Efficacité et économie de la démarche en marche

Qu'est-ce que l'efficacité de la démarche ?

L'efficacité de la démarche (également appelée économie de marche) fait référence au coût énergétique de la marche à une vitesse donnée. Les marcheurs plus efficaces utilisent moins d'énergie — mesurée en consommation d'oxygène, calories ou équivalents métaboliques — pour maintenir le même rythme.

Contrairement à la qualité de la démarche (symétrie, variabilité) ou à la vitesse de marche, l'efficacité concerne fondamentalement la dépense énergétique. Deux personnes peuvent marcher à la même vitesse avec une biomécanique similaire, mais l'une peut nécessiter significativement plus d'énergie en raison de différences de condition physique, de technique ou d'anthropométrie.

Coût de transport (CoT)

Le Coût de transport est la mesure de référence de l'efficacité locomotrice, représentant l'énergie requise pour déplacer une unité de masse corporelle sur une unité de distance.

Unités et calcul

Le CoT peut être exprimé en plusieurs unités équivalentes :

1. Coût métabolique de transport (J/kg/m ou kcal/kg/km) :

CoT = Dépense énergétique / (Masse corporelle × Distance)

Unités : Joules par kilogramme par mètre (J/kg/m)
         OU kilocalories par kilogramme par kilomètre (kcal/kg/km)

Conversion : 1 kcal/kg/km = 4,184 J/kg/m


2. Coût net de transport (sans dimension) :

CoT net = (VO₂ brut - VO₂ repos) / Vitesse

Unités : mL O₂/kg/m

Relation : 1 L O₂ ≈ 5 kcal ≈ 20,9 kJ

Valeurs typiques de CoT en marche

Aperçu clé : La marche a une relation coût-vitesse en forme de U — il existe une vitesse optimale (environ 1,3 m/s ou 4,7 km/h) où le CoT est minimisé. Marcher plus lentement ou plus vite que cette vitesse optimale augmente le coût énergétique par kilomètre.

La courbe d'économie en forme de U

La relation entre la vitesse de marche et l'économie énergétique forme une courbe caractéristique en forme de U :

• Trop lent (<1,0 m/s) : Mauvaise économie musculaire, mécanique pendulaire inefficace, temps d'appui relatif augmenté
• Optimal (1,2-1,4 m/s) : Minimise le coût énergétique grâce à une mécanique de pendule inversé efficace
• Trop rapide (>1,8 m/s) : Activation musculaire accrue, cadence plus élevée, approche des limites biomécaniques de la marche
• Très rapide (>2,0 m/s) : La marche devient moins économique que la course ; point de transition naturel

Le modèle du pendule inversé de la marche

La marche est fondamentalement différente de la course dans son mécanisme d'économie d'énergie. La marche utilise un modèle de pendule inversé où l'énergie mécanique oscille entre énergie cinétique et énergie potentielle gravitationnelle.

Comment fonctionne le pendule

1. Phase de contact :
   • La jambe agit comme un pendule inversé rigide
   • Le corps pivote au-dessus du pied planté
   • L'énergie cinétique se convertit en énergie potentielle gravitationnelle (le corps s'élève)
2. Sommet de l'arc :
   • Le corps atteint sa hauteur maximale
   • La vitesse diminue temporairement (énergie cinétique minimale)
   • Énergie potentielle au maximum
3. Phase de descente :
   • Le corps descend et accélère vers l'avant
   • L'énergie potentielle se reconvertit en énergie cinétique
   • Le pendule oscille vers l'avant

Pourcentage de récupération d'énergie

La récupération d'énergie mécanique quantifie la quantité d'énergie échangée entre formes cinétique et potentielle plutôt que d'être générée/absorbée par les muscles :

Pourquoi la récupération diminue à haute vitesse : Lorsque la vitesse de marche dépasse ~1,8 m/s, le pendule inversé devient mécaniquement instable. Le corps passe naturellement à la course, qui utilise le stockage d'énergie élastique (système masse-ressort) au lieu de l'échange pendulaire.

