Comment les mathématiques – et manger pendant que vous courez – peuvent vous aider à courir votre meilleur marathon

Que j’étais sur la ligne de départ d’une course de cross-country au lycée ou des années plus tard lors du froid et pluvieux marathon de Boston 2018, j’étais toujours nerveux avant les courses.

En novembre 2021, j’étais de retour au départ, cette fois au Monumental Marathon d’Indianapolis. Et bien que je me sois toujours préparé pour une course, cette fois, je l’ai fait différemment.

J’avais passé les trois dernières années à faire de la recherche scientifique et à démontrer mathématiquement comment utiliser la nutrition et l’entraînement pour réaliser une course optimale dans le cadre de mon programme de doctorat à l’Université du Tennessee à Knoxville.

Bien qu’il existe des recherches approfondies sur le rythme, l’entraînement et la nutrition, peu de recherches ont été effectuées à l’intersection des mathématiques et de la course. Les recherches menées se concentrent principalement sur des courses plus courtes, telles que le 800 m, plutôt que sur des distances plus longues, et aucune d’entre elles ne se concentre sur la pratique de manger en courant. Je voulais savoir comment un marathonien pouvait maximiser sa production d’énergie pour courir la course la plus rapide possible.

Mes collègues Suzanne Lenhart, Guoxun Chen et William Hager et moi avons combiné les mathématiques avec la recherche du monde de la nutrition et de la science de l’exercice pour comprendre comment la vitesse d’un coureur devrait changer pendant une course – et combien et quand manger pendant la course.

performance marathon

Le marathon trouve son origine dans une ancienne légende grecque de Pheidippides, un messager qui a vécu en 490 av. 40 kilomètres de Marathon à Athènes pour apporter des nouvelles d’une invasion perse – ou éventuellement pour annoncer la victoire des Athéniens.

Plus de 2 000 ans plus tard, en 1896, les premiers Jeux olympiques modernes comprenaient un marathon. L’année suivante, le premier marathon de Boston a eu lieu. La course, probablement la plus célèbre des plus de 1 100 marathons organisés chaque année aux États-Unis, fête son 126e anniversaire le 18 avril.

Courir un marathon de 26,2 miles nécessite à la fois de l’entraînement et de la stratégie. Le rythme est la clé : un coureur qui s’élance dans un sprint ne peut pas s’attendre à maintenir ce rythme. Dans les années 1920, les coureurs ont d’abord reconnu la nécessité de faire le plein pendant les courses de longue distance et ont commencé à grignoter des bonbons pendant les courses. Aujourd’hui, une industrie lucrative vend des gels énergétiques, des bonbons gélifiés, des boissons pour sportifs et d’autres produits de nutrition de course.

C’est parce que la course à pied est un jeu d’énergie alimenté par les graisses et le glycogène stockés. Pendant un effort intense, le corps brûle principalement du glycogène, une structure glucidique complexe utilisée pour le stockage de l’énergie dans les muscles et le foie.

C’est là que la planification de l’alimentation entre en jeu. Le corps a beaucoup de graisse stockée mais un approvisionnement limité en glycogène, suffisant pour courir peut-être 15 miles. Manger des repas riches en glucides avant une course crée des réserves de glycogène.

Mais courir à grande vitesse ou sur de longues distances peut épuiser le glycogène disponible et déclencher une expérience misérable et familière connue sous le nom de “cogner” ou “cogner le mur”. Lorsque le corps manque de sucre à brûler, les muscles se contractent et, dans les cas extrêmes, un coureur peut se sentir étourdi, confus ou même s’effondrer. L’antidote : Consommer des sucres bruts pendant une course.

Biologie des races modèles

Afin de montrer scientifiquement comment courir le plus vite possible, mes collègues et moi avons construit un modèle informatique. Il est basé sur divers paramètres personnels tels que le poids du coureur et sa capacité d’absorption d’oxygène, qui sont calculés par la plupart des montres de sport.

D’autres facteurs incluent la vitesse à laquelle un coureur brûle des calories et la rapidité avec laquelle le corps élimine le lactate, un composé qui alourdit les muscles lorsqu’il s’accumule. Nous avons construit des équations pour la vitesse ; changements dans l’énergie disponible provenant des graisses et du glycogène ; et le regain d’énergie des aliments consommés pendant la course.

Ensuite, nous avons programmé notre objectif : déterminer comment un coureur de marathon simulé pourrait courir la course de 26,2 milles la plus efficace.

Nous avons évalué diverses combinaisons de vitesse et d’énergie disponible, en plus de l’apport en carburant, allant de 100 à 1 100 calories. Dans l’ensemble, notre modèle montre que le maintien d’un rythme assez constant du début à la fin aide un coureur à atteindre des performances optimales.

Les résultats varient considérablement d’une personne à l’autre. Le modèle montre la meilleure vitesse individuelle et calcule la quantité de calories qu’ils doivent consommer en fonction de leurs besoins personnels et du moment où ils doivent être utilisés. Le modèle génère également des graphiques pour visualiser les résultats. Tout cela peut être amélioré avec un entraînement ciblé, rendant un coureur plus économe en énergie.

optimiser les performances

Le légendaire marathonien Eliud Kipchoge du Kenya a écrit l’histoire du monde avec sa course de 2019 en Autriche.

Comme ce modèle est basé sur des phénomènes biologiques et non sur des données, nous avons dû valider l’approche. Nous avons donc comparé une simulation du marathon record du monde 2019 d’Eliud Kipchoge à sa performance réelle. Kipchoge, le premier à terminer un marathon en moins de deux heures – 1:59:40 – a réalisé un exploit physique étonnant qui a été peaufiné par une équipe d’experts.

Pour comparer notre simulation à sa course réelle, nous avons entré ses paramètres personnels à côté des 800 calories qu’il a brûlées. Notre modèle s’est avéré extrêmement précis : la simulation ne différait des performances de Kipchoge que d’une seconde par mile.

J’ai ensuite testé moi-même notre modèle sur un coureur d’un niveau différent. Je me tenais sur la ligne de départ du marathon d’Indianapolis, prêt à utiliser la stratégie de stimulation et le plan nutritionnel de course du modèle pour consommer cinq gels de 100 calories. J’ai terminé la course en 2:37:14, un énorme record personnel pour moi, plus de 15 minutes plus vite que je n’ai jamais couru. La simulation s’est à nouveau avérée forte : c’était moins de 1% sur mon temps de course réel.

Le but ultime de ce travail est de créer une application conviviale permettant aux coureurs de planifier leur alimentation en course et de calculer leur meilleur rythme, deux éléments cruciaux pour un marathon optimal.

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