitue l’aboutissement du processus d’optimisation respiratoire, elle implique non seulement la maîtrise technique des mécanismes ventilatoires mais également leur application contextuelle, adaptée aux contraintes propres à chaque effort (durée, intensité, mode continu ou intermittent), à l’environnement (thermique, hypoxique), ou encore à la posture (notamment en position de contre-la-montre). C’est dans cette capacité à mobiliser une stratégie ventilatoire individualisée que la ventilation devient un véritable levier de performance.

Le protocole ventilatoire présenté dans cette étude s’est ainsi appuyé sur cette logique, structuré en cycles successifs, visant à développer ces différentes capacités de manière synergique, afin de potentialiser l’ensemble des composantes respiratoires pour maximiser leur transfert vers la performance sportive en endurance.

Outils du protocole

Trois dispositifs principaux ont été mobilisés au cours du protocole afin de répondre aux différents objectifs d’entraînement respiratoire, allant de la prise de conscience ventilatoire à l’évaluation des capacités fonctionnelles des muscles respiratoires.

A.    Breathe Way Better® – Outil isocapnie

Tous les athlètes ont débuté le protocole avec un entraînement en isocapnie à l’aide de l’appareil Breathe Way Better®.

Cet outil constitue une composante centrale de l’approche méthodologique, en permettant un travail contrôlé de la ventilation sans modification significative de l’équilibre acido-basique (maintien de la capnie).

L’entraînement en isocapnie présente plusieurs avantages physiologiques majeurs qui en font une composante essentielle du protocole d’optimisation ventilatoire.

En premier lieu, il permet une conscientisation active de la ventilation, en incitant l’athlète à prendre le contrôle volontaire de variables respiratoires telles que le volume courant (TV) et la fréquence ventilatoire (Rf).

Cette prise de contrôle constitue la base de toute stratégie ventilatoire efficace à l’effort.

Par ailleurs, les exercices en isocapnie facilitent la mobilisation fonctionnelle des muscles ventilatoires, en particulier du diaphragme, des muscles intercostaux (internes et externes), ainsi que des abdominaux profonds.

Cette sollicitation ciblée contribue à restaurer ou améliorer la mécanique ventilatoire, tant sur le plan inspiratoire qu’expiratoire.

Ce travail favorise également une meilleure coordination neuromusculaire des chaînes ventilatoires, en renforçant la synchronisation des groupes musculaires impliqués dans les cycles respiratoires.

Cette coordination est essentielle pour maintenir une ventilation efficace à haute fréquence, sans dégradation du volume courant.

Enfin, le maintien de volumes courants élevés sur des durées prolongées, à fréquence modulée, permet de développer l’endurance des muscles ventilatoires, en les adaptant progressivement aux contraintes métaboliques rencontrées lors d’exercices d’endurance à intensité croissante.

Cette modalité d’entraînement a été conservée tout au long du protocole, avec une modulation des paramètres d’intensité, de fréquence et de durée selon les objectifs de chaque phase.

B.    Powerbreathe® K4 – Entraînement inspiratoire à résistance variable

À partir de la sixième semaine, les athlètes ont intégré l’usage du Powerbreathe® K4, un appareil portable permettant un entraînement inspiratoire contre résistance variable.

Ce dispositif a été utilisé pour solliciter spécifiquement la force, la puissance et l’endurance des muscles inspiratoires, avec une progression individualisée de la charge en fonction des capacités respiratoires mesurées.

L ’entraînement inspiratoire par résistance a été planifié selon une périodisation croissante, incluant des phases de décharge, de haute intensité et de spécialisation fonctionnelle.

Le Powerbreathe® K4 offre également des données de rétroaction en temps réel sur la pression inspiratoire maximale (PImax), la vitesse de contraction et le volume inspiré, facilitant ainsi l’individualisation du programme.

C.    Spiromètre – Évaluation fonctionnelle

Dans le but de monitorer l’évolution des capacités ventilatoires tout au long de l’intervention, des évaluations régulières de la fonction respiratoire ont été réalisées à l’aide de spiromètres numériques portables.

Pour chaque athlète, une spirométrie expiratoire et inspiratoire a été enregistrée à intervalles réguliers, chacune ciblant des dimensions fonctionnelles spécifiques de la ventilation.

D ’une part, la spirométrie expiratoire a permis d’évaluer les volumes et débits associés à la phase d’expiration, à travers deux indicateurs principaux, le volume expiratoire maximal par seconde (FEV₁) et le volume expiré en six secondes (FEV₆). Ces deux paramètres permettent de repérer d’éventuelles limitations obstructives ou restrictives et de quantifier les adaptations du système expiratoire au fil de l'entraînement.

D’autre part, la spirométrie inspiratoire a été utilisée pour caractériser les capacités mécaniques de l’inspiration, notamment via le débit inspiratoire de pointe (PIF), le volume inspiratoire ainsi que l’indice de saturation inspiratoire (S-index), qui représente la puissance développée par les muscles inspiratoires lors de l’inhalation forcée.

Ces évaluations ont permis de quantifier de manière fiable les adaptations mécaniques et fonctionnelles induites par l’entraînement ventilatoire, et de guider les ajustements du protocole en temps réel.

Description du protocole Ventiltory strategies & training

L’intervention s’est déployée sur une période de 48 semaines, selon une planification progressive visant à solliciter les différentes composantes de la fonction ventilatoire, la coordination respiratoire, la force et l’endurance des muscles inspiratoires, la tolérance au CO₂, et le transfert fonctionnel en conditions d’effort.

