Tolérance au CO₂ : et si la performance ne dépendait pas uniquement de la VO₂max ?
Deux coureurs peuvent avoir exactement la même VO₂max, mais être capables de maintenir une intensité élevée pendant des durées très différentes. Pourquoi ?
Lorsqu'on parle de performance en course à pied, certains paramètres reviennent systématiquement : la VO₂max, la VMA, les seuils ventilatoires ou encore l'économie de course.
Mais un autre facteur pourrait jouer un rôle intéressant dans notre capacité à soutenir un effort : la tolérance au dioxyde de carbone (CO₂).
Souvent considéré comme un simple déchet de notre métabolisme, le CO₂ participe pourtant à des mécanismes essentiels de notre physiologie, notamment à la régulation de la respiration et à la libération de l'oxygène vers les tissus.
En tant que kinésithérapeute du sport, je m'intéresse depuis plusieurs années à la physiologie respiratoire et à ses applications dans les sports d'endurance.
Une question m'intéresse particulièrement :
Et si une meilleure tolérance au CO₂ permettait de maintenir une intensité élevée plus longtemps, sans nécessairement augmenter notre VO₂max ?
C'est une hypothèse que je souhaite explorer à travers les évaluations physiologiques que je réalise chez SAPIENX.
1. Le CO₂ : bien plus qu'un simple déchet
Pour comprendre cette hypothèse, il faut revenir sur quelques notions fondamentales.
Lorsque nous courons, nos muscles ont besoin d'énergie pour se contracter. Une grande partie de cette énergie est produite grâce au métabolisme aérobie, qui utilise de l'oxygène.
Cette activité métabolique génère notamment du CO₂, qui est transporté par le sang jusqu'aux poumons avant d'être expiré.
Mais contrairement à ce que l'on pourrait penser, le CO₂ n'est pas simplement une substance dont il faudrait se débarrasser le plus rapidement possible.
Il participe à plusieurs fonctions essentielles :
La régulation de la respiration : les variations du CO₂ et du pH sanguin participent au contrôle de notre ventilation.
L'équilibre acido-basique : le CO₂ intervient dans le système tampon bicarbonate, qui contribue à stabiliser le pH de notre organisme.
La circulation sanguine cérébrale : le CO₂ influence le diamètre des vaisseaux sanguins du cerveau.
La libération de l'oxygène : il participe aux mécanismes permettant à l'hémoglobine de délivrer l'oxygène aux tissus.
C'est ce dernier point qui mérite une attention particulière.
2. L'effet Bohr : le CO₂ aide nos muscles à recevoir de l'oxygène
En 1904, le physiologiste Christian Bohr décrit un mécanisme aujourd'hui bien connu : l'effet Bohr.
Pour transporter l'oxygène dans notre organisme, nous utilisons principalement l'hémoglobine, une protéine présente dans nos globules rouges.
Lorsque le sang arrive au niveau des muscles actifs, ceux-ci produisent davantage de CO₂ et leur environnement devient localement plus acide.
Ces changements diminuent l'affinité de l'hémoglobine pour l'oxygène, facilitant ainsi sa libération dans les tissus.
Autrement dit, l'activité métabolique des muscles favorise les conditions nécessaires à la délivrance de l'oxygène dont ils ont besoin.
C'est un mécanisme physiologique particulièrement élégant.
Il faut néanmoins éviter une conclusion trop rapide : une meilleure tolérance au CO₂ ne signifie pas nécessairement que davantage de CO₂ circule dans le sang ou que les muscles reçoivent automatiquement plus d'oxygène.
L'effet Bohr est solidement établi. En revanche, l'idée qu'un entraînement de la tolérance au CO₂ puisse améliorer directement l'oxygénation musculaire et la VO₂max reste à démontrer.
3. Que signifie réellement « mieux tolérer le CO₂ » ?
Lorsque le CO₂ augmente dans notre organisme, des chémorécepteurs participent au déclenchement d'une réponse ventilatoire.
Nous ressentons alors un besoin croissant de respirer.
Mais cette sensation n'est pas identique chez tout le monde.
Certains individus semblent supporter plus facilement les sensations liées à l'augmentation du CO₂, tandis que d'autres ressentent rapidement un inconfort respiratoire important.
La tolérance au CO₂ est souvent utilisée pour décrire cette capacité à supporter le besoin de respirer.
Cependant, il faut distinguer plusieurs mécanismes :
La sensibilité physiologique des chémorécepteurs.
L'intensité de la réponse ventilatoire.
La perception de l'essoufflement.
La capacité psychologique à supporter cet inconfort.
Ces paramètres sont liés, mais ne sont pas interchangeables.
