Peu de questions sont posées aussi souvent et aussi rarement argumentées sur la surface d'entraînement : machines ou poids libres ? La discussion finit le plus souvent sur le goût, l'habitude ou ce qu'a dit le dernier coach. Il existe pourtant un niveau plus objectif, et il vient de la physique. Si tu comprends ce qu'est un moment de force, pourquoi les machines de musculation possèdent un disque à came et ce qui se passe réellement lors d'un curl biceps à la barre, tu n'as plus besoin d'une opinion : tu as une justification.
Ce que la biomécanique apporte réellement à l'entraînement
Par biomécanique, on entend l'étude du comportement des systèmes biologiques sous l'angle de la mécanique. Pour le travail sur la surface d'entraînement, il s'agit avant tout du système musculo-squelettique – l'appareil locomoteur – et en particulier de la dynamique : l'analyse des forces en tant que causes des mouvements.
Pendant chaque mouvement, différentes forces agissent sur le corps. Pour piloter un entraînement, il est déterminant de comprendre où et comment la force devrait idéalement agir – et où elle ne devrait pas. Les principes biomécaniques permettent d'établir un état corporel et d'en déduire des consignes d'entraînement individuelles. C'est la différence entre « l'exercice a l'air bizarre » et « le bras de levier est trop long ».
Force, travail, puissance – et surtout moment de force
Quatre grandeurs suffisent à mettre de l'ordre dans la plupart des discussions sur la surface d'entraînement. La force est la grandeur physique capable d'accélérer ou de déformer un corps. Le travail est l'énergie transmise à un corps par une force le long d'un chemin – le produit de la force et de la distance parcourue. La puissance est le travail accompli pendant un laps de temps déterminé.
La quatrième grandeur est la plus importante pour la musculation : le moment de force. Il décrit l'effet de rotation d'une force et joue, pour les mouvements de rotation, le même rôle que la force pour les mouvements rectilignes. Il se calcule comme le produit du bras de levier et de la force, le bras de levier étant la distance entre le point de rotation et le point d'application de la force.
Dans le corps humain, les moments de force jouent un rôle central, parce que tous les mouvements naissent de l'activité musculaire au niveau d'une articulation. L'articulation constitue le point de rotation, et le point d'application de la résistance – par exemple la paume de la main qui tient un haltère – définit le bras de levier. Il en découle ce que l'on oublie volontiers au quotidien : le chiffre inscrit sur le disque n'est pas la charge du muscle. Même lorsqu'on ne déplace que son propre poids de corps, d'énormes moments de force règnent déjà dans l'articulation de la cheville lorsqu'on se met sur la pointe des pieds – ils naissent des bras de levier souvent petits, et donc défavorables, des muscles dans le corps.
Digression sur l'excentrique : pourquoi les machines de musculation ont un disque à came
Qui a déjà vu le carénage d'une machine de musculation ouvert connaît la pièce : un disque souvent de forme elliptique, relié à l'axe de mouvement de la machine. Cet excentrique transmet la charge du poids d'entraînement, via l'axe, au coussin du bras de levier que tu déplaces. Il est la véritable raison pour laquelle une machine ne procure pas la même sensation qu'un haltère.
Ce que l'excentrique compense
Chaque muscle développe plus de force dans certains angles articulaires que dans d'autres. Si un muscle était entraîné sur une machine lui opposant la même résistance dans chaque angle du mouvement, cela aurait théoriquement pour conséquence une sursollicitation dans certains angles et une sous-sollicitation dans d'autres. L'excentrique doit garantir que le muscle soit sollicité aussi uniformément que possible pendant l'ensemble du mouvement.
Techniquement, cela fonctionne par le bras de levier. Le poids d'entraînement est transmis par un câble ou une sangle au bord extérieur du disque à came. La distance entre le point d'application du poids sur le disque et le point de rotation détermine la longueur du bras de levier avec lequel le poids tire – c'est le bras de charge. En regard, la longueur du bras de levier contre lequel tu travailles détermine le bras de force. Selon la loi des leviers, force × bras de force = charge × bras de charge, il faut déployer moins de force lorsqu'un bras de levier plus long est disponible – tu connais le principe du cric. Comme le disque n'est pas rond mais de forme excentrique, ce rapport change tout au long du mouvement, et avec lui la résistance que tu ressens.