Deux modalités principales ont été intégrées de manière complémentaire tout au long du protocole, des exercices en isocapnie, réalisés à l’aide de l’outil Breathe Way Better®, visant le contrôle de la fréquence ventilatoire, la régulation autonome et la stabilité des échanges gazeux.

En parallèle, un entraînement inspiratoire contre résistance variable, a été réalisé à l’aide du dispositif Powerbreathe® K4, destiné au renforcement spécifique des muscles ventilatoires tels que le diaphragme, les intercostaux et les abdominaux profonds ³⁰.

Dans le cadre de l’entrainement en isocapnie, les athlètes ont réalisé cinq séances hebdomadaires, structurées sous un format biquotidien.

La première séance, conduite en amont de la séance d’entrainement, d’une durée comprise entre 5 et 8 minutes, visait prioritairement la conscientisation de la respiration, la mobilisation active du diaphragme, ainsi que la coordination des muscles ventilatoires.

La seconde séance, plus courte (4 à 5 minutes), était systématiquement programmée en phase de récupération post-entraînement.

L’entraînement inspiratoire a été intégré progressivement.

Durant les 60 premiers jours, les athlètes ont effectué 2 séries de 30 inspirations quotidiennes, six jours par semaine.

Cette phase initiale visait à stimuler les capacités de contraction des muscles inspiratoires par des efforts brefs mais intenses.

À partir du troisième mois, le volume d’entraînement a été stabilisé à une série de 30 inspirations quotidiennes, toujours 6 jours sur 7, en association avec une augmentation progressive de la résistance.

Cette progression a permis de développer simultanément la force maximale inspiratoire et la résistance à la fatigue.

Le protocole a été structuré en phases distinctes, chacune définie par un objectif fonctionnel précis et évaluée par des tests de spirométrie expiratoire et inspiratoire, réalisés de manière systématique en début et en fin de chaque cycle.

Tableau 4 : Structuration des différentes phases du protocole

Semaines	Objectifs principaux	Outils utilisés	Évaluations
1 à 5	Coordination ventilatoire et mobilisation diaphragmatique	Isocapnie (Breathe Way Better®) – séances biquotidiennes (5j/sem.)	Spirométrie inspiratoire et expiratoire
6 à 11	Endurance ventilatoire, maintien de la coordination	Powerbreathe® K4 + isocapnie (protocole biquotidien)	Spirométrie inspiratoire et expiratoire
12 à 13	Décharge, consolidation des adaptations	1 séance/semaine Powerbreathe® + 1 séance/semaine isocapnie	Spirométrie inspiratoire et expiratoire
14 à 26	Intégration ventilatoire en contexte contraignant  (hypoxie)	Powerbreathe® K4 + isocapnie continue + simulation altitude (ALTITUDE 4W)	Spirométrie inspiratoire et expiratoire
27 à 38	Force inspiratoire maximale et tolérance au CO₂	Powerbreathe® K4 (résistance accrue) + isocapnie (temps expiratoires prolongés)	Spirométrie inspiratoire et expiratoire
39 à 41	Récupération active (REST 1), maintien des acquis	1 séance/semaine Powerbreathe® + 1 séance/semaine isocapnie	Spirométrie inspiratoire et expiratoire
42 à 48	Consolidation finale des adaptations	Powerbreathe® K4 + isocapnie (protocole biquotidien, 5j/sem.)	Spirométrie inspiratoire et expiratoire finale

Ce protocole combiné a ainsi permis d’agir de manière ciblée sur l’ensemble des déterminants de la fonction ventilatoire, la mobilisation diaphragmatique, le renforcement musculaire inspiratoire, la régulation de la fréquence ventilatoire, la tolérance au CO₂, et l’intégration stratégique à l’effort. Il vise in fine à améliorer l’efficacité ventilatoire, la gestion de la fatigue respiratoire et le rendement aérobie global chez les athlètes d’endurance.

Résultats

Les paramètres ventilatoires

Évolution des paramètres ventilatoires expiratoires

L’analyse des données de spirométrie expiratoire au cours de l’intervention révèle une évolution notable de la fonction expiratoire de la ventilation chez les athlètes.

Le FEV₁ moyen initial mesuré en avril était de 5,09 L.

Une progression régulière a été observée au fil des mois, avec un FEV₁ atteignant 5,50 L en avril de l’année suivante, représentant une augmentation absolue de +0,41 L, soit une amélioration relative d’environ +8 % par rapport à la valeur de départ.

Figure 2 : Evolution du FEV₆ et du rapport FEV₁/FEV₆

Figure 2 : Evolution du FEV₆ et du rapport FEV₁/FEV₆

Pour le FEV₆, une progression continue et significative a été observé avec une augmentation de +0,041 L/mois, (p < 0,001, R² = 0,85,), et après 11 mois de protocole, la valeur moyenne est passé de 6,12 L à 6,63 L soit un gain de +0,51 L correspondant à une augmentation relative d’environ +8,3 %.

Le rapport FEV₁/FEV₆, qui reflète l ’efficacité expiratoire dynamique, est resté stable au cours du protocole passant de 0,831 à 0,830 (p = 0,46, R² = 0,05).

Cette stabilité indique que l'augmentation des volumes expirés s'est faite de manière équilibrée, sans signe de limitation ventilatoire ou de déséquilibre fonctionnel.

Ces résultats traduisent une amélioration mécanique de l’efficacité expiratoire, compatible avec une meilleure ventilation alvéolaire, une réduction de l’espace mort ventilatoire relatif, et un meilleur débit ventilatoire lors des phases d’effort intense, paramètres critiques pour la performance d’endurance prolongée.

