Contraction excentrique : pourquoi tu es plus fort quand tu freines

Ce qu'il faut retenir. La contraction excentrique, c'est le muscle qui produit de la force en s'allongeant : la phase où tu freines une charge, une chute ou ton propre élan. Tu y es nettement plus fort qu'en poussée, souvent de 20 à 60 %. Le système nerveux bride en partie cette force chez les non-entraînés, et l'entraînement lourd réduit ce bridage. L'histoire des organes de Golgi « réglés trop bas » qu'on désensibiliserait, en revanche, n'a jamais été démontrée. L'entraînement excentrique, lui, a fait ses preuves sur la force et le muscle, et les premières données sur le changement de direction sont encourageantes, encore imprécises.

Prends une barre trop lourde pour toi au développé couché, quelques kilos au-dessus de ton maximum. Tu ne la décolleras pas de la poitrine. Si deux partenaires la posent au-dessus de toi bras tendus, tu peux pourtant l'accompagner jusqu'en bas, lentement, en la retenant. Les bras tremblent, les pectoraux brûlent, et la barre descend sous ton contrôle.

Tu viens de faire une contraction excentrique, et de constater ce que la physiologie mesure depuis des décennies : tu sais freiner une charge que tu es incapable de pousser. Dans cet article, je m'en tiens au muscle qui freine : pourquoi il est plus fort, ce qui le retient, ce qu'on raconte à tort à son sujet, et ce que son entraînement apporte au sportif. Comment le freinage s'enchaîne avec le reste d'un geste explosif, c'est le sujet de l'article sur les trois temps du geste explosif.

Contraction excentrique : la définition simple

Un muscle peut produire de la force de trois façons. Il se raccourcit, c'est la contraction concentrique : tu remontes la barre. Il garde sa longueur, c'est l'isométrie : tu tiens la position. Il s'allonge pendant qu'il tire, c'est la contraction excentrique : tu retiens la barre qui descend.

Sur le terrain, l'excentrique est partout où ton corps freine. La cuisse amortit une réception de saut, l'arrière de la cuisse ralentit la jambe en fin de foulée. La jambe d'appui encaisse le changement de direction, et le dos retient le buste quand tu te penches pour ramasser un ballon. À chaque fois, une force extérieure (la gravité, ton élan, une charge) étire le muscle, et le muscle résiste à cet étirement sans l'empêcher complètement.

C'est aussi la phase qu'on soigne le moins en salle. On compte les répétitions à la montée, et la descente sert surtout à revenir au point de départ. Pourtant, c'est dans cette descente que le muscle produit ses plus grosses forces.

Pourquoi on produit plus de force en freinant

L'écart est connu depuis longtemps. Sur machine isocinétique, qui impose la vitesse du mouvement, la force excentrique dépasse la force concentrique de 20 à 60 % selon les études. Hollander et ses collègues ont voulu vérifier ce que ça donne sur des exercices de salle classiques. En 2007, ils ont mesuré le maximum en poussée et le maximum en freinage de 20 pratiquants sur six machines. Chez les hommes, le maximum excentrique dépassait le concentrique de 27 à 49 % selon l'exercice. Chez les femmes, l'écart était encore plus grand sur quatre exercices sur six, jusqu'à plus du double au développé militaire.

Pourquoi cet écart ? La réponse n'est pas complètement connue. Dans une revue de 2017, Douglas et ses collègues rassemblent les pistes. Les ponts entre les filaments du muscle résisteraient davantage quand on les étire de force, et une grosse protéine élastique, la titine, se raidirait quand le muscle est actif. Walter Herzog défend depuis des années cette piste de la titine pour expliquer le surplus de force qui persiste après un étirement actif ; il précise lui-même que bien des détails restent à établir.

En freinant, une partie de la force vient de la structure même du muscle, et pas seulement de la commande nerveuse. C'est pour ça que tu tiens en descente une charge que tu ne pousses pas. Et c'est aussi pour ça qu'un frein nerveux sur cette force, s'il existe, coûte cher.