Nombre de Froude et vitesse sans dimension

Le nombre de Froude est un paramètre sans dimension qui normalise la vitesse de marche par rapport à la longueur de jambe et à la gravité, permettant une comparaison équitable entre individus de différentes tailles.

Formule et interprétation

Nombre de Froude (Fr) = v² / (g × L)

Où :
  v = vitesse de marche (m/s)
  g = accélération due à la gravité (9,81 m/s²)
  L = longueur de jambe (m, environ 0,53 × taille)

Exemple :
  Taille : 1,75 m
  Longueur de jambe : 0,53 × 1,75 = 0,93 m
  Vitesse de marche : 1,3 m/s
  Fr = (1,3)² / (9,81 × 0,93) = 1,69 / 9,12 = 0,185

Seuils critiques :
  Fr < 0,15 : Marche lente
  Fr 0,15-0,30 : Marche confortable normale
  Fr 0,30-0,50 : Marche rapide
  Fr > 0,50 : Transition marche-course (marche instable)

Applications de recherche : Le nombre de Froude explique pourquoi les individus plus grands marchent naturellement plus vite — pour atteindre la même vitesse sans dimension (et donc l'économie optimale), des jambes plus longues nécessitent des vitesses absolues plus élevées. Les enfants avec des jambes plus courtes ont des vitesses de marche confortables proportionnellement plus lentes.

Facteurs affectant l'efficacité de la marche

1. Facteurs anthropométriques

Longueur de jambe :

• Jambes plus longues → foulée optimale plus longue → cadence plus faible à même vitesse
• Les individus plus grands ont une économie 5-10 % meilleure à leur vitesse préférée
• Le nombre de Froude normalise cet effet

Masse corporelle :

• Les individus plus lourds ont une dépense énergétique absolue plus élevée (kcal/km)
• Mais le CoT normalisé par masse (kcal/kg/km) peut être similaire si le ratio de masse maigre est bon
• Chaque 10 kg de poids excédentaire augmente le coût énergétique de ~7-10 %

Composition corporelle :

• Un ratio muscle-graisse plus élevé améliore l'économie (le muscle est un tissu métaboliquement efficace)
• L'adiposité excessive augmente le travail mécanique sans bénéfice fonctionnel
• L'adiposité centrale affecte la posture et la mécanique de la démarche

2. Facteurs biomécaniques

Optimisation de la longueur de foulée et de la cadence :

Oscillation verticale :

• Un déplacement vertical excessif (>8-10 cm) gaspille de l'énergie sur un mouvement non-avant
• Chaque cm supplémentaire d'oscillation augmente le CoT d'environ 0,5-1 %
• Les marcheurs athlétiques minimisent l'oscillation à 3-5 cm grâce à la mobilité de la hanche et à la technique

Balancement des bras :

• Le balancement naturel des bras réduit le coût métabolique de 10-12 % (Collins et al., 2009)
• Les bras contrebalancent le mouvement des jambes, minimisant l'énergie de rotation du tronc
• Restreindre les bras (par ex., porter des sacs lourds) augmente substantiellement le coût énergétique

3. Facteurs physiologiques

Condition aérobie (VO₂max) :

• Une VO₂max plus élevée est corrélée à une économie de marche ~15-20 % meilleure
• Les marcheurs entraînés ont une FC et une VO₂ sous-maximales plus faibles au même rythme
• La densité mitochondriale et la capacité enzymatique oxydative s'améliorent avec l'entraînement d'endurance

Force et puissance musculaires :

• Des extenseurs de hanche plus forts (fessiers) et des fléchisseurs plantaires de cheville (mollets) améliorent l'efficacité de propulsion
• 8-12 semaines d'entraînement en résistance peuvent améliorer l'économie de marche de 5-10 %
• Particulièrement important pour les adultes âgés souffrant de sarcopénie

Coordination neuromusculaire :

