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Face à la stagnation des performances athlétiques, les neurosciences ouvrent une nouvelle voie. La devise olympique « Plus vite, plus haut, plus fort » cédera-t-elle le pas à « Plus d’endurance, plus de précision et plus de concentration » ?
À première vue, il s’agit d’un gym ordinaire. Mais, rapidement, on remarque des équipements étranges, des sortes d’échafaudages à l’utilité mystérieuse. Ensuite… la clientèle. Moins diversifiée que celle d’une salle d’entraînement classique, elle est constituée de jeunes adultes qui s’entraînent sous la supervision d’un personnel plus âgé. L’ambiance est un mélange de camaraderie et d’attitude studieuse. Des disciples et des maîtres dans un sanctuaire sportif. Bienvenue à l’Institut national du sport (INS) du Québec, situé au Parc olympique de Montréal ! Là où on entraîne des athlètes qui nous représentent aux championnats internationaux et aux Jeux olympiques, comme ceux de Milan et Cortina d’Ampezzo, qui auront lieu en février 2026.
Dans quelques semaines en effet, des athlètes de partout débarqueront dans ces deux villes italiennes en quête d’une médaille ou d’un record personnel. Et on célébrera leurs exploits, comme chaque fois.
Pourtant, dans l’ombre, des journalistes et des scientifiques font remarquer que les records tiennent de plus en plus longtemps avant d’être battus. Notamment dans les sports comme l’athlétisme, où l’amélioration des performances dépend avant tout du corps humain, et moins de la technologie. Selon une étude de 2017 publiée dans Frontiers in Physiology portant sur l’évolution des records et des performances sportives, ces dernières se sont améliorées régulièrement jusqu’à la fin du 20e siècle. Depuis, la courbe tend à s’aplatir.
Le corps humain atteindrait-il ses limites ? Ou est-ce que ce seraient plutôt les méthodes d’entraînement qui atteignent les leurs ?
« Les athlètes d’élite tendent à suivre des processus d’entraînement similaires. Ça cause une forme de stagnation dans les performances », constate Nicolas Bourrel, entraîneur scientifique pour les sports de haut niveau à l’INS. Professeur à l’École de kinésiologie et des sciences de l’activité physique de l’Université de Montréal, Mickaël Begon renchérit : « Actuellement, pour améliorer les performances dans un sport, il vaut mieux accroître la visibilité de celui-ci et de ses vedettes afin d’augmenter le nombre de participants. On a ainsi plus de chances de dénicher de futurs athlètes prédisposés physiquement et mentalement à ce sport. » Tous les deux sont d’accord : pour repousser les limites sportives, il faut innover ! Or la science peut aider, notamment en stimulant… le cerveau.
Dans un immense gymnase adjacent à la salle de musculation, Nicolas Bourrel désigne une sorte de tente cubique bleue avec plusieurs fenêtres. À l’intérieur, une des parois affiche des sommets enneigés. On touche ici à la spécialité de l’entraîneur : le stress environnemental. Cette tente est une chambre hypoxique, étanche. On peut y abaisser la pression atmosphérique et reproduire les conditions de la haute altitude, soit une raréfaction de l’oxygène.
Quand les athlètes s’y entraînent, l’effet est double. Physiologiquement, leur corps apprend à gérer plus efficacement l’oxygène pour mieux produire et utiliser l’énergie nécessaire à l’effort. Ensuite, « avec les fréquences respiratoire et cardiaque qui explosent, et puis la douleur à l’effort qui monte, le mental va devoir se construire lui aussi, explique Nicolas Bourrel. C’est un travail conjoint. Pendant trop longtemps, la dimension mentale a été séparée de l’entraînement physique ».
À l’Université de Montréal, le neuroscientifique Benjamin Pageaux est on ne peut plus d’accord. « De façon générale, je pense qu’on est proches de ce que l’entraînement physique peut offrir en matière d’amélioration des performances », dit-il. Mais l’entraînement de la « dimension mentale » gagnerait à être méthodique. « On est arrivés à un stade où il faut intégrer l’entraînement cérébral ! » affirme le chercheur.
