Étude des réponses psychophysiologiques des sapeurs

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Étude des réponses psychophysiologiques dessapeurs-pompiers lors des interventions de lutte contre

les incendiesPhilemon Marcel-Millet

To cite this version:Philemon Marcel-Millet. Étude des réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers lors des in-terventions de lutte contre les incendies. Santé. Université Bourgogne Franche-Comté, 2020. Français.�NNT : 2020UBFCE020�. �tel-03353897�

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UNIVERSITE DE BOURGOGNE FRANCHE-COMTE

École doctorale n°554 – Environnements-Sante

THESE DE DOCTORAT

En vue de l’obtention du grade de Docteur de l’Université de Bourgogne Franche-Comté

Spécialité Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives (STAPS)

Par

M. Philémon MARCEL-MILLET

ETUDE DES REPONSES PSYCHOPHYSIOLOGIQUES DES

SAPEURS-POMPIERS LORS DES INTERVENTIONS DE LUTTE

CONTRE LES INCENDIES

Thèse présentée et soutenue publiquement a Besançon, le 11 décembre 2020

Composition du jury :

M. Jérémy COQUART

(Président)

Professeur des Universités

Université de Rouen-Normandie

M. Antoine GAUTHIER

(Rapporteur)


Université de Caen-Normandie

M. Grégoire MILLET

(Examinateur)


Université de Lausanne

M. Sébastien FREIDIG

(Invité)

Commandant de sapeurs-pompiers professionnels

Chef de centre – CSP Besançon Centre

M. Gilles RAVIER

(Co-directeur)

Maître de Conférences

Université de Bourgogne Franche-Comté

M. Alain GROSLAMBERT

(Directeur)



EA 4660 Culture – Sport – Santé – Société (C3S)

REMERCIEMENTS

3

REMERCIEMENTS

Je tiens ici à exprimer mes remerciements à toutes les personnes qui m’ont accompagne,

soutenu et aidé, de près ou de loin, au cours de ce travail de thèse :

A Gilles Ravier, pour m’avoir propose puis accompagne tout au long de ce travail de thèse. Je

vous remercie tout d’abord de m’avoir fait confiance et de m’avoir permis de me lancer dans

cette aventure. Je vous remercie ensuite pour ces trois années passées à vos côtés. Merci pour

le temps que vous m’avez consacre, pour la qualité de nos échanges et pour tout ce que vous

m’avez transmis. C’est grâce a vous que j’ai pu debuter et aller au bout de ce travail.

A Alain Groslambert, pour avoir codirigé ce travail de thèse. Je vous remercie pour la confiance

que vous m’avez accordé depuis le début. Merci pour votre bienveillance, votre soutien, votre

disponibilité et vos conseils précieux durant cette collaboration.

A Gilles Ferréol, pour m’avoir accueilli au sein du laboratoire C3S. Merci egalement a Annick

Rousseau, d’avoir ete là et d’avoir assuré quand il le fallait.

Aux membres du jury pour avoir accepté de juger mon travail. Merci aux rapporteurs Jérémy

Coquart et Antoine Gauthier et merci à Grégoire Millet. Je suis très honoré que mon travail soit

examiné par un jury de si grande qualité.

A Sebastien Freidig, pour votre soutien sans faille dans ce projet. Je vous remercie de m’avoir

accorde votre confiance et d’avoir toujours tout fait pour nous permettre de travailler dans les

meilleures conditions possibles au sein de la caserne de Besançon Centre.

A tous les sapeurs-pompiers de Besançon Centre, et particulièrement à ceux assez fous pour

m’avoir servi de cobaye. Merci pour votre participation enthousiaste. Sans vous, nous n’aurions

pas pu mener de telles expérimentations.

Aux collègues du laboratoire C3S, et très particulièrement à Philippe et Sidney. Merci à vous

deux d’avoir toujours repondu presents et d’avoir pris le temps de partager vos connaissances

et votre expérience. Merci également aux collègues de Campus Sport, Claude, Sandrine, Nico

REMERCIEMENTS

4

et les autres… « il n’y a pas que le travail dans la vie » : vous avez toujours si bien su me le

rappeler.

Aux collègues doctorants du COPS/PIMS, Theo, Lucas, Victor… Theo, un grand merci a toi,

tu m’as accueilli et guide dans mes debuts. Tes conseils etaient si precieux. Lucas, merci pour

nos longs echanges, toujours riches et constructifs. J’ai hâte d’assister à ta soutenance !

Enfin et surtout je souhaite remercier du fond du cœur ma famille, mes parents, grands-parents,

mon frère, ma sœur... Merci à mes parents, pour votre amour et votre soutien en tout lieu et en

tout temps. Je souhaite délivrer une mention spéciale à Nathan et à Perrine. C’est grâce a une

enfance passee a vos côtes que j’ai acquis une patience, un sang-froid et une persévérance à

toute epreuve. C’est donc grâce a vous que j’en suis la. Et vu vos parcours, j’ai dû vous en faire

sacrément baver également…

A ma famille egalement… Leu, Marine, Spino, Tim, Cyrielle, Candice, Simon, Thomas G.,

Thomas D., Thomas J., Aline, Val, Filou, Bizu, Sarah, Deutsch, Carotte, Nono, Léo et tous les

autres… Ça n’a jamais ete facile de caler quelques minutes de travail entre deux de vos

invitations ! Un merci particulier a Spino et Bizu, d’avoir eu le courage et la gentillesse de relire

cette thèse.

Et le meilleur pour la fin. Juline, merci du fond du cœur pour ton amour et ton soutien que tu

m’as apporte tout au long de cette thèse. Enfin au bout… pour de nouvelles aventures !

RÉSUMÉ

5

Étude des réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers lors des interventions

de lutte contre les incendies


RÉSUMÉ

Les interventions de lutte contre les incendies sont a l’origine d’un stress

psychophysiologique consequent sur l’organisme des sapeurs-pompiers, ce qui provoque une

augmentation significative du risque de decès d’origine pathologique. L’enjeu actuel est de

préserver la santé et la sécurité des sapeurs-pompiers par une meilleure connaissance de leurs

réponses physiologiques et psychologiques au travail. Ainsi, l’objectif des travaux conduits

dans le cadre de cette thèse etait d’investiguer les reponses psychophysiologiques des

sapeurs-pompiers durant des interventions simulées de lutte contre les incendies, en

conditions écologiques.

Les principaux résultats de l’etude n°1 montrent qu’en plus d’un stress physiologique eleve

et d’une perturbation des fonctions executives durant l’intervention, la phase post-

intervention est marquée par une très faible activité parasympathique cardiaque. Cependant,

bien que l’appareil respiratoire ait entraine une augmentation de la duree de l’intervention,

du stress cardiaque et de la perception de la difficulte de l’effort, il n’a pas eu d’influence sur

la reactivation parasympathique cardiaque. Les deux etudes suivantes etaient d’ordre

méthodologique. L’etude n°2 a permis de quantifier la charge de travail generee par une

intervention de lutte contre les incendies. Elle révèle que la quantification subjective de la

charge de travail est la méthode la plus sensible aux differentes conditions d’equipement et

semble donc plus adaptée pour un suivi de la charge de travail des sapeurs-pompiers. Ensuite,

l’etude n°3 a teste la fiabilite et la sensibilite de l’analyse post-exercice de la variabilité de la

fréquence cardiaque à très court terme dans le but de faciliter son utilisation en conditions

ecologiques. Cependant, les resultats ont montre une faible sensibilite de l’analyse de la

variabilité de la fréquence cardiaque post-exercice à très court terme, et suggèrent donc de

conserver une analyse classique à court terme.

Après avoir révélé un stress psychophysiologique et une perturbation parasympathique

importante lors d’une intervention simulee de jour, nous avons montre dans l’etude n°4 que

le stress psychophysiologique était plus important la nuit que le jour, lors de la phase d’alarme

et lors de la récupération. Enfin, lors de l’etude n°5, l’investigation d’une phase plus retardee

de la récupération, durant le sommeil des sapeurs-pompiers a montre que l’activite autonome

cardiaque nocturne était perturbée lors des nuits de garde avec et sans interventions.

Ce travail de thèse apporte de nouvelles connaissances sur les réponses

psychophysiologiques des sapeurs-pompiers, et notamment sur la régulation autonome

cardiaque nocturne et post-intervention. Les résultats issus de ce travail de thèse fournissent

des recommandations sur l’utilisation de certains outils d’evaluation pour les sapeurs-

pompiers et ouvrent de nouvelles perspectives de recherches visant à réduire le stress

psychophysiologique de ces derniers.

Mots clés : Sapeurs-pompiers, Lutte contre les incendies, Récupération, Physiologie de

l’exercice, Regulation autonome du myocarde, Variabilité de la fréquence cardiaque,

Fonctions exécutives

ABSTRACT

6

Psychophysiological responses of firefighters during firefighting interventions

University of Bourgogne Franche-Comté

ABSTRACT

Firefighting interventions lead to high psychophysiological stress in firefighters, which causes

a significant increase in the risk of death from pathological causes. The current challenge is to

preserve the health and safety of firefighters through better knowledge of their physiological

and psychological responses at work. Thus, the objective of this doctoral work was to

investigate the psychophysiological responses of firefighters during simulated firefighting

interventions, in ecological conditions.

The main results of study 1 showed that in addition to the high physiological stress and the

disruption of executive functions during the firefighting intervention, the post-intervention

phase is marked by very low cardiac parasympathetic activity. However, although the breathing

apparatus increased the duration of the intervention, as well as the cardiac stress and the

perceived exertion, it did not influence the cardiac parasympathetic reactivation.

The next two studies were methodological. Study 2 has quantified the workload generated by a

firefighting intervention. The results revealed that subjective quantification of the workload is

the most sensitive method to discriminate different equipment conditions and therefore seems

more suitable for monitoring the workload of firefighters. Then, study 3 tested the reliability

and the sensitivity of post-exercise analysis of ultra-short-term heart rate variability in order to

facilitate its use in ecological conditions. However, the results showed a low sensitivity of ultra-

short-term heart rate variability analysis, and therefore suggest to keep a conventional short-

term analysis.

After showing a psychophysiological stress and a significant parasympathetic disturbance

during a simulated daytime intervention, we showed in study 4 that psychophysiological stress

was greater at night than during the day, both during the alarm phase and the recovery phase.

Finally, in study 5, the investigation of a more delayed phase of recovery, during the sleep of

firefighters, showed that nocturnal cardiac autonomic activity was disturbed during nights when

firefighters are on-call, with and without interventions.

This doctoral work provides new knowledge on the psychophysiological responses of

firefighters during firefighting interventions, and in particular on nocturnal and post-

intervention cardiac autonomic regulation. The results of this thesis provide recommendations

on the use of firefighter monitoring tools and open up new research perspectives aimed at

reducing their psychophysiological stress.

Key words: Firefighters, Firefighting, Recovery, Exercise physiology, Autonomic control of

the heart, Heart rate variability, Executive functions

TABLE DES MATIÈRES

7

TABLE DES MATIÈRES

REMERCIEMENTS ............................................................................................................................................ 3

RÉSUMÉ ............................................................................................................................................................... 5

ABSTRACT ........................................................................................................................................................... 6

TABLE DES MATIÈRES .................................................................................................................................... 7

LISTE DES PUBLICATIONS ........................................................................................................................... 10

LISTE DES ABRÉVIATIONS .......................................................................................................................... 13

LISTE DES FIGURES ....................................................................................................................................... 15

LISTE DES TABLEAUX ................................................................................................................................... 17

INTRODUCTION GENERALE ....................................................................................................................... 19

1. CONTEXTE GENERAL DU TRAVAIL DE RECHERCHE .................................................................................. 19

2. INTRODUCTION ........................................................................................................................................ 21

CHAPITRE 1 : REVUE DE LITTERATURE ................................................................................................. 25

1.1 LES SAPEURS-POMPIERS : LES INTERVENTIONS DE LUTTE CONTRE LES INCENDIES .............................. 25

1.1.1 La phase du signal d’alarme et de mobilisation ............................................................................ 25

1.1.2 La phase d’intervention ................................................................................................................. 31

a. Le coût énergétique ........................................................................................................................................ 31

b. Les réponses cardiovasculaires ...................................................................................................................... 35

c. Le stress thermique ........................................................................................................................................ 38

d. Le stress psychologique ................................................................................................................................. 41

e. Les fonctions cognitives ................................................................................................................................. 42

f. Les réponses hormonales et inflammatoires................................................................................................... 44

g. Les blessures sur intervention ........................................................................................................................ 45

h. Conclusions .................................................................................................................................................... 45

1.1.3 La phase post-intervention ............................................................................................................ 48

1.2 LE SYSTEME NERVEUX AUTONOME ..................................................................................................... 53

1.2.1 Le SNA dans le système nerveux ................................................................................................... 53

1.2.2 Structure du système nerveux sympathique ................................................................................... 55

1.2.3 Structure du système nerveux parasympathique ........................................................................... 57

1.2.4 Les neurotransmetteurs du SNA .................................................................................................... 60

1.2.5 Les rôles du SNA ........................................................................................................................... 61

1.3 LE CONTROLE DE LA FREQUENCE CARDIAQUE PAR LE SYSTEME NERVEUX AUTONOME ...................... 63

1.3.1 Le système de conduction du cœur ................................................................................................ 63

1.3.2 Les récepteurs sensoriels et le centre cardiovasculaire ................................................................ 65

1.3.3 L’innervation du cœur par le SNA................................................................................................. 66

TABLE DES MATIÈRES

8

1.3.4 La régulation de la FC par le SNA ................................................................................................ 68

1.4 LA VARIABILITE DE LA FREQUENCE CARDIAQUE ................................................................................. 69

1.4.1 Les méthodes d’analyse ................................................................................................................. 69

a. L’analyse temporelle ...................................................................................................................................... 70

b. L’analyse spectrale ......................................................................................................................................... 71

c. L’analyse de Poincarre ................................................................................................................................... 71

1.4.2 Les durées d’évaluation de la VFC ............................................................................................... 72

1.4.3 Les situations d’évaluation de la VFC .......................................................................................... 73

a. Analyse sur une période de repos stable ........................................................................................................ 73

b. Analyse lors d’un test orthostatique ............................................................................................................... 73

c. Analyse nocturne ........................................................................................................................................... 74

d. Analyse durant un exercice physique ............................................................................................................. 75

e. Analyse post-exercice .................................................................................................................................... 76

f. Conclusions autour de la méthodologie de la VFC ........................................................................................ 76

1.4.4 Les réponses de la VFC à un stress physique ................................................................................ 77

a. Durant l’exercice physique ............................................................................................................................ 77

b. En post-exercice ............................................................................................................................................. 79

1.4.5 Les réponses de la VFC à un stress psychologique ....................................................................... 83

1.4.6 Conclusion autour de la VFC ........................................................................................................ 84

1.5 SYNTHESE ET PROBLEMATIQUE DE THESE ........................................................................................... 85

CHAPITRE 2 : PREMIÈRE EXPÉRIMENTATION ..................................................................................... 88

2.1 ÉTUDE N°1 : REPONSES PHYSIOLOGIQUES ET REACTIVATION PARASYMPATHIQUE DURANT LES

INTERVENTIONS DE LUTTE CONTRE LES INCENDIES : L’EFFET DE L’APPAREIL RESPIRATOIRE ISOLANT .............. 89

2.1.1 Introduction ........................................................................................................................................ 89

2.1.2 Méthodologie ...................................................................................................................................... 90

2.1.3 Résultats ............................................................................................................................................. 96

2.1.4 Discussion ......................................................................................................................................... 102

2.1.5 Conclusion et perspectives ............................................................................................................... 109

2.2 ÉTUDE N°2 : EFFET DE L’EQUIPEMENT DE PROTECTION DES SAPEURS-POMPIERS SUR LA CHARGE DE TRAVAIL

EXTERNE ET INTERNE DURANT UNE INTERVENTION DE LUTTE CONTRE LES INCENDIES ................................... 110

2.2.1 Introduction ...................................................................................................................................... 110

2.2.2 Méthodologie .................................................................................................................................... 112

2.2.3 Résultats ........................................................................................................................................... 115

2.2.4 Discussion ......................................................................................................................................... 118

2.2.5 Conclusion et applications pratiques ............................................................................................... 122

2.3 ÉTUDE N°3 : LA CONDITION PHYSIQUE DES SAPEURS-POMPIERS INFLUENCE-T-ELLE LEUR REACTIVATION

PARASYMPATHIQUE CARDIAQUE ? ANALYSE AVEC LA VARIABILITE DE LA FREQUENCE CARDIAQUE POST-

EXERCICE PAR DES MESURES A COURT TERME ET TRES COURT TERME ............................................................ 124

2.3.1 Introduction ...................................................................................................................................... 124

2.3.2 Méthodologie .................................................................................................................................... 125

2.3.3 Résultats ........................................................................................................................................... 127

TABLE DES MATIÈRES

9

2.3.4 Discussion ......................................................................................................................................... 131

2.3.4 Conclusion ........................................................................................................................................ 135

CHAPITRE 3 : SECONDE EXPERIMENTATION ..................................................................................... 136

3.1 ÉTUDE N°4 : REPONSES PSYCHOPHYSIOLOGIQUES DES SAPEURS-POMPIERS LORS D’INTERVENTIONS DE

LUTTE CONTRE LES INCENDIES REALISEES DE JOUR ET DE NUIT ....................................................................... 137

3.1.1 Introduction ...................................................................................................................................... 137

3.1.2 Méthodologie .................................................................................................................................... 138

3.1.3 Résultats ........................................................................................................................................... 143

3.1.4 Discussion ......................................................................................................................................... 147

3.1.5 Conclusion ........................................................................................................................................ 152

3.2 ÉTUDE N°5 : EFFET D’UNE NUIT DE GARDE AVEC ET SANS INTERVENTION SUR L’ACTIVITE AUTONOME

CARDIAQUE NOCTURNE ET LA QUALITE DU SOMMEIL DES SAPEURS-POMPIERS ............................................... 154

3.2.1 Introduction ...................................................................................................................................... 154

3.2.2 Méthodologie .................................................................................................................................... 156

3.2.3 Résultats ........................................................................................................................................... 159

3.2.4 Discussion ......................................................................................................................................... 163

3.2.5 Conclusion ........................................................................................................................................ 167

DISCUSSION GÉNÉRALE ............................................................................................................................. 168

LIMITES ET PERSPECTIVES ...................................................................................................................... 173

CONCLUSION GÉNÉRALE .......................................................................................................................... 176

BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................................ 177

LISTE DES PUBLICATIONS

10


Publications en lien avec la thématique :

Marcel-Millet P., Ravier G., Grospretre S., Gimenez P., Freidig S., Groslambert A.

Physiological responses and parasympathetic reactivation in rescue interventions: The effect of

the breathing apparatus. Scandinavian Journal of Medicine & Science in Sports, 2018, vol. 28,

no 12, p. 2710-2722. DOI : 10.1111/sms.13291.

Marcel-Millet P., Ravier G., Groslambert A. Effect of firefighter’s protective equipment on

external and internal load during a simulated rescue intervention. Journal of Strength and

Conditioning Research, Publié en ligne avant impression le 12 mars 2020. DOI:

10.1519/jsc.0000000000003551.

Marcel-Millet P., Ravier G., Esco MR., Groslambert A. Does the firefighters’ physical fitness

influence their cardiac parasympathetic reactivation? Analysis with post-exercise heart rate

variability and ultra-short-term measures. International Journal of Occupational Safety and

Ergonomics (JOSE), 2020, p. 1-9. DOI : 10.1080/10803548.2020.1738689.

Marcel-Millet P., Groslambert A., Ravier G. Effects on firefighters’ nocturnal cardiac

autonomic activity and sleep quality of on-call nights with and without firefighting

interventions. Journal of Occupational and Environmental Medicine (JOEM). Publié en ligne

avant impression, septembre 2020. DOI: 10.1097/JOM.0000000000002025.

Publication sur une thématique différente :

Ravier G., Marcel-Millet P. Cardiac parasympathetic reactivation following small-sided

games, repeated sprints and circuit training in elite handball players. Journal of Human

Kinetics, 2020, vol. 73, no 1, p. 115-124. DOI: 10.2478/hukin-2019-0136


11

Publications attendues :

Marcel-Millet P., Groslambert A., Grospretre S., Gimenez P., Ravier G. Psychophysiological

responses of firefighters during simulated rescue interventions at night and during the day.

Soumission dans une revue scientifique à comité de lecture international en cours.

Ravier G., Marcel-Millet P., Fostel C., Baradat E. Post-exercise cold- and contrasting-water

immersion effects on heart rate variability recovery with international handball female players.

En révision dans la revue Journal of Human Kinetics. Aout 2020.

Marcel-Millet P., Gimenez P., Groslambert A., Ravier G., Grosprêtre S. The influence of the

type of biofeedback on maximal handgrip strength. Soumission dans une revue scientifique à

comité de lecture international en cours.

Scholler V., Groslambert A., Marcel-Millet P., Simonin V., Ravier G., Grappe F., Heat and

sweat management by a cycling garment impact thermal sensation during exercise in hot and

moist conditions. En révision dans Sports Engineering. Juillet 2020.

Communications orales :

Marcel-Millet P. Quand ils se prennent pour des pompiers, les super-héros s’enflamment-ils

? Présentation orale, Rencontres universitaires, laboratoire C3S, Besançon, 4 mai 2018.

Marcel-Millet P. Les vêtements connectés au service du sapeur-pompier. Présentation orale,

Séminaire « le sapeur-pompier 2.0 », laboratoire C3S, Besançon, 18 octobre 2018.

Marcel-Millet P., Ravier G. Le système nerveux autonome chez le sapeur-pompier.

Présentation orale, Colloque des Jeunes Chercheurs, École Doctorale Environnement Santé,

Besançon, 14-15 juin 2018.

Marcel-Millet P., La mesure du risque professionnel. Le cas des sapeurs-pompiers.

Présentation orale. Colloque Jeunes chercheurs C3S « Recueil des données et interprétation des

résultats », Besançon, 20 mars 2019.