Évolution des paramètres ventilatoires inspiratoires

L’analyse des tests inspiratoires réalisés mensuellement a mis en évidence une amélioration progressive et significative des capacités ventilatoires des participants, tant sur le plan de la force que du débit inspiratoire maximal et du volume mobilisable.

Le S-index, indicateur de la force générée lors d’une inspiration contre résistance, est passé de 145 cmH₂O en début de protocole à 187,13 cmH₂O à la fin de l’intervention, soit une augmentation de +29,2 %.

Cette progression linéaire, particulièrement marquée dès les trois premiers mois (+15,7 % en juin), reflète une adaptation fonctionnelle notable des muscles inspiratoires, principalement du diaphragme et des intercostaux externes.

Figure 3 : Evolution du PIF et du volume inspiratoire

Figure 3 : Evolution du PIF et du volume inspiratoire

Le débit inspiratoire de pointe (PIF) a évolué de manière continue et significative avec +0,114 L/s/mois (p < 0,001, R² = 0,77), passant de 8,00 L/s à 9,92 L/s en fin de protocole, ce qui représente une amélioration de +24 %.

Ce gain témoigne d'une capacité accrue à mobiliser rapidement de grandes quantités d’air, compétence essentielle pour répondre aux demandes ventilatoires élevées en contexte d’effort intense.

Le volume inspiratoire mobilisable a progressé de manière continue et significative, avec +0,080 L/mois (p < 0,001, R² = 0,82), passant de 5,10 L à 6,24 L, soit une amélioration de +22,4 %, traduisant une plus grande amplitude ventilatoire à l’inspiration et une meilleure souplesse thoraco-diaphragmatique.

Ces adaptations volumétriques sont cohérentes avec les améliorations observées en coordination ventilatoire et en mobilité thoracique au fil des phases du protocole.

Enfin, la matrice de corrélations entre toutes les séries met en évidence des liens très forts (r > 0,88, p < 0,001) entre la FEV₁, la FEV₆, l’indice de force inspiratoire (S INDEX), le débit inspiratoire (PIF) et le volume inspiratoire.

Le ratio FEV₁/FEV₆ apparaît plus faiblement corrélé, comme attendu pour un ratio spécifique.

Ces corrélations suggèrent que plusieurs de ces mesures redondent, ouvrant la voie à une simplification du suivi ventilatoire par la sélection de quelques indicateurs clés.

Figure 4 : Matrice de corrélation, * = (r > 0,88, p < 0,001)

Figure 4 : Matrice de corrélation, * = (r > 0,88, p < 0,001)

Dans l’ensemble, ces résultats démontrent l’efficacité de l’intervention combinée en isocapnie et en entraînement inspiratoire à résistance variable pour optimiser la fonction inspiratoire chez des athlètes d’endurance déjà hautement entraînés, et renforcer ainsi un maillon souvent négligé de la chaîne de performance aérobie.

Pour une meilleure vue d’ensemble, ces différents paramètres sont résumés ci-dessous dans le tableau 5.

Tableau 5. Évolution mensuelle des paramètres ventilatoires (expiratoires et inspiratoires) au cours du protocole (n = 10 athlètes)

Mois	FEV₁ (L)	FEV₆ (L)	FEV₁/FEV₆	S-Index (cmH₂O)	PIF (L/s)	Volume inspiratoire (L)
Avril 2024 (pré)	5,09	6,12	0,8317	145,00	8,00	5,10
Mai 2024	5,10	6,06	0,8414	159,61	8,66	5,14
Juin 2024	5,22	6,18	0,8445	167,76	8,95	5,43
Juillet 2024	5,25	6,18	0,8497	168,71	9,02	5,55
Août 2024	5,36	6,30	0,8498	176,44	9,39	5,72
Septembre 2024	5,31	6,24	0,8524	175,49	9,35	5,51
Octobre 2024	5,33	6,29	0,8477	172,37	9,24	5,45
Novembre 2024	5,31	6,24	0,8503	177,13	9,44	5,49
Décembre 2024	5,31	6,30	0,8436	172,48	9,22	5,64
Janvier 2025	5,39	6,35	0,8490	173,43	9,30	5,80
Février 2025	5,51	6,49	0,8489	183,36	9,66	6,04
Mars 2025	5,51	6,60	0,8241	184,91	9,83	6,09
Avril 2025 (post)	5,50	6,63	0,8300	187,13	9,92	6,24

Les valeurs physiologiques

L ’évaluation des données physiologiques recueillies avant et après le protocole ventilatoire révèle des adaptations significatives, se traduisant par une amélioration marquée de l’efficacité ventilatoire et de la capacité aérobie chez les cyclistes professionnels.

La consommation maximale d’oxygène (VO₂max) est passée de 90,6 ± 5,2 à 93,2 ± 4,0 ml/min/kg, ce qui peut représenter une amélioration de près de 3 %.

Bien que cette progression puisse paraître modeste, elle est hautement significative pour des athlètes élites, dont les marges de progression sont très limitées à ce niveau de performance et ou la différence en compétition entre la victoire et la seconde place est généralement inférieur à 1% ³¹.

Cette évolution suggère une meilleure extraction et utilisation périphérique de l’oxygène, possiblement en lien avec une efficacité ventilatoire accrue et une réduction du coût énergétique de la respiration.

L ’élévation des seuils ventilatoires constitue une avancée notable.