D'où vient l'idée
Arthur Jones avait observé en Afrique que les lions passent presque toute la journée apparemment paresseusement couchés et disposent malgré tout d'une musculature très performante – à la chasse, ils développent soudain des forces prodigieuses. Pour lui, il semblait qu'un court moment d'effort de haute intensité suffisait. Dans les années 1960, il en tira, sans vérification scientifique, son appareil Nautilus : la toute première machine de musculation moderne. Les machines Nautilus sont majoritairement construites de manière à isoler des groupes musculaires ; la résistance s'applique uniquement à la partie du membre qui est effectivement mue par le muscle concerné.
Jones avait à juste titre reconnu que de nombreux exercices à la barre n'offrent une résistance complète que sur une amplitude de mouvement limitée. L'exemple type est le curl biceps : au début du mouvement, il n'y a pratiquement aucune résistance, la courbe de force monte jusqu'à ce que les avant-bras soient parallèles au sol, puis redescend. En position finale, on peut rester quasiment sans effort avec une barre chargée. Le disque à came devait remédier exactement à cela et garantir une résistance constante sur toute l'amplitude du mouvement. Comme sa forme rappelle une coquille de nautile, Jones donna ce nom à son entreprise.
Ce qui en découle pour les poids libres
La réponse honnête est la suivante : les poids libres ne sont pas moins bons, ils ont un autre profil de résistance. C'est tantôt un inconvénient, tantôt précisément l'intérêt. L'inconvénient est le profil irrégulier sur le trajet du mouvement, comme le montre l'exemple du curl biceps. L'avantage est la liberté d'adapter le déroulement du mouvement : si un exercice doit contourner une structure irritée, on peut utiliser un haltère libre à la place d'une machine ou modifier l'exercice. De même, après des blessures au genou, l'entraînement de la force des membres inférieurs avec des haltères libres est à préférer, dans le domaine du fitness, à l'entraînement sur machine – à condition que le client maîtrise une technique irréprochable.
Et c'est précisément là le prix à payer : la technique. Un squat avec la barre de 20 kilos exige des pieds écartés à la largeur des épaules, un dos droit, un bassin poussé vers l'arrière et un tronc stabilisé en permanence – chaque consigne est une source d'erreur de plus que sur une machine guidée. Qui ne maîtrise pas cette technique ne s'entraîne pas plus librement, mais de manière moins contrôlée. Une comparaison plus large se trouve dans l'article Machines ou haltères libres : qu'est-ce qui est mieux pour ton entraînement ?, et le sujet voisin est traité dans Exercices d'isolation et exercices de base.
La règle qui vaut pour les deux camps
En entraînement musculaire, l'objectif n'est pas de déplacer le plus de poids possible, mais de fatiguer le muscle le plus fortement possible. Une part maximale de la résistance devrait donc agir sur le muscle, et le client doit chercher la résistance au lieu de l'esquiver – à l'haltère comme à la machine. À quel point cela est lié à la durée de tension et à l'épuisement, l'article Durée de tension et épuisement musculaire le montre.
La même logique se retrouve dans les principes généraux de position : une position aussi naturelle que possible, la tête dans le prolongement de la colonne vertébrale, les poignets stabilisés, les épaules basses et en arrière, un tronc stabilisé à chaque exercice et la plus grande amplitude de mouvement possible – des limitations de santé pouvant constituer une restriction.
L'instruction, elle, ne fait pas de différence
Ce qui est remarquable, c'est ce que la formation ne sépare pas : le déroulement de l'instruction. Il comprend quatorze étapes – de la désignation de l'appareil à la mention de la musculature sollicitée sans termes techniques, en passant par la démonstration du mouvement et le contrôle de la position de départ, jusqu'à la première répétition au ralenti et à la notation des réglages, du poids et du nombre de répétitions sur le plan d'entraînement. Ce déroulement peut être appliqué à tous les exercices – peu importe que tu instruises un exercice sur machine ou un exercice avec poids libres. Deux points sont particulièrement pertinents au quotidien : s'entraîner jusqu'à l'épuisement musculaire signifie jusqu'à ce qu'une exécution anatomiquement correcte du mouvement ne soit plus possible – chez les débutants, la prudence s'impose ici. Et l'ensemble des réglages des appareils doit impérativement figurer sur le plan d'entraînement.