Il est donc possible qu'un sportif ressente moins fortement certaines contraintes respiratoires sans que sa sensibilité physiologique au CO₂ soit profondément modifiée.
Une étude publiée en 2022 par Harrison et ses collaborateurs a d'ailleurs comparé les réponses ventilatoires à l'hypercapnie chez des sportifs d'endurance et des personnes sédentaires.
Les chercheurs n'ont pas observé de différence significative de sensibilité ventilatoire au CO₂ entre les groupes.
Ces résultats suggèrent que la relation entre entraînement, perception respiratoire et sensibilité au CO₂ est plus complexe qu'on pourrait le penser.
4. La VO₂max ne raconte pas toute l'histoire
La VO₂max représente la quantité maximale d'oxygène que notre organisme est capable de consommer et d'utiliser pendant un effort intense.
C'est un indicateur majeur de la capacité aérobie.
Mais il ne permet pas, à lui seul, de prédire les performances d'un coureur.
Prenons un exemple.
Deux athlètes possèdent une VO₂max identique et atteignent une vitesse associée à leur consommation maximale d'oxygène de 18 km/h.
Le premier parvient à maintenir cette vitesse pendant 4 minutes.
Le second la maintient pendant 5 minutes et 30 secondes.
Cet exemple est théorique, mais il illustre un phénomène réel : une même capacité aérobie maximale ne garantit pas une même capacité à soutenir l'effort.
Cette différence peut s'expliquer par de nombreux facteurs : économie de course, réserve de vitesse, endurance musculaire, cinétique de VO₂, accumulation de fatigue, motivation ou encore tolérance à l'inconfort.
Et si la réponse respiratoire faisait également partie de cette équation ?
C'est ici qu'une distinction importante apparaît.
Nous pouvons chercher à améliorer notre VO₂max, mais également notre capacité à exploiter nos qualités aérobies pendant une durée plus longue.
Ce sont deux objectifs différents.
5. Ce que montrent les études scientifiques
Améliorer la tolérance à l'effort sans augmenter la VO₂max
Une étude particulièrement intéressante a été publiée en 2013 dans la revue Respirology par Andrew Edwards.
Les chercheurs ont étudié 36 hommes répartis entre un groupe bénéficiant d'un véritable entraînement des muscles inspiratoires et un groupe contrôle utilisant une résistance beaucoup plus faible.
Après quatre semaines, les résultats étaient particulièrement intéressants :
La VO₂peak n'avait pas significativement augmenté.
Les participants du groupe expérimental atteignaient des vitesses plus élevées lors du test progressif.
Leur temps jusqu'à épuisement s'était amélioré.
Leur perception de l'effort avait diminué.
Ces résultats montrent qu'une intervention ciblant la fonction respiratoire peut améliorer la tolérance à l'effort sans augmenter la consommation maximale d'oxygène.
Les auteurs évoquent notamment une réduction de l'inconfort ressenti face à des contraintes ventilatoires importantes.
Attention cependant : cette étude porte sur l'entraînement des muscles inspiratoires et non directement sur la tolérance au CO₂.
Elle démontre donc un principe intéressant, sans valider à elle seule mon hypothèse.
Les apnées permettent-elles de prolonger un effort intense ?
En 2021, Bourdas et Geladas ont publié une étude portant sur les effets d'apnées répétées sur la performance à haute intensité.
Dix participants ont réalisé un effort sur cycloergomètre à une intensité correspondant à 150 % de leur puissance maximale atteinte lors d'un test progressif.
Les chercheurs ont comparé les performances sans intervention préalable et après cinq apnées maximales.
Les résultats montrent une augmentation du temps moyen jusqu'à épuisement :
44,8 secondes sans apnées, contre 49,2 secondes après les apnées.
Cela représente une amélioration d'environ 10 % sur cet effort supramaximal de courte durée.
En revanche, deux semaines d'entraînement supplémentaire à l'apnée n'ont pas produit de bénéfice additionnel significatif.
Ces résultats sont intéressants, mais ne doivent pas être généralisés trop rapidement à la course d'endurance.
L'étude porte sur un petit échantillon et sur un effort très court, réalisé à une puissance largement supérieure à celle associée au maximum du test progressif.
Plusieurs mécanismes peuvent expliquer les résultats, notamment des modifications métaboliques et ventilatoires aiguës.
La meilleure tolérance au CO₂ n'a pas été identifiée comme leur cause directe.
Les résultats sont-ils toujours positifs ?
Non, et c'est essentiel de le souligner.
Une méta-analyse publiée en 2022 a regroupé sept études portant sur l'entraînement à l'apnée, avec 126 participants.