• Le VT1 augmente de 52,65 ± 2,99 à 57,78 ± 3,03 ml/min/kg, soit +9,7 %,

• Le VT2 passe de 78,82 ± 3,80 à 84,56 ± 3,67 ml/min/kg, soit +7,3 %.

Ces gains traduisent un décalage des zones d’intensité vers le haut, permettant aux athlètes de soutenir des efforts plus importants.

Une réduction marquée de la fréquence respiratoire (Rf) a été observée à toutes les intensités:

• VO₂max, de 58,40 à 51,54 cycles/min (−11,7 %)

• VT2, de 47,43 à 38,39 cycles/min (−19,1 %)

• VT1 de 24,76 à 15,43 cycles/min (−37,7 %).

Cette diminution indique un rythme respiratoire plus lent et contrôlé, caractéristique d’une amélioration du pattern ventilatoire.

Elle suggère également une diminution de la charge ventilatoire, réduisant la fatigue des muscles respiratoires, ce qui vient retarder l’apparition du metaboreflexe.

Cette amélioration de l'efficacité ventilatoire est également visible à travers les volumes courants (VT), en nette augmentation:

• +18 % à VO₂max (de 3,31 à 3,91 L)

• +20 % au VT2 (de 3,65 à 4,39 L)

• +55 % au VT1 (de 2,65 à 4,12 L).

Ces augmentations traduisent une mobilisation pulmonaire accrue, particulièrement à faible intensité.

Cela indique une meilleure amplitude ventilatoire, probablement liée à un renforcement du diaphragme et une plus grande compliance thoracique.

Concernant la ventilation minute (VE), les résultats sont plus contrastés.

• Elle progresse légèrement à VO₂max (193,30 à 201,52 L/min) +4,2 %,

  
  

• Diminue légèrement au VT2 (173,12 à 168,53 L/min) −2,6 %)

  
  

• Diminue légèrement au VT1 (65,61 à 63,57 L/min)−3,1 %.

  
  

• Cette évolution suggère une meilleure efficacité ventilatoire. Les cyclistes ont été capables de maintenir un niveau d’échange gazeux optimal avec un coût ventilatoire réduit, grâce à une amélioration du volume courant et une fréquence respiratoire moindre.

  
  

Ces adaptations témoignent d’une optimisation du système ventilatoire à la fois sur le plan mécanique (augmentation des volumes mobilisés), neuromusculaire (réduction de la fréquence respiratoire) et fonctionnel (augmentation des seuils ventilatoires et de la VO₂max).

Le protocole mis en œuvre semble avoir favorisé une synergie entre les muscles respiratoires, la commande ventilatoire centrale et la performance aérobie globale. L’évolution de ces différents paramètres est résumés ci-dessous dans le tableau 6.

Tableau 6. Évolution des paramètres physiologiques (n = 10, moyenne ± écart-type)

Paramètres	Pré-protocole	Post-protocole
VO₂max (ml/min/kg)	90,6 ± 5,2	93,2 ± 4,0
Seuil ventilatoire 2 – VT2 (ml/min/kg)	78,82 ± 3,80	84,56 ± 3,67
Seuil ventilatoire 1 – VT1 (ml/min/kg)	52,65 ± 2,99	57,78 ± 3,03
Fréquence respiratoire à VO₂max (Rf/min)	58,4	51,54
Fréquence respiratoire au VT2 (Rf/min)	47,43	38,39
Fréquence respiratoire au VT1 (Rf/min)	24,76	15,43
Volume courant à VO₂max (L)	3,31	3,91
Volume courant au VT2 (L)	3,65	4,39
Volume courant au VT1 (L)	2,65	4,12
Ventilation minute à VO₂max (L/min)	193,30	201,52
Ventilation minute au VT2 (L/min)	173,12	168,53
Ventilation minute au VT1 (L/min)	65,61	63,57

Les performances

L’analyse des paramètres de performance met en évidence une amélioration notable de la puissance développée, tant en valeurs absolues qu’en puissance relative, après le protocole d’entraînement.

 Puissance absolue

La puissance maximale atteinte à VO₂max a augmenté de 425,76 ± 24,11 W à 449,65 ± 21,76 W, soit un gain moyen de 23,89 W (+5,6 %).

Cette progression suggère une amélioration de la capacité des participants, permettant une production accrue de puissance à l'effort maximal, possiblement liée à une meilleure efficacité musculaire et une meilleure capacité d’oxygénation tissulaire.

La puissance au VT1, est passée de 297,52 ± 24,54 W à 327,87 ± 21,25 W, représentant une hausse moyenne de 30,35 W, soit une augmentation de 10,2 %.

Cette amélioration du VT1 est particulièrement pertinente pour les efforts prolongés à intensité modérée.

Une puissance plus élevée à VT1 signifie que les athlètes peuvent maintenir une intensité plus importante tout en restant dans une zone physiologique permettant d’optimiser les réserves énergétiques et le délai d’apparition de la fatigue.

De même, la puissance au seuil ventilatoire 2, généralement corrélée à l’intensité maximale durable avant l'accumulation rapide du lactate, a augmenté de 387,76 ± 28,51 W à 425,36 ± 24,67 W, soit une amélioration de 37,60 W, correspondant à une hausse de 9,7 %.

Cette élévation du VT2 indique une capacité accrue à soutenir des efforts à haute intensité sans basculer immédiatement dans un déséquilibre métabolique.

En contexte compétitif, cela permet aux cyclistes de rouler plus longtemps à des intensités proches de leur seuil critique, ce qui constitue un atout majeur dans des épreuves de type contre-la-montre ou de montagne.