Le frein nerveux de l'excentrique maximal

Ce frein existe, et il a été mesuré. En 1990, Westing et ses collègues ont demandé à neuf hommes bien entraînés de freiner de toutes leurs forces en extension de jambe sur un dynamomètre isocinétique, puis ils ont ajouté une stimulation électrique par-dessus l'effort volontaire. En excentrique, la force a grimpé de 21 à 24 %. En concentrique et en isométrique, la stimulation n'ajoutait rien. Quand tu freines au maximum, ton muscle garde donc de la réserve, et les auteurs y voient un mécanisme nerveux qui retient l'effort, peut-être pour protéger le muscle de tensions extrêmes.

Aagaard et ses collègues ont montré en 2000 que ce frein se desserre. Avant entraînement, l'activité électrique du quadriceps était de 17 à 36 % plus basse en excentrique et en concentrique lent qu'en concentrique rapide. Après 14 semaines d'entraînement lourd, ce déficit avait diminué sur deux des trois muscles et disparu sur le troisième, et la force excentrique avait progressé de 15 à 17 %.

La revue de Jacques Duchateau et Roger Enoka, en 2016, situe le phénomène. Les personnes non entraînées sont en général incapables d'activer complètement leurs muscles lors d'un freinage maximal, et la modulation observée se fait surtout au niveau de la moelle épinière. Elle corrige au passage une idée reçue : lors des contractions sous-maximales, l'ordre dans lequel les unités motrices entrent en jeu est le même en freinant qu'en poussant, c'est leur fréquence de décharge qui baisse. L'article sur le système nerveux et la force max détaille ce recrutement et cette cadence.

Le frein est donc réel et il se desserre avec l'entraînement ; il se joue surtout dans la moelle épinière. Reste à savoir qui le serre.

Organes de Golgi « réglés trop bas » : une explication sans preuve

L'explication qu'on lit partout désigne les organes tendineux de Golgi. Ces capteurs situés à la jonction du muscle et du tendon mesurent la tension. Ils couperaient la contraction quand la force devient dangereuse, ils seraient réglés trop bas, et l'entraînement excentrique les désensibiliserait pour libérer la force bloquée.

L'histoire est séduisante. Gregory Chalmers l'a passée au crible en 2002, dans une revue publiée dans Sports Biomechanics, et il ne trouve aucune preuve expérimentale que l'entraînement en force diminue l'inhibition due aux organes de Golgi. Chez l'animal, leurs effets inhibiteurs varient beaucoup d'un muscle à l'autre, et ils sont parfois absents. Chez l'humain, les données lors d'un effort maximal volontaire manquent. La seule étude humaine disponible, sur une contraction modérée, montre même une baisse de cette inhibition pendant l'effort.

Ce que la science permet d'écrire est plus sobre. Un frein nerveux limite le freinage maximal chez les non-entraînés, l'entraînement lourd le desserre, et son origine précise n'est pas identifiée. Attribuer ce frein aux organes de Golgi reste une histoire plausible, sans mécanisme démontré derrière.

Ce que l'entraînement excentrique apporte au sportif

Sur les effets de l'entraînement, les données sont plus solides que sur les mécanismes.

La revue systématique de Douglas et ses collègues, en 2017, rassemble 40 études chez des adultes en bonne santé. L'entraînement excentrique fait davantage progresser la force, surtout quand on la mesure en freinage. Des gains supérieurs de puissance et de cycle étirement-détente, ce rebond qui suit un freinage, ont aussi été rapportés. Il fait grossir le muscle au moins autant que les autres modes, avec une prise qui se ferait en partie dans la longueur des fibres, et une préférence pour les fibres rapides. Les auteurs concluent que des charges excentriques plus lourdes que ce que tu peux pousser semblent supérieures au travail classique pour la force, la puissance et la vitesse.

Sur la masse, la méta-analyse de Schoenfeld et ses collègues en 2017 compare 15 essais : 10,0 % de prise de muscle en moyenne avec l'excentrique contre 6,8 % avec le concentrique, un écart qui n'atteint pas la significativité statistique. Leur conclusion est d'inclure les deux. Roig et ses collègues, en 2009, trouvaient déjà un avantage à l'excentrique fait plus lourd que le concentrique : sur la force, et sur la masse mesurée au tour de membre, avec une simple tendance à l'IRM ou au scanner. Le gain de force y était aussi plus spécifique à la vitesse et au mode de contraction travaillés.