Les chercheurs n'ont pas retrouvé d'amélioration statistiquement significative de la VO₂max.
Certains marqueurs associés aux efforts anaérobies étaient modifiés, mais les résultats ne permettaient pas de conclure à un bénéfice systématique sur les performances aérobies.
Ces observations renforcent l'idée que les éventuels bénéfices d'un entraînement respiratoire peuvent dépendre de la méthode utilisée, de l'intensité de l'effort et du profil du sportif.
Elles nous rappellent également une règle fondamentale : un mécanisme physiologique plausible n'est pas une preuve d'efficacité sur la performance.
6. Mon hypothèse : et si la tolérance au CO₂ influençait notre capacité à maintenir la VMA ?
Au regard de ces travaux, mon hypothèse initiale a évolué.
Je m'intéressais d'abord à la possibilité qu'une meilleure tolérance au CO₂ améliore l'utilisation de l'oxygène dans les tissus et, indirectement, la VO₂max.
Aujourd'hui, une autre piste me paraît particulièrement intéressante.
Une meilleure tolérance aux sensations liées au CO₂ pourrait-elle permettre de soutenir plus longtemps une intensité élevée, sans modifier la VO₂max ?
Lorsque nous courons à une intensité proche de notre maximum aérobie, notre ventilation augmente fortement.
L'inconfort respiratoire devient important et contribue à la perception globale de l'effort.
Je me demande si certains sportifs, capables de mieux tolérer ces contraintes respiratoires, pourraient maintenir leur effort plus longtemps.
Cette hypothèse ne suppose pas nécessairement qu'ils disposent d'une meilleure capacité maximale de transport de l'oxygène.
Elle suggère plutôt qu'ils pourraient mieux supporter certaines contraintes associées à l'effort intense.
Il faut toutefois rester prudent.
L'essoufflement à haute intensité ne dépend pas uniquement du CO₂. Les mécanorécepteurs, les muscles respiratoires, les variations du pH, les signaux provenant des muscles locomoteurs et les processus cérébraux interviennent également.
La tolérance au CO₂ pourrait donc être l'un des éléments de cette réponse globale, mais son importance réelle reste à déterminer.
C'est cette relation que j'aimerais explorer chez SAPIENX.
7. Comment j'étudie cette question avec mes bilans physiologiques
Chez SAPIENX, je réalise des évaluations physiologiques destinées aux coureurs, en associant des tests respiratoires à des évaluations progressives sur tapis roulant.
Avant chaque test, j'utilise notamment deux outils.
Le BOLT : Body Oxygen Level Test
Le BOLT consiste à mesurer la durée d'une courte apnée après une expiration normale, jusqu'à l'apparition du premier besoin net de respirer.
Il est notamment utilisé dans certaines approches d'éducation et d'entraînement respiratoire.
Il peut fournir un indicateur pratique de la réponse individuelle à une apnée courte.
Cependant, il ne mesure pas directement la pression artérielle en CO₂ et ne constitue pas une mesure validée et spécifique de la sensibilité des chémorécepteurs.
Une étude publiée en 2024 sur 49 patineurs de vitesse de haut niveau n'a d'ailleurs retrouvé aucune association significative entre le score BOLT et les paramètres de performance étudiés, notamment la VO₂max et le temps jusqu'à épuisement lors du test progressif.
Ce résultat est important et doit être pris en considération.
J'utilise également un test d'apnée maximale, que je désigne dans mon protocole par MBT.
Contrairement au BOLT, qui s'arrête dès le premier besoin net de respirer, ce test explore la durée pendant laquelle une personne accepte de maintenir volontairement une apnée.
Il fait donc intervenir une composante importante de perception et de tolérance à l'inconfort.
Mais il dépend aussi de nombreux facteurs : volume pulmonaire initial, consignes, motivation, technique et adaptations physiologiques individuelles.
Il ne peut donc pas, à lui seul, être assimilé à une mesure directe de tolérance au CO₂.
L'analyse physiologique sur tapis roulant
Je réalise ensuite un test progressif sur tapis roulant.
Grâce à mon système d'analyse des gaz expirés, j'enregistre notamment la production de dioxyde de carbone (VCO₂) et différents paramètres ventilatoires au cours de l'effort.
L'analyse de ces données me permet d'étudier les réponses ventilatoires du coureur et de contribuer à l'identification de ses seuils SV1 et SV2.
À terme, j'aimerais comparer plusieurs paramètres :
Les scores BOLT et MBT.
L'évolution de la ventilation pendant l'effort.
Les valeurs de VCO₂.