Ainsi, la progression des puissances montre non seulement une amélioration des capacités maximales, mais aussi une optimisation des zones submaximales, essentielles à la performance en endurance. L’évolution de ces différents paramètres apparait ci-dessous dans le tableau 7.

Tableau 7. Évolution des puissances absolues (en watts, moyenne ± écart-type, n = 10)

Paramètre	Avant protocole	Après protocole
Puissance à VO₂max (W)	425,76 ± 24,11	449,65 ± 21,76
Puissance au VT1 (W)	297,52 ± 24,54	327,87 ± 21,25
Puissance au VT2 (W)	387,76 ± 28,51	425,36 ± 24,67

Puissance relative

La puissance relative (W/kg), constitue un indicateur fondamental de la performance en cyclisme, notamment dans les ascensions, où le rapport poids/puissance est déterminant.

Cette mesure permet de comparer équitablement les performances entre athlètes de gabarits différents.

La puissance relative à VO₂max est passée de 6,50 W/kg à 6,95 W/kg, soit une augmentation de 0,45 W/kg (+6,9 %).

Ce gain est significatif en contexte de performance, en particulier pour des compétitions comportant des efforts prolongés à haute intensité.

Une telle amélioration suggère que l’athlète est non seulement capable de produire davantage de puissance en valeur absolue, mais aussi qu’il l’a fait sans prise de poids notable, ou avec un ajustement corporel favorable.

Au niveau du seuil ventilatoire 1, la puissance relative est passée de 4,54 W/kg à 5,07 W/kg, soit un gain de 0,53 W/kg (+11,7 %).

Cette évolution indique une amélioration des performances à des intensités modérées, qui se traduit par une capacité à maintenir une intensité plus soutenue tout en restant dans une zone de confort ventilatoire et métabolique.

Concernant le VT2, la puissance relative a évolué de 5,92 W/kg à 6,57 W/kg, ce qui représente une amélioration de 0,65 W/kg (+11 %).

Cette amélioration traduit une capacité à maintenir une intensité élevée tout en conservant une efficacité énergétique et ventilatoire optimisée.

Dans l’ensemble, ces améliorations de puissance relative, à la fois à VO₂max et aux seuils ventilatoires, confirment l’effet positif de l’intervention (incluant l’entraînement respiratoire et les stratégies ventilatoires) sur les performances spécifiques des cyclistes, en leur permettant de produire davantage de puissance à chaque stade d’intensité relative, sans altération négative de la composition corporelle.

Tableau 8. Évolution des puissances relatives (en W/kg, moyenne, n = 10)

Paramètre	Avant protocole	Après protocole
Puissance relative à VO₂max (W/kg)	6,50	6,95
Puissance relative au VT1 (W/kg)	4,54	5,07
Puissance relative au VT2 (W/kg)	5,92	6,57

Discussion

Les résultats de cette étude mettent en évidence une amélioration notable des capacités ventilatoires et des performances physiologiques chez des cyclistes professionnels après un protocole combinant entraînement inspiratoire et stratégies ventilatoires.

Plusieurs éléments méritent ici d’être discutés en détail, notamment la dynamique des adaptations, leurs mécanismes sous-jacents, et leur traduction concrète en termes de rendement physiologique et de performance.

Un élément central du protocole repose sur l’élaboration et la mise en œuvre de stratégies ventilatoires individualisées, constituant le principal vecteur de transfert des adaptations obtenues en condition statique vers des contextes dynamiques d’effort. Leur détermination représente ainsi un enjeu clé dans l’optimisation de la performance sportive, notamment en cyclisme.

L’objectif principal de ces stratégies est de réduire le coût énergétique associé à la ventilation, afin de maximiser la fraction de la dépense énergétique disponible pour la production de puissance mécanique.

Il n’existe toutefois aucune stratégie ventilatoire universelle, chaque athlète devant développer une approche spécifique en fonction de ses propres capacités ventilatoires et de ses discriminants fonctionnels.

Néanmoins, la démarche de conception peut être systématisée : lors du test d’effort incrémental, des puissances spécifiques sont associées à une ventilation minute (VE) déterminée, elle-même décomposable en fréquence respiratoire (Rf) et volume courant (Vt).

Cette analyse constitue la base de l’élaboration d’une stratégie ventilatoire optimisée.

À partir de ces données, l’objectif est d’identifier une combinaison alternative de Rf et de Vt qui permette de maintenir la même VE pour une intensité donnée, tout en diminuant le coût énergétique de la ventilation.

Cette nouvelle combinaison repose sur les capacités ventilatoires mesurées au repos, notamment à partir de la spirométrie et va être affiné par la suite en monitorant des séances en contextes dynamiques.

L’utilisation du volume expiratoire maximal en une seconde (FEV₁), multiplié par un coefficient spécifique à la modalité (e.g. cyclisme, assis), permet d’estimer un Vt idéal (i Vt) jusqu’au seuil ventilatoire 2 (VT2), généralement associé à des Rf comprissent entre 35 et 40.

Au-delà, le temps d’inspiration devient strictement inférieurs à une seconde.

Dans ce cas, le Vt ne peut plus être estimé à partir du FEV₁, mais doit plutôt s’appuyer sur le volume inspiratoire maximal réalisable dans un temps imparti, ce qui nécessite une analyse dynamique plus poussée de la cinétique inspiratoire afin de définir un volume courant idéal.

Cette zone d’intensité correspond aux situations compétitives les plus décisives, où la capacité à maintenir un schéma ventilatoire efficient peut faire la différence en termes de performance.