12

Marcel-Millet P., Objective and subjective methods for quantifying workload and their

relationships in firefighters’ occupational activities. Présentation orale, Colloque des Jeunes

Chercheurs, École Doctorale Environnement Santé, Dijon, 13-14 juin 2019.

Marcel-Millet P., Ravier G. Évaluation de l’activité du système nerveux parasympathique

post-exercice chez les sapeurs-pompiers. Présentation orale, 18ème congrès international de

l’Association des Chercheurs en Activites Physiques et Sportives, Paris, 29 – 31 Octobre 2019.

Marcel-Millet P. L’analyse de la variabilité de la fréquence cardiaque chez les sportif·ve·s.

Présentation orale, colloque C3S « Sports, culture populaire et culture matérielle », Besançon,

24-25 septembre 2020.

Un acte de seminaire a fait l’objet d’un chapitre d’ouvrage.

Marcel-Millet P., La mesure du risque professionnel. Le cas des sapeurs-pompiers. in Ferreol

G (sous la coord. de), Actes du colloque Jeunes chercheurs C3S « Recueil des données et

interprétation des résultats », 17-24, 2019.

Communication affichée :

Marcel-Millet P., Ravier G. L’intensité de l’exercice de pédalage a un effet positif sur les

fonctions exécutives post-exercice. Pedalling intensity has a positive effect on post-exercise

executive functions. Poster au 17ème congrès international de l’Association des Chercheurs en

Activités Physiques et Sportives, Dijon, 29 – 31 Octobre 2017.

LISTE DES ABRÉVIATIONS

13


• ACTH : adrénocorticotrophine

• ANOVA : Analyse de variance

• ARI : appareil respiratoire isolant

• BF : bande des basses fréquences

• Bpm : battements par minute

• CEPARI : centre d’entrainement au port de l’appareil respiratoire isolant

• ECG : électrocardiogramme

• EPI : équipement de protection individuel

• ES : effect size

• ET : écart type

• FC : fréquence cardiaque

• FCmax : fréquence cardiaque maximale

• FCR : fréquence cardiaque de récupération

• FR : fréquence respiratoire

• HF : bande des hautes fréquences

• HPA : axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien

• ICC : coefficient de corrélation intra-classe

• IFT : intermittent fitness test

• IMC : indice de masse corporelle

• LoA : limites d’agrement

• MCOM : quantite totale des mouvements detectes par l’acceleromètre

• PA : pression artérielle

• RMSSD : racine carrée de la moyenne de la somme des carrés des différences entre des

intervalles RR successifs

• RPE : évaluation de l’effort perçu

• SD1 : ecart type de l’intervalle RR instantane

• SD2 : ecart type de l’intervalle RR continu a long terme

• SDIS : service departemental d’incendie et de secours

• SDNN : ecart type d’une serie d’intervalles RR

• SNA : système nerveux autonome

• SNC : système nerveux central


14

• SNP : système nerveux parasympathique

• SNS : système nerveux sympathique

• SV1 : seuil ventilatoire 1

• SV2 : seuil ventilatoire 2

• TEM : erreur typique de mesure

• UA : unités arbitraires

• VFC : variabilité de la fréquence cardiaque

• VIFT : vitesse du dernier palier de l’intermittent fitness test

• VO2 : consommation d’oxygène

• VO2max : consommation maximale d’oxygène

LISTE DES FIGURES

15

LISTE DES FIGURES

Figure 1. Circonstance des décès en service des sapeurs-pompiers en France entre 2009 et 2018

(source : direction générale de la sécurité civile et de la gestion des crises). .......................... 23

Figure 2. Principaux modes de thermolyse de l’organisme ..................................................... 39

Figure 3. Interactions théoriques entre les réponses cardiaques, vasculaires et hémostatiques et

les interventions de lutte contre les incendies et les événements cardiaques soudains chez les

personnes sensibles. RH, hypothermie réactive ; BF, débit sanguin ; Fxn, fonction ; SEVR,

viabilité myocardique sous-endocardique ; SV, volume d’ejection systolique ; RPP, produit

fréquence-pression ; SS, contrainte de cisaillement. De Smith D., Deblois JP, Kales SN and

Horn GP. Cardiovascular strain of firefighting and the risk of sudden cardiac events. Exerc.

Sport Sci. Rev., Vol. 44, No. 3, pp. 90–97, 2016. Utilise avec la permission de l’auteur. ...... 46

Figure 4. Organisation du système nerveux et de ses principales subdivisions ....................... 54

Figure 5. Comparaison schématique des neurones moteurs sympathiques et parasympathiques.

Reproduction de la figure 14.2 p. 605 dans « Anatomie et physiologie humaines. 11ème édition »

de Marieb E. et Hoehn K. (2019). ............................................................................................ 55

Figure 6. Description anatomique du système nerveux sympathique. Reproduction de la figure

14.7 p. 613 dans « Anatomie et physiologie humaines. 11ème édition » de Marieb E. et Hoehn

K. (2019). ................................................................................................................................. 57

Figure 7. Description anatomique du système nerveux parasympathique. Reproduction de la

figure 14.4 p. 609 dans « Anatomie et physiologie humaines. 11ème édition » de Marieb E. et

Hoehn K. (2019). ...................................................................................................................... 59

Figure 8. Système de conduction du coeur. Reproduction de la figure 18.13 p. 789 dans «

Anatomie et physiologie humaines. 11ème édition » de Marieb E. et Hoehn K. (2019). ........ 64

Figure 9. Tracé d'un ECG et correspondances avec les étapes de dépolarisation et de

repolarisation du cœur .............................................................................................................. 65

Figure 10. Innervation du cœur par les nerfs sympathiques et parasympathiques. Reproduction

de la figure 14.14 p. 791 dans « Anatomie et physiologie humaines. 11ème édition » de Marieb

E. et Hoehn K. (2019). ............................................................................................................. 67

Figure 11. Definition de l’intervalle RR .................................................................................. 69

Figure 12. Diagramme de Poincaré .......................................................................................... 72

Figure 13. Variabilité de la fréquence cardiaque au repos, durant l'exercice et la récupération,

selon trois intensités d'exercice. LOW : faible intensité : <SV1 à 40-45% de la FC de réserve ;

LISTE DES FIGURES

16

MOD : intensité modérée : entre SV1 et SV2 à 75-80% de la FC de réserve ; HIGH : haute

intensité >SV2 à 90-95% de la FC de réserve. De Michael, S., Jay, O., Halaki, M., Graham, K.,

& Davis, G. M. (2016). Submaximal exercise intensity modulates acute post-exercise heart rate

variability. European journal of applied physiology, 116(4), 697-706. Utilisé avec la permission

de l’auteur. ................................................................................................................................ 81

Figure 14. Vue d'ensemble de la conception expérimentale. MR : mauvaises réponses ; TR :

temps de réponse ; SCWT : Stroop Colour Word test ; MCOM : quantité totale des mouvements

de l’acceleromètre. ................................................................................................................... 92

Figure 15. Valeurs moyennes ± erreurs standards du lnRMSSD30s durant les 10 minutes de

récupération après les conditions PPC, ARIb, ARIc et IFT. .................................................... 98

Figure 16. Comparaison des réponses physiologiques (FC ; FR) entre les trois interventions

simulées (PPE, ARIb, ARIc) pour l'intervention globale et chacune des six tâches. * différence

significative (p < 0,05) ; *** différence significative (p < 0,0001). ...................................... 100

Figure 17. Comparaison de l’activite mecanique (MCOM) entre les trois interventions simulees

(PPE, ARIb, ARIc) pour l'intervention globale et chacune des six tâches. ............................ 101

Figure 18. Comparaison des valeurs pré et post-intervention du Stroop Colour Word test pour

les trois interventions simulées. ***: différence significative (p <0,0001). .......................... 102

Figure 19. Vue d'ensemble du protocole expérimental. CSAI-2 : Competitive State Anxiety

Inventory–2 ; SSS : échelle de somnolence de Stanford ; PA : pression artérielle ; FC :

fréquence cardiaque ; RPE : perception de la difficulte de l’effort ; FCR : fréquence cardiaque

de récupération ; VFC : variabilité de la fréquence cardiaque. .............................................. 141

Figure 20. Évolution de la PA systolique et diastolique au cours des trois conditions

expérimentales. *: différence significative vs repos (p < 0,01); **: différence significative vs

repos (p < 0,0001); #: différence significative vs pré-intervention (p < 0,05); $: différence

significative vs post-1 minute (p < 0,001). ............................................................................. 145

Figure 21. FC nocturne, mRR, RMSSD et SD1 moyens des trois premières heures analysées

pour les trois conditions expérimentales. * indique p <0,05, ** indique p <0,01. ................. 162

Figure 22. Apports des études 1 à 5 dans la compréhension des trois phases d'une intervention

de lutte contre les incendies ................................................................................................... 169

LISTE DES TABLEAUX

17

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1. Fonctions du SNS et du SNP sur les differents organes qu’ils innervent.


de Marieb E. et Hoehn K. (2019). ............................................................................................ 62

Tableau 2. Fréquence cardiaque de récupération et variabilité de la fréquence cardiaque après

les conditions PPC, ARIb, ARI et IFT ...................................................................................... 97

Tableau 3. Réponses physiologiques, perceptives et activité durant les conditions PPC, ARIb et

ARIc. ......................................................................................................................................... 99

Tableau 4. Comparaison de la FC moyenne entre les six tâches de l'intervention simulée pour

les conditions PPC, ARIb et ARIc........................................................................................... 101

Tableau 5. Durée de réalisation, FC et RPE pour les trois conditions d'équipement ............. 115

Tableau 6. Charges de travail internes, externes et indirectes pour les trois conditions

d’equipement .......................................................................................................................... 116

Tableau 7. Comparaisons qualitatives des charges de travail entre les trois conditions

d'équipement........................................................................................................................... 116

Tableau 8. Matrice de corrélation entre les charges de travail internes, externes et indirectes

................................................................................................................................................ 117

Tableau 9. Fiabilite entre l’analyse a très court terme et l’analyse de reference du lnRMSSD

pour la condition IFT .............................................................................................................. 128


pour la condition PPC ............................................................................................................ 128


pour la condition ARIb ........................................................................................................... 128

Tableau 12. Fiabilité entre l’analyse a très court terme et l’analyse de reference du lnRMSSD

pour la condition ARIc............................................................................................................ 129

Tableau 13. Présentations des valeurs de lnRMSSD pour les conditions PPC, ARIb, ARIc et IFT

pour les 24 participants .......................................................................................................... 129

Tableau 14. Présentation des réponses pour chaque condition expérimentale pour chacun des

deux groupes de condition physique ...................................................................................... 131

Tableau 15. Performances, FC et réactivation parasympathique pour les phases d’alarme et

mobilisation, d’intervention et post-intervention des conditions JourAS et NuitAS ................ 144

LISTE DES TABLEAUX

18

Tableau 16. Évolution des variables psychologiques entre les mesures de repos et pré-

intervention pour les conditions JourAS, NuitAS et NuitAV. .................................................... 146

Tableau 17. FC et indices de VFC présentés heure par heure pour les trois conditions

expérimentales ........................................................................................................................ 161

Tableau 18. Ensemble des indices de la qualité du sommeil pour les trois conditions

expérimentales ........................................................................................................................ 163

INTRODUCTION GENERALE

19


1. Contexte général du travail de recherche

Cette thèse s'inscrit dans la réalisation du programme de recherche RESponSE (RESeau de

capteurs pour la santé des POmpiers et leur SEcurité). Le projet s'est déroulé sur la période du

01/06/2016 au 31/08/2020. Il a été soutenu (convention n°2367) par le programme européen de

coopération transfrontalière Interreg V France-Suisse 2014-2020 et a bénéficié à ce titre d'un

soutien financier du Fond Europeen de Developpement Regional de 543.000 € et de fonds

federaux Interreg suisses de 99.000 €. Une partie de l'aide financière a couvert mon salaire de

doctorant, l'achat du matériel nécessaire à la réalisation des expérimentations et les frais

associés aux publications. Ce projet était porté par Christophe Guyeux (FEMTO-ST, Université

de Bourgogne Franche-Comté) et par Pierre-André Farine (ESPLAB, Ecole Polytechnique

Fédérale de Lausanne). Le projet RESponSE est un projet de recherche appliqué collaboratif

entre entreprises privées (situées de part et d’autre de la frontière, dans le Canton de Neuchâtel

et dans le département du Doubs), laboratoires universitaires (École Polytechnique Fédérale de

Lausanne, l’Universite de Bourgogne Franche-Comte, l’Université de technologie de Belfort

Montbeliard et l’institut Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique –

Sciences et Technologies) et le Service Departemental d’Incendie et de Secours du Doubs

(SDIS 25).

Le travail de thèse a été mené dans le cadre de la réalisation du work-package n° 5 intitulé

"Acquisition et analyse des données corporelles : suivi des réponses physiologiques,

psychologiques et mécaniques du sapeur-pompier en manœuvre". Ce work-package était dirigé

par Gilles Ravier (Laboratoire Culture Sport Santé Société, UBFC), coordinateur d'équipe

académique (les membres du laboratoire C3S participants au projet). A ce titre, Gilles Ravier

était impliqué dans le management du projet RESponSE (work-package n°1) ainsi que dans la

communication et la dissémination des résultats (work-package n°6).

Les autres work-package avaient pour objectif la conception d’un système d’interrogation des

capteurs passifs (évaluation du bâti) et des capteurs corporels. Le projet RESponSE vise à

développer des produits innovants à haute valeur ajoutée, que sont des capteurs passifs

résistants aux conditions hostiles, des solutions algorithmiques permettant le suivi des

personnes et des environnements, une application smartphone pour la géolocalisation des


20

pompiers lors d'appel à intervention, des vêtements intelligents pour les interventions de

secours.

Le laboratoire C3S, dirige par le Pr. Gilles Ferréol, se caracterise par une equipe d’accueil

multidisciplinaire organisee en trois axes, dont l’objet d’etude commun qui est le sport, est

etudie a travers la physiologie, la sociologie ou encore l’histoire.

Le SDIS 25 était représenté dans le projet RESponSE par le Commandant Sébastien Freidig,

chef de centre du Centre de Secours Principal de Besançon centre. Le SDIS 25 étant ouvert et

intéressé par les potentielles innovations apportées par le projet RESponSE, nous avons pu

compter sur l’entière collaboration des sapeurs-pompiers du Doubs et notamment sur les

sapeurs-pompiers du centre de secours de Besançon Centre, commandés par Sébastien Freidig.

C’est ainsi que cette thèse a pu debuter en septembre 2017 au sein de l’axe « sport et

performance » du laboratoire C3S, sous la codirection de Gilles Ravier et d’Alain Groslambert.

L’objectif de cette thèse etait de realiser un suivi des reponses psychophysiologiques des

sapeurs-pompiers lors des interventions de lutte contre les incendies, en situation écologique, à

l’aide de capteurs connectes deja commercialises, permettant ainsi de tester leur utilisation sur

le terrain.


21

2. Introduction

Les sapeurs-pompiers sont placés sous la tutelle du ministère de l'Intérieur via la Direction

générale de la sécurité civile et de la gestion des crises. Cette direction est chargée de « la

prévention des risques de toute nature, l’information et l’alerte des populations ainsi que la

protection des personnes, des biens et de l’environnement contre les accidents, les sinistres et

les catastrophes par la préparation et la mise en œuvre de mesures et de moyens appropriés

relevant de l’État, des collectivités territoriales et des autres personnes publiques ou privées »

(Article 1 - Loi n° 2004-811 du 13 août 2004 de modernisation de la sécurité civile). Pour ce

faire, elle peut s’appuyer sur differents acteurs dont font partie les sapeurs-pompiers ou encore

les Services d’Aide Médicale Urgente ainsi que toutes les associations agréées de sécurité

civile.

En France en 2018, 249 700 sapeurs-pompiers étaient regroupés au sein d’etablissements

publics départementaux, les services departementaux d’incendie et de secours (SDIS), ou

encore au sein d’unites militaires, la Brigade des sapeurs-pompiers de Paris et le Bataillon des

marins-pompiers de Marseille. Ces deux unités militaires représentent environ 5% des effectifs

avec 12 700 militaires. Parmi les sapeurs-pompiers restant, 40 400 sont professionnels (16%)

et 196 600 sont volontaires (79%). Au niveau départemental, les SDIS sont dirigés par un

officier supérieur de sapeurs-pompiers qui est placé sous la double autorité du préfet (gestion

opérationnelle) et du président de leur Conseil d'administration (gestion administrative et

financière). Les SDIS sont chargés des missions suivantes :

- Missions de prévention : analyse et vérification du respect des règles de sécurité dans

les bâtiments destinés à accueillir du public

- Missions de prévision : tout ce qui contribue à faciliter l'organisation des secours doit

être vérifié ou mis en place (étude des risques, points d'eau, etc.)

- Opérations de secours

Les activités opérationnelles des sapeurs-pompiers sont donc très variées : elles varient dans

leur nature et dans leur fréquence au cours des périodes de garde qui s’etendent sur 24 heures.

La nature des interventions est classée par la direction générale de la sécurité civile et de la

gestion des crises selon sept grandes catégories : les interventions de lutte contre les incendies,

les secours à victime, les aides à la personne, les accidents de circulation, les risques

technologiques, la protection des biens et les opérations diverses. Les interventions de secours


22

à victime sont de loin les plus nombreuses (73%) devant les interventions de lutte contre les

incendies (6%), les accidents de circulation (6%) et les opérations diverses (6%). Les

contraintes appliquées sur les sapeurs-pompiers, de par la nature et la répartition des

interventions, les formations continues et l’entretien de leur condition physique en font une des

activités professionnelles les plus dangereuses, avec un risque important de blessure et de décès

(Kales et al. 2003, 2007; Farioli et al. 2014; Haynes and Molis 2015; Smith et al. 2016). En

effet, le niveau de risque de blessure chez les sapeurs-pompiers est élevé, avec un indice de

fréquence en 2018 de 102 accidents pour 1000 sapeurs-pompiers (pour une moyenne nationale

en France, toutes professions confondues, de 33,4).

Par ailleurs, les décès en service représentent une préoccupation majeure pour les sapeurs-

pompiers. Bien qu’en France le nombre de décès en service tende à diminuer, avec 154 décès

sur la période 1999-2008 et 88 décès entre 2009 et 2018, leur nombre reste cependant élevé

avec 11 decès rien que pour l’annee 2018. Sur la periode 2009-2018, 33% des décès ont eu lieu

sur le site d’intervention, 37% sur la voie publique par des accidents de circulation et 24% sont

d’origine pathologique (Figure 1). Bien que leur nombre soit en forte baisse, les accidents

d’origine pathologique representent regulièrement la principale cause de decès en service : ils

sont arrivés en tête à 7 reprises sur les 10 dernières années et sont a l’origine de 21 decès en

service chez les sapeurs-pompiers sur cette même période. Cette proportion est encore plus

elevee a l’etranger, aux États-Unis notamment, où entre 45 et 50% des décès en service sont

d’origine pathologique (Kales et al. 2003, 2007).


23

Figure 1. Circonstance des décès en service des sapeurs-pompiers en France entre 2009 et

2018 (source : direction générale de la sécurité civile et de la gestion des crises).

La part importante du nombre de decès d’origine pathologique dans la totalité des décès des

sapeurs-pompiers serait principalement due aux interventions de lutte contre les incendies. En

effet, les autres interventions (secours à victime, opérations diverses etc.) ne présentent pas de

risque accru de décès de ce type (Kales et al. 2003, 2007; Farioli et al. 2014). Bien qu’elles ne

représentent que 6% de la totalité de leurs missions, les interventions de lutte contre l’incendie

ont représenté plus de 305 000 interventions en France en 2018. Ce sont les contraintes

psychologiques et physiologiques particulières rencontrées lors de ces interventions qui sont à

l’origine de cette augmentation du risque de decès (Smith et al. 2016; Kales and Smith 2017).

Ce stress psychophysiologique qui resulte de ces interventions depend de l’interaction de trois

différentes phases successives que l’on retrouve presque systematiquement dans le déroulé

d’une intervention de lutte contre les incendies (Kales et al. 2003, 2007; Farioli et al. 2014).

On va tout d’abord retrouver la première phase, qui est la phase du signal d’alarme et de la

mobilisation subséquente. Cette phase correspond au moment où le sapeur-pompier est averti

de son depart en intervention par un signal d’alarme. S’ensuit alors une periode de mobilisation

durant laquelle le sapeur-pompier stoppe son activite en cours pour s’informer du motif de

l’intervention, puis se preparer en s’equipant avec ses équipements de protection individuelle

(EPI) et pour enfin se rendre dans le véhicule dans lequel il terminera de s’equiper lors du trajet


24

le conduisant sur le lieu de l’intervention. La seconde phase debute dès l’arrivee sur les lieux

de l’intervention. Lors de cette phase, les sapeurs-pompiers sont amenés à attaquer et éteindre

des incendies, rechercher et sauver des victimes, se déplacer et transporter des équipements

lourds (échelles, tuyaux, outils, etc.), forcer des entrées ou encore ventiler des bâtiments

enfumés, le tout dans des situations psychologiquement stressantes. Ces différentes tâches sont

generalement realisees dans une atmosphère chaude et viciee, necessitant le port d’EPI lourds

( 24kg) et encombrants. La durée de cette phase est extrêmement variable, allant de quelques

minutes pour des incendies mineurs à plusieurs heures ou jours pour les opérations de plus

grande envergure. La seconde phase prend fin lorsque l’intervention se termine laissant place

ainsi à la troisième phase, la phase de récupération post-intervention. La durée de cette phase

peut également être très variable, allant de quelques minutes seulement en cas de nouvelle

intervention jusqu’a plusieurs heures post-intervention. Elle inclut tous les éléments que le

sapeur-pompier va mettre en place pour recuperer de l’intervention qu’il vient de realiser

(repos, repas, sommeil etc.) mais elle comprend également toutes les activités pouvant perturber

et retarder cette récupération (nettoyage du matériel, réarmement du véhicule, tâches courantes

dans la caserne, etc.). Un stress psychophysiologique va donc résulter de ces trois phases. Ce

stress peut être soit spécifique à une phase en particulier, soit commun à une ou plusieurs de

ces phases et peut ainsi parfois être a l’origine de changements physiopathologiques

augmentant considérablement le risque de décès (Kales et al. 2003; Fahy 2005; Farioli et al.