Comment trancher dans le plan d'entraînement
Le choix ne suit pas une préférence de matériel, mais une structure. Le modèle musculaire simplifié sert de base au système de numérotation des machines de musculation : 1 à 9 pour les membres inférieurs, 10 à 19 pour les membres supérieurs, à partir de 20 pour le tronc. Ce système est complété par les cercles fonctionnels, du pilotage à la stabilisation du corps, à la locomotion et au contrôle d'objets. Dans un plan d'entraînement équilibré, deux à trois muscles des cercles fonctionnels II à IV devraient à chaque fois être pris en compte ; selon l'objectif d'entraînement, d'autres exercices s'y ajoutent. La manière d'en construire une semaine d'entraînement est présentée dans l'article Établir un plan d'entraînement : de l'objectif à la semaine d'entraînement en six étapes.
Pourquoi plusieurs exercices pour le même muscle ? Lorsqu'un muscle est sollicité par un exercice déterminé jusqu'au point d'épuisement volontaire, toutes les unités motrices recrutables pour ce mouvement sont mobilisées. Effectuer plusieurs fois exactement le même exercice n'entraîne donc guère le recrutement d'unités motrices supplémentaires – pour cela, il faut épuiser autant que possible toutes les fonctions anatomiques du muscle cible. C'est précisément ici que machine et haltère cessent d'être adversaires : ce sont deux chemins vers différentes fonctions du même muscle. Avant chaque ajout se posent trois questions : l'exercice sert-il l'objectif principal de ton client ? Apporte-t-il un bénéfice supplémentaire pour atteindre l'objectif ? Est-il définitivement préférable aux alternatives ?
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Questions fréquentes sur les machines et les poids libres
Qu'est-ce qu'un excentrique sur une machine de musculation ?
Un excentrique est un disque souvent de forme elliptique, relié à l'axe de mouvement de la machine. Il transmet la charge du poids d'entraînement au coussin du bras de levier que tu déplaces. Comme il n'est pas rond, le rapport entre bras de charge et bras de force change tout au long du mouvement – et avec lui la résistance.
Pourquoi une machine donne-t-elle une sensation plus régulière qu'un haltère ?
Chaque muscle développe plus de force dans certains angles articulaires que dans d'autres. L'excentrique doit faire en sorte que le muscle soit sollicité aussi uniformément que possible pendant l'ensemble du mouvement. De nombreux exercices à la barre n'offrent en revanche une résistance complète que sur une amplitude limitée, ce qui apparaît particulièrement nettement au curl biceps.
Les poids libres sont-ils inadaptés aux débutants ?
Pas par principe, mais ils exigent davantage de technique. Les haltères libres sont pertinents lorsqu'une technique irréprochable est maîtrisée, et les machines guidées facilitent le début. Dans les deux cas, le déroulement de l'instruction est important, et lors d'un entraînement jusqu'à l'épuisement musculaire, une prudence particulière s'impose chez les débutants.
Qu'est-ce qu'un moment de force à l'entraînement ?
Le moment de force décrit l'effet de rotation d'une force et correspond au produit de la force et du bras de levier. Dans le corps, l'articulation constitue le point de rotation, et le point d'application de la résistance détermine le bras de levier. C'est pourquoi le poids chargé ne dit à lui seul que peu de chose sur la sollicitation réelle d'une articulation.
De combien d'exercices différents un muscle a-t-il besoin ?
Lorsqu'un muscle est sollicité jusqu'à l'épuisement volontaire, toutes les unités motrices recrutables pour ce mouvement sont mobilisées. Répéter plusieurs fois le même exercice n'apporte donc guère d'unités supplémentaires. Il est plus judicieux de couvrir, par différents exercices, autant que possible toutes les fonctions anatomiques du muscle cible.
Conclusion
Sur le plan biomécanique, la question « machine ou poids libre » n'est pas une alternative, mais une question de profil de résistance. L'excentrique existe parce que la force d'un muscle varie selon l'angle articulaire et qu'une résistance constante le surchargerait par endroits et le sous-solliciterait ailleurs. Les poids libres n'offrent pas cette compensation, mais ils se laissent adapter et couvrent d'autres fonctions du même muscle. La règle déterminante reste la même : fatiguer le muscle plutôt que déplacer du poids – avec une technique que tu peux instruire et corriger.