C’est dans cette perspective qu’a été défini le concept d’ i Tv R (Ideal Tidal Volume for Racing), représentant un volume courant inspiratoire spécifique aux hautes intensités.

Quant à elle, la fréquence respiratoire est modulée en fonction de l’intensité de l’effort et évolue de manière similaire à la cinétique d’augmentation de la puissance, afin de préserver autant que possible une ventilation efficace sans compromettre l’économie respiratoire.

Par exemple, en amont du protocole, la VE moyenne mesurée au seuil ventilatoire 1 (VT1) pour le groupe était de 65,61 L/min, avec une Rf de 24,76 et un Vt de 2,65 L. Le FEV₁ moyen s’élevait à 5,09 L.

En appliquant un coefficient de 0,83, on obtient un Vt idéal (i Vt) de 4,22 L.

Afin de conserver la VE initiale, ce Vt optimal peut être combiné à une Rf idéal (i Rf) cible d’environ 15,8 cycles/min.

Ce type de réajustement ventilatoire permet d’améliorer l’efficacité respiratoire tout en respectant les contraintes physiologiques de l’intensité ciblée.

L’analyse longitudinale révèle que les gains les plus marqués apparaissent au cours des trois derniers mois d’intervention, ce qui semble coïncider avec une meilleure individualisation des résistances inspiratoires et des puissances cibles à développer via le Powerbreathe K4.

La cinétique de réduction de la fréquence respiratoire (Rf) est particulièrement remarquable au VT1, ce qui traduit une amélioration de la tolérance au CO₂, une meilleure synchronisation respiratoire et une optimisation de la coordination ventilatoire.

Ces adaptations sont le fruit d’une conscientisation accrue de la ventilation, processus central dans l’appropriation des stratégies respiratoires à l’effort ¹⁰.

Au VT2, une amélioration parallèle est observée, également corrélée à l’augmentation des puissances mécaniques.

Bien que les seuils ventilatoires exprimés en pourcentage de la VO₂max n’aient pas évolué, les puissances associées à VT1, VT2 et VO₂max ont augmenté.

Cela traduit une réduction du coût énergétique de la ventilation, probablement liée à une élévation du volume courant (Vt) et à une diminution de la fréquence respiratoire.

Les données relatives à la fréquence respiratoire (Rf) révèlent une amélioration particulièrement marquée au seuil ventilatoire 1 (VT1), traduisant une meilleure tolérance au CO₂.

Ce phénomène est attribuable au pilier central du protocole, la conscientisation respiratoire, qui a permis une meilleure gestion volontaire de la fréquence ventilatoire.

Une réduction de la Rf a également été observée à VT2, corrélée à une augmentation de la puissance mécanique atteinte à ce seuil, suggérant une amélioration de l’efficacité globale du couplage ventilation/performance.

La ventilation minute (VE) n’a pas significativement évolué entre les phases pré- et post-intervention, suggérant que les gains ne proviennent pas d’un accroissement du débit ventilatoire global, mais plutôt d’une amélioration qualitative de la ventilation, notamment en termes d’extraction d’oxygène et de réduction de l’espace mort ventilatoire.

Ce constat rejoint les observations de HajGhanbari et al. (2013), qui ont démontré que l’entraînement respiratoire améliore non seulement les fonctions ventilatoires mais aussi la tolérance à l’effort et la perception de l’effort, et notamment la baisse du RPE (rating of perceived exertion) cardiaque, comme l’ont rapporté les athlètes lors des séances test.

Cette baisse de la charge physiologique perçue à intensité constante reflète une meilleure efficience ventilatoire et une moindre sollicitation du système cardiovasculaire à iso-intensité.

Bien que notre étude ne mesurait pas directement le temps limite à l’exercice, les augmentations observées des puissances à VT1, VT2 et VO₂max, couplées à la réduction du RPE et à l’amélioration de la mécanique ventilatoire, suggèrent fortement un allongement potentiel du temps limite à des intensités relatives équivalentes, comme l’ont également observé Leddy et al. (2007) dans des contextes comparables.

Les résultats de cette étude s’inscrivent dans la continuité des travaux antérieurs ayant mis en évidence l’impact positif de l’entraînement respiratoire sur la performance en endurance, notamment dans des disciplines telles que l’aviron, la course à pied ou le cyclisme.

Chez les rameurs, les recherches de Klusiewicz et al., (2008), Volianitis et al., (2001) et Griffiths & McConnell, (2007) ont montré qu’un protocole de 4 à 6 semaines d’entraînement des muscles respiratoires permettait une amélioration de leur force, mais que l'effet sur la performance devenait significatif et plus stable à partir de 11 semaines de pratique ³².

Les gains observés incluent une réduction de la perception de dyspnée, une amélioration de la capacité respiratoire, et un accroissement de la performance sur des efforts maximaux ou chronométrés ^33,34, avec une amélioration de +3,5 % sur un test de 6 minutes et une réduction du temps de 3,1 % sur 5000 mètres.

Ces résultats convergent avec ceux observés dans la présente étude, qui montre une réduction marquée de la fréquence respiratoire et une amélioration de la puissance aux seuils ventilatoires, indicateurs indirects d’une baisse du coût ventilatoire et d’une meilleure efficacité respiratoire.

Chez les cyclistes, plusieurs études ^{10,13,35–37} ont rapporté qu’un protocole de 4 à 6 semaines permettait déjà d’induire une amélioration de la force inspiratoire et des fonctions ventilatoires dynamiques, avec des hausses de capacité ventilatoire estimées entre +12 et +16 %.