Les équivalents ventilatoires, notamment VE/VCO₂.
Les vitesses associées aux seuils ventilatoires.
La vitesse maximale atteinte lors du protocole.
Il est important de rappeler que la VCO₂ mesurée à l'expiration ne représente pas directement la quantité de CO₂ présente dans le sang ni la tolérance individuelle à son augmentation.
Je souhaite donc rester prudent dans l'interprétation de ces données.
Et si nous mesurions aussi le temps limite à VMA ?
Une piste particulièrement intéressante serait de compléter les évaluations par un test à vitesse constante, afin de déterminer combien de temps un coureur est capable de maintenir une intensité élevée.
L'objectif serait alors de répondre à une question simple :
À capacités aérobies comparables, les coureurs présentant de meilleurs scores aux tests respiratoires parviennent-ils à soutenir leur effort plus longtemps ?
Puis, dans un second temps :
Un entraînement respiratoire spécifique permettant d'améliorer ces scores entraîne-t-il également une amélioration du temps limite ?
La différence est importante.
La première question recherche une association entre plusieurs paramètres.
La seconde cherche à déterminer si une intervention produit réellement une amélioration.
Pour cela, il faudrait idéalement mettre en place un protocole standardisé, des mesures répétées et un groupe comparateur.
Il ne s'agit pas encore d'une étude scientifique validée, mais d'une démarche exploratoire que je souhaite développer progressivement.
8. Faut-il entraîner sa tolérance au CO₂ pour mieux courir ?
À ce stade, je pense qu'il serait prématuré d'affirmer que tous les coureurs devraient intégrer un entraînement spécifique de tolérance au CO₂.
Nous savons que certains entraînements respiratoires peuvent améliorer des paramètres fonctionnels ou la tolérance à l'effort dans certaines conditions.
Nous savons également que les adaptations à l'apnée ne se traduisent pas systématiquement par une amélioration de la VO₂max.
En revanche, nous ne disposons pas encore de preuves suffisantes pour affirmer qu'une amélioration des scores BOLT ou MBT entraîne directement une augmentation de l'endurance.
La priorité pour progresser reste donc de développer les déterminants bien établis de la performance : entraînement aérobie progressif, travail aux intensités adaptées, économie de course, renforcement musculaire et récupération.
Le travail respiratoire pourrait constituer un complément intéressant chez certains sportifs, mais ses indications et ses effets doivent être étudiés avec rigueur.
Il convient également de rappeler que les exercices d'apnée comportent des risques, notamment lorsqu'ils sont prolongés, associés à une hyperventilation préalable ou réalisés dans l'eau. Ils ne doivent pas être improvisés dans ces conditions.
Conclusion : mieux utiliser son potentiel plutôt que simplement augmenter son plafond ?
En course à pied, nous cherchons souvent à augmenter notre VO₂max, comme si la performance dépendait principalement de ce chiffre.
Pourtant, posséder une capacité aérobie élevée ne suffit pas.
Encore faut-il être capable de l'exploiter efficacement et de maintenir son effort.
La respiration fait partie des nombreux systèmes qui participent à cette performance.
Les études scientifiques montrent qu'il est parfois possible d'améliorer la tolérance à l'effort sans augmenter la VO₂max.
La question reste de savoir quelle place occupe précisément la tolérance au CO₂ dans ces adaptations.
Mon hypothèse est qu'une meilleure tolérance aux contraintes respiratoires pourrait permettre à certains coureurs de maintenir une intensité élevée plus longtemps, sans nécessairement augmenter leur VO₂max.
Cette hypothèse n'est pas aujourd'hui démontrée. Et c'est justement ce qui me donne envie de l'explorer.
À travers mes bilans physiologiques chez SAPIENX, je souhaite confronter cette réflexion aux données recueillies sur le terrain.
Pas pour chercher à confirmer une conviction à tout prix, mais pour essayer de mieux comprendre les mécanismes qui déterminent notre endurance.
Car au fond, c'est aussi cela qui me passionne dans la physiologie du sport : continuer à questionner ce que l'on pense savoir.
La performance ne consiste peut-être pas seulement à repousser ses limites physiologiques. Elle consiste aussi à comprendre ce qui nous empêche de les exploiter pleinement.
Loïc Rolland Cosnier
Kinésithérapeute du sport — Fondateur de SAPIENX
JUST MOVE.
Références scientifiques
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Harrison, O. K., Russell, B. R., & Pattinson, K. T. S. (2022). Perceptual and Ventilatory Responses to Hypercapnia in Athletes and Sedentary Individuals. Frontiers in Physiology, 13, 820307. https://doi.org/10.3389/fphys.2022.820307
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