L'étude de Franchi en 2014, sur six hommes par groupe, montre que les deux modes construisent le muscle différemment. Dix semaines de concentrique ou d'excentrique ont donné des volumes proches, mais l'excentrique a davantage allongé les faisceaux musculaires (+12 % contre +5 %), quand le concentrique a davantage augmenté leur angle. Côté isométrie, l'article sur isométrie et hypertrophie fait le même tri pour le muscle tenu immobile.

Freiner pour décélérer et changer de direction

Pour un sportif de sport collectif ou de raquette, le freinage se joue surtout au sol. La revue de Harper et ses collègues sur la décélération horizontale, en 2022, montre que les forces d'impact au freinage arrivent dans les 50 premières millisecondes de l'appui et peuvent atteindre 2,7 fois celles des premiers appuis d'une accélération maximale. Les qualités de force excentrique y comptent, sans être seules : les auteurs citent aussi la force concentrique, isométrique, réactive, et la technique d'application du freinage.

L'entraînement excentrique se transfère-t-il vers le changement de direction ? La méta-analyse de Liu et ses collègues, en 2020, sur onze études, répond oui pour la surcharge excentrique, avec un effet large mais estimé avec beaucoup d'imprécision, sur des échantillons souvent petits.

Freiner fort ne suffit pas : en match, il faut freiner vite, sur une distance courte. C'est la logique du drop and catch, qui entraîne l'arrêt net d'une charge qui tombe, et c'est ce qui relie l'excentrique à la plyométrie, où tout se joue dans la réception. L'article sur les trois temps du geste explosif montre où ce freinage se place dans le geste complet.

Le prix à payer : courbatures et effet protecteur

L'excentrique a un coût que tu connais si tu as déjà fait une séance de descentes lentes : les courbatures. Douglas et ses collègues rappellent que la forte contrainte mécanique de ce travail peut abîmer le muscle, ce qu'on voit rarement avec les autres modes de contraction.

Une seule séance protège pourtant des suivantes. Malachy McHugh a fait en 2003 le point sur cet effet de la séance répétée : la première exposition à l'excentrique réduit les dégâts des séances suivantes, par des adaptations nerveuses, mécaniques et cellulaires dont le détail reste mal compris. J'en tire une règle de terrain : monter le volume progressivement plutôt que d'attaquer fort.

Sur la prévention, la donnée la plus solide concerne l'arrière de la cuisse. La méta-analyse de van Dyk et ses collègues, en 2019, sur 15 études et 8 459 sportifs, montre que les programmes de prévention qui incluent le nordic hamstring, un exercice excentrique des ischio-jambiers, divisent environ par deux le taux de blessures à ce niveau. Pour un sportif déjà blessé, ce travail se fait en complément d'un parcours de soin, jamais à sa place.

Ce qui reste à démontrer sur l'excentrique

Les mécanismes du surplus de force excentrique restent discutés, et l'origine exacte du frein nerveux aussi. La plupart des essais d'entraînement portent sur des adultes jeunes, souvent peu entraînés, pendant quelques semaines : on connaît mal ce que l'excentrique ajoute chez un sportif de haut niveau qui fait déjà de la force lourde depuis des années.

Je te laisse une hypothèse vérifiable. Si l'entraînement lourd desserre le frein nerveux, comme chez Aagaard, un sportif qui fait de la force lourde depuis des années devrait garder moins de réserve sous stimulation électrique qu'un débutant. Westing a pourtant trouvé cette réserve chez des hommes bien entraînés, sans que le résumé précise à quoi. Une étude qui trouverait la même réserve chez les débutants et chez les spécialistes de la force affaiblirait tout le raisonnement sur le frein.

Tu es plus fort en freinant qu'en poussant, et c'est la moitié du geste qu'on entraîne le moins.