L’effet ergogène se traduisait également par une diminution du temps sur des contre-la-montre de 2,1 à 4,75 % ^10,37,38.

Ces résultats confirment l’intérêt d’intégrer des séances de renforcement inspiratoire dans la planification des disciplines cycliques, ce que notre protocole a permis de démontrer sur une période prolongée de 48 semaines, avec une structuration progressive combinant travail isocapnique, résistance inspiratoire et stratégies dynamiques à l’effort.

Dans le cadre de la course à pied, les études de Katayama et al., (2019) et Leddy et al., (2007) ont rapporté des améliorations substantielles de la ventilation maximale volontaire (+10 %), de l’endurance des muscles respiratoires (+208 %) et du temps limite à l’effort sur tapis roulant (+11 à +50 %), accompagnées d’une réduction significative des paramètres ventilatoires et métaboliques (Rf, VE, VO₂, lactate sanguin).

Ces effets, en particulier la baisse de la fréquence respiratoire et de la perception de dyspnée, sont parfaitement alignés avec les adaptations constatées dans notre étude, renforçant l’hypothèse selon laquelle la ventilation constitue un levier de performance global, transversal aux disciplines d’endurance.

En condition d’hypoxie, les travaux d’Álvarez-Herms et al., (2019) ont montré que l'entraînement respiratoire permettait d’augmenter la force maximale inspiratoire (+15 à +28 %), la ventilation minute (+21 à +25 %), et la diffusion pulmonaire (+23 %), tout en améliorant significativement la saturation en oxygène et en réduisant la charge cardiaque à intensité équivalente.

Ces effets physiologiques ont conduit à une amélioration du temps de maintien à 80 % de VO₂max de +36,7 %, et à une réduction du temps de parcours de 7,3 % sur ergocycle. Ces données confirment les bénéfices observés dans notre protocole, notamment sur la maîtrise ventilatoire en situation d'effort intense prolongé, ainsi que sur la puissance relative et le volume courant à VO₂max.

En somme, notre étude corrobore et prolonge les travaux antérieurs en apportant des éléments nouveaux sur la périodisation à long terme d’un protocole respiratoire structuré, combinant renforcement inspiratoire, travail en isocapnie et intégration stratégique.

Elle renforce l’idée que l’optimisation ventilatoire constitue une composante d’entraînement à part entière, au même titre que la préparation musculaire, cardiovasculaire ou nutritionnelle, avec des retombées mesurables sur la performance aérobie, l’économie de l’effort, et la perception de l’intensité.

De plus, cette étude a permis d’observer des différences importantes entre les volumes courants (Tv) observés en statique (spirométrie) et ceux enregistrés en dynamique au cours de l’exercice, mettant en lumière l’intérêt d’intégrer des outils d’analyse ventilatoire à l’effort pour une évaluation fonctionnelle plus précise ¹⁴.

L’ensemble de ces résultats suggère que l'entraînement ventilatoire et les stratégies respiratoires appliquées à l'effort se traduisent par trois effets majeurs :

(1) une diminution de l’activation du metaboreflexe respiratoire, permettant de préserver le débit sanguin vers les muscles locomoteurs

(2) une réduction du coût énergétique de la ventilation grâce à une efficacité mécanique accrue

(3) une amélioration de l’extraction de l’oxygène par les tissus via les effets Bohr et Haldane, améliorant ainsi la performance aérobie globale ^21,39. 

Enfin, cette étude confirme que la ventilation est une compétence motrice spécifique qui doit être entraînée et intégrée de manière stratégique à la planification de la performance.

Cela implique non seulement des adaptations physiologiques, mais également une forte mobilisation des capacités cognitives pour mettre en œuvre les stratégies ventilatoires de manière efficace et contextuelle ²³.

Le développement de ces habiletés constitue un levier d’optimisation de la performance encore sous-exploité dans l’entraînement des athlètes d’endurance.

Limites de l’étude

Malgré les résultats encourageants observés dans cette étude, plusieurs limites méthodologiques doivent être prises en compte afin d'interpréter les données avec prudence.

Premièrement, l’étude repose sur une approche descriptive, fondée uniquement sur des valeurs moyennes mensuelles des paramètres mesurés. Aucune analyse statistique approfondie (tests de significativité, intervalles de confiance, calculs de taille d’effet) n’a pu être réalisée en raison du caractère confidentiel et protégé des données individuelles.

Ce choix a été motivé par la volonté de préserver les intérêts stratégiques et économiques liés à la performance des athlètes professionnels impliqués. Par conséquent, il est impossible d’établir formellement la significativité statistique des évolutions observées, même si certaines d’entre elles dépassent les seuils de variation couramment considérés comme significatifs dans la littérature (±5 à 10 %) ³¹.

Deuxièmement, l’échantillon est restreint (n = 10) et homogène, constitué exclusivement d’athlètes masculins professionnels de haut niveau, ce qui limite la généralisation des résultats à d'autres populations sportives (femmes, amateurs, autres disciplines).

De plus, l’absence d’un groupe témoin ou placebo, pourtant essentiel dans les recherches interventionnelles, empêche de distinguer précisément la part d’adaptation attribuable au protocole ventilatoire de celle induite par les autres composantes de l’entraînement.

L’analyse des résultats met en lumière une variabilité interindividuelle importante dans les réponses au protocole d’entraînement respiratoire, avec des gains allant de 5 à 10 % selon les paramètres évalués (volume courant, fréquence respiratoire, S-index, puissance aux seuils ventilatoires).