2014; Smith et al. 2016; Kales and Smith 2017).

Dans ce contexte, on comprend aisément que les interventions de lutte contre les incendies

soient une préoccupation majeure pour les sapeurs-pompiers. L’enjeu actuel est de prevenir les

risques et d’ameliorer les conditions de travail par une meilleure connaissance de la reponse

physiologique et psychologique du sapeur-pompier au travail. L’objet d’etude de ce travail de

thèse portera donc sur l’analyse des réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers lors

des interventions de lutte contre les incendies, à travers l’investigation de chacune des trois

phases de l’intervention : du signal d’alarme aux heures qui suivent l’arrêt de l’intervention.

Ce travail de recherche sera constitué de trois grands chapitres. Le premier chapitre consiste en

une revue de littérature des réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers phase par

phase, lors d’une intervention de lutte contre les incendies. Ce premier chapitre débouchera sur

la problématique générale de ce travail de recherche. Les deuxièmes et troisièmes chapitres

présenteront les études menées dans le cadre de cette thèse pour répondre à ces objectifs.

CHAPITRE 1 : Revue de littérature

25


1.1 Les sapeurs-pompiers : les interventions de lutte contre les incendies

Pour les sapeurs-pompiers, les interventions de lutte contre les incendies sont une source

majeure d’un stress psychophysiologique aigu. Le stress qui resulte de ce type d’intervention

depend de l’interaction des trois différentes phases successives dans le déroulement d’une

intervention : (1) la phase du signal d’alarme et de la mobilisation subsequente ; (2) la phase de

l’intervention en elle-même ; (3) la phase de récupération post-intervention. Le choix a donc

été fait de dresser un etat de l’art des travaux deja realises sur les sapeurs-pompiers autour de

ce découpage en trois phases distinctes et successives.

1.1.1 La phase du signal d’alarme et de mobilisation

Cette première phase, qui precède l’intervention en elle-même, n’est pas sans consequences sur

l’organisme des sapeurs-pompiers. Cette phase correspond au moment où le sapeur-pompier

est averti de son depart en intervention par un signal d’alarme. S’ensuit alors la période de

mobilisation durant laquelle le sapeur-pompier stoppe son activité en cours pour se préparer,

pour s’equiper avec ses EPI et pour ensuite aller dans le véhicule avec lequel il se rendra en

intervention. Cette transition d’un etat de repos a un etat de stress à la fois mental et physique

est l’une « des caractéristiques du métier de sapeur-pompier » (Kuorinka and Korhonen 1981).

Plusieurs études ont déjà investigué les réponses psychophysiologiques rencontrées lors de

cette période (Barnard and Duncan 1975; Kuorinka and Korhonen 1981; Lim et al. 1987;

Karlsson et al. 2011; Hall et al. 2016; Jay et al. 2019; Tait et al. 2019), et ces réponses seraient

cohérentes avec la réaction physiologique de préparation au « combat ou à la fuite » selon

plusieurs chercheurs (Smith et al. 2016; Kales and Smith 2017). Dans cette section, nous

présenterons donc les études qui ont investigué les réponses psychophysiologiques des sapeurs-

pompiers durant la phase d’alarme et de mobilisation. Nous aborderons dans un premier temps

les etudes qui permettent d’identifier et de quantifier les reponses des sapeurs-pompiers face à

ce stress aigu. Puis nous présenterons des études qui se sont intéressées à une seconde

problematique liee a cette phase de l’intervention, qui est l’inertie du sommeil dans le cas d’une

intervention de nuit.


26

La réaction de préparation « au combat ou à la fuite » (« fight-or-flight response ») est une

notion introduite par Cannon dans les années 1920-1930, puis reprise par Selye à partir de 1956

(Jansen et al. 1995; Goldstein and Kopin 2007). Cet état correspond aux réactions non

spécifiques de l’organisme en réponse à un stress. Pour faire face à un stress, une cascade de

réactions physiologiques va se déclencher pour permettre a l’organisme d’apporter une réponse

adaptée à ce stress. Au départ de cette cascade, l’amygdale va envoyer un signal de stress à

l’hypothalamus qui via le système nerveux sympathique (SNS) provoque la libération de

catécholamines (adrénaline et noradrénaline) par une stimulation nerveuse des glandes

médullaires surrénales (Schoder et al. 2000; Gerra et al. 2001; Webb et al. 2008). Ces dernières,

en sécrétant des catécholamines, vont ainsi provoquer une augmentation de la fréquence

cardiaque (FC), de la pression artérielle (PA) et de la glycémie. Si le stress persiste,

l’hypothalamus va activer l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA) via la libération

de corticolibérine qui provoque la sécrétion de l’adrenocorticotrophine (ACTH) qui va stimuler

le cortex surrénal. Ce dernier va alors sécréter des corticostéroïdes et notamment les hormones

glucocorticoïdes dont le cortisol fait partie (Gerra et al. 2001; Webb et al. 2011).

Lors de cette phase d’alarme, les reponses physiologiques les plus etudiees sont les reponses

cardiovasculaires des sapeurs-pompiers à travers la PA et la FC. Plusieurs études ont montré

que durant l’alarme, la FC augmente brusquement, avec une augmentation comprise entre 38

et 61 battements par minute (bpm) dans un laps de temps court (30 à 90 secondes) (Barnard and

Duncan 1975; Kuorinka and Korhonen 1981; Lim et al. 1987; Hall et al. 2016). Cette

augmentation de la FC pourrait avoir plusieurs origines. Selon Barnard et Duncan (1975),

l’augmentation de la FC lors de la phase d’alarme et de mobilisation serait principalement

causée par des hauts niveaux d’anxiete, d’autant plus que dans leur etude, la FC continuait

d’augmenter durant le trajet a l’approche de l’incendie. Cependant, il semblerait plus probable

que ce stress cardiaque soit dû a l’addition d’un stress physique (brutal changement de position

suivi de deplacements) et d’un stress psychologique (excitation, anxiété) (Kuorinka and

Korhonen 1981; Hall et al. 2016). Ni la condition physique des sapeurs-pompiers, ni leur âge

ne semblent influencer cette réponse cardiaque (Kuorinka and Korhonen 1981). Cependant,

certains facteurs extérieurs pourraient avoir une influence sur ce stress cardiaque.

Tout d’abord, l’intitule de la mission semble influencer ces niveaux de stress (Paterson et al.

2016). En effet, selon cette étude, les interventions les plus urgentes seraient associées à un

stress physiologique plus sévère et plus prolongé dans le temps. Cela a également été montré

sur des ambulanciers, chez lesquels la réactivité de la FC dépendait de l’intitule de la mission

(Karlsson et al. 2011). De plus, il est intéressant de noter que cette association entre la gravité


27

de l’intervention et le stress physiologique concernait a la fois les sapeurs-pompiers volontaires

et les professionnels, pourtant plus habitués à ces situations (Paterson et al. 2016).

Ensuite, l’influence du rythme circadien sur la reactivite cardiaque reste a etablir. En effet, Lim

et al. (1987) montrent que la réactivité de la FC est plus prononcée durant les départs en

intervention de nuit que de jour. Cette différence se ferait principalement ressentir tardivement,

lors du trajet, a l’approche du lieu d’intervention. Cependant, une etude plus recente, conduite

en laboratoire n’a releve aucune difference significative dans la reactivite de la FC mesuree de

jour ou de nuit (Hall et al. 2016). Or, ces deux etudes ont des limites majeures. L’etude de Lim

et al. (1987) est une étude en situation écologique qui possède un certain nombre de variables

confondantes sur les resultats. A l’inverse, l’etude de laboratoire de Hall et al. (2016) n’a pas

été réalisée avec des sapeurs-pompiers et les conditions expérimentales étaient éloignées des

conditions écologiques. Par consequent, l’influence du rythme circadien sur la reactivite de la

FC mériterait de nouvelles investigations.

Enfin, cette augmentation de la FC serait également accompagnee d’une augmentation brutale

de la PA (Kales et al. 2009). Les estimations réalisées par ce groupe de recherche évaluent une

augmentation de la PA systolique de 6 à 12 mmHg uniquement en raison de l’exposition des

sapeurs-pompiers aux bruits causes par l’alarme et par les sirènes des engins. En effet, les

sapeurs-pompiers sont régulièrement exposés à des niveaux élevés de bruits dus aux signaux

d’alerte, aux sirènes et aux klaxons (Hong and Samo 2007). En plus d’influencer la PA,

l’exposition regulière a ces sources de bruits intenses represente un problème de sante au travail

avec une perte auditive pour plus d’un million de sapeurs-pompiers Américains (Hong and

Samo 2007).

Par ailleurs, des mesures hormonales et inflammatoires ont également été réalisées durant cette

phase d’alarme. L’activation de l’axe HPA a ete mesuree durant une étude menée en laboratoire,

a travers l’augmentation des concentrations salivaires en cortisol (Hall et al. 2016). Dans cette

etude, les auteurs ont analyse l’augmentation des taux de cortisol lors d’un signal d’alarme reçu

de jour (16h00) et de nuit (04h00), en comparaison d’une condition contrôle durant laquelle les

mesures ont été effectuées sans que les participants ne subissent une alarme ou ne doivent se

déplacer. Les resultats de l’etude ont montre qu’il y avait une activation de l’axe HPA en

reponse au stress lors du reveil pendant la nuit, mais aucune reponse de l’axe HPA pendant la

journée. Cependant, encore une fois, l’une des principales limites de cette etude est qu’elle n’ait

pas été réalisée dans un contexte écologique d’urgence reelle, avec des participants travaillant

dans des services de secours. Il est donc possible que l’importance du déclenchement de


28

l’alarme ait ete reduite par les participants, provoquant une diminution des reponses de l’axe

HPA la journee. La nuit, l’activation de l’axe HPA lors de la phase d’alarme s’explique par

l’absence de raisonnement sur l’interpretation des bruits durant le sommeil (Ising and Braun

2000). Les participants ayant une capacité réduite à prédire et à interpréter le signal d’alarme la

nuit peuvent donc le prendre pour un danger et ainsi augmenter la production de cortisol (Hall

et al. 2016). A ce jour cependant, aucune etude n’a analyse les reponses de l’axe HPA lors de

la phase d’alarme et de mobilisation avec des sapeurs-pompiers et en situation écologique.

De plus, Tait et al. (2019) ont analysé les réponses inflammatoires suite au déclenchement d’une

alarme et à la mobilisation subséquente, via la mesure de cytokines. Contrairement aux

hypothèses emises par les auteurs, la phase d’alarme et de mobilisation n’a declenche aucune

réponse inflammatoire, de jour comme de nuit. Cependant, ici encore, cette étude était conduite

en laboratoire et pourrait donc donner des résultats différents en comparaison aux réponses

observees lors de situations d’urgence reelles (Tait et al. 2019).

Les recherches ont donc permis de montrer, avec notamment l’analyse de la reactivite de la FC,

une perturbation autonome au moment du signal d’alarme. Un stress physique et/ou

psychologique serait a l’origine de cette perturbation autonome. Cependant, les resultats actuels

ne permettent pas de definir avec precision les mecanismes a l’origine de cette reactivite de la

FC. Les recherches menees en physiologie de l’exercice ont montre qu’au commencement d’un

exercice physique, l’augmentation de la FC etait dans un premier temps provoque par un retrait

de l’activite parasympathique, qui etait suivi d’une activation sympathique seulement à partir

d’une certaine intensite d’exercice (Fisher et al. 2011; White and Raven 2014; Fadel 2015;

Michelini et al. 2015; Michael et al. 2017a; Teixeira et al. 2018). De nouvelles mesures doivent

donc être réalisées afin de déterminer avec précision la régulation autonome durant cette phase

de l’intervention, avec notamment une mesure des catécholamines. De plus, une seule étude a

investigue les reponses de l’axe HPA a travers des mesures de cortisol salivaire (Hall et al.

2016). Cette etude de laboratoire a permis de mettre en evidence une activation de l’axe HPA

lors d’une alarme de nuit, mais pas de jour. D’autres recherches en situation plus écologique

seront donc necessaires pour approfondir l’etude des reponses de cet axe HPA.

Bien que tous les mecanismes a l’origine de cette reactivite cardiaque ne soient pas encore

totalement élucidés, il semblerait que ce stress cardiovasculaire provoqué par cette phase

d’alarme soit a l’origine d’evenements cardiaques. En effet, les sapeurs-pompiers sont

confrontes a un risque eleve de decès d’origine pathologique (Kales et al. 2003, 2007; Smith et


29

al. 2016; Kales and Smith 2017) et la phase d’alarme et de mobilisation est impliquee de

manière significative dans ces décès (Holder et al. 2006; Kales et al. 2007). Comme nous

venons de le voir, cette phase entraine un stress psychophysiologique chez le sapeur-pompier

et c’est ce stress qui peut conduire a un evènement cardiovasculaire indesirable. Holder et al.

(2006) ont observe que le risque relatif d’un evenement cardiovasculaire indesirable durant la

phase d’alarme était plus de 6 fois supérieur aux tâches non urgentes chez les sapeurs-pompiers

américains. Toujours chez les sapeurs-pompiers américains, Kales et al. (2007) observent que

les chances de décès par maladie coronarienne lors de cette phase sont de 2 à 14 fois supérieures

a des situations non urgentes. La phase d’alarme est impliquee dans 18% des evenements lies

aux maladies coronariennes non mortelles (Geibe et al. 2008) et dans 13% des décès par maladie

coronarienne chez les sapeurs-pompiers américains (Kales et al. 2007).

Par ailleurs, malgré la potentielle activation du système nerveux sympathique et de l’axe HPA

lors de la phase d’alarme, les sapeurs-pompiers sont confrontés à une inertie du sommeil

lorsqu’ils sont reveilles pour partir en intervention. L’inertie du sommeil correspond à un état

transitoire vécu immédiatement après le réveil durant lequel il y a une désorientation, une

augmentation de la somnolence et/ou une baisse des performances cognitives (Tassi and Muzet

2000). Il apparait que l’amplitude et la duree de l’inertie de sommeil dependent de differents

facteurs tels que la durée du sommeil qui a précédé le réveil, le stade de sommeil dans lequel

on se trouve au moment du réveil ou la privation de sommeil (Tassi and Muzet 2000). Le rythme

circadien peut également influencer l’inertie du sommeil avec pour consequence une

augmentation de la somnolence et une diminution des performances cognitives plus importante

après un réveil tôt le matin (02h00 ou 08h00) qu’après un reveil plus tardif (14h00 et 20h00)

(Hilditch et al. 2016). Enfin, le type de réveil est un facteur d’influence qui peut diminuer

l’inertie du sommeil (Tassi et al. 1992). En effet, un réveil à 01h00 provoqué par une alarme

sonore forte permettrait d’annuler l’inertie du sommeil (Tassi et al. 1992). Une alarme sonore

déclencherait une transition plus rapide entre le sommeil et une excitation du cortex préfrontal

pouvant ainsi reduire l’impact de l’inertie du sommeil dans certaines situations (Ferguson et al.

2016). Cependant, l’effet benefique d’une alarme sonore semble annihilé lorsque le réveil est

plus tard dans la nuit (Tassi et al. 1992; Jay et al. 2019). En effet, lors d’un reveil a 04h00,

l’utilisation d’une alarme sonore n’a pas permis de diminuer l’inertie du sommeil par rapport a

un réveil en douceur, probablement en raison des effets de la phase circadienne dans laquelle

se passe le réveil (Tassi et al. 1992; Jay et al. 2019).


30

L’inertie du sommeil represente une preoccupation importante chez les sapeurs-pompiers, qui

sont confrontes a un risque accru d’accident lors de la conduite très rapprochee du reveil

(Paterson et al. 2016). Ce risque est d’autant plus important pour les sapeurs-pompiers

volontaires qui conduisent seuls leur voiture pour se rendre à la caserne avant de se rendre en

intervention. Dans leur revue de littérature, Ferguson et al. (2016) debattent de l’impact reel de

l’inertie du sommeil sur le terrain lorsque les sapeurs-pompiers sont confrontés à des

interventions réelles. En effet, une augmentation de la somnolence et une dégradation des

performances cognitives ont été démontrées a plusieurs reprises lors d’etudes de laboratoire.

Cependant, il est possible que les risques lies a l’inertie du sommeil soient moindres dans un

environnement de travail où une activation physique, cognitive ou physiologique se produit en

réponse à l'appel, contrairement a l’environnement de laboratoire (Ferguson et al. 2016). Enfin,

la prise de caféine sous forme de pastille a permis de diminuer l’inertie du sommeil après des

periodes d’une et six heures de sommeil (Newman et al. 2013). Les futures recherches

pourraient alors explorer les effets combinés de la caféine avec différentes combinaisons

d'alarmes, dans des conditions écologiques, afin de réduire cette inertie du sommeil (Ferguson

et al. 2016).

Ce qu’il faut retenir :

- Durant la phase d’alarme et de mobilisation, le sapeur-pompier est averti de son

depart en intervention. Il stoppe immediatement son activite en cours pour s’equiper

puis se rendre sur les lieux de l’intervention.

- Cette phase est caractérisée par une augmentation rapide de la FC et de la PA.

- Les réponses hormonales revèlent une activation de l’axe HPA lorsque cette phase a

lieu la nuit.

- Le reveil la nuit s’accompagne d’une inertie du sommeil pouvant impacter les

fonctions cognitives des sapeurs-pompiers

- Ces reponses psychophysiologiques sont a l’origine d’une augmentation significative

du risque de décès durant cette phase de l’intervention


31

1.1.2 La phase d’intervention

Après avoir analysé les réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers lors de la phase

d’alarme et de mobilisation, nous allons étudier ces réponses lors de la phase suivante, la phase

d’intervention. Cette phase debute dès l’arrivee des sapeurs-pompiers sur le site d’intervention

et se termine lorsqu’ils le quittent. Elle inclut l’ensemble des activites opérationnelles à réaliser.

Comme nous l’avons aborde precedemment, lors des interventions de lutte contre les incendies,

les sapeurs-pompiers sont amenés à réaliser différentes tâches, comme rechercher et sauver des

victimes, attaquer et éteindre des incendies, se déplacer, transporter des équipements lourds

(échelles, tuyaux, outils, etc.), forcer des entrées ou encore ventiler des bâtiments enfumés. Les

intervenants sont ainsi amenes a manipuler, soulever, tirer et transporter des objets d’un poids

compris entre 36 et plus de 61 kg (Gledhill and Jamnik 1992). Lors des différentes tâches, les

sapeurs-pompiers vont réaliser un travail physique exigeant, dans des environnements

dangereux et chaotiques, sous la pression du temps et d’un stress psychologique (Perroni et al.

2014). Cela va avoir diverses conséquences tant sur le plan physiologique que sur le plan

psychologique, entrainant des adaptations cardiorespiratoires, métaboliques, hormonales,

immunologiques ou encore cognitives.

a. Le coût énergétique

La consommation d’oxygène (VO2) a largement ete utilisee pour quantifier l’intensite des

exercices physiques que les sapeurs-pompiers sont amenés à réaliser lors des interventions de

lutte contre les incendies et ainsi en estimer le coût énergétique. Les études ont montré que la

VO2 moyenne des sapeurs-pompiers était comprise entre 23,2 et 41,7 mL·min-1·kg-1 pour

réaliser une intervention de lutte contre l’incendie, ce qui represente une intensité comprise

entre 47 et plus de 90% de la consommation maximale d’oxygène (VO2max) (Sothmann et al.

1991; Gledhill and Jamnik 1992; Bilzon et al. 2001; Holmér and Gavhed 2007; Elsner and

Kolkhorst 2008; Perroni et al. 2010; Williams-Bell et al. 2010). A partir des mesures de VO2,

des auteurs ont estime la contribution de chaque filière energetique pour ce type d’exercice.

Perroni et al. (2010) ont montre que lors d’une intervention durant laquelle la VO2 est comprise

entre 67 et 90% de la VO2max, la fourniture d’energie provient a 86% du métabolisme aérobie,

5% du métabolisme anaérobie lactique et 9% du métabolisme anaérobie alactique. Bilzon et al.

(2001) ont analysé la contribution des filières énergétiques pour certaines tâches spécifiques

comme monter une échelle, transporter des tuyaux et extincteurs, tracter un mannequin ou


32

encore attaquer un incendie. La part des différentes filières dans la fourniture d’energie variait

finalement peu entre ces différentes tâches, avec une contribution du métabolisme aérobie

comprise entre 60 et 66% et une contribution de la filière anaérobie comprise entre 30 et 40%.

Windisch et al. (2017) ont montré quant à eux que lors d’une intervention de lutte contre les

incendies, les sapeurs-pompiers passaient 23% du temps en dessous du seuil ventilatoire 1

(SV1) (i.e. dans la zone du métabolisme aérobie) et 69% du temps dans la zone de transition

métabolique entre la filière aérobie et anaérobie, située entre le SV1 et le seuil ventilatoire 2

(SV2). Enfin, 9% du temps était passé au-dessus du SV2, soit dans la zone du métabolisme

anaérobie. Dans cette étude, malgré une VO2 d’exercice egale a 56% de la VO2max des sapeurs-

pompiers, qui se situe dans la fourchette basse des valeurs relevees par d’autres etudes, le

quotient respiratoire moyen était de 1,08 et plus de 64% du temps était passé avec un quotient

respiratoire supérieur ou égal à 1. Ces résultats indiquent une contribution majeure du

metabolisme anaerobie dans l’energie produite pour ce type d’intervention (Windisch et al.

