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Cœur et sport

07 juil 2013

Les contraintes de pilotage en formule 1

J. GAUTHIER, cardiologue, médecin du sport

Les sports mécaniques ont des contraintes de pilotage assez semblables malgré la grande diversité des compétitions : forte consommation en oxygène au niveau des bras, variations du débit circulatoire en relation avec les accélérations, apnées, hypoxie cérébrale caractérisent ce type d’effort. Les facteurs environnementaux jouent un rôle particulièrement important. Cette activité reste pourtant accessible à un grand nombre de sportifs. Le comportement hygiéno-diététique et le mode de préparation sont des facteurs essentiels de la réussite.

Le sport automobile offre une grande variété de compétitions, dédiées soit à la vitesse, soit à l’endurance. Les compétitions de vitesse se déroulent sur circuit et sur route. Sur circuit, les courses les plus célèbres sont les Grands Prix de formule 1 (F1) dont la durée moyenne est de 90 min pour des monoplaces spécialement préparées, limitées en vitesse par des contraintes techniques réglementaires (vitesse moyenne : 250 km/h). Les pilotes sont de toutes les classes d’âge, les carrières professionnelles peuvent être longues, et il n’y a pas d’amateurs. Ce sport n’est pas accessible à toutes les morphologies, car en F1 l’habitacle est réduit. L’encadrement médical des compétitions est défini par le Code médical de la Fédération internationale de l’automobile (FIA).   Les contraintes de pilotage   La charge de travail L’effort de conduite automobile est un effort statique. La dépense énergétique pour une heure de conduite sportive est d’environ 600 Kcal, et le pourcentage habituellement utilisé de la consommation maximale en oxygène (VO2 max) n’est que de 60% de son maximum. Toutefois, la consommation segmentaire au niveau des bras est très élevée, autour de 70% de la VO2 max globale, alors qu’elle n’est que de 50% dans la population sportive générale : la composante isométrique est, en effet, majeure au niveau des bras et des mains, bloquées en tension sur le volant (grip), rendant prépondérante la participation anaérobie. L’augmentation de la VO2 et du débit cardiaque est limitée, la faiblesse du volume d’éjection sera compensée par une élévation de la fréquence cardiaque et une augmentation du retour veineux ; la contractilité myocardique est aussi renforcée par effet sympathique. Après l’effort, la demande musculaire en oxygène augmente, nécessitant une consommation maximale suffisante. 
L’aspect échographique du cœur du pilote est celui des activités de type mixte, avec des cavités harmonieuses et des dimensions ventriculaires gauches à la limite supérieure des normes.   Le rôle du système nerveux autonome Il est sollicité par le type d’activité et fortement majoré par les charges émotionnelles liées au danger. Les fréquences cardiaques sont très élevées par rapport à la charge réelle d’activité : entre 120 et 190 bpm selon les sujets avant le départ (figure 1), entre 140 et 180 bpm en moyenne pendant la course, et jusqu’à 180-220 bpm pendant plusieurs minutes au cours des épreuves spéciales de rallye. Le seuil d’excitabilité de la cellule myocardique est abaissé, augmentant le risque d’arythmie. Des à-coups tensionnels sont possibles. La forte sollicitation adrénergique augmente aussi la lactatémie et la glycogénolyse. 
Sur le plan électrocardiographique, la stimulation du système nerveux autonome peut modifier le signal électrique (augmentation légère des intervalles PR et QT, de l’amplitude et la largeur du QRS et de la variabilité sinusale).   Les accélérations Les accélérations en sport mécanique sont essentiellement antéro-postérieures et latérales, pouvant aller jusqu’à 5 G pendant 5 secondes ; certains crashs vont jusqu’à 100 G. La nature de l’accélération détermine les effets cardiovasculaires, en sport mécanique une variation progressive (VPA) jusqu’à 1 G/sec environ. Elle est parfois responsable de troubles visuels : voile gris dû à une perte du champ visuel périphérique, voile noir dû à une perte du champ visuel central. Ces phénomènes sont secondaires à une diminution progressive de l’irrigation cérébrale induisant une baisse de l’irrigation rétinienne et une hypoxie ; les syncopes sont exceptionnelles, elles se produisent pour des variations brutales de l’accélération (VBA), au-delà de 1 G/sec, et sont rares avec les voitures de course. 
La répétition d’accélérations de faible intensité (2 à 4 G) et de courte durée (2 à 3 sec) pendant plusieurs heures peut induire une hypoxie cérébrale, insuffisante pour donner des signes cliniques, mais susceptible d’altérer les réflexes et la vigilance. 