Cette hétérogénéité souligne que l’efficacité des interventions ventilatoires ne peut être considérée comme uniforme et dépend fortement du profil individuel de l’athlète. Plusieurs facteurs explicatifs peuvent être envisagés : différences dans la rigueur d’exécution du protocole, capacités cognitives à intégrer les consignes de respiration dynamique, niveau d’expérience dans les techniques de contrôle ventilatoire, ou encore particularités neuromusculaires influençant la mobilisation des muscles respiratoires.

Ces éléments appuient la nécessité d’une individualisation poussée des contenus respiratoires.

De plus, la capacité des athlètes à transposer ces stratégies ventilatoires en situation réelle d’effort, notamment en compétition, repose sur des habiletés perceptives et attentionnelles spécifiques, peu explorées dans la présente étude.

L’efficacité de l’approche ventilatoire intégrée dépend donc non seulement des adaptations physiologiques, mais également de la maîtrise consciente et contextuelle des techniques enseignées, un domaine encore largement sous-investigué.

Des recherches futures intégrant des mesures neurocognitives et une évaluation fine de l’appropriation en situation écologique permettraient de mieux comprendre les conditions favorisant une réponse optimale au protocole ventilatoire.

Troisièmement, bien que le protocole s’étende sur une durée de 48 semaines, l’étude n’évalue pas le maintien des adaptations à moyen ou long terme, ni l’effet d’un arrêt du protocole.

L’effet de "désentraînement ventilatoire" n’a donc pas été examiné, ce qui pose la question de la pérennité des gains obtenus sans entretien spécifique. L’étude de ³⁰soulignent que si des bénéfices marqués peuvent être obtenus après quelques semaines de RMT, une période de désentraînement de 8 à 12 semaines suffit à provoquer une diminution partielle des adaptations fonctionnelles, même si certaines améliorations persistent au-delà de l’arrêt complet de l’entraînement.

Par conséquent, l’absence de phase de suivi dans notre étude empêche toute conclusion définitive sur la durabilité des effets du protocole.

En outre, certains paramètres clés de la performance, comme le temps limite à l’effort ou la cinétique de récupération post-effort, n’ont pas été directement mesurés, bien qu’ils soient souvent utilisés dans les études de référence comme indicateurs de transfert fonctionnel ^10,40.

Enfin, la variabilité interindividuelle dans l’appropriation des stratégies ventilatoires, et notamment dans leur intégration en contexte dynamique (compétition), n’a pas été explorée. Or, l’efficacité de ces stratégies repose en grande partie sur la capacité de l’athlète à les appliquer de manière consciente, ce qui peut dépendre de facteurs cognitifs, émotionnels et sensoriels complexes ^23,24.

En dépit de ces limitations, les résultats obtenus fournissent des indications précieuses sur les adaptations ventilatoires potentielles induites par un entraînement ciblé et leur impact sur la performance en endurance.

Ils justifient la conduite d’études complémentaires, incluant des analyses statistiques rigoureuses, des mesures supplémentaires (fatigue, perception de l’effort, transfert en compétition), et un suivi longitudinal après arrêt du protocole.

Conclusion

Cette étude visait à évaluer les effets d’un protocole combiné d’entraînement respiratoire et de stratégies ventilatoires à l’effort sur la fonction ventilatoire, la physiologie de l’effort et la performance de cyclistes professionnels.

Les résultats obtenus sur une période de 48 semaines mettent en évidence des adaptations à la fois au niveau mécanique, neuromusculaire et

du système respiratoire.

Sur le plan ventilatoire, l’intervention a permis d’améliorer les capacités inspiratoires et expiratoires, traduites par une augmentation du S-index, du PIF, des volumes inspiratoires, mais également du FEV₁ et FEV₆.

Ces évolutions témoignent d’une amélioration de la force, de la coordination et de la capacité d’endurance des muscles ventilatoires, dans un groupe d’athlètes déjà hautement entraînés.

L'amélioration du patterne ventilatoire a été confirmée par une diminution de la fréquence respiratoire à toutes les intensités, compensée par une augmentation significative du volume courant, signe d’une respiration plus efficiente.

Au niveau physiologique, la légère hausse du VO₂max et surtout l’augmentation des seuils ventilatoires (VT1 et VT2) permettent de soutenir des intensités plus élevées sans basculer dans une zone de fatigue métabolique rapide.

La stabilisation ou la diminution de la ventilation minute, malgré une intensité accrue, suggère une réduction du coût énergétique de la ventilation, probablement liée à une meilleure tolérance au CO₂ et une modulation efficace de la fréquence ventilatoire.

D’un point de vue de la performance, les gains observés en puissance absolue et relative, aussi bien à VO₂max qu’aux seuils, traduisent un transfert efficace des adaptations ventilatoires vers la production mécanique.

Les cyclistes ont été en mesure de produire plus de puissance à poids constant, ce qui constitue un avantage déterminant en compétition, notamment dans les efforts prolongés ou en montée.

En conclusion, la combinaison d’un entraînement inspiratoire structuré et de stratégies ventilatoires intégrées en contexte d’effort a permis d’optimiser la fonction respiratoire des cyclistes professionnels, en agissant simultanément sur la mécanique ventilatoire, la gestion de la fatigue, et l’économie respiratoire.

Ces résultats soutiennent l’intégration de l'entraînement ventilatoire comme levier complémentaire dans la préparation physique des sportifs d’endurance de haut niveau.

Une approche personnalisée, tenant compte des spécificités de la discipline, des profils ventilatoires individuels et des contraintes compétitives, semble essentielle pour maximiser les bénéfices de cette démarche.

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