De fait, dans un article rétrospectif de 2024, des scientifiques chinois rapportent comment le développement des technologies d’imagerie du cerveau depuis le début des années 2010 a contribué à l’essor des neurosciences du sport. Selon eux, « [ces technologies] ont accéléré l’évolution de la science de l’entraînement sportif au-delà des méthodes physiques et psychologiques traditionnelles, jusqu’à inclure désormais l’entraînement neuronal. » Et d’affirmer Benjamin Pageaux : « Je suis convaincu que le cerveau est la nouvelle frontière de l’excellence sportive. »
« Le cerveau est la nouvelle frontière de l’excellence sportive. »
Benjamin Pageaux, Université de Montréal
Augmenter l’endurance !
Un des objectifs des neurosciences : lutter contre la fatigue. « Lors d’une épreuve d’endurance, comme un marathon ou une étape du Tour de France cycliste, les athlètes génèrent de 500 à 1000 watts », mentionne Jonathan Tremblay, physiologiste et collègue de Benjamin Pageaux à l’Université de Montréal. Pour atteindre cette puissance, le corps augmente son métabolisme énergétique de base, c’est-à-dire l’ensemble de ses réactions biochimiques de production et d’utilisation d’énergie. Or, celles-ci produisent des « déchets ». Certains augmentent l’acidité dans les muscles, avec pour conséquence de perturber leur bon fonctionnement. C’est une composante importante de la fatigue musculaire, soit cette sensation désagréable de jambes molles, lourdes, voire douloureuses, lors d’une épreuve de course ou de ski de fond.
En chambre hypoxique, on entraîne les athlètes dans un air appauvri en oxygène. Photo : INS Québec
« Pour compenser la perte de force, le cerveau adapte inconsciemment la technique de course, mais cela nuit à l’efficacité de celle-ci », poursuit Jonathan Tremblay. De plus, pour stimuler les muscles affaiblis, le cerveau leur envoie des signaux plus forts, ce qui fatigue davantage le système nerveux lui-même et augmente la sensation d’épuisement, ajoute Benjamin Pageaux. Comment améliorer l’endurance en gérant mieux la fatigue musculaire ?
Des recherches menées au Royaume-Uni dans les années 2000 ont montré que des athlètes poussés à l’épuisement disposaient malgré tout encore de réserves d’énergie et d’une certaine capacité à les mobiliser. Sur le terrain, cela peut correspondre à la situation d’une marathonienne motivée qui s’effondre juste après la ligne d’arrivée. « Ce n’est pas sa physiologie qui a atteint ses limites juste à ce moment-là. Ni ses réserves d’énergie. Le cerveau pousse le corps au-delà de l’épuisement, puis, une fois qu’il a compris que l’objectif avait été atteint, il arrête tout ! » explique Benjamin Pageaux.
« À partir de ces observations, on a constaté que la fatigue ressentie par l’athlète ne provenait pas d’un signal des muscles, mais de la sensation consciente de l’effort fourni. Donc du cerveau lui-même », relate le neuroscientifique. Pour rappel, quand les muscles s’épuisent, l’aire cérébrale motrice qui les contrôle leur envoie des signaux plus intenses. C’est cette augmentation qui fatiguerait le cerveau et ferait percevoir à l’athlète la sensation plus importante d’effort.
Or, dans une étude à paraître, Benjamin Pageaux a montré grâce à l’imagerie par résonance magnétique une connexion entre l’aire motrice et le cortex frontal cingulaire, une région du cerveau impliquée dans les fonctions cognitives et émotionnelles, dont la prise de décision. Comme celle d’abandonner, de ralentir ou de persévérer. « À l’effort, les deux régions cérébrales s’activent. Et, à partir des niveaux d’activation, on peut même prédire l’intensité de l’effort ressenti par les sujets », dit-il.