Si tu veux qu'on regarde précisément comment tu freines, et ce qu'il faudrait développer pour que ça se voie sur tes appuis et tes changements de direction :

Je travaille avec quelques sportifs en suivi individuel.

👉 Le questionnaire de prise de contact est là

FAQ : contraction excentrique

C'est quoi, une contraction excentrique ?

C'est une contraction pendant laquelle le muscle produit de la force tout en s'allongeant, parce qu'une force extérieure l'étire. C'est la phase de freinage : la descente d'un squat retenue, la réception d'un saut, le ralentissement avant un changement de direction.

Quelle est la différence entre excentrique et concentrique ?

En concentrique, le muscle se raccourcit et pousse la charge ; en excentrique, il s'allonge et la freine. Le maximum en freinage dépasse celui en poussée : de 27 à 49 % chez les hommes testés par Hollander (2007) sur six exercices de salle, de 20 à 60 % sur machine isocinétique selon les études.

Est-ce que l'excentrique sollicite surtout les fibres rapides ?

Lors des contractions sous-maximales, l'ordre de recrutement des unités motrices est le même en freinant qu'en poussant ; c'est leur fréquence de décharge qui baisse en excentrique (Duchateau et Enoka, 2016). En revanche, l'entraînement excentrique semble faire grossir de préférence les fibres rapides (Douglas et coll., 2017).

Les organes de Golgi limitent-ils la force en excentrique ?

Rien ne le démontre. La revue de Chalmers (2002) ne trouve aucune preuve que l'entraînement en force diminue l'inhibition due aux organes de Golgi. Un frein nerveux limite bien le freinage maximal chez les non-entraînés (Westing 1990, Aagaard 2000), mais son origine précise n'est pas identifiée.

L'excentrique fait-il prendre plus de muscle ?

Un peu plus en moyenne, sans écart statistiquement net : 10,0 % contre 6,8 % dans la méta-analyse de Schoenfeld (2017). Il construit le muscle différemment, avec des faisceaux qui s'allongent davantage (Franchi, 2014). Le plus utile reste de travailler les deux phases.

Pourquoi l'excentrique donne-t-il des courbatures ?

Parce que la contrainte mécanique sur le muscle est forte, au point de l'abîmer, ce que les autres modes de contraction font rarement. La première séance protège des suivantes : c'est l'effet de la séance répétée décrit par McHugh (2003).