Lorsque la vitesse de variation de l’accélération devient supérieure à 1 G/sec, elle peut entraîner des troubles conductifs mineurs ou un allongement du QTc (figure 2). Expérimentalement, une accélération progressive chez le rat peut provoquer des troubles conductifs allant du bloc de 1er degré au bloc auriculo-ventriculaire complet.   Les contraintes respiratoires Des phénomènes d’apnées provoqués par l’effet de plaquage thoracique contre la carrosserie et par la concentration du pilote dans certaines circonstances de course (tour de qualification, départ) pourraient constituer un facteur aggravant de l’hypoxie. Ils sont brefs mais répétitifs, et représentent jusqu’à un quart du temps total de la course majorant l’hypoventilation.   Le rôle de l’environnement Les facteurs environnementaux jouent un rôle important, en particulier les températures souvent très élevées à l’intérieur de la voiture (de 10 à 15°C supérieures à la température extérieure pour les voitures ouvertes, 20°C et plus dans les habitacles fermés). Les principales sources de chaleur viennent du moteur, des freins et des vêtements anti-feu du pilote. La déshydratation (1,5 l/h de pilotage en moyenne) peut influencer défavorablement le rythme cardiaque et la viscosité sanguine. Le coup de chaleur reste possible, même pour des pilotes expérimentés ; une hypoglycémie accompagne fréquemment la déshydratation, majorant ses effets négatifs sur la vigilance. Le positionnement du corps et le système de verrouillage sus-pubien des harnais de sécurité constituent une gêne à la circulation veineuse de retour dans les membres inférieurs, celle-ci pourrait être améliorée par le port d’une contention, équipement qui devrait satisfaire aux règlements de protection contre le feu. 
Le bruit (100 à 120 décibels en F1) et les vibrations constituent des facteurs importants d’altération de la vigilance. Les charges émotionnelles sont particulièrement fortes dans ce type d’activité, en relation avec le danger et la pression de compétitions souvent très médiatisées. Elles influencent le rythme cardiaque du pilote et sa pression artérielle, qui s’élève pendant la course par rapport aux moyennes de repos ; le retour à la normale de la pression artérielle intervient rapidement à l’arrêt de l’effort.   Le suivi médical   L’attribution d’une licence fédérale permettant de participer à une compétition automobile dépend d’un examen médical préalable. Les normes de la Fédération internationale ne sont pas très exigeantes sur le plan cardiovasculaire. Elles retiennent bien sûr l’interrogatoire et l’examen clinique, mais laissent la réalisation de l’électrocardiogramme à l’appréciation du médecin examinateur. Certaines fédérations nationales, conscientes du type de travail cardiaque que représente l’effort de conduite, ont rendu l’électrocardiogramme de repos obligatoire, ainsi que l’épreuve d’effort en fonction de l’âge.   L’aptitude à la course Elle nécessite  : 
 - Une morphologie adaptée : les grands gabarits sont défavorisés compte tenu d’une ergonomie très étroite des habitacles. Le poids ne doit pas être excessif car le poids total voiture-pilote est limité. La masse grasse optimale se situe entre 7 et 8%. Une grande souplesse est indispensable. Une musculature adaptée est essentielle : cou, avant-bras, mains, jambes sont fortement sollicités. 
 - Un bon état cardiovasculaire : consommation maximale en oxygène autour de 70 ml/min/kg, un seuil ventilatoire élevé, à 90 % de la VO2 max, une VO2 des bras très élevée, vers 50 ml/min/kg. 
- Une vision parfaite, en particulier au niveau des couleurs et de l’éblouissement. 
- Un bon profil psychologique : force mentale, capacités de concentration, maîtrise de la relaxation, aptitude à utiliser les techniques de visualisation.   La préparation 
 Elle est quotidienne et d’une grande diversité : travail foncier de course à pied ou de vélo en endurance et résistance, travail musculaire séquentiel (cou, avant-bras, jambes), exercices de concentration et visualisation, travail de relaxation.   En conclusion   La conduite automobile en compétition est une activité anaérobie prépondérante, avec forte participation du système sympathique. Elle provoque parfois une hypoxie cérébrale responsable de pertes de vigilance et de troubles visuels. Elle est sous l’influence de facteurs environnementaux pouvant augmenter la viscosité sanguine et favoriser la déshydratation et l’hypoglycémie. Une bonne connaissance des adaptations physiologiques de chaque pilote à ces contraintes permet de proposer des programmes spécifiques de préparation limitant fortement leurs effets. Ainsi, pilotes et médecins doivent développer une collaboration leur permettant d’améliorer et de sécuriser l’effort de conduite.

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