Pour augmenter le seuil de perception de l’effort et, par conséquent, la tolérance à la fatigue musculaire, il faut donc entraîner le cerveau pour le rendre plus résistant à sa propre fatigue. Concrètement, cela consiste à faire des exercices cognitifs, comme des jeux de mémoire ou le célèbre Ni oui ni non, juste avant ou pendant un exercice physique. L’athlète peut aussi apprendre à s’encourager avec des phrases ou des mots-clés pour recentrer son attention sur la tâche à accomplir.
Cet entraînement contre la fatigue musculaire procure un autre effet bénéfique : le maintien de la précision des gestes au cours de l’épreuve sportive. Cela a été montré tant chez des joueurs de soccer professionnels en 2022 qu’en 2023 chez des personnes de niveau amateur jouant au padel, un sport de raquette ressemblant au squash.
Et si on revient au stress environnemental causé par le manque d’oxygène dans la chambre hypoxique de l’INS ? « Les éléments perturbateurs externes contribuent aussi à augmenter l’intensité perçue de l’effort fourni », dit Benjamin Pageaux. En fin de compte, les méthodes d’entraînement neuronal aident à résister à la fois aux signaux limitants du corps et aux conditions environnementales difficiles.
Dans la « zone »
En jargon sportif, dire qu’un ou une athlète est « dans la zone » signifie que sa concentration est optimale, et imperturbable face à la pression, la chaleur ou encore la foule, par exemple. Ses mouvements s’exécutent automatiquement. Sa concentration se porte entièrement là où elle est nécessaire : dans le moment présent de l’action !
Et quand l’athlète croule sous la pression ou « s’enfarge » dans ses mouvements à trop vouloir bien les exécuter ? Habituellement, on appelle un ou une psychologue à sa rescousse. Voilà qui fait réagir Sommer Christie, chercheuse à l’École des sciences de l’activité physique de l’Université d’Ottawa. « Il ne s’agit pas d’un problème de psychologie à corriger. C’est un manque d’entraînement cérébral ! » souligne-t-elle.
Même si « être dans la zone » est une sensation subjective de la part des athlètes, cela correspond en gros à un état d’activité cérébrale bien connu des neuroscientifiques. C’est celui où le cerveau génère des signaux électriques synchronisés à une fréquence appelée « bêta basse ». Le sujet atteint alors un niveau de concentration élevée, tandis que son corps est détendu, mais en état d’alerte. « C’est le fauve qui fixe sa proie, prêt à bondir, illustre Sommer Christie. On peut entraîner les athlètes à atteindre plus facilement cet état. Et ainsi à réduire les risques qu’ils ou elles paniquent ou craquent quand la pression et le stress montent. »
Cet entraînement se déroule en conditions de laboratoire. On barde le crâne des athlètes de capteurs d’ondes cérébrales. Puis, on leur demande de jouer à un jeu sur ordinateur : amener une fléchette au centre d’une cible uniquement en se concentrant. Le sujet y parvient lorsque son cerveau émet des signaux à la fréquence bêta basse. Ainsi, il s’entraîne consciemment à atteindre « la zone ». Et à y revenir rapidement quand il en sort.
Ce type d’approche, dit de rétroaction ou de feedback, aide aussi à la gestion du stress. Cette fois-ci, les capteurs mesurent, entre autres, la tension musculaire, le rythme cardiaque et la fréquence respiratoire, soit des paramètres qui augmentent avec le stress. Les athlètes apprennent alors à en ressentir les signaux et à mieux les maîtriser afin de diminuer ce stress.
Pour cela, Sommer Christie préconise des techniques respiratoires. En modifiant le rythme de leurs inspirations et expirations, les athlètes ramènent leurs paramètres physiologiques au niveau souhaité de calme et de vigilance. Comme celui du lion qui s’apprête à bondir sur la gazelle !