• Des schémas de recrutement d'unités motrices efficaces réduisent la co-contraction inutile
• Les schémas de mouvement pratiqués deviennent plus automatiques, réduisant l'effort cortical
• Une proprioception améliorée permet un contrôle plus fin de la posture et de l'équilibre

4. Facteurs environnementaux et externes

Gradient (montée/descente) :

Pourquoi la descente n'est pas « gratuite » : Les descentes raides nécessitent une contraction musculaire excentrique pour contrôler la descente, ce qui est métaboliquement coûteux et cause des dommages musculaires. Au-delà de -10 %, la marche en descente peut en fait coûter plus d'énergie que la marche de niveau en raison des forces de freinage.

Port de charge (sac à dos, gilet lesté) :

Augmentation du coût énergétique ≈ 1 % par 1 kg de charge

Exemple : Personne de 70 kg avec sac à dos de 10 kg
  CoT de référence : 0,50 kcal/kg/km
  CoT chargé : 0,50 × (1 + 0,10) = 0,55 kcal/kg/km
  Augmentation : +10 % de coût énergétique

La distribution de la charge compte :
  - Sac ceinture de hanche : Pénalité minimale (~8 % pour 10 kg)
  - Sac à dos (bien ajusté) : Pénalité modérée (~10 % pour 10 kg)
  - Sac mal ajusté : Pénalité élevée (~15-20 % pour 10 kg)
  - Poids aux chevilles : Pénalité sévère (~5-6 % par 1 kg aux chevilles !)

Terrain et surface :

• Asphalte/béton : Référence (le plus ferme, CoT le plus bas)
• Herbe : +3-5 % CoT en raison de la compliance et de la friction
• Sentier (terre/gravier) : +5-10 % CoT en raison de l'irrégularité
• Sable : +20-50 % CoT (sable mou particulièrement coûteux)
• Neige : +15-40 % CoT selon la profondeur et la dureté

Marche vs course : croisement d'économie

Une question critique en science de la locomotion : Quand la course devient-elle plus économique que la marche ?

La vitesse de croisement

Aperçus clés :

• Vitesse de transition marche-course : ~2,0-2,2 m/s (7-8 km/h) pour la plupart des gens
• Le CoT de marche augmente exponentiellement au-dessus de 1,8 m/s
• Le CoT de course reste relativement plat à travers les vitesses (légère augmentation)
• Les humains passent spontanément près du point de croisement économique

Métriques d'efficacité pratiques

1. Score WALK (propriétaire)

Inspiré du SWOLF (efficacité de natation), le Score WALK combine le temps et les pas pour une distance standardisée :

Score WALK = Temps (secondes) + Pas par 100 mètres

Exemple :
  100 mètres parcourus en 75 secondes avec 130 pas
  Score WALK = 75 + 130 = 205

Scores plus bas = meilleure efficacité

Références :
  >250 : Lent/inefficace
  200-250 : Marcheur occasionnel
  170-200 : Marcheur fitness
  150-170 : Marcheur avancé
  <150 : Marcheur athlétique d'élite

Pourquoi le Score WALK fonctionne : Il intègre à la fois la vitesse (temps) et l'efficacité de foulée (pas), capturant la qualité globale de la démarche. Les améliorations peuvent provenir d'une marche plus rapide, de moins de pas, ou des deux.

2. Indice d'efficacité de marche (WEI)

WEI = (Vitesse en m/s / Fréquence cardiaque en bpm) × 1000

Exemple :
  Vitesse : 1,4 m/s (5,0 km/h)
  Fréquence cardiaque : 110 bpm
  WEI = (1,4 / 110) × 1000 = 12,7

Références :
  <8 : Efficacité inférieure à la moyenne
  8-12 : Économie de marche moyenne
  12-16 : Bonne efficacité
  16-20 : Très bonne efficacité
  >20 : Excellente efficacité (condition d'élite)

Limitations : Le WEI nécessite un moniteur de fréquence cardiaque et est affecté par des facteurs au-delà de l'efficacité (chaleur, stress, caféine, maladie). Meilleur utilisé comme métrique de suivi longitudinal sur le même parcours/conditions.