2017b). Ces résultats sont confirmés par les concentrations en lactates sanguins mesurés durant

les interventions simulées de lutte contre les incendies. En effet, plusieurs études ont relevé une

lactatémie comprise entre 2,2 et 13,3 mmol/L durant ou a l’issue d’une intervention de lutte

contre les incendies (Gledhill and Jamnik 1992; Smith et al. 1996, 1997; Eglin and Tipton 2005;

Von Heimburg et al. 2006; Perroni et al. 2009; Williams-Bell et al. 2009).

Le coût énergétique presente jusqu’a maintenant est celui obtenu lors d’interventions de lutte

contre les incendies dites « de structures », et est différent de celui mesuré lors d’opérations

d’extinction de feux de forêt. En effet, la duree de ces dernières est generalement superieure a

celle des feux de structures et on observe des différences dans le temps passé dans les différentes

zones d’intensite. En effet, lors des feux de forêt, les sapeurs-pompiers passent entre 64 et 84%

du temps en dessous du SV1, entre 13 et 27% du temps entre SV1 et SV2 et entre 3 et 7% du

temps au-dessus de SV2 (Rodríguez-Marroyo et al. 2011).

Lors des interventions de lutte contre les incendies de structure, les hauts niveaux de VO2 et les

différentes contributions des filières énergétiques sont le resultat de l’interaction de différents

facteurs, comme les contraintes physiques liées à la nature des tâches à réaliser, les équipements

de protection ou encore le stress psychologique.

Tout d’abord, les contraintes physiques liees a la nature de l’activité des intervenants

représentent une part majeure de cette VO2, qui varie énormément selon la tâche à effectuer.

Gledhill et Jamnik (1992) ont investigue des activites telles que le transport d’equipements dans

les etages d’immeubles a grande hauteur, le sauvetage de victimes ou encore forcer une entrée.


33

L’activite la plus exigeante metaboliquement etait le transport d’equipements dans les escaliers

avec une VO2 de 44 mL·min-1·kg-1. Les activités comme forcer une entrée ou déplacer un

mannequin de 90 kg ont respectivement mobilisé une VO2 de 30,5 et 20 mL·min-1·kg-1. Holmer

et Gahved (2007) ont quantifié le coût métabolique des différentes activités comme marcher ou

courir sur un terrain plat, monter et descendre des escaliers ou ramper. La VO2 la plus élevée a

ete observee lors de la montee d’escaliers avec une VO2 de 43,8 mL·min-1·kg-1. Von Heimburg

et al. (2006) ont quant à eux relevé une VO2 inférieure à celle des deux études précédentes, avec

une VO2 de 34 mL·min-1·kg-1 lors d’une montee d’escaliers de 6 etages. Cependant, dans cette

etude, la montee d’escaliers etait suivie d’un sauvetage de 6 victimes de 80kg, qui a necessite

une VO2 de 44 mL·min-1·kg-1. Perroni et al. (2010) ont analysé le cout métabolique de tâches

telles que « sauver un enfant », courir ou encore trouver la sortie d’un labyrinthe dans le noir.

Le coût énergétique de la course était le plus élevé, avec une VO2 comprise entre 34,9 et 38,5

mL·min-1·kg-1, devant le sauvetage d’un enfant qui a un cout energetique inferieur à celui du

sauvetage d’un adulte (29,4 mL·min-1·kg-1). La VO2 dans le labyrinthe (28,2 mL·min-1·kg-1)

était inférieure à celle mesurée par Windisch et al. (2017) lors de la realisation d’une tâche

similaire (38 mL·min-1·kg-1). L’analyse des autres tâches accomplies durant cette dernière etude

a montré que le coût energetique d’une montee d’echelle de 20 mètres etait de 30 mL·min-1·kg-

1 et que celui de déplacer et soulever un tuyau rempli d’eau etait de 27 mL·min-1·kg-1. La nature

des tâches que les sapeurs-pompiers vont réaliser représente donc un élément déterminant dans

le coût energetique total d’une intervention.

En plus du travail physique, les EPI portés par les sapeurs-pompiers vont également influencer

la VO2 lors des interventions. Durant les interventions de lutte contre les incendies, les sapeurs-

pompiers vont se proteger a l’aide de couches de vêtements de protection thermique, de bottes

de protection pour se protéger contre la pénétration d’objets et les blessures par écrasement,

d'un casque pour se protéger la tête et d'un appareil respiratoire isolant (ARI) pour se protéger

de la fumée et des gaz nocifs. L’ARI se compose d’un masque facial relie a une bouteille d’air

fixée sur le dos du sapeur-pompier par un dossard. Un micro-régulateur intégré au dispositif de

l’ARI permet de creer une surpression (comprise entre 1,5 et 3 millibars) à la sortie de la

bouteille, afin d’eviter tout risque d’inhalation de fumee en cas d’accident ou de mauvaise

étanchéité du masque. Plusieurs études menées en condition de laboratoire ont montré que les

différentes parties de ces EPI vont influencer la VO2 lors d’exercices physiques. A intensité

sous-maximale, que ce soit pour un exercice de marche a vitesse constante ou lors d’un exercice

de montee d’escaliers, la totalite des EPI (vêtements de protection + ARI) contribue a près de


34

30% de la VO2 d’exercice (Taylor et al. 2012b). Lors de l’exercice de marche, ce sont les bottes

qui sont responsable du plus gros excédent énergétique en mobilisant plus de 11% de la VO2

totale pour elles-seules. Malgre un poids inferieur a celui de l’ARI (11,30 kg), l’ensemble des

vêtements de protection (bottes, casque, vêtements ; 8,50 kg) impose une charge métabolique

nettement supérieure, avec 20% de la VO2 attribuee aux vêtements et 9% attribuee a l’ARI. Des

etudes anterieures avaient deja etabli qu’au-delà de leur masse, le positionnement sur le corps

de charges additionnelles influence son impact physiologique (Myers and Steudel 1985). C’est

ce que l’on retrouve avec les equipements des sapeurs-pompiers, lorsque la VO2 est exprimée

par kilogramme de charge transportée, l’effet des bottes de protection est 8,7 fois plus important

que le transport d'une masse équivalente sous la forme d'un ARI (Taylor et al. 2012b). Par

conséquent, dans une optique de diminuer les coûts metaboliques de l’equipement des sapeurs-

pompiers, il serait davantage interessant d’alleger les bottes de protection. En effet, retirer 100

g de chaque botte équivaudrait métaboliquement à réduire la masse de l’ARI de 1,74 kg (Taylor

et al. 2012b). D’autres experimentations visant a evaluer l’impact des EPI sur la VO2 ont été

réalisées lors d’exercices a intensite croissante. Lors de tests incrémentaux, aux intensités sous

maximales d’exercice, le port des EPI va augmenter la VO2 en comparaison d’une tenue de

sport légère (Louhevaara et al. 1985; Dreger et al. 2006). Cette augmentation du coût

énergétique peut être attribuée à différents facteurs. Il a été suggéré que le poids de

l’equipement, une inclinaison prononcee vers l’avant du sapeur-pompier ou encore

l’augmentation du travail de la respiration peuvent contribuer individuellement ou

collectivement à cette VO2 accrue (Louhevaara et al. 1985; Eves et al. 2005; Butcher et al.

2006; Dreger et al. 2006). Cependant, à des intensités maximales, la VO2 est réduite avec le

port de l’ARI, provoquant alors une diminution de la VO2max comprise entre 15 et 27%

(Louhevaara et al. 1985; Eves et al. 2005; Dreger et al. 2006; Perroni et al. 2015). Cette baisse

de VO2max est essentiellement due a la baisse de la ventilation maximale en fin d’exercice

(Dreger et al. 2006). La diminution de la ventilation proviendrait à la fois de la résistance

expiratoire, qui augmenterait le travail de la respiration (Eves et al. 2005; Butcher et al. 2006),

et egalement, dans une moindre mesure, d’une alteration des mouvements thoraciques causée

par le poids de l’ARI (Louhevaara et al. 1985).

Enfin, le stress psychologique que rencontrent les sapeurs-pompiers peut également affecter

leurs reponses ventilatoires. Des etudes menees en laboratoire ont analyse l’effet de la

surimposition d’un defi mental au cours d’un exercice physique sur les reponses

cardiorespiratoires des sapeurs-pompiers (Webb et al. 2010, 2011). Les auteurs ont utilisé des


35

scénarios informatiques de lutte contre les incendies combinés à un exercice physique afin

d’evaluer les effets d’un stress physique et mental combiné. Bien que la combinaison des deux

stress ne semble pas altérer la VO2 (Webb et al. 2011) ou le quotient respiratoire (Webb et al.

2010), la surimposition d’un stress psychologique semble exacerber les reponses ventilatoires,

avec une augmentation de la fréquence respiratoire (FR), une augmentation de la ventilation

ainsi qu’une augmentation du rapport ventilation sur VO2 (Webb et al. 2008, 2010). Le défi

mental que rencontrent les sapeurs-pompiers va donc influencer les réponses ventilatoires

pouvant ainsi augmenter les contraintes mesurées habituellement dans des situations non

stressantes.

Pour conclure, sur la base de toutes les mesures de VO2 effectuées lors de l’exécution des

différentes tâches que les sapeurs-pompiers ont à réaliser, des chercheurs ont proposé des

limites inférieures de VO2max pour le recrutement des sapeurs-pompiers. Ces recommandations

sont de 33,5 à 42 mL·min-1·kg-1 (Sothmann et al. 1990, 1992), ou encore de 39 mL·min-1·kg-1

(O’Connell et al. 1986), 40 mL·min-1·kg-1 (Lemon and Hermiston 1977), 41 mL·min-1·kg-1

(Bilzon et al. 2001), 45 mL·min-1·kg-1 (Gledhill and Jamnik 1992), 46 mL·min-1·kg-1 (Windisch

et al. 2017b), 3,5 L·min-1 (Louhevaara et al. 1986), 4 L·min-1 (Von Heimburg et al. 2006). Ces

limites sont les limites inférieures de VO2max recommandées pour que les sapeurs-pompiers

puissent mener à bien et en sécurité les activités de lutte contre les incendies. En France, les

recommandations sont basées sur ces données scientifiques, il est ainsi préconisé de fixer un

seuil minimal de VO2max compris entre 38 et 42 mL·min-1·kg-1 (Guide de doctrine

opérationnelle, incendies de structures, 16 avril 2018).

b. Les réponses cardiovasculaires

Les réponses cardiovasculaires ont été largement étudiées à partir de l'évolution de la FC durant

des interventions réelles ou des interventions simulées. En effet, quelques groupes de recherche

ont analysé la FC lors d’intervention réelles de lutte contre les incendies (Barnard and Duncan

1975; Kuorinka and Korhonen 1981; Sothmann et al. 1992; Bos et al. 2004). Lors des 15

premières minutes de l’intervention, la FC moyenne des sapeurs-pompiers était comprise entre

157 et 188 bpm (Barnard and Duncan 1975; Sothmann et al. 1992), soit plus de 88% de leur

FC maximale (FCmax) mesurée en laboratoire (Sothmann et al. 1992). Cependant, le manque de

contrôle dans la surveillance et la régulation des conditions environnementales lors

d’interventions réelles rend difficile la collecte de données adaptée à la recherche. Par

consequent, comme pour l’analyse de la VO2, des exercices simulant les interventions réelles


36

ont été utilisés pour mesurer les réponses cardiovasculaires des sapeurs-pompiers. La mise en

place de ces simulations d’intervention a permis de quantifier la réponse cardiaque des sapeurs-

pompiers, pouvant s’etendre de 143 a 189 bpm (Sothmann et al. 1990; Smith et al. 2001; Perroni

et al. 2010; Windisch et al. 2017b). Durant les activités de lutte contre les incendies, la FC

atteint des niveaux maximaux ou presque maximaux et peut même parfois dépasser la FCmax

predite a partir d’equations basees sur l’âge des sapeurs-pompiers (Smith et al. 2001). Elsner et

al. (2008) ont montré que pour réaliser une intervention d’une duree de 11 minutes, les sapeurs-

pompiers sont à une intensité moyenne qui correspond à 95% de leur FCmax et certaines valeurs

peuvent monter jusqu’a 110% de la FCmax mesuree en laboratoire. Même lors d’exercices d’une

durée prolongée comprise entre 38 et 50 minutes, qui nécessitent l’utilisation de plusieurs

bouteilles d’ARI, le stress cardiaque des sapeurs-pompiers demeure important avec une FC

moyenne sur la totalite de l’exercice superieure a 150 bpm (Al-Zaiti et al. 2015). Dans cette

dernière étude, plus de 70% des participants ont dépassé leur FCmax mesurée au préalable sur

tapis roulant. Même si la FC d’exercice ne depasse pas toujours la FCmax théorique ou mesurée

en laboratoire, les réponses cardiaques habituellement mesurées demeurent élevées et sont

comprises entre 80 et 95% de la FCmax des sapeurs-pompiers (Von Heimburg et al. 2006; Elsner

and Kolkhorst 2008; Williams-Bell et al. 2009, 2010; Windisch et al. 2017b, a). Perroni et al.

(2010) ont analysé les réponses cardiaques pour différentes tâches et ont montre que l’intensite

de l’effort lors du sauvetage d’un enfant (77% de la FCmax) est inférieure à celle mesurée lors

de portions de course a pied et lors d’un reperage dans un labyrinthe (88 à 80% de la FCmax).

Par ailleurs, la tenue de protection des sapeurs-pompiers joue un rôle important dans le stress

cardiaque enduré lors des interventions. Bruce-Law et al. (2007) ont montre que lors d’un

exercice sous-maximal réalisé en laboratoire, la FC était supérieure avec le port des vêtements

de protection et de l’ARI en comparaison d’une tenue de sport legère. Cette augmentation de la

FC d’exercice serait principalement due au poids des EPI. En effet, aucune difference n’avait

été obtenue entre la condition EPI et une condition dans laquelle les sapeurs-pompiers portaient

une surcharge d’un poids equivalent (Bruce-Low et al. 2007). Toujours à intensité sous-

maximale, Taylor et al. (2012a) ont permis de montrer que cette surcharge imposée par les EPI

représentait une augmentation de 35% de la FC. La part que représentent les vêtements de

protection dans cette élévation du stress cardiaque est la plus importante, avec 19%

d’augmentation qui lui est attribuée, contre environ 6% qui est attribuée au port de l’ARI

(Taylor et al. 2012a). Ces résultats viennent confirmer ceux obtenus lors d’etudes precédentes,

indiquant une augmentation de la FC lors du port des EPI à intensité sous-maximale


37

(Sköldström 1987; Louhevaara et al. 1995). L’impact des EPI sur le stress cardiaque est encore

plus important lorsque l’exercice est realise dans une atmosphère chaude (45°C) en

comparaison d’un environnement neutre (Sköldström 1987).

La chaleur rayonnante provoquée par l’incendie est egalement un facteur d’influence du stress

cardiaque. Bien que nombre d’etudes aient été réalisées dans des atmosphères tempérées,

certaines recherches ont realise des simulations d’intervention dans des ambiances chaudes.

C’est le cas de l’etude menee par Windisch et al. (2018) dans laquelle les auteurs ont comparé

un exercice réalisé dans une condition tempérée (20-30°C) et un exercice réalisé dans des très

hautes températures (300°C). De telles températures peuvent être atteintes lorsque les sapeurs-

pompiers sont confrontés à des embrasements généralisés éclairs (i.e. « flashover »). Le stress

cardiaque provoqué par les interventions réalisées en ambiance tempérée était inférieur à celui

obtenu dans les atmosphères chaudes (79,9 vs 85,5% de la FCmax). En plus d’augmenter la FC

moyenne, les exercices réalisés dans des très hautes températures ont modifié le temps passé

dans les differentes zones d’intensite. En effet, lors de l’exercice realise en ambiance chaude,

en comparaison de l’environnement tempere, les sapeurs-pompiers ont passé moins de temps

en dessous du SV1 (16,3% vs 24,6% du temps total) et plus de temps au-dessus de SV2 (33,3%

vs 9,7% du temps total). En consequence, la production d’energie supportee par la filière

anaérobie est largement augmentée lorsque les sapeurs-pompiers sont confrontés à des

températures extrêmes (Windisch et al. 2017a). Des résultats similaires ont été observés par

Larsen et al. (2015), qui ont comparé un protocole de 3 heures réalisé dans une atmosphère

chaude (45°C) à un même exercice réalisé dans un environnement tempéré (18°C). Durant ces

3 heures d’exercice, les sapeurs-pompiers devaient réaliser des tâches régulièrement

rencontrées pendant les feux de forêts ainsi que des exercices standardisés sous-maximaux,

entrecoupés de périodes de récupération. Bien que les sapeurs-pompiers se soient autorégulés

dans la condition chaude (i.e. baisse des performances), la FC durant les périodes de travail

était en moyenne supérieure de 22 bpm par rapport à la condition tempérée. Cette augmentation

de la FC est inférieure a l’augmentation de 37 bpm observee dans une precedente etude (Smith

et al. 1997), cependant la température ambiante de cette étude était bien supérieure avec une

température moyenne de 89,6°C.

L’augmentation de la FC lors d’un exercice en ambiance chaude en comparaison d’une

atmosphère tempérée s’est notamment accompagnee de plus grandes pertes hydriques (Larsen

et al. 2015), pouvant ainsi potentiellement expliquer ce stress cardiaque plus important (Smith

et al. 2001). Dans leur étude, Smith et al. (2001), ont analysé les réponses cardiovasculaires via


38

la FC mais egalement via le volume d’ejection systolique (VES) et via le debit cardiaque. Dans

cette étude, les sapeurs-pompiers devaient réaliser 3 sequences d’exercices de 7 minutes

environ, en ambiance chaude (entre 46 et 60°C), avec une récupération incomplète entre les

passages. A la fin du premier passage, la FC etait de 175 bpm et augmentait jusqu’a 189 bpm a

la fin du troisième passage, alors que dans le même temps, le VES diminuait de 38%. Cette

diminution du VES peut avoir deux causes, séparées ou combinées : soit une diminution du

retour veineux due à une vasodilatation au niveau des muscles actifs et dans les réseaux

vasculaires cutanés ; soit une réduction du volume plasmatique, causée par des pertes hydriques

abondantes. Quoi qu’il en soit, l’augmentation de la FC au cours de l’exercice n’aura pas permis

de compenser cette baisse du VES, provoquant ainsi une diminution du débit sanguin, passant

de 17,1 L·min-1 à la fin du premier passage à 12 L·min-1 à la fin du troisième passage, soit une

diminution de 30% (Smith et al. 2001).

Pour conclure, durant les interventions de lutte contre les incendies, les sapeurs-pompiers font

face a un stress cardiovasculaire important, avec des FC d’exercice proches ou egales a leur

FCmax ainsi qu’une modification de leur VES. Les activites operationnelles à réaliser, les EPI

et les conditions environnementales ont une influence sur ce stress cardiovasculaire. Nous

allons maintenant aborder un autre aspect des réponses des sapeurs-pompiers qui est le stress

thermique provoqué par ces interventions.

c. Le stress thermique

Un stress thermique est caractérisé par une température interne qui s’elève ou qui s’abaisse en

dehors de la température « normale » de l’organisme. Dans le cadre d’une hyperthermie, le

stress thermique est causé par un déséquilibre entre les apports de chaleur et la capacité de

l’organisme a l’evacuer (Simon 1993). Les apports de chaleur peuvent provenir de

l’environnement exterieur et/ou de la production de chaleur metabolique par les muscles actifs

(thermogenèse). La thermolyse quant a elle peut se definir comme l’ensemble des processus

permettant au corps d’evacuer la chaleur excessive. L’evacuation de la chaleur de l’organisme

se fait principalement au niveau de la peau via quatre modes : la conduction, la convection, la

radiation et l’évaporation (Figure 2).


39

Figure 2. Principaux modes de thermolyse de l’organisme

Les conditions dans lesquelles interviennent les sapeurs-pompiers sont donc propices à

l’apparition d’un stress thermique, avec la combinaison de différents facteurs qui vont agir

d’une part sur les apports de chaleur et d’autre part sur les processus de la thermorégulation.

Ces facteurs sont (1) un apport de chaleur par l’environnement exterieur, (2) le port d’EPI

lourds, isolants et non perméables, emprisonnant ainsi la chaleur métabolique et (3) un travail

physique entrainant une forte thermogenèse (Smith et al. 2001).

(1) Lors des interventions de lutte contre les incendies, les conditions environnementales

sont parfois source d’un apport de chaleur, a travers la combinaison d’une temperature

ambiante élevée et d’une chaleur radiante emanant de l’incendie (Hoschke 1981; Foster

and Roberts 1994). Foster et Roberts (1994), ont étudié les différents niveaux de

températures ambiantes et de radiation thermiques auxquels les sapeurs-pompiers

peuvent être confrontes lors des incendies. Les auteurs ont classe 4 niveaux d’exposition

avec une duree limite d’exposition dependante a la fois de la temperature ambiante et à

la fois du niveau de radiation. La durée de travail maximale préconisée était de 25

minutes dans une température ambiante de 100°C et avec 1 kW/m2 de radiations

thermiques. Cette durée diminue pour atteindre 1 minute avec une température ambiante

comprise entre 160 et 235°C et des radiations thermiques comprises entre 4 et 10 kW/m2

(Foster and Roberts 1994). La durée de travail des sapeurs-pompiers devrait donc

dépendre des contraintes thermiques environnementales. Cependant, il peut arriver que


40

les interventions s’etendent sur plusieurs heures (Ruby et al. 2002). De plus, durant les

exercices d’entrainement, l’exposition a la chaleur peut dépasser 40 minutes pour les

instructeurs (Eglin and Tipton 2005). Or, il est bien établi que les exercices réalisés en

ambiance chaude vont accentuer le stress thermique en comparaison d’un exercice

réalisé en ambiance tempérée (Sköldström 1987; Smith et al. 1997; Carter et al. 2007).

L’augmentation de la temperature corporelle lors d’exercices sous-maximaux réalisés

en laboratoire est comprise entre + 0,03 et + 0,11°C·min-1 lorsqu’ils sont realises en

ambiance chaude, contre une augmentation comprise entre + 0,01 et + 0,017°C·min-1

lorsqu’ils sont réalisés dans un environnement neutre (Sköldström 1987; Smith et al.