Photo: INS Québec
Un petit bond pour la science…
« Un des grands défis actuels liés aux programmes d’entraînement, c’est la gestion de la charge (intensité de l’effort x durée) et ses conséquences sur la fatigue de l’athlète », dit Nicolas Bourrel. Un entraînement efficace, c’est éreintant, mais on veut éviter que les batteries de l’athlète soient vides le jour de la compétition. Il faut donc savoir doser la charge de façon optimale.
À l’INS, comme dans beaucoup d’autres centres d’entraînement, on évalue régulièrement la fatigue neuromusculaire des athlètes. Et ce, de façon simple, rapide et non invasive : on les fait sauter sur une plaque qui enregistre la force de l’impulsion. On note aussi la hauteur du saut et la vitesse d’élancement. Les informations ainsi récoltées constituent un excellent indicateur du niveau de fatigue neuromusculaire. On s’en sert pour évaluer la fatigue tant après un entraînement qu’au fil d’un programme.
Voilà une méthode validée par la science universitaire, notamment par une méta-analyse en 2017, qui correspond à un besoin général des athlètes de haut niveau et qui s’inscrit bien dans leur quotidien.
Les deux côtés de la médaille
Si Nicolas Bourrel apprécie les apports de la recherche fondamentale, sa démarche à l’INS est résolument appliquée. Sa mission n’est pas de publier des résultats de recherche, à l’instar des universitaires, mais d’améliorer les performances des athlètes. Ainsi, pas question de sacrifier l’entraînement de la moitié de ses athlètes olympiques afin qu’elle serve de groupe-contrôle pour évaluer celui de l’autre moitié !
Ces différences de démarche, de culture et de formation entre les milieux sportif et universitaire, ainsi que l’accès aux nouvelles ressources, telles que des équipements spécialisés, sont probablement le talon d’Achille de l’amélioration des performances grâce à la science. Elles sont responsables de la lenteur avec laquelle l’information scientifique se transmet du laboratoire à la patinoire. « Les progrès récents sur le terrain ne découlent pas de découvertes récentes en laboratoire, mais souvent de l’application de connaissances datant de 10, 15 et même 20 ans », fait remarquer Jonathan Tremblay.
Benjamin Pageaux, quant à lui, estime que, si le modèle de la perception de l’effort est généralement accepté dans le monde universitaire, il reste peu connu des entraîneurs et entraîneuses.
De son côté, Sommer Christie mentionne que des athlètes et leurs équipes sont encore souvent sceptiques au sujet des approches de feedback. « Je dois organiser des démonstrations pour leur montrer le potentiel de cette approche. Que ce n’est pas juste du vent », dit-elle. Pourtant, les bienfaits du feedback en contexte de compétition ont été montrés, par exemple, ici même, au pays, par l’amélioration des départs des patineurs de vitesse du Canada, lors des Jeux olympiques de Vancouver… en 2010.
« Ce genre de décalage explique pourquoi les progrès en performance surviennent souvent par saut, au moment où les connaissances les plus récentes sont adoptées », juge Mickaël Begon. Le chercheur tient toutefois à souligner la créativité et l’intuition empiriques de certains entraîneurs, qui alimentent la recherche universitaire.
À la frontière entre les deux mondes, Nicolas Bourrel invite les scientifiques à rejeter l’attitude de « sauveurs », qui provoque une réaction de fermeture. Les universitaires doivent d’abord saisir les réalités du terrain et lancer le dialogue avec les entraîneurs et entraîneuses, afin de stimuler leur intérêt et de mieux comprendre leurs besoins. « Notre travail [avec les athlètes] sera alors d’essayer de transposer les connaissances apportées par la recherche universitaire dans la réalité de la haute performance », explique-t-il.
Et de rappeler : « On ne compte pas sur la science pour optimiser des athlètes, mais pour optimiser des programmes d’entraînement afin que chaque athlète aille chercher le “petit pourcentage” qui lui manque pour se démarquer ! » Assez vite, assez haut, assez fort !