Entraînement pour améliorer l'efficacité de marche

1. Optimiser la mécanique de foulée

Trouver votre cadence optimale :

• Marchez à vitesse cible avec métronome réglé à différentes cadences (95, 100, 105, 110, 115 ppm)
• Suivez la fréquence cardiaque ou l'effort perçu pour chaque période de 5 minutes
• FC ou RPE la plus basse = votre cadence optimale à cette vitesse
• Généralement, la cadence optimale est à ±5 % de la cadence préférée

Réduire les foulées excessives :

• Indication : « Atterrir avec le pied sous la hanche »
• Augmenter la cadence de 5-10 % pour raccourcir naturellement la foulée
• Se concentrer sur la rotation rapide du pied plutôt que sur l'extension vers l'avant
• L'analyse vidéo peut identifier une attaque excessive du talon devant le corps

Minimiser l'oscillation verticale :

• Marcher devant une ligne de référence horizontale (clôture, marques murales) pour vérifier le rebond
• Indication : « Glisser vers l'avant, ne pas rebondir vers le haut »
• Renforcer les extenseurs de hanche pour maintenir l'extension de hanche pendant l'appui
• Améliorer la mobilité de la cheville pour une transition talon-orteil plus fluide

2. Construire une base aérobie

Entraînement Zone 2 (100-110 ppm) :

• 60-80 % du volume de marche hebdomadaire à un rythme facile et conversationnel
• Améliore la densité mitochondriale et la capacité d'oxydation des graisses
• Améliore l'efficacité cardiovasculaire (FC plus basse au même rythme)
• 12-16 semaines d'entraînement Zone 2 cohérent améliorent l'économie de 10-15 %

Longues marches (90-120 minutes) :

• Construisent l'endurance musculaire spécifique à la marche
• Améliorent le métabolisme des graisses et l'épargne du glycogène
• Entraînent le système neuromusculaire pour un mouvement répétitif soutenu
• Une longue marche hebdomadaire à rythme facile

3. Entraînement par intervalles pour l'économie

Intervalles de marche rapide :

• 5-8 × 3-5 minutes à 115-125 ppm avec 2-3 min de récupération
• Améliore le seuil lactique et la capacité à maintenir des vitesses plus élevées
• Améliore la puissance musculaire et la coordination à des cadences plus rapides
• 1-2× par semaine avec récupération adéquate

Répétitions de colline :

• 6-10 × 1-2 minutes en montée (gradient 5-8 %) à effort vigoureux
• Construit la force des extenseurs de hanche et des fléchisseurs plantaires
• Améliore l'économie grâce à une puissance de propulsion améliorée
• Marcher ou jogger en descente pour récupération

4. Entraînement de force et de mobilité

Exercices clés pour l'économie de marche :

1. Force d'extension de hanche (fessiers) :
   • Soulevés de terre roumains sur une jambe
   • Poussées de hanche
   • Montées de marche
   • 2-3× par semaine, 3 séries de 8-12 répétitions
2. Force de flexion plantaire (mollets) :
   • Élévations de mollets sur une jambe
   • Descentes excentriques de mollets
   • 3 séries de 15-20 répétitions par jambe
3. Stabilité du tronc :
   • Planches (avant et latérale)
   • Dead bugs
   • Presse Pallof
   • 3 séries de 30-60 secondes
4. Mobilité de la hanche :
   • Étirements des fléchisseurs de hanche (améliore la longueur de foulée)
   • Exercices de rotation de hanche (réduit l'oscillation)
   • Quotidien 10-15 minutes

Suivi des améliorations d'efficacité

Protocole de test d'efficacité standard

Évaluation mensuelle :