Sources

• Hollander, D. B. et al. (2007), Maximal eccentric and concentric strength discrepancies between young men and women for dynamic resistance exercise, Journal of Strength and Conditioning Research, 21(1), 34-40. 20 pratiquants, six machines : excentrique supérieur de 27 à 49 % chez les hommes, rappel des 20 à 60 % en isocinétique. Niveau de preuve : modéré, petit effectif, mesure fiable.
• Douglas, J., Pearson, S., Ross, A., McGuigan, M. (2017), Eccentric Exercise: Physiological Characteristics and Acute Responses, Sports Medicine, 47(4), 663-675. Mécanismes discutés (ponts entre filaments, titine), commande nerveuse spécifique, dommages musculaires. Niveau de preuve : revue narrative, mécanismes en partie hypothétiques.
• Herzog, W. (2014), Mechanisms of enhanced force production in lengthening (eccentric) muscle contractions, Journal of Applied Physiology, 116(11), 1407-1417. Hypothèse de la titine. Niveau de preuve : cadre théorique appuyé sur l'expérimentation, détails non établis selon l'auteur.
• Westing, S. H., Seger, J. Y., Thorstensson, A. (1990), Effects of electrical stimulation on eccentric and concentric torque-velocity relationships during knee extension in man, Acta Physiologica Scandinavica, 140(1), 17-22. 9 hommes : +21 à 24 % de force excentrique sous stimulation surajoutée. Niveau de preuve : modéré, petit effectif, résultat repris depuis.
• Aagaard, P., Simonsen, E. B., Andersen, J. L., Magnusson, S. P., Halkjaer-Kristensen, J., Dyhre-Poulsen, P. (2000), Neural inhibition during maximal eccentric and concentric quadriceps contraction: effects of resistance training, Journal of Applied Physiology, 89(6), 2249-2257. 15 hommes, 14 semaines : l'entraînement lourd réduit l'inhibition nerveuse en excentrique. Niveau de preuve : modéré.
• Duchateau, J., Enoka, R. M. (2016), Neural control of lengthening contractions, Journal of Experimental Biology, 219(Pt 2), 197-204. Activation incomplète en freinage maximal chez les non-entraînés, inhibition surtout spinale, ordre de recrutement inchangé. Niveau de preuve : revue de référence.
• Chalmers, G. (2002), Do Golgi tendon organs really inhibit muscle activity at high force levels to save muscles from injury, and adapt with strength training?, Sports Biomechanics, 1(2), 239-249. Aucune preuve que l'entraînement réduise l'inhibition due aux organes de Golgi. Niveau de preuve : revue critique, conclusion par absence de données.
• Douglas, J., Pearson, S., Ross, A., McGuigan, M. (2017), Chronic Adaptations to Eccentric Training: A Systematic Review, Sports Medicine, 47(5), 917-941. 40 études : gains de force, de puissance, de muscle et adaptations tendineuses. Niveau de preuve : modéré à solide, revue systématique sans méta-analyse.
• Schoenfeld, B. J., Ogborn, D. I., Vigotsky, A. D., Franchi, M. V., Krieger, J. W. (2017), Hypertrophic Effects of Concentric vs. Eccentric Muscle Actions: A Systematic Review and Meta-analysis, Journal of Strength and Conditioning Research, 31(9), 2599-2608. 15 essais : 10,0 % contre 6,8 %, écart non significatif (p = 0,076). Niveau de preuve : modéré à solide.
• Roig, M. et al. (2009), The effects of eccentric versus concentric resistance training on muscle strength and mass in healthy adults: a systematic review with meta-analysis, British Journal of Sports Medicine, 43(8), 556-568. 20 essais randomisés : avantage de l'excentrique à haute intensité, gains plus spécifiques. Niveau de preuve : solide, essais anciens et hétérogènes.
• Franchi, M. V. et al. (2014), Architectural, functional and molecular responses to concentric and eccentric loading in human skeletal muscle, Acta Physiologica, 210(3), 642-654. 12 hommes (6 par groupe), 10 semaines : volumes proches (+8 % et +6 %), faisceaux plus allongés avec l'excentrique. Niveau de preuve : faible à modéré, très petit effectif.
• Harper, D. J. et al. (2022), Biomechanical and Neuromuscular Performance Requirements of Horizontal Deceleration: A Review with Implications for Random Intermittent Multi-Directional Sports, Sports Medicine, 52(10), 2321-2354. Forces de freinage jusqu'à 2,7 fois celles de l'accélération, dans les 50 premières millisecondes. Niveau de preuve : revue narrative de référence.
• Liu, R., Liu, J., Clarke, C. V., An, R. (2020), Effect of eccentric overload training on change of direction speed performance: A systematic review and meta-analysis, Journal of Sports Sciences, 38(22), 2579-2587. 11 études : la surcharge excentrique améliore le changement de direction. Niveau de preuve : modéré, intervalle de confiance large, petits échantillons.
• McHugh, M. P. (2003), Recent advances in the understanding of the repeated bout effect: the protective effect against muscle damage from a single bout of eccentric exercise, Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 13(2), 88-97. Effet protecteur de la première séance. Niveau de preuve : revue, phénomène solide, mécanismes discutés.
• van Dyk, N., Behan, F. P., Whiteley, R. (2019), Including the Nordic hamstring exercise in injury prevention programmes halves the rate of hamstring injuries: a systematic review and meta-analysis of 8459 athletes, British Journal of Sports Medicine, 53(21), 1362-1370. Risque relatif de 0,49. Niveau de preuve : solide.

Romain

À lire aussi sur le blog

• Excentrique, isométrique, concentrique : devenir explosif
• Entraînement de la force : le guide terrain de l'athlète
• Drop and catch : apprendre à freiner vite