1997; Carter et al. 2007).

(2) Par ailleurs, les EPI font partie intégrante de la mission de lutte contre les incendies et

vont participer a la perturbation de l’homeostasie. Lorsque les sapeurs-pompiers portent

les EPI, une couche d’air va se former directement au-dessus de la surface de la peau.

Ce microenvironnement ainsi créé va donc correspondre à la couche environnementale

initiale entre le corps et l’environnement (Cheung et al. 2010). Lors de la

thermorégulation, la dissipation maximale de chaleur par évaporation se produit lorsque

la sueur sécrétée est vaporisée sur la peau. Or les EPI vont absorber et emprisonner la

sueur produite et ainsi considérablement diminuer les taux de transfert de chaleur

(Bruce-Low et al. 2007; Petruzzello et al. 2009; Cheung et al. 2010). Par conséquent,

de par la production metabolique de chaleur et la diminution de l’efficacite de la

thermolyse, le port des EPI peut provoquer un stress thermique, et ce, même dans un

environnement neutre. Sköldström (1987) a montré que même à faible intensité, dans

une ambiance neutre, les EPI augmentent la température cutanée des sapeurs-pompiers,

passant de 31,5 à 35°C. L’effet des EPI sur la température corporelle est encore plus

important lorsque l’exercice est realise en ambiance chaude (i.e. 45°C). En effet, il a été

montré que les EPI provoquent une augmentation de la température cutanée de 1,5°C et

une augmentation de la température rectale de 1,1°C (Sköldström 1987).

(3) Plusieurs etudes ont permis de quantifier l’impact des differentes tâches que les sapeurs-

pompiers sont amenes a realiser lors d’interventions simulees sur leur température

corporelle (Romet and Frim 1987; Smith et al. 1996). Romet et Frim (1987) ont montré

que lors de la tâche la plus ardue de leur etude, qui s’etendait sur 24 minutes, la

température rectale augmentait de 37,7°C à 39°C. Smith et al. (1998) ont observé une

augmentation similaire avec une mesure de la temperature tympanique lors d’un


41

exercice de 16 minutes réalisé dans une ambiance chaude, avec une augmentation de

+1,5°C.

En conclusion, durant les interventions de lutte contre les incendies, les conditions

d’intervention peuvent desequilibrer la thermoregulation. Une forte thermogenèse, additionnee

à un environnement chaud provoque une augmentation de la température corporelle que le corps

des sapeurs-pompiers a du mal à évacuer, les EPI diminuant fortement l’efficacite de la

thermolyse. Ce stress thermique vient s’ajouter et aggraver la deshydratation (réduction du

volume plasmatique) déjà abordée dans la section précédente, contribuant ainsi à

l’augmentation du stress cardiovasculaire.

d. Le stress psychologique

Relativement peu d’etudes ont investigue le stress psychologique engendre par une intervention

de lutte contre les incendies. Un état de stress psychologique aigu est un état qui se produit

généralement dans des situations impliquant des problèmes nouveaux ou peu fréquents, avec

des contraintes de temps et une forte incertitude quant à son issue. Ce type de situation

correspond aux situations rencontrées par les sapeurs-pompiers durant les interventions de lutte

contre les incendies (Perroni et al. 2014). La plupart des données disponibles sur l’evaluation

des réponses psychologiques des sapeurs-pompiers proviennent d’une equipe de recherche

américaine qui a mesuré ces reponses lors d’interventions simulees (Smith et al. 1996, 1997,

2001; Smith and Petruzzello 1998; Petruzzello et al. 2009). Les auteurs ont réalisé des mesures

subjectives de la detresse respiratoire, du stress thermique, de l’etat des sensations ou encore

de l’etat d’anxiete. Les resultats de ces recherches montrent qu’a la suite d’une manœuvre

d’entrainement, les reponses psychologiques sont degradees (Greenlee et al. 2014). En effet,

les auteurs ont observe qu’en comparaison de valeurs de référence, une intervention simulée

entraine une augmentation significative de l’anxiete (+1,4 unites), de la tension (+0,63 unites),

de la détresse respiratoire (+1,64 unités) et du stress thermique (+ 1,60 unités). Lorsque ces

exercices d’entrainement sont répétés à plusieurs reprises et entrecoupes d’une recuperation

incomplète, cette dégradation augmente au fil des répétitions (Smith et al. 1997, 2001; Smith

and Petruzzello 1998). De plus, ces réponses semblent influencées à la fois par les températures

extérieures et à la fois par les EPI. En effet, Smith et al. (1997) ont montré que la dégradation

des reponses perceptives et psychologiques etait accentuee lorsque les manœuvres etaient

réalisées dans des atmosphères chaudes (89,6°C) en comparaison d’atmosphères temperees

(13,7°C). Une etude de ce même groupe parue l’annee suivante (Smith and Petruzzello 1998)


42

révèle que les EPI ont également une influence sur les réponses perceptives, le développement

de nouveaux EPI plus performants ayant entraine une reduction de l’effort perçu et une

amélioration des sensations thermiques.

Par ailleurs, une étude menée avec des sapeurs-pompiers italiens n’a revele aucune modification

de leur etat psychologique a la suite d’une intervention simulee (Perroni et al. 2009). Cependant,

la manœuvre etait realisee dans une atmosphère fraiche (13°C). De plus, l’habitude et la

connaissance de l’environnement ont pu influencer les résultats de cette étude et expliquer

l’absence de stress psychologique (Perroni et al. 2009).

Pour conclure, il semblerait que même lorsqu’elle est simulee, une intervention de lutte contre

les incendies puisse être à l’origine d’un stress psychologique. Ce stress semble influence par

la température et les EPI. Cependant, ces réponses psychologiques demeurent peu étudiées au

regard de la littérature scientifique et méritent d’être approfondies avec notamment la

réalisation de mesures dans des situations les plus écologiques possibles.

e. Les fonctions cognitives

Les fonctions cognitives correspondent aux processus qui permettent l’apprentissage et la

manipulation de l’ensemble de nos connaissances (mémoire, attention, résolution de problème,

perception etc.) par le système nerveux central (SNC) (Albinet et al. 2008). Tout comme les

réponses psychologiques, cet aspect chez les sapeurs-pompiers n’a que peu ete etudie dans la

littérature. Les processus cognitifs étudiés varient selon les études, tout comme les résultats.

Kivimäki et Lusa (1994) ont pour la première fois investigué les réponses cognitives des

sapeurs-pompiers durant une simulation d’intervention de lutte contre les incendies. Lors de

cette expérimentation, les sapeurs-pompiers devaient réaliser les tâches imposées en exprimant

oralement toutes leurs pensees. Les auteurs ont ainsi mesure la capacite d’attention des sapeurs-

pompiers, en comptabilisant le temps passé à être concentré sur la tâche à réaliser. Les résultats

de l’etude montrent une diminution des performances cognitives (moins de temps passe

concentre sur la tâche) avec l’augmentation du stress cardiaque provoque par l’intervention

(Kivimäki and Lusa 1994). D’autres études ont utilisé le Continuous Performance Test comme

outil d’evaluation des performances cognitives (Smith and Petruzzello 1998; Smith et al. 2001;

Greenlee et al. 2014; Hemmatjo et al. 2017a, b, 2018). Ce test permet d’evaluer plus

particulièrement la capacité à maintenir une attention soutenue. Deux critères sont obtenus à

l’issue du test, le temps de reaction moyen pour répondre aux stimuli ainsi que la précision

(nombre de bonnes ou mauvaises réponses). Toutes les études utilisant ce test ont montré une


43

amelioration du temps de reaction mesure immediatement a l’issue de l’intervention en

comparaison de valeurs obtenues au repos. En revanche, alors que certains n’obtiennent pas de

différences dans la précision (Smith and Petruzzello 1998; Greenlee et al. 2014), d’autres

observent une augmentation du nombre d’erreurs a l’issue de l’intervention (Hemmatjo et al.

2017a, b, 2018). L’amelioration du temps de reaction pourrait être expliquee par l’activation du

SNS liee a l’exercice physique intense. Cette activation du SNS va provoquer la libération de

catécholamines (Mazzeo 1991) qui peuvent être a l’origine de l’augmentation des niveaux

d’excitation et ainsi permettre une amélioration du temps de réaction (McMorris et al. 2011).

Par ailleurs, la diminution de la précision semble être dépendante des conditions

environnementales. En effet, il a ete montre qu’une presence importante de fumée durant

l’intervention diminuait la precision sur le Continuous Performance Test (Hemmatjo et al.

2018). De plus, dans une seconde étude, les chercheurs ont montré que cette précision était

influencée par la température de la pièce, avec une diminution des performances lorsque la

température augmente (Hemmatjo et al. 2017b). Enfin, le Paced Auditory Serial Addition Test,

qui mesure egalement l’attention soutenue a permis de montrer que le type d’intervention

influait sur les performances cognitives, les interventions en milieu aérien (sauvetage d’une

victime en hauteur a l’aide de techniques speciales sur cordes) entrainant un plus grand nombre

d’erreurs post-exercice que des interventions classiques de lutte contre les incendies (Zare et

al. 2018).

Des stratégies ont été étudiées dans le but de limiter la détérioration des performances

cognitives. Zhang et al. (2014) ont mesuré les effets de la caféine et du menthol sur les

performances cognitives des sapeurs-pompiers, a l’issue d’un exercice physique. Les tests

utilisés mesuraient le temps de réaction simple, la mémoire et l’attention soutenue. Cependant,

dans cette étude, les sapeurs-pompiers devaient réaliser des exercices sur tapis roulant,

condition qui est loin de la réalité stressante d’une intervention. Les auteurs n’ont donc observe

aucune diminution des performances cognitives, empêchant ainsi d’observer un potentiel

bénéfice lié à la caféine ou au menthol (Zhang et al. 2014). Hemmatjo et al. (2017a) ont quant

à eux obtenu des effets positifs sur les performances cognitives avec la mise en place d’une

stratégie de refroidissement (i.e. cooling) durant l’exercice. Dans cette etude, les chercheurs ont

montre que l’utilisation d’une veste de cooling durant la manœuvre permettait de diminuer le

nombre d’erreurs post-exercice, sans pour autant contrebalancer totalement les effets délétères

de l’exercice (Hemmatjo et al. 2017a).

En conclusion, seulement peu de processus cognitifs ont ete investigue lors d’interventions

simulées chez les sapeurs-pompiers. L’attention soutenue est le processus qui a le plus ete


44

évalué, avec des résultats révélant une amélioration systématique du temps de reaction a l’issue

de la manœuvre. En revanche, les resultats sont plus contrastes en ce qui concerne la précision,

dont la potentielle diminution semble être accentuée par certaines situations et conditions

environnementales. Malgré une amélioration du temps de réaction, ces résultats sont associés à

une diminution des performances cognitives, une perturbation de la capacité de répondre avec

précision à un stimulus pouvant potentiellement nuire aux performances et à la sécurité des

sapeurs-pompiers (Smith et al. 2001; Hemmatjo et al. 2017a; Zare et al. 2018).

f. Les réponses hormonales et inflammatoires

En cas de stress physique ou psychologique, l’activation du SNS et de l’axe HPA provoque la

liberation d’hormones telles que l’adrénaline et la noradrénaline pour le premier et le cortisol

pour le second. De plus, il a egalement ete montre qu’un stress physique ou une tâche mentale

influent sur les réponses immunologiques et inflammatoires (Suzuki et al. 1999; Schoder et al.

2000; Gerra et al. 2001; Webb et al. 2008, 2011). Cependant, les réponses hormonales et

immunologiques n’ont que très peu ete etudiees chez les sapeurs-pompiers. Smith et al. (2005)

sont les premiers a avoir fait des prelèvements sanguins a l’issue d’une intervention simulee de

lutte contre les incendies. Dans cette étude, les auteurs ont mesuré l’activation de l’axe HPA

avec une mesure du cortisol et de l’ACTH, ainsi que les reponses immunologiques avec la

mesure de differents leucocytes. Les resultats de cette etude revèlent qu’une intervention induit

une augmentation des taux de cortisol, d’ACTH ainsi que des leucocytes (Smith et al. 2005).

Les mécanismes de ces augmentations peuvent avoir deux origines, le stress physique et le

stress mental provoques par les interventions de lutte contre les incendies. En effet, l’influence

de l’activite physique sur les reponses hormonales et immunologiques était déjà bien établie à

partir d’etudes menees dans le domaine du sport (Camus et al. 1994; Suzuki et al. 1999).

Cependant, des etudes de laboratoire ont montre que la surimposition d’une tâche mentale a un

exercice physique peut avoir une influence sur ces réponses hormonales et immunologiques

(Webb et al. 2008, 2011; Huang et al. 2010). Dans ces études, les sapeurs-pompiers ont réalisé

un exercice de pédalage durant lequel ils ont dû réaliser une tâche mentale basée sur des

strategies et des prises de decision rencontrees lors d’interventions reelles. Les resultats revèlent

qu’en comparaison de la condition contrôle, la realisation d’une tâche mentale provoque une

sécrétion plus importante de cortisol et de catécholamines (Webb et al. 2011) ainsi qu’une

augmentation des marqueurs inflammatoires (cytokines pro-inflammatoires IL-2 et

lymphocytes CD56+) (Huang et al. 2010).


45

g. Les blessures sur intervention

En France, si, pour les sapeurs-pompiers professionnels, le sport représente la principale cause

d’accident en service (39%) devant les accidents sur site d’intervention (28%), ces resultats

s’inversent chez les sapeurs-pompiers volontaires avec plus de 44% des accidents qui ont lieu

sur le lieu d’intervention devant le sport (23%) et les manœuvres de formation (18%) (ministère

de l’Interieur, 2018). Bien que la fréquence des arrêts tende à se stabiliser ces dernières années,

la duree moyenne d’arrêt d’activite est en legère augmentation chez les sapeurs-pompiers

professionnels, avec une moyenne de 34 jours. Ces blessures en service représentent in fine

23,8% du total des indisponibilités par arrêt de travail des sapeurs-pompiers. Aux États-Unis,

la proportion de blessures sur les lieux d’intervention est beaucoup plus importante qu’en

France, avec 43% du total des blessures qui a lieu sur les interventions de lutte contre les

incendies (Haynes and Molis 2015). De plus, aux États-Unis, du fait du nombre important de

blessures, il a été possible de produire des statistiques plus detaillees qui ont permis d’etablir

que les glissades, les trébuchements et les chutes (i.e. perte d’equilibre) sont la principale cause

de blessure sur intervention (27%), juste devant le surmenage et la fatigue (27%). Viennent

ensuite les contacts et les heurts avec des objets (16%) et les autres blessures de causes diverses

(Haynes and Molis 2015). Ces blessures ont mene a une reflexion sur l’evolution des EPI tels

que les bottes, le casque ou encore l’ARI. En effet, plusieurs études ont montré que les EPI

influencent la capacité des sapeurs-pompiers à maintenir leur équilibre sur le terrain (Park et al.

2010, 2011; Hur et al. 2015; Kesler et al. 2018). C’est pourquoi de nouveaux EPI sont

régulièrement testés et mis sur le marché, afin de diminuer leur incidence sur les facteurs de

risque de blessure encourus par les sapeurs-pompiers (Park and Hahn 2014; Hur et al. 2015;

Kesler et al. 2018).

h. Conclusions

Durant la seconde phase d’une intervention, les sapeurs-pompiers sont amenés à réaliser des

exercices physiques parfois intenses, sous la pression du temps, dans des atmosphères chaudes

et viciees le tout sous la protection d’EPI lourds, encombrants et isolants thermiquement. Ainsi,

cette phase de l’intervention se caracterise par une depense energetique elevee, avec une forte

contribution du métabolisme anaérobie dans cette dépense énergétique. Plusieurs facteurs ont


46

une influence sur cette dépense énergétique : le type d’exercice realise, les conditions

environnementales, les EPI ainsi que les tâches mentales. L’accumulation de tous ces facteurs

conduit à un stress cardiovasculaire, thermique, psychologique et à des perturbations

cognitives. On retrouve des marqueurs hormonaux et inflammatoires de ces stress au niveau

sanguin et salivaire.

Par une cascade de réactions physiologiques, le stress cardiovasculaire provoqué par cette phase

de l’intervention peut parfois provoquer un événement cardiovasculaire indésirable (Smith et

al. 2016). Récemment, plusieurs articles ont proposé un modèle théorique (Figure 3) exposant

cette cascade de réactions physiopathologiques entre les contraintes cardiovasculaires subies

lors des interventions de lutte contre les incendies et les événements cardiovasculaires

indésirables (Smith et al. 2016; Kales and Smith 2017).

Figure 3. Interactions théoriques entre les réponses cardiaques, vasculaires et hémostatiques

et les interventions de lutte contre les incendies et les événements cardiaques soudains chez les

personnes sensibles. RH, hypothermie réactive ; BF, débit sanguin ; Fxn, fonction ; SEVR,

viabilité myocardique sous-endocardique ; SV, volume d’éjection systolique ; RPP, produit

fréquence-pression ; SS, contrainte de cisaillement. De Smith D., Deblois JP, Kales SN and

Horn GP. Cardiovascular strain of firefighting and the risk of sudden cardiac events. Exerc.

Sport Sci. Rev., Vol. 44, No. 3, pp. 90–97, 2016. Utilisé avec la permission de l’auteur.


47

Ainsi, la phase d’intervention est un moment crucial pour la sante et la securite des sapeurs-

pompiers. Cette phase conduit à une augmentation de 12 à 136 fois du risque de décès par

accident cardiovasculaire durant les interventions en comparaison de situations non urgentes

(Kales et al. 2003, 2007; Geibe et al. 2008; Farioli et al. 2014).


- La seconde phase de l’intervention comprend toutes les activites operationnelles que

les sapeurs-pompiers doivent réaliser sur les lieux de l’intervention

- Cette phase a des répercussions sur la dépense énergétique, les réponses

cardiovasculaires, thermiques, psychologiques, hormonales et cognitives

- Les conditions environnementales et les EPI ont une influence majeure sur ces

différentes réponses

- Ces adaptations psychophysiologiques peuvent être a l’origine de changements

physiopathologiques et augmentent le risque de décès des sapeurs-pompiers


48

1.1.3 La phase post-intervention

La troisième phase correspond à la phase post-intervention. Cette phase debute dès l’arrêt de

l’intervention et se prolonge durant plusieurs heures, jusqu’a un rétablissement de

l’homeostasie (Kales et al. 2007). Relativement peu d’etudes ont investigue cette phase de

l’intervention. Nous étudierons dans un premier temps les recherches qui ont évalué la

recuperation des differents stress psychophysiologiques provoques par l’intervention. Dans un

second temps, nous présenterons les études qui ont proposé différentes stratégies afin

d’ameliorer et de reduire la duree de la récupération de ces différents paramètres

psychophysiologiques.

Les recherches ayant investigué la récupération des sapeurs-pompiers révèlent que le stress

genere par l’intervention perdure même après l’arrêt de l’exercice et que pour certains

paramètres, la restauration de l’homeostasie peut prendre jusqu’a plusieurs heures. Perroni et

al. (2010) ont montre qu’après une manœuvre d’une duree de 11 minutes seulement, la FC et

la VO2 n’etaient toujours pas revenues à des valeurs de repos après une récupération passive de

30 minutes. A l’issue de cette période de récupération, la FC était encore supérieure à la FC de

repos de plus de 50 bpm. D’autres etudes ont trouve des resultats similaires, avec un retour lent

et progressif de la FC à des valeurs de repos (Horn et al. 2011; Windisch et al. 2017a). Selon

l’etude de Horn et al. (2011), il faudrait entre 50 et 80 minutes de récupération pour un retour

de la FC a des valeurs preexercice. Cette lente recuperation de la FC s’accompagne d’une lente

diminution de la température corporelle également. Nous avons vu précédemment que la

température corporelle augmente de manière significative durant une intervention de lutte

contre les incendies (Romet and Frim 1987; Smith et al. 1997; Smith and Petruzzello 1998;

Carter et al. 2007). Or, plusieurs études ont montré que cette augmentation peut se poursuivre

durant plusieurs minutes après l’arrêt de l’exercice (Giesbrecht et al. 2007; Hostler et al. 2010;

Horn et al. 2011). Une fois le pic atteint, la température décroit progressivement jusqu’a des

valeurs de repos (Hostler et al. 2010; Horn et al. 2011). Tout comme pour la FC, il faudrait

entre 50 et 80 minutes de récupération passive pour que la température redescende à des valeurs

de repos (Horn et al. 2011). Plus que de la duree ou de l’intensite de l’exercice, le niveau de la

récupération semble dépendre de la durée de celle-ci (Horn et al. 2013). En effet, dans cette

dernière étude, les sapeurs-pompiers ont réalisé un enchainement de plusieurs interventions de

durées et intensités variables, entrecoupées de récupérations incomplètes. Les FC de

récupération les plus basses étaient obtenues par une durée de récupération plus importante,


49

independamment de la duree ou de l’intensite de l’exercice qui la precedait. Par ailleurs, il

apparait que la temperature de l’environnement dans lequel est realise l’exercice puisse

influencer la récupération de la FC et de la température (Smith et al. 1997; Windisch et al.

2017a). En effet, Smith et al. (1997) ont montre qu’après une intervention realisee dans une

atmosphère tempérée, la FC et la température tympanique retrouvaient des valeurs de repos

après seulement 10 minutes de recuperation. En revanche, lorsque l’exercice etait realise dans

une atmosphère chaude, ces valeurs à 10 minutes post-exercice demeuraient supérieures à celles

de repos. Une différence similaire a éte observee par Windisch et al. (2017a) lors d’une

évaluation de la FC dans les 30 minutes qui ont suivi l’arrêt de l’exercice.

Par ailleurs, toujours au regard des réponses cardiovasculaires, Horn et al. (2013) ont montré

qu’une intervention de 18 minutes aboutissait a une hypotension arterielle post-exercice. Après

20 minutes de récupération, la PA systolique était inférieure de 20 mmHg à celle de repos. Des

changements au niveau du SNA seraient a l’origine de cette hypotension post-exercice en

provoquant une vasodilatation périphérique afin de favoriser la thermolyse (Halliwill 2001). De

plus, la chaleur de l’environnement peut favoriser cette hypotension à travers une baisse du

volume plasmatique ainsi qu’une amplification de la vasodilatation périphérique (Horn et al.

2013).

A propos des réponses hormonales et inflammatoires, seuls Smith et al. (2005) ont réalisé des

mesures durant la récupération post-intervention. Dans cette étude, les auteurs observent

immediatement après la fin de l’exercice une augmentation de 400 % des concentrations en

ACTH plasmatique et un retour à des valeurs de repos après 90 minutes de récupération. En

revanche, après cette même durée de récupération, les concentrations sanguines en cortisol

demeuraient supérieures aux valeurs de repos. Cela est également valable pour certaines

réponses inflammatoires, avec un nombre de leucocytes toujours supérieur aux valeurs de repos

après 90 minutes de récupération (Smith et al. 2005).

Concernant le stress psychologique, sa récupération semble dépendre des conditions

environnementales (Smith et al. 1997). En effet, les auteurs ont montre que le niveau d’anxiete

mesuré 10 minutes après l’arrêt de l’exercice demeurait eleve uniquement lorsque l’exercice

était réalisé en ambiance chaude. Greenlee et al. (2014) ont montré qu’après une recuperation

de 120 minutes, cet etat d’anxiete etait revenu a un etat de repos. En ce qui concerne les

fonctions cognitives, bien que l’on observe une diminution des performances mesurees

immédiatement post-exercice (Hemmatjo et al. 2017a, b, 2018), il semblerait qu’une

récupération de seulement 10 minutes permette d’annuler les effets negatifs de l’intervention

sur ces performances (Greenlee et al. 2014).


50

Differentes strategies ont ete proposees afin d’ameliorer la recuperation lors de cette phase post-

intervention. Ces stratégies ont deux objectifs. Le premier est de réduire la durée de restauration

de l’homéostasie, ce qui permet de préserver la santé et la sécurité des sapeurs-pompiers. Le

second objectif permet de préparer plus rapidement l’organisme des sapeurs-pompiers à une

eventuelle intervention ulterieure. Nous venons de voir que dans le cas d’une récupération

passive, la température corporelle continue d’augmenter dans les premières minutes qui suivent

l’exercice et le retour a des valeurs de repos peut prendre jusqu’a plus d’une heure (Horn et al.

2011). Ainsi, des stratégies de refroidissement ont été proposées afin de réduire ce stress

thermique et de ce fait accélérer la récupération.

Une des stratégies les plus étudiées est le refroidissement des mains seules ou accompagné des

avant-bras. Le refroidissement de ces parties du corps peut être réalisé soit par des poches de

froid soit par une immersion dans de l’eau a differentes températures (Giesbrecht et al. 2007;

Zhang et al. 2009; Barr et al. 2010). Si la majorité de ces études rapporte un effet bénéfique de

ces techniques de refroidissement sur la température corporelle et la FC, il semblerait que les

stratégies refroidissant à la fois les mains et les avant-bras soient les plus efficaces. En effet,

Zhang et al. (2009) ont montré qu’un refroidissement uniquement des mains par des poches de

froid n’avait une influence positive sur la baisse de temperature qu’à partir de la 30ème minute

de récupération. De plus, Giesbrecht et al. (2007) ont observé un effet bénéfique sur la

température corporelle et la FC lors de l’immersion des mains uniquement lorsque l’eau etait a

10°C, sans relever de bénéfice avec une eau à 20°C. Ces bénéfices semblent plus évidents

lorsque l’immersion concerne à la fois les mains et les avant-bras (Selkirk et al. 2004;

Giesbrecht et al. 2007; Hostler et al. 2010; Barr et al. 2011). Giesbrecht et al. (2007) ont observé

lors de la récupération une diminution de la FC et de la température avec une immersion des

mains et avant-bras pour une temperature de l’eau de 10 et 20°C. En revanche, les résultats

divergent sur la prolongation ou non de ces bénefices lors d’exercices realises ulterieurement.

En effet, l’etude menee par Hostler et al. (2010) a montré que les bénéfices observés durant la

récupération (diminution de FC et la température) ne permettent ni d’augmenter la tolérance à

l’effort, ni de diminuer le stress cardiaque ou thermique d’exercice. Or, d’autres recherches ont

montre que l’immersion des mains et avant-bras lors de la récupération permet de diminuer la

FC et la temperature corporelle lors de l’exercice qui suit (Selkirk et al. 2004; Giesbrecht et al.

2007; Barr et al. 2009). De plus, ces strategies ont permis d’augmenter la tolerance a l’effort et

ainsi prolonger la duree de l’effort des sapeurs-pompiers. Cette stratégie de refroidissement

permet de favoriser la thermolyse au niveau des mains et avant-bras. Ces parties du corps


51

seraient riches en anastomoses artérioveineuses, qui permettraient la dilatation des capillaires

lors d’un stress thermique pour favoriser l’evacuation de la chaleur (Vanggaard et al. 1999;

Giesbrecht et al. 2007). De plus, l’efficacite du refroidissement dépend de la surface corporelle

refroidie (Douzi et al. 2019). L’exposition a la fois des avant-bras et à la fois des mains permets

d’exposer une plus grande surface de la peau au froid et ainsi augmenter l’efficacite de la

thermolyse.

Par ailleurs, d’autres strategies de refroidissement ont également été testées afin de favoriser la

récupération des sapeurs-pompiers. L’utilisation de vestes de refroidissement durant l’exercice

semble être une stratégie intéressante également. Hemmatjo et al. (2017a), ont montré que

l’utilisation de vestes de refroidissement durant l’exercice permettait de limiter la degradation

des performances cognitives post-exercice, d’abaisser la temperature centrale et la FC. Ces

resultats sont en accord avec les resultats d’etudes precedentes, qui ont montre une diminution

de la temperature centrale et de la FC grâce a l’utilisation de vestes de refroidissement (Bennett

et al. 1995; Smolander et al. 2004). De plus, cette strategie de refroidissement durant l’exercice

permettrait une augmentation de la tolerance a l’effort (Bennett et al. 1995). Cependant,

l’utilisation d’une veste de refroidissement uniquement lors de la phase de recuperation ne

semble pas suffisante pour améliorer la recuperation ou les performances durant l’exercice

subséquent (Hostler et al. 2010; Barr et al. 2011). Bien qu’une utilisation de vestes

refroidissantes durant les interventions semble intéressante, cette méthode manque encore de

praticite pour une mise en place en situation ecologique lors d’interventions reelles. Enfin,

d’autres strategies ont montre des resultats encourageants mais necessitent de plus amples

investigations, telles que l’utilisation d’un ventilateur (Selkirk et al. 2004; Hostler et al. 2010),

la réhydratation (Selkirk et al. 2006) ou encore un allégement des vêtements situés sous la tenue

de protection (McLellan and Selkirk 2004).

Pour conclure, bien que cette phase de l’intervention n’ait fait l’objet que de relativement peu

d’etudes, il apparaît que le stress psychophysiologique généré par les deux premières phases de

l’intervention puisse se prolonger durant la récupération post-intervention. Durant cette phase,

la restauration de l’homeostasie se fait progressivement et peut pour certains paramètres

prendre jusqu’a plus d’une heure. Des strategies de refroidissement ont ete proposees afin

d’accelerer ce retour a un etat initial. De plus, durant cette période, le risque de décès pour les

sapeurs-pompiers reste eleve, avec un risque de decès jusqu’a 10 fois superieur en comparaison

de situations non-urgentes (Kales et al. 2007).


52


- La phase post-intervention debute dès l’arrêt de l’intervention et se prolonge jusqu’a

la récupération complète du sapeur-pompier

- Durant cette phase, le stress psychophysiologique généré par les deux premières

phases de l’intervention se prolonge et diminue progressivement

- Des strategies de refroidissement permettent d’accelerer le processus de recuperation

- Cette prolongation de la perturbation de l’homeostasie est responsable d’une

augmentation du risque de decès, même après l’arrêt de l’intervention


53

1.2 Le système nerveux autonome

Les interventions de lutte contre les incendies sont des activités très contraignantes pour les

sapeurs-pompiers, avec des perturbations importantes de l’homeostasie, tant sur un plan

cardiovasculaire, que sur le plan de la thermorégulation. Lors de ces interventions, le système

nerveux autonome (SNA), qui joue un rôle primordial dans la régulation de ces fonctions

homéostatiques, est donc largement sollicité. Nous allons étudier dans cette seconde partie le

fonctionnement du SNA et ses mécanismes impliqués dans la regulation de l’homeostasie.

1.2.1 Le SNA dans le système nerveux

Le système nerveux est le centre de régulation et de communication de notre organisme.

Comme le présente la Figure 4, on distingue le SNC du système nerveux périphérique. Le SNC

se compose de l’encephale et de la moelle epinière. Il est le centre d’integration du système

nerveux en interpretant l’information sensorielle qui lui provient et en elaborant des réponses

motrices adaptées. Le système nerveux périphérique se compose de l’ensemble des nerfs situes

en dehors du SNC, regroupés en deux types de voies :

- Une voie afferente (ou voie sensitive), qui permet l’acheminement des potentiels

d’action des récepteurs sensoriels vers le SNC.

- Une voie efférente (ou voie motrice) qui permet de transmettre le potentiel d’action émis

par le SNC vers les organes effecteurs.


54

Figure 4. Organisation du système nerveux et de ses principales subdivisions

La voie afferente, tout d’abord, permet de recueillir les stimulus et ainsi de transmettre une

information au SNC. Ce sont les récepteurs sensoriels qui vont recueillir les stimulus. Ils

peuvent être classés selon le type de stimulus auquel ils vont être sensible. On peut retrouver :

- Des mécanorécepteurs, sensibles aux déformations mécaniques

- Des chimiorécepteurs, sensibles aux substances chimiques

- Des thermorécepteurs, sensibles aux changements de température

- Des photorécepteurs, sensibles à la lumière

- Des nocicepteurs, sensibles à la douleur

Ces recepteurs font remonter l’information au SNC qui va l’integrer, l’interpreter et transmettre

une réponse motrice via la voie efférente du système nerveux périphérique. Cette dernière

comprend deux subdivisions fonctionnelles : le système nerveux somatique et le SNA. Le

système nerveux somatique (ou système nerveux volontaire) achemine les potentiels d’action

du SNC vers les muscles squelettiques. Le SNA (ou système nerveux végétatif) achemine les

potentiels d’action du SNC vers les muscles lisses, le myocarde et les glandes. L’activite du

SNA est soumise a la regulation du SNC a partir de l’hypothalamus, du tronc cerebral et la

moelle épinière ainsi que du cortex cérébral. Le SNA se différencie du système nerveux

somatique à la fois de par leurs centres effecteurs, mais également au niveau des voies


55

efférentes. Si dans ce dernier, le trajet du SNC jusqu’aux organes effecteurs se fait via un seul

neurone moteur, dans le SNA ce sont deux neurones successifs qui vont transmettre

l’information : le neurone préganglionnaire et le neurone postganglionnaire.

Comme le montre la Figure 5, il existe des différences anatomiques entre les neurones moteurs

du SNS et du système nerveux parasympathique (SNP). Ces différences se situent

principalement au niveau de la taille des neurones, de leur position dans le SNC et dans les

neurotransmetteurs libérés par ces neurones. Les prochaines sections ont pour objectif de

présenter ces différences, anatomiques et fonctionnelles entre le SNS et le SNP.

Figure 5. Comparaison schématique des neurones moteurs sympathiques et parasympathiques.


de Marieb E. et Hoehn K. (2019).

1.2.2 Structure du système nerveux sympathique

La voie afférente du SNS se compose de chaines de deux neurones, un neurone

préganglionnaire et un neurone postganglionnaire, reliés par une synapse qui se trouve dans un

ganglion. Quel que soit le lieu de la synapse, tous les ganglions sympathiques sont proches de

la moelle épinière. Par conséquent, on considère que les neurones préganglionnaires

sympathiques sont courts, a l’inverse des neurones postganglionnaires sympathiques qui sont

longs. Les neurones pré- et postganglionnaires se différencient également par leur gaine, qui

est faiblement myélinisée pour les neurones préganglionnaires et amyélinisée pour les neurones

postganglionnaires.


56

La composition anatomique du SNS est représentée dans Figure 6. Les corps cellulaires des

neurones préganglionnaires se situent dans les régions thoraciques et lombaires de la moelle

épinière, entre les segments médullaires T1 et L2. Les axones des neurones préganglionnaires

sympathiques sortent de la moelle épinière pour entrer dans un des ganglions du tronc

sympathique (ou ganglions paravertébraux). La synapse avec le neurone postganglionnaire peut

ensuite se faire soit dans ce même ganglion, soit dans un autre ganglion du tronc sympathique

(de niveau supérieur ou inférieur) soit enfin dans un ganglion collatéral distant.

Par conséquent, le corps cellulaire des neurones postganglionnaires se situe soit dans un

ganglion du tronc sympathique soit dans un ganglion collatéral. Les axones postganglionnaires

sortent des ganglions du tronc sympathique et se prolongent par l’intermediaire des nerfs

spinaux jusqu’a leurs effecteurs.

- Les neurones postganglionnaires à destination de la tête émergent tous du ganglion

cervical supérieur, situé dans le tronc sympathique.

- Les neurones postganglionnaires à destination du thorax émergent des ganglions

cervicaux moyen et inférieur ainsi que des ganglions du tronc sympathique compris

entre T1 et T6.

- Les neurones postganglionnaires sortant des ganglions collatéraux vont desservir soit

des organes situes dans l’abdomen soit des organes situes dans le bassin.

- Enfin, certains neurones postganglionnaires empruntent les nerfs splanchniques et

passent dans un ganglion collateral (le ganglion cœliaque) sans y faire synapse avec un

nerf postganglionnaire. Ils se prolongent jusqu’a la glande médulaire surrénale, dans

laquelle ils feront synapse avec des cellules chromaffines, des cellules productrices

d’hormones.


57

Figure 6. Description anatomique du système nerveux sympathique. Reproduction de la figure

14.7 p. 613 dans « Anatomie et physiologie humaines. 11ème édition » de Marieb E. et Hoehn

K. (2019).

1.2.3 Structure du système nerveux parasympathique

La structure anatomique du SNP est egalement constituee d’une chaine de deux neurones, relies

par une synapse située dans un ganglion. En revanche, les ganglions parasympathiques se

situent a proximite ou même a l’interieur de la paroi des organes effecteurs. Par conséquent, les


58

neurones préganglionnaires parasympathiques sont considérés comme longs et les neurones

postganglionnaires parasympathiques comme courts. La description anatomique du SNP est

représentée dans la Figure 7.

Les corps cellulaires des neurones préganglionnaires parasympathiques sont regroupés aux

deux extrémités du SNC, dans le tronc cérébral et dans la région sacrale de la moelle épinière.

Dans le tronc cérébral se trouvent les corps cellulaires des nerfs oculomoteurs, faciaux et

glossopharygiens. Ces neurones préganglionnaires font synapse avec des neurones

postganglionnaires situés au niveau de la tête. Deux nerfs vagues ont également leur corps

cellulaire situé dans le tronc cérébral. Ces deux nerfs innervent les organes situés dans le cou

et dans les cavités thoraciques et abdominales. La plupart des ganglions terminaux de ces nerfs

préganglionnaires se situent dans les parois des organes cibles.

D’autres neurones preganglionnaires parasympathiques ont une origine sacrale et vont innerver

la region pubienne ainsi qu’une partie du gros intestin.


59

Figure 7. Description anatomique du système nerveux parasympathique. Reproduction de la

figure 14.4 p. 609 dans « Anatomie et physiologie humaines. 11ème édition » de Marieb E. et

Hoehn K. (2019).


60

1.2.4 Les neurotransmetteurs du SNA

Les neurones du SNA peuvent libérer deux types de neurotransmetteurs, la noradrénaline et

l’acetylcholine. En fonction des neurotransmetteurs qu’ils vont secreter, on peut retrouver soit

des neurones cholinergiques soit des neurones adrénergiques.

- Les neurones cholinergiques sont les neurones qui vont liberer l’acetylcholine. Dans le

SNP, l’ensemble des neurones pre- et postganglionnaires est de type cholinergique.

Dans le SNS, seuls les neurones preganglionnaires utilisent l’acetylcholine comme

neurotransmetteur.

- L’ensemble des neurones postganglionnaires du SNS est de type adrénergique et utilise

la noradrénaline comme neurotransmetteur. Seuls les neurones postganglionnaires

sympathiques qui innervent les glandes sudoripares sont de type cholinergique.

Les effets de ces deux neurotransmetteurs varient selon le recepteur et l’organe cible. Il existe

également deux grandes catégories de récepteurs dans le SNA. On retrouve soit des récepteurs

cholinergiques soit des récepteurs adrénergiques.

- Les récepteurs cholinergiques, qui reçoivent l’acetylcholine, se divisent eux-mêmes en

deux classes de récepteurs, les récepteurs nicotiniques et les récepteurs muscariniques.

La liaison de l’acetylcholine avec un recepteur nicotinique a toujours un effet stimulant

pour l’organe cible. En revanche, l’effet de l’acetylcholine sur un recepteur

muscarinique peut être soit inhibiteur soit excitateur, selon l’organe cible sur lequel il

est fixé.

- Les recepteurs adrenergiques vont quant a eux recevoir soit l’adrenaline soit la

noradrénaline. Ces récepteurs se décomposent également en plusieurs classes de

récepteurs, dans lesquelles on retrouve les récepteurs alpha et bêta qui eux-mêmes se

divisent en sous-classes de recepteurs. Selon le type de recepteur present dans l’organe

cible, l’effet du neurotransmetteur (adrénaline ou noradrénaline) sera inhibiteur ou

excitateur.


61

1.2.5 Les rôles du SNA

Le SNS et le SNP ont un rôle oppose dans le maintien de l’homéostasie. Le SNP est associé au

repos et aux fonctions digestives, il a un rôle dit trophotrope. Le SNS quant à lui se manifeste

dans des situations stressantes, d’urgence, pour nous preparer au « combat et à la fuite », il a un

rôle dit ergotrope.

Comme nous l’avons aborde precedemment, la plupart des organes innerves par le SNA ont

une double innervation, a la fois sympathique et parasympathique. Lorsque c’est le cas, les deux

systèmes peuvent avoir soit un effet antagoniste soit un effet synergique sur ces organes. Dans

de nombreux cas, les effets sympathiques et parasympathiques vont avoir une action

antagoniste. Par exemple, au niveau du cœur, le SNS accroit la FC alors que le SNP la diminue.

Pour d’autres fonctions, les deux systèmes vont avoir un rôle synergique, comme pour la

régulation des organes génitaux. Une stimulation parasympathique va permettre l’erection du

penis ou du clitoris, puis une stimulation sympathique permettra l’ejaculation chez l’homme ou

la contraction du vagin chez la femme. Enfin, certains organes ne sont innervés que par le SNS

et ne reçoivent donc que des stimulations sympathiques. Parmi ces organes on retrouve par

exemple la médullosurrénale, la plupart des vaisseaux sanguins ou encore les glandes

sudoripares. De ce fait, une des fonctions exclusives du SNS concerne la thermorégulation. En

effet, en cas d’augmentation de la temperature interne, c’est le SNS qui permet la dilatation des

artérioles pour permettre la déviation du sang au niveau cutané ainsi que la stimulation des

glandes sudoripares permettant la sécrétion de sueur. Inversement, afin de lutter contre le

refroidissement, c’est le SNS qui permet la vasoconstriction peripherique afin de conserver le

sang au niveau des organes profonds.

Par ailleurs, si l’effet du SNP est très bref, celui du SNS peut être beaucoup plus diffus dans la

durée pour trois raisons. Tout d’abord, un neurone preganglionnaire sympathique fait synapse

avec plusieurs neurones postganglionnaires, contrairement au neurone préganglionnaire

parasympathique qui fait synapse avec un seul neurone postganglionnaire. De plus,

l’acétylcholine libérée par les neurones parasympathiques est dégradée beaucoup plus

rapidement que la noradrénaline libérée par les neurones postganglionnaires sympathiques.

Enfin, le SNS va stimuler la médullosurrénale qui va libérer dans le sang deux hormones,

l’adrenaline et la noradrenaline. Ces deux hormones vont amplifier et prolonger les effets

sympathiques.

Le Tableau 1 présente les nombreuses fonctions du SNS et SNP sur les differents organes qu’ils

innervent.


62

Tableau 1. Fonctions du SNS et du SNP sur les différents organes qu’ils innervent.


de Marieb E. et Hoehn K. (2019).


63

1.3 Le contrôle de la fréquence cardiaque par le système nerveux autonome

Comme l’indique le Tableau 1, le SNA permet le maintien de l’homeostasie pour de

nombreuses fonctions physiologiques, avec l’action soit separee soit coordonnee du SNS et du

SNP. Pour assurer le bon fonctionnement des organes, il est nécessaire de maintenir une

pression sanguine stable. Cette stabilité dépend de trois variables en ajustements constants : le

débit cardiaque, la résistance des vaisseaux sanguins dans la circulation systémique et le volume

sanguin. Le SNA a des moyens d’action sur ces trois paramètres. Dans cette partie, à travers

l’analyse de la régulation du rythme cardiaque, nous nous intéressons uniquement a l’une des

réponses du SNA qui permet la régulation du débit cardiaque, et in fine, la régulation de la

pression sanguine. Le choix de ne traiter que la FC dans cette partie a ete fait car l’analyse de

la variabilité de la FC (VFC), que nous aborderons dans la section suivante, ne permet

l’investigation que des aspects chronotropes du cœur et n’aborde pas les aspects inotropes

(force de contraction) ou dromotropes (vitesse de conduction des fibres), bien que pouvant être

contrôlés par le SNA.

1.3.1 Le système de conduction du cœur

Le cœur est un organe musculaire dote d’un système specialise en excitation et en conduction,

capable de générer des impulsions électriques et ainsi transmettre ces signaux à travers le

myocarde.

Le cœur possède un rythme cardiaque intrinsèque. L’origine de ce rythme provient du nœud

sinusal, qui est le centre rythmogène du cœur (pacemaker). Le nœud sinusal ou nœud sino-

auriculaire est un ensemble de cellules, situees dans la paroi superieure de l’oreillette droite,

qui va émettre spontanément des potentiels d’action. Le potentiel d’action genere par le nœud

sinusal va se propager jusqu’au nœud auriculoventriculaire situe dans la partie basse de

l’oreillette droite via les faisceaux inter-nodaux. Ce nœud auriculoventriculaire va servir de

relai pour propager le potentiel d’action dans les ventricules via, dans un premier temps, le

faisceau de His puis via les fibres de Purkinje jusqu’a l’apex du cœur (voir Figure 8). Ces

cellules qui permettent la conduction du potentiel d’action sont des cellules autorythmiques, ou

cellules cardionectrices. Afin de donner naissance au potentiel d’action, l’interieur de la

membrane des cellules autorythmiques va lentement se dépolariser avec la fermeture des

canaux à potassium et l’ouverture des canaux à sodium, permettant ainsi une lente entrée de


64

sodium intracellulaire. Cela va diminuer la polarisation de la cellule jusqu’a l’atteinte du seuil

d’excitation (de - 40 mV environ), qui va ensuite provoquer une entrée massive du calcium

dans la cellule, declenchant ainsi le potentiel d’action. Enfin, l’ouverture des canaux à

potassium permet la sortie de potassium de la cellule et ainsi la repolarisation de la membrane.

Ces cellules autorythmiques représentent 1% des cellules du muscle cardiaque. Les 99% des

cellules restantes sont des cellules contractiles qui vont permettre la contraction des oreillettes

et des ventricules en effectuant le travail mécanique.

Figure 8. Système de conduction du coeur. Reproduction de la figure 18.13 p. 789 dans «

Anatomie et physiologie humaines. 11ème édition » de Marieb E. et Hoehn K. (2019).

L’electrocardiogramme (ECG), mesuré par un électrocardiographe, reflète cette activité

électrique cardiaque. Il est possible d’observer sur le trace ECG les differentes etapes de

depolarisation et de repolarisation du cœur, via l’enregistrement des differents potentiels

d’action. Le trace d’un ECG est compose de differentes ondes, qui correspondent toutes à une

etape de la depolarisation ou de la repolarisation lors d’une contraction du cœur. On distingue

les ondes suivantes (Figure 9) : P, Q, R, S et T. L’onde P correspond à la naissance du potentiel

d’action dans le nœud sinusal suivi de la dépolarisation des oreillettes. Le complexe QRS

correspond à la propagation du potentiel d’action dans les ventricules, précédant ainsi leur

contraction. Enfin, l’onde T correspond à la repolarisation ventriculaire. Par conséquent, on

distingue l’intervalle PR, qui represente le temps entre le debut de la depolarisation auriculaire

et celui de la dépolarisation ventriculaire, le segment ST qui correspond au temps entre la fin


65

de la dépolarisation et le début de la repolarisation des ventricules et enfin au segment QT qui

correspond au temps d’entre le début de la dépolarisation et le début de la repolarisation des

ventricules.

Figure 9. Tracé d'un ECG et correspondances avec les étapes de dépolarisation et de

repolarisation du cœur

1.3.2 Les récepteurs sensoriels et le centre cardiovasculaire

Le centre cardiovasculaire est situé dans le bulbe rachidien. Il comprend les centres cardiaques

et vasomoteurs et va réguler la PA en agissant à la fois sur le débit cardiaque et sur la résistance

peripherique. L’activite du centre cardiovasculaire est influencée par les informations

transmises par des récepteurs sensoriels : les barorécepteurs et les chimiorécepteurs.

- Les barorecepteurs sont situes dans les sinus carotidiens, dans le sinus de l’aorte et dans

les parois des grosses artères du cou et du thorax. Une variation d’etirement (reduction

ou augmentation de l’etirement) va être captee par ces recepteurs qui vont transmettre

l’information au centre cardiovasculaire, via le nerf de Hering depuis les sinus

carotidien et le nerf de Cyon depuis la crosse de l’aorte.

- Les chimiorecepteurs vont eux être sensibles aux variations d’oxygène, de dioxyde de

carbone et de ions hydrogène sanguin. Ces récepteurs vont également transmettre ces

informations au centre cardiovasculaire.

- Dans certaines situations, les réponses du centre cardiovasculaire peuvent également

être influencees par le cortex cerebral et l’hypothalamus. Par exemple, dans des


66

situations anxiogènes ou de mise en danger, c’est l’hypothalamus qui active le SNS pour

la mise en situation de préparation au combat ou à la fuite.

Le centre cardiovasculaire va ensuite produire une réponse via une stimulation ou une inhibition

des systèmes sympathiques et parasympathiques.

1.3.3 L’innervation du cœur par le SNA

Pour transmettre la réponse émise par le centre cardiovasculaire, les systèmes sympathiques et

parasympathiques innervent differentes parties du cœur, comme cela est presente dans la Figure

10. Le nerf vague, qui transmet les potentiels d’action du système parasympathique, part du

centre cardiovasculaire situé dans le bulbe rachidien pour faire synapse avec les neurones

postganglionnaires situes directement dans la paroi du cœur. Ces neurones postganglionnaires

innervent presque uniquement le nœud sinusal et le nœud auriculoventriculaire. Le trajet de

l’information sympathique est quant a lui different. L’information partant du centre

cardiovasculaire reste au sein du SNC, allant du bulbe rachidien jusqu’aux segments de T1 à T5

de la moelle epinière. De la, partent de courts neurones preganglionnaires qui s’etendent

jusqu’aux ganglions cervicaux et thoraciques du tronc sympathique. Ils font synapse dans ces

ganglions avec les neurones postganglionnaires qui iront innerver les nœuds sinusaux et

auriculoventriculaires, mais également les artères coronaires et les cellules contractiles.


67

Figure 10. Innervation du cœur par les nerfs sympathiques et parasympathiques.

Reproduction de la figure 14.14 p. 791 dans « Anatomie et physiologie humaines. 11ème

édition » de Marieb E. et Hoehn K. (2019).

Ces différences anatomiques entre le SNS et SNP vont avoir des conséquences sur la vitesse de

transmission de l’information entre le centre cardiovasculaire et les réponses cardiaques. En

effet, la vitesse de propagation du potentiel d’action est plus importante dans les axones

myélinisés que dans les axones amyélinisés. Or, nous avons vu précédemment que les neurones

autonomes préganglionnaires sont tous myélinisés, contrairement aux neurones

postganglionnaires qui sont eux amyelinises. Le trajet de l’information parasympathique, se

faisant principalement dans des neurones préganglionnaires myélinisés, sera par conséquent

plus rapide que le trajet de l’information sympathique, qui se fait majoritairement dans des

neurones postganglionnaires amyélinisés.


68

1.3.4 La régulation de la FC par le SNA

Les systèmes sympathiques et parasympathiques se différencient principalement par le type de

réponse qu’ils apportent : ils ont une action antagoniste sur l’activite cardiaque. De plus, du fait

de leur anatomie différente, les deux systèmes se distinguent par le délai de leur réponse, entre

l’emission du potentiel d’action par le centre cardiovasculaire et la réponse cardiaque. Dans

cette partie, nous aborderons ces différences fondamentales pour comprendre la régulation de

l’activite cardiaque par le SNA.

Observons tout d’abord l’action du SNP. Les recepteurs cholinergiques situes au niveau des

oreillettes vont se lier au neurotransmetteur libéré par les neurones postganglionnaires

parasympathique, l’acetylcholine. La liberation d’acetylcholine va provoquer l’ouverture des

canaux à potassium, diminuant la concentration de potassium intracellulaire ce qui provoque

une hyperpolarisation de la cellule entrainant ainsi une diminution de la fréquence des potentiels

d’action du nœud sinusal. Le SNP a donc un effet chronotrope negatif sur la FC. L’action du

SNS quant a elle est transmise par deux messagers, l’adrenaline et la noradrenaline. La

noradrénaline est libérée par les neurones postganglionnaires sympathique et va se fixer sur les

récepteurs adrénergiques β-1, ce qui provoque la diminution du seuil d’excitation du nœud

sinusal et augmentant ainsi la frequence des potentiels d’action. Le SNS va egalement avoir

une action sur la FC via la secretion d’adrenaline, a la suite d’une stimulation par les neurones

préganglionnaires sympathiques de la glande médullaire surrenale. L’adrenaline ainsi liberee

dans le sang va également se lier sur les récepteurs adrénergiques β-1, entrainant une

augmentation de la frequence des potentiels d’action du nœud sinusal. Le SNS a un effet

chronotrope positif.

Au repos, les deux systèmes envoient des potentiels d’action. Cependant, le SNP en inhibant

les effets sympathiques, va être prédominant, abaissant ainsi la FC. En situation de stress

physique ou émotionnel, la fréquence des potentiels d’action emis par le SNS va augmenter,

celle du SNP va diminuer, la prédominance du SNS va donc provoquer une augmentation de la

FC. Les deux systèmes ont donc une action antagoniste sur la FC. Cependant, leurs effets sur

le rythme cardiaque peuvent être synergiques, lorsque l’inhibition d’un système est couplée à

la stimulation du second.

Dans cette section, nous avons abordé les spécificités anatomiques et fonctionnelles du SNS et

du SNP dans la regulation d’une fonction specifique, celle de la PA via le contrôle du rythme

cardiaque. Le cœur possède des cellules autorythmiques qui lui donnent un rythme intrinsèque.


69

Le SNA va réguler ce rythme cardiaque via le SNP qui a un effet chronotrope négatif et via le

SNS qui a un effet chronotrope positif. Du fait de ce double contrôle, l’analyse du rythme

cardiaque permet d’obtenir des informations instantanees sur l’activation ou l’inhibition des

SNS et SNP. L’objet de la section suivante sera la presentation d’un indicateur qui permet

l’investigation de cette balance sympatho-vagale dans le contrôle du rythme du cœur.

1.4 La variabilité de la fréquence cardiaque

L'évaluation de la VFC est considérée comme une méthode non invasive capable de donner des

informations indirectes sur la modulation autonome de l’activite chronotrope cardiaque. Cette

méthode consiste à analyser les fluctuations d'intervalle de temps entre les battements

cardiaques successifs, définies par la distance entre deux ondes R (intervalle RR), comme le

montre la Figure 11. L’analyse de l’intervalle RR reflète l’influence qu’ont les systèmes

sympathiques et parasympathiques sur le rythme cardiaque. Dans cette section, nous

détaillerons des différentes méthodes d’analyse de la VFC, ainsi que diverses durées et

situations d’evaluation. Enfin, nous aborderons les réponses de la VFC à un stress physique et

psychologique.

Figure 11. Définition de l’intervalle RR

1.4.1 Les méthodes d’analyse

L’analyse de la VFC peut se faire de differentes manières, a l’aide de differents traitements

mathématiques. Lors des travaux réalisés dans le cadre de cette thèse, trois grandes méthodes

d’analyse de la VFC ont été utilisées. Bien qu’il en existe d’autres, ce sont ces trois methodes

d’analyse, les plus couramment utilisées, que nous avons donc choisi de détailler dans cette

section :


70

- L’analyse temporelle

- L’analyse de Poincarre

- L’analyse spectrale

a. L’analyse temporelle

L’analyse temporelle se fait a partir d’une analyse statistique des donnees de l’intervalle RR. Il

existe différentes méthodes de calcul pour une analyse statistique.

L’intervalle RR moyen : Il correspond au temps moyen des intervalles RR analysés. Cet indice

est influencé par les deux voies du SNA sans qu’il ne puisse les discriminer : le SNP et le SNS

peuvent avoir une action sur le résultat, il peut être considéré comme un marqueur de la balance

sympatho-vagale (Goldberger 1999).

Le SDNN : Il correspond à l’ecart-type de l’echantillon d’intervalles RR sélectionné (de

l’anglais Standard Deviation of Normal to Normal interval). Ce paramètre renseigne sur la

dispersion globale de l’echantillon autour de sa moyenne rendant ainsi compte de la variabilite

globale. Il est donc également influencé à la fois par le SNS et le SNP (Kleiger et al. 1992;

Kamen et al. 1996; Task Force 1996).

Le RMSSD : Il correspond à une moyenne quadratique qui équivaut à la racine carrée de la

moyenne des différences au carre des intervalles RR successif (de l’anglais Root Mean Square

of Sucessive RR Differences). Ce paramètre reflète la variabilité battement par battement, il est

donc modulé par le SNP, qui a un délai de régulation beaucoup plus court que le SNS (Task

Force 1996; Goldberger et al. 2006). Cet indice est largement utilisé en situations écologiques,

du fait de sa moindre sensibilité à la fréquence respiratoire et aux bruits environnants (Saboul

et al. 2013; Buchheit 2014).

Le pNN50 : Il correspond au pourcentage des intervalles RR différents de plus de 50 ms par

rapport a l’intervalle RR adjacent. Tout comme le RMSSD, ce paramètre renseigne également

de la variabilité à très court terme et reflète donc l’activite du SNP (Task Force 1996;

Goldberger et al. 2006).


71

b. L’analyse spectrale

L’analyse spectrale peut se definir comme une decomposition d’un signal stable, stationnaire

et fluctuant en fonction du temps. Elle permet de déterminer la puissance des composantes

sinusoïdales du signal en fonction de leur frequence. L’analyse spectrale peut se faire par une

Transformee Rapide de Fourrier (FFT), qui permet de reperer dans la suite d’intervalles RR les

fréquences qui correspondent aux boucles de régulation autonomes (Akselrod et al. 1981;

Pomeranz et al. 1985; Yamamoto et al. 1991; Task Force 1996; Martinmaki et al. 2006). Ces

fréquences sont généralement découpées en trois bandes :

- Les hautes fréquences (HF), comprises entre 0,15 et 0,40 Hz. Cette bande de fréquence

reflète uniquement une activité parasympathique, les réponses sympathiques étant plus

lentes que cette bande de fréquence.

- Les basses fréquences (BF), comprises entre 0,04 et 0,15 Hz. Cette bande de fréquence

reflète les interactions entre les systèmes sympathiques et parasympathiques.

- Les très basses fréquences qui correspondent a l’analyse des fluctuations inferieures a

0,04 Hz. Cette analyse reflèterait la modulation sympathique sur le plus long terme,

ainsi que l’activite de la thermorégulation.

c. L’analyse de Poincarré

A partir des enregistrements de VFC, il est possible de construire un diagramme de dispersion,

le diagramme de Poincarré (Figure 12).


72

Figure 12. Diagramme de Poincaré

Ce diagramme fait correspondre chaque intervalle RR a l’intervalle precedent. A l’aide du

nuage de points, ce diagramme permet de visualiser rapidement les battements irréguliers dus

aux artefacts. Il est également possible de calculer deux indices issus de ce diagramme (Tulppo

et al. 1996; Billman 2011):

- L’indice SD1, qui correspond a l’ecart type de la variabilite battement a battement. Cet

indice reflète l’activite du SNP, avec la variabilite instantanee de l’intervalle RR.

- L’indice SD2, qui correspond à l’ecart type de la variabilité battement a battement

continue « a long terme ». Cet indice reflète la variabilité à plus long terme, et reflète à

la fois l’activite du SNS et du SNP.

1.4.2 Les durées d’evaluation de la VFC

L’evaluation de la VFC a ete realisee sur des periodes de temps soit inferieures a 2 minutes

(analyse à très court terme), soit de quelques minutes (analyse à court terme), soit de plusieurs

heures (analyse à long terme).

Les recommandations classiques pour l’analyse a court terme de la VFC preconisent l’analyse

de segments de 5 minutes minimum, après une période de stabilisation du signal de 5 minutes

(Task Force 1996). Cette procedure doit permettre d’assurer la stationnarite du signal, comme

recommandé pour une analyse de VFC (Task Force 1996).


73

Récemment, une analyse à très court terme des données de VFC a été proposée (Nussinovitch

et al. 2011; Esco and Flatt 2014; Nakamura et al. 2015; Pereira et al. 2016; Flatt et al. 2017).

Les mesures a très court terme sont definies a partir d’analyses de VFC sur des segments de 1

à 2 minutes, avec ou sans période de stabilisation au préalable.

Enfin, il est également possible de réaliser une analyse de la VFC à long terme, sur des durées

allant de quelques heures a 24h d’analyse (Furlan et al. 1990; Task Force 1996; Horsten et al.

1999; Kaikkonen et al. 2017). L’analyse des donnees sur 24 heures se fera de preference a partir

d’une analyse temporelle de la VFC, pour minimiser l’influence de l’environnement sur les

résultats (Task Force 1996).

1.4.3 Les situations d’evaluation de la VFC

Comme nous venons de le voir, l’evaluation de la VFC peut se faire sur des durees differentes.

Par ailleurs, les situations d’analyse peuvent egalement être très variables, selon ce que l’on

souhaite évaluer.

a. Analyse sur une période de repos stable

Tout d’abord, l’analyse peut se faire lors d’une periode de repos, stable. Afin d’obtenir la

stationnarité du signal, il est nécessaire de faire la mesure après une période de repos

suffisamment longue, dans un environnement le plus neutre possible (Task Force 1996). Il est

préférable de réaliser la mesure dans un endroit sans bruit, sans lumière vive, avec une

température ressentie par le sujet neutre, ni trop froide, ni trop chaude. La position influençant

la VFC, il est important de toujours conserver la même position lors des mesures (Buchheit et

al., 2009).

b. Analyse lors d’un test orthostatique

Il est egalement possible d’analyser la VFC lors d’un test orthostatique (Tilt Test ou Stand Test)

(Mourot et al. 2004; Le Meur et al. 2013; Schmitt et al. 2013, 2015). Lors de ce test, après

plusieurs minutes passées dans une position allongée, les sujets se redressent en position debout,

immobiles, pendant plusieurs minutes egalement. Ce test permet d’obtenir trois informations


74

différentes : la VFC lors d’un etat stable allonge, la VFC lors d’un etat stable debout, le ratio

entre la position couchée et debout. D’un point de vue physiologique, le passage de la position

allongée à la position debout perturbe le flux sanguin, qui augmente dans la partie inférieure du

corps, modifiant ainsi la PA. Cette hypotension arterielle provoque une inhibition de l’activite

parasympathique, qui est predominante au repos, et une stimulation de l’activite sympathique.

Ces adaptations du système autonome sont révélées par les indices de VFC relevés lors des

deux phases du test orthostatique.

La VFC étant influencée par de nombreux facteurs, tels que le rythme circadien (Furlan et al.

1990), le niveau de fatigue (Le Meur et al. 2013; Schmitt et al. 2015) ou encore l’etat

psychologique (Horsten et al. 1999; Mestanik et al. 2015; Luque-Casado et al. 2016), de

nombreuses recherches ont réalisé les enregistrements de VFC le matin au levé, que ce soit avec

des mesures à court ou très court terme ou avec des tests orthostatiques (Hynynen et al. 2011;

Le Meur et al. 2013; Plews et al. 2013; Schmitt et al. 2013).

c. Analyse nocturne

L’analyse de la VFC peut egalement se faire lors du sommeil de nuit, où l’on peut considerer

que les influences extérieures sont minimes (Herzig et al. 2018). Plusieurs méthodes ont été

proposées pour réaliser cette analyse nocturne de la VFC. Certaines méthodes se basent sur une

analyse de la VFC moyenne sur la nuit complète (Myllymäki et al. 2011) ou sur les 3 ou 4

premières heures après le coucher (Pichot et al. 2000; Hynynen et al. 2010; Myllymäki et al.

2012; Dupuy et al. 2013). Ces premières heures seraient particulièrement intéressantes pour

l’analyse de la VFC, car ce sont les heures qui contiennent le plus de sommeil lent profond,

phase de sommeil durant laquelle l’analyse de la VFC presente la plus grande reproductibilite

(Brandenberger et al. 2005; Herzig et al. 2018). Il est possible d’analyser la VFC sur ces mêmes

périodes (premières heures ou nuit complète) à travers un découpage heure par heure qui permet

ainsi de mesurer l’evolution de la VFC au cours du sommeil (Myllymäki et al. 2011). Ces

analyses débutent généralement 30 minutes après le couché, afin de s’assurer que la VFC ne

soit mesurée que lorsque le sujet est endormi (Hynynen et al. 2010; Myllymäki et al. 2012;

Dupuy et al. 2013). Enfin, il a egalement ete propose d’analyser la VFC nocturne lors du

premier épisode de sommeil lent profond (Buchheit et al. 2004; Brandenberger et al. 2005; Al

Haddad et al. 2009; Dupuy et al. 2013; Costa et al. 2018, 2019). En effet, les différentes phases

de sommeil qui se suivent vont toutes avoir une influence sur la VFC. La mesure de la VFC

uniquement sur cette periode serait particulièrement interessante car c’est la phase de sommeil


75

durant laquelle le tonus musculaire est au plus bas (Brandenberger et al. 2005). Cette période

d’analyse ne necessite qu’une analyse a court terme de la VFC, d’une duree de 5 à 10 minutes.

Cependant, bien que certaines études détectent et analysent ce segment uniquement à partir

d’un enregistrement de la FC et de la VFC (Dupuy et al. 2013; Costa et al. 2018), le risque

d’erreur de mesure lors d’autres phases du sommeil demeure important avec un risque

d’influence des donnees (Herzig et al. 2018). C’est pourquoi il semble preferable, lorsque l’on

souhaite analyser la VFC durant des phases spécifiques du sommeil, de le faire en complément

d’une analyse de polysomnographie, mais ce qui limite par ailleurs considérablement son

utilisation sur le terrain.

d. Analyse durant un exercice physique

La VFC a également été étudiée durant les exercices physiques (Yamamoto et al. 1991; Tulppo

et al. 1996; Hautala et al. 2003; Cottin et al. 2004, 2007; Blain et al. 2005, 2009; Leicht et al.

2008; Di Michele et al. 2012; Michael et al. 2017a). Cependant, cette situation de mesure est

complexe pour l’analyse et l’interpretation des resultats et limite donc son utilisation. En effet,

il est complique d’obtenir un signal stationnaire durant un exercice physique. Pour s’affranchir

de cette contrainte, il est possible de realiser la mesure lors d’exercices a intensite constante et

avec une fréquence gestuelle stable lorsque cela est réalisable (Cottin et al. 2004). En cas de

non stabilité de la FC, il est tout de même possible de realiser l’analyse sur un segment stable

en supprimant la courbe de tendance de fond d’augmentation de la FC (Blain et al. 2009). Par

ailleurs, les modalites d’exercice ainsi que les durees que les participants ont passé à chaque

intensite d’exercice varient d’une etude a l’autre. Ainsi, la VFC a ete analysee lors d’exercices

de pédalage (Yamamoto et al. 1991; Tulppo et al. 1996; Hautala et al. 2003; Cottin et al. 2006;

Martinmäki et al. 2008), de marche et de course (Hautala et al. 2003; Cottin et al. 2007;

Kaikkonen et al. 2010), de rameur (Cheng et al. 2005) ou encore de natation (Di Michele et al.

2012), pour des durées passées à chaque intensite d’exercice allant de 2 minutes a 15 minutes

(Yamamoto et al. 1991; Tulppo et al. 1996; Hautala et al. 2003; Leicht et al. 2008; Martinmäki

et al. 2008). Enfin, il semble possible de detecter, grâce au phenomène d’arythmie sinusale

respiratoire, les SV1 et SV2, au cours d’exercices a intensite croissante (Blain et al. 2005; Cottin

et al. 2006; Buchheit et al. 2007c; Cassirame et al. 2015).


76

e. Analyse post-exercice

L’analyse de la VFC post-exercice a été quant à elle largement étudiée. Bien que les modalités

de récupération (récupération passive, active, position etc.) puissent varier selon les études,

plusieurs methodes d’analyse ont bien ete definies. Tout d’abord, il a ete propose de proceder

a l’analyse d’un segment de 5 minutes, enregistré après une période de stabilisation de 5 minutes

demarrant a la cessation de l’exercice (Task Force 1996). Cette methode d’analyse a court terme

en post-exercice, permet l’analyse de la VFC a partir d’un signal stationnaire de la FC. Afin de

reduire ce temps necessaire pour realiser ce type d’analyse, une methode d’analyse a très court

terme a également été proposée en post-exercice (Esco and Flatt 2014; Esco et al. 2017). Les

auteurs ont montre qu’après la periode de stabilisation de 5 minutes, l’analyse de la VFC sur

un segment de 1 minute seulement présentait une bonne validité en comparaison d’une analyse

classique de 5 minutes.

Afin de mesurer la VFC dès la fin de l’exercice, une analyse du RMSSD sur des fenêtres de

temps plus courtes (de 15 à 60 secondes) a été proposée par Goldberger et al. (2006). Selon

cette etude, l’utilisation d’une fenêtre d’enregistrement plus courte permettrait de limiter le

problème de la non stationnarité du signal, lors de la phase rapide de récupération de la FC. Les

résultats de cette même étude suggèrent que ce sont les segments de 30 secondes qui reflètent

de manière la plus adéquate la réactivation du SNP. Cette methode d’analyse a ensuite ete

utilisée dans le domaine du sport (Buchheit et al. 2007a, 2009d; Nakamura et al. 2009; Pecanha

et al. 2014) ainsi que dans le domaine médical pour sa relation avec les maladies

cardiovasculaires (Lahiri et al. 2012).

Enfin, il est possible de mesurer l’effet de l’exercice physique sur la VFC sur le plus long terme,

en utilisant les methodes classiques d’analyse de la VFC sur des periodes de repos, a des

moments post-exercice variables (de plusieurs minutes à plusieurs heures) (Terziotti et al. 2001;

Mourot et al. 2004; Parekh and Lee 2005; Esco et al. 2017).

f. Conclusions autour de la méthodologie de la VFC

La VFC est un outil d’analyse qui permet de refleter le contrôle autonome de l’activite

chronotrope cardiaque. Les differents indices calcules a partir de la mesure de l’intervalle RR

permettent une mesure indirecte soit de l’activite du SNP, soit de la balance sympatho-vagale,


77

qui est le résultat du rapport entre l’activation du SNS et du SNP. Les durees et situations

d’analyse sont très variees et vont dependre de la population etudiee et des objectifs de l’analyse

realisee. De par son rôle dans le maintien de l’homeostasie, le SNA est sensible aux differents

stress que l’organisme peut subir. La VFC est donc utilisee comme un marqueur physiologique

de stress de l’organisme. La sensibilite de cet outil permet d’evaluer le stress dans differentes

situations d’analyse, que le stress soit d’origine physique ou psychologique. Nous allons donc

aborder maintenant les réponses de la VFC à différentes situations de stress, provoquées par un

exercice physique dans un premier temps et provoquées par une situation de stress

psychologique dans second temps.

1.4.4 Les réponses de la VFC à un stress physique

a. Durant l’exercice physique

Lors d’un exercice physique, le système cardiovasculaire permet de repondre aux besoins

metaboliques des muscles actifs (apport d’O2 et de nutriments, évacuation du CO2 et des déchets

metaboliques) ainsi qu’aux besoins de thermoregulation (augmentation du flux sanguin cutane),

tout en maintenant une pression sanguine suffisante pour la bonne perfusion de tous les organes.

Les modèles dominants ont permis d’etablir que pour repondre a ces besoins, quatre principaux

mécanismes vont agir sur les réponses cardiovasculaires (Fisher et al. 2011; White and Raven

2014; Fadel 2015; Michelini et al. 2015; Michael et al. 2017a; Teixeira et al. 2018).

Le premier mécanisme provient de la commande centrale. Ce mécanisme correspond aux

signaux neuronaux descendants des centres moteurs du cerveau qui activent en parallèle les

systèmes somatomoteurs pour la contraction des muscles squelettiques et autonomes pour le

contrôle cardiorespiratoire (Goodwin et al. 1972; Mitchell 1985).

Le second mécanisme provient des voies afférentes des muscles squelettiques actifs. Les

chimiorecepteurs et les mecanorecepteurs musculaires sont sensibles a l’accumulation des

produits du metabolisme musculaire pour les premiers, et a l’augmentation du volume sanguin

dans le réseau veineux pour les seconds. Ces métaboréflexes et mécanoréflexes sont transmis

au SNC via les nerfs afférents des groupes III et IV (Mitchell 1985; Haouzi et al. 1999; Gladwell

and Coote 2002; Hureau et al. 2018).

Le troisième mecanisme provient des barorecepteurs aortiques et carotidiens. L’activite

baroréflexe va être modifiée lors de l’exercice physique. Elle est reinitialisee à un niveau plus


78

élevé, qui est dépendant de l’intensite de l’exercice. Cette réinitialisation est médiée à la fois

par un mécanisme direct, provenant de la commande centrale, et à la fois par un mécanisme

indirect, associé aux afférences musculaires précédemment décrites (Potts et al. 1993; Raven et

al. 2006; Fadel and Raven 2012; Hureau et al. 2018; Teixeira et al. 2018).

Enfin, le dernier mécanisme, qui est moins connu, semble être lié au baroréflexe

cardiopulmonaire. Ce baroréflexe serait produit par des barorécepteurs de basse pression,

sensibles à la pression sanguine situes dans le cœur, les grandes veines et les vaisseaux des

poumons (Fadel and Raven 2012). En raison d’une augmentation de retour veineux au debut de

l’exercice, les barorecepteurs vont egalement inhiber l’activite sympathique, permettant ainsi

au système parasympathique d’exercer un contrôle plus important sur le cœur. Cet effet serait

ensuite surmonté par une stimulation plus importante des afférences provenant des muscles

squelettiques ainsi que de la commande centrale, contribuant a l’elevation de l’activite

sympathique (Ray et al. 1993; Saito et al. 1993; Fadel and Raven 2012).

Par conséquent, au commencement d’un exercice, ces mecanismes sont a l’origine d’un retrait

de l’activite parasympathique, accompagne egalement d’un très leger retrait de l’activite

sympathique. La modulation rapide la FC a des faibles intensites d’exercice serait donc

principalement sous un contrôle parasympathique. L’activite parasympathique cardiaque va

progressivement diminuer avec l’augmentation de l’intensite d’exercice jusqu’a atteindre un

seuil minimal qui sera maintenu jusqu’a la fin de l’exercice. On considère que l’activite du SNP

atteint son seuil minimal a une intensite d’exercice environ equivalente au SV1. Au-delà de

cette intensité, la régulation de la FC sera quasiment exclusivement sous un contrôle

sympathique, à travers la sécrétion de catécholamines (Kamath et al. 1991; Casadei et al. 1996).

L’analyse de la VFC durant l’exercice reflète ces modulations cardiaques autonomes avec une

diminution progressive de la VFC avec l’augmentation de l’intensite d’exercice. Cette

diminution de VFC durant l’exercice semble principalement dependante de l’intensite

d’exercice, les modalites et les durees d’exercices ayant des effets mitiges (Michael et al.

2017a). En effet, la VFC va diminuer avec l’augmentation de l’intensite de l’exercice. Cette

réduction qui est dépendante de l’intensite a ete observee notamment avec les indices RMSSD,

SD1 ou HF (Bernardi et al. 1990; Yamamoto et al. 1991; Tulppo et al. 1996; Cottin et al. 2006;

Leicht et al. 2008). Ces indices vont diminuer progressivement jusqu’a une intensite d’exercice

comprise entre 50 et 60% de la VO2max. Cette intensité correspond au SV1 et ce seuil minimal

de VFC a également été nommé « seuil de VFC » (Michael et al. 2017a). Au-delà de ce seuil,

les indices de VFC restent stables à leur niveau minimal ou augmentent très légèrement à des

intensites d’exercice superieures (Michael et al. 2017a).


79

b. En post-exercice

Dès la cessation de l’exercice, un arrêt brutal de la « commande centrale » ainsi qu’une

diminution de la stimulation des mécanorécepteurs musculaires va réinitialiser les baroréflexes

à un niveau inférieur. Ce réajustement entraine une diminution brusque et rapide de la FC,

assuree d’une manière predominante par le SNP (Perini et al. 1989; Imai et al. 1994). Cette

phase de réactivation du SNP correspond à la « phase rapide » de récupération, comprise dans

la première minute après l’arrêt de l’exercice. Vient ensuite une « phase lente » dans le

ralentissement du rythme cardiaque, qui est attribuée à la fois à une réactivation

parasympathique et à la fois à un retrait sympathique (Perini et al. 1989; Buchheit et al. 2007b;

Coote 2010; Peçanha et al. 2014).

Les methodes d’analyse de la VFC par fenêtres glissantes (15 ou 30 secondes) comme évoquées

precedemment permettent d’evaluer la reactivation parasympathique dès la phase rapide de

récupération (Goldberger et al. 2006; Peçanha et al. 2014). Les methodes d’analyse classiques

à court terme réalisées lors des minutes 5 à 10 post-exercice (ou ultérieures) ne permettent de

mesurer l’activite autonome que lors de la phase lente de la recuperation. A l’arrêt de l’exercice,

la VFC va augmenter progressivement jusqu’a un retour a des valeurs de repos (Michael et al.

2017a). Cette récupération de la VFC est dépendante de plusieurs facteurs. Des facteurs

intrinsèques, tels que l’âge, le sexe, ou encore la condition physique peuvent influencer cette

récupération (Aubert et al. 2003; Buchheit et al. 2004, 2008; Buchheit and Gindre 2006;

Peçanha et al. 2014). En ce qui concerne la condition physique, Buchheit et al. (2008) ont

montre chez des adolescents qu’un programme d’entraînement (entraînements par intervalles à

haute intensite) a permis d’ameliorer les performances aerobies ainsi que la reactivation

parasympathique cardiaque (RMSSD lors des minutes 5 à 10 post-exercice). De plus, une

relation entre la réactivation parasympathique cardiaque et les valeurs de VO2max a également

été établie dans une étude précédente (Hautala et al. 2001). Cependant ces résultats ne font pas

l’unanimite et d’autres recherches n’ont pas permis d’etablir de relations entre les aptitudes

aérobies et la VFC post-exercice (Stanley et al. 2012).

Néanmoins, ces facteurs ne sont pas dépendants de l’exercice physique et ne reflètent donc pas

le stress que celui-ci engendre. En revanche, des facteurs extrinsèques, lies a l’intensite, la duree

ou la modalite de l’exercice ainsi que lies a l’environnement vont refleter l’incidence de

l’exercice physique sur la recuperation autonome.

Tout d’abord, l’intensite de l’exercice semble être le facteur d’influence principal de la

récupération de la VFC. Dans leur revue de littérature, Stanley et al. (2013) suggèrent que le


80

SV1 serait un « seuil binaire » en dessous duquel la récupération de la VFC serait rapide et au-

dessus duquel elle serait retardée (Stanley et al. 2013). Cette hypothèse s’etaye sur les resultats

observés dans de précédentes études (Terziotti et al. 2001; Parekh and Lee 2005; Seiler et al.

2007). Cependant, d’autres recherches suggèrent que l’intensite de l’exercice pourrait

influencer de manière plus graduée la récupération de la VFC (Kaikkonen et al. 2007; Gladwell

et al. 2010; Michael et al. 2016), comme l’illustre la Figure 13. L’impact de l’intensite de

l’exercice sur la réactivation parasympathique serait lie a plusieurs facteurs. L’augmentation de

l’intensite d’exercice induit une augmentation des catecholamines (adrenaline et noradrenaline)

et une augmentation de différents métabolites pouvant provoquer ainsi un déséquilibre acido-

basique (Hagberg et al. 1979; Perini et al. 1989; Glaister 2005; Al Haddad et al. 2012). La

réactivation du SNP post-exercice serait dépendante de la vitesse d’elimination des ions H+

ainsi que des hormones sympathiques (Perini et al. 1989; Buchheit et al. 2007a; Al Haddad et

al. 2012). Par ailleurs, plusieurs travaux ont montre qu’une modification du volume plasmatique

entrainee par l’exercice physique peut provoquer une perturbation de la VFC post-exercice

(Convertino 2003; Buchheit et al. 2009c; Pecanha et al. 2014). Enfin, le stress thermique, généré

par l’exercice physique ou l’environnement peut egalement avoir une influence negative sur la

récupération de la balance autonome (Peçanha et al. 2017b). Or, tous ces mécanismes

susmentionnes sont susceptibles d’être de plus grande ampleur avec l’augmentation de

l’intensite d’exercice, et peuvent par consequent expliquer l’importance de l’intensité de

l’exercice dans la perturbation autonome.


81

Figure 13. Variabilité de la fréquence cardiaque au repos, durant l'exercice et la

récupération, selon trois intensités d'exercice. LOW : faible intensité : <SV1 à 40-45% de la

FC de réserve ; MOD : intensité modérée : entre SV1 et SV2 à 75-80% de la FC de réserve ;

HIGH : haute intensité >SV2 à 90-95% de la FC de réserve. De Michael, S., Jay, O., Halaki,

M., Graham, K., & Davis, G. M. (2016). Submaximal exercise intensity modulates acute post-

exercise heart rate variability. European journal of applied physiology, 116(4), 697-706.

Utilisé avec la permission de l’auteur.

Par ailleurs, des recherches recentes ont montre que la duree d’exercice pouvait egalement

influencer la récupération de la VFC mesurée à court terme (Kaikkonen et al. 2010; Michael et

al. 2017b), bien que ces resultats ne fassent pas l’unanimite (Kaikkonen et al. 2007; Seiler et

al. 2007; Casonatto et al. 2011). Michael et al. (2017b) ont montre qu’une augmentation de

300% (i.e. 8 vs 32 minutes) de la duree d’un exercice de pédalage à 70% de la FC de réserve

provoque une perturbation de la récupération parasympathique post-exercice. Des résultats

similaires ont été obtenus par Kaikkonen et al. (2010), après deux exercices de course à pied de

3 et 14 km à une intensité de 60% de leur VO2max. Cependant, d’autres recherches n’obtiennent

pas de differences lorsque l’augmentation de la duree d’exercice est plus faible, comprise entre

30 et 100% (Kaikkonen et al. 2007; Seiler et al. 2007; Casonatto et al. 2011). Michael et al.

suggèrent donc que l’augmentation de la duree d’exercice ne puisse perturber la recuperation

que lorsqu’elle est « conséquente » (i.e. augmentation de 300%) (Michael et al. 2017b). De

plus, la duree d’exercice semble avoir une influence plus importante que l’intensite d’exercice

sur la VFC nocturne (Myllymäki et al. 2012). En effet, les auteurs ont montre qu’une

augmentation de la duree d’exercice (i.e. de 30 à 90 minutes) entraine une perturbation de la

VFC nocturne, alors qu’aucune difference n’a ete obtenue avec une augmentation de l’intensite

d’exercice. Les mecanismes a l’origine de ces differences mesurees immediatement post-


82

exercice seraient les mêmes que ceux déclenchés par une augmentation de l’intensite. En effet,

la production de métabolites et de catécholamines augmenterait avec l’augmentation de la duree

d’exercice (Romijn et al. 1993; Grego et al. 2004).

De plus, la modalite d’exercice peut egalement avoir une influence sur la recuperation de la

VFC (Nakamura et al. 2009; Ahmadian et al. 2015; Cunha et al. 2015; Dellal et al. 2015;

Kliszczewicz et al. 2016; Michael et al. 2018). Ahmadian et al. (2015) ont montré que la

réactivation parasympathique était plus importante après un exercice jusqu’a intensite

maximale réalisé sur ergomètre a bras qu’après un exercice de pedalage. Des resultats similaires

ont été obtenus par Michael et al. (2018) à des intensites d’exercice maximales. En revanche,

aucune difference n’a ete observee dans la recuperation de la VFC lorsque les exercices étaient

réalisés en intensité sous-maximale (Michael et al. 2018). De plus, Kliszczewicz et al. (2016)

ont montré que 20 minutes d’exercices de musculation au poids de corps à haute intensité,

perturbaient davantage la réactivation parasympathique que 20 minutes de course à pied à 85%

de la FCmax. Cunah et al. (2015) ont quant à eux montré que la récupération de la VFC était

meilleure après un exercice maximal de pedalage qu’après un exercice de marche ou de course

à pied. Ces résultats montrent que la masse musculaire mobilisée ainsi que la dépense

energetique liee a la modalite d’exercice peuvent influencer la reactivation parasympathique

(Ahmadian et al. 2015; Cunha et al. 2015; Michael et al. 2018).

Enfin, les réponses autonomes post-exercice sont également influencées par le stress thermique

provoque par l’exercice et l’environnement extérieur (Peçanha et al. 2014, 2017a; Michael et

al. 2017a). Dans une étude récente, Peçanha et al. (2017b) ont comparé la récupération de la

FC et de la VFC après un exercice en ambiance thermique neutre et un exercice en ambiance

chaude. L’exercice en ambiance chaude s’est caracterise par un stress thermique, avec une

augmentation de la température centrale (+0,7°C) et de la température cutanée (+3,2°C). Ce

stress thermique était associé à des perturbations hémodynamiques (diminution de la PA,

augmentation du flux sanguin cutané) et l’ensemble de ces réponses était relié à une

modification de la réponse autonome post-exercice (altération de la récupération du RMSSD et

de la FC) (Peçanha et al. 2017b). Des résultats similaires avaient été observés dans des études

précédentes a partir d’une analyse basée sur la FC, révélant une FC de récupération (FCR) plus

lente lors d’exercices en conditions chaudes (Franklin et al. 1993; Lynn et al. 2009). Par

conséquent, de nombreuses recherches ont permis de tester les effets de stratégies de cooling,

a partir de differents protocoles d’immersion (Leicht et al. 2009; Al Haddad et al. 2010a; de

Oliveira Ottone et al. 2014; Almeida et al. 2016; C Choo et al. 2018). Les résultats de ces études


83

ont revele que l’immersion dans de l’eau froide est efficace pour augmenter la réactivation

parasympathique cardiaque post-exercice.

1.4.5 Les réponses de la VFC à un stress psychologique

L’evaluation de la VFC en reponse a un stress psychologique a ete faite avec une large variete

de procedes. Tous d’abord, les durees de mesure s’etendent de mesures a très court terme ou

court terme, à des mesures réalisées à long terme sur 24 heures. De plus, les origines de ce stress

peuvent être variées, avec un stress généré par des tâches mentales complexes (Stroop color

word test, calcul mental, memorisation, etc.), des situations d’examen ou de travail. Les

réponses du SNA face à ces différents types de stress ont été étudiées soit a partir d’un stress

aigu, soit a partir d’un stress chronique.

Tout d’abord, la VFC a ete etudiee en situation de stress psychologique aigu. Les réponses

aigues du SNA ont été étudiées en condition de laboratoire, durant des tâches mentales

exigeantes (Stroop Color Word Test, calcul mental, mémorisation, preparation d’un discours

sous la pression du temps, etc.) (Delaney and Brodie 2000; Hall et al. 2004; Hjortskov et al.

2004; Salahuddin et al. 2007; Castaldo et al. 2015). Ces réponses ont également été étudiées

dans des situations écologiques qui peuvent être source de stress, comme parfois sur le lieu de

travail ou juste avant un examen (Vrijkotte et al. 2000; Lucini et al. 2002). Les résultats de ces

travaux montrent que malgré une différence observée selon la tâche à réaliser (Berntson et al.

1994; Luque-Casado et al. 2016), la VFC est fortement perturbée lors d’un stress

psychologique, avec une diminution des HF, du RMSSD, SDNN et de l’intervalle RR et une

augmentation des BF et du ratio BF/HF (Berntson et al. 1994; Delaney and Brodie 2000; Lucini

et al. 2002; Hjortskov et al. 2004; Castaldo et al. 2015; Luque-Casado et al. 2016). Ces résultats