1. Standardiser les conditions : Même heure de la journée, même parcours, météo similaire, à jeun ou même timing de repas
2. Échauffement : 10 minutes de marche facile
3. Test : 20-30 minutes à rythme standard (par ex., 5,0 km/h ou 120 ppm)
4. Enregistrer : Fréquence cardiaque moyenne, effort perçu (RPE 1-10), Score WALK
5. Calculer le WEI : (Vitesse / FC) × 1000
6. Suivre les tendances : L'amélioration de l'efficacité se manifeste par une FC plus basse, un RPE plus bas, ou une vitesse plus élevée au même effort

Adaptations d'efficacité à long terme

Améliorations attendues avec entraînement cohérent (12-24 semaines) :

• Fréquence cardiaque à rythme standard : -5 à -15 bpm
• Économie de marche : +8-15 % d'amélioration (VO₂ plus basse à même vitesse)
• Score WEI : +15-25 % d'augmentation
• Score WALK : -10 à -20 points (plus rapide et/ou moins de pas)
• Vitesse de marche durable : +0,1-0,3 m/s au même effort perçu

Suivi assisté par technologie

Walk Analytics suit automatiquement :

• Score WALK pour chaque segment de 100m
• Indice d'efficacité de marche (WEI) pour chaque entraînement
• Analyse de tendance de l'économie sur des semaines et des mois
• Suggestions d'optimisation de cadence
• Références d'efficacité relatives à votre historique et aux normes de population

Résumé : Principes clés d'efficacité

Rappel :

• L'efficacité compte le plus lors de marches de longue distance ou à intensités élevées soutenues
• Pour la santé et la perte de poids, une efficacité plus faible peut signifier plus de calories brûlées (une caractéristique, pas un bug !)
• Se concentrer sur une mécanique durable et naturelle plutôt que de forcer une technique « parfaite »
• La cohérence dans l'entraînement l'emporte sur l'optimisation de tout facteur d'efficacité unique

Références scientifiques

Ce guide synthétise la recherche en biomécanique, physiologie de l'exercice et locomotion comparative :

• Ralston HJ. (1958). "Energy-speed relation and optimal speed during level walking." Internationale Zeitschrift für angewandte Physiologie 17:277-283. [Courbe d'économie en forme de U]
• Zarrugh MY, et al. (1974). "Optimization of energy expenditure during level walking." European Journal of Applied Physiology 33:293-306. [Vitesse préférée = économie optimale]
• Cavagna GA, Kaneko M. (1977). "Mechanical work and efficiency in level walking and running." Journal of Physiology 268:467-481. [Modèle de pendule inversé, récupération d'énergie]
• Alexander RM. (1989). "Optimization and gaits in the locomotion of vertebrates." Physiological Reviews 69:1199-1227. [Nombre de Froude, transition marche-course]
• Margaria R, et al. (1963). "Energy cost of running." Journal of Applied Physiology 18:367-370. [Croisement d'économie marche vs course]
• Holt KG, et al. (1991). "Energetic cost and stability during human walking at the preferred stride frequency." Journal of Motor Behavior 23:474-485. [La cadence auto-sélectionnée optimise l'économie]
• Collins SH, et al. (2009). "The advantage of a rolling foot in human walking." Journal of Experimental Biology 212:2555-2559. [Économie du balancement des bras]
• Hreljac A. (1993). "Preferred and energetically optimal gait transition speeds in human locomotion." Medicine & Science in Sports & Exercise 25:1158-1162. [Déterminants de la transition marche-course]
• Pandolf KB, et al. (1977). "Predicting energy expenditure with loads while standing or walking very slowly." Journal of Applied Physiology 43:577-581. [Effets du port de charge]
• Minetti AE, et al. (2002). "Energy cost of walking and running at extreme uphill and downhill slopes." Journal of Applied Physiology 93:1039-1046. [Effets du gradient sur le CoT]

Pour plus de recherche :

• Bibliographie scientifique complète
• Dernières recherches sur la marche
• Équations d'économie de marche

Prochaines étapes

• Optimisez votre biomécanique de marche
• Apprenez l'entraînement basé sur l'intensité
• Gérez votre charge d'entraînement pour des gains d'efficacité
• Explorez les calculs de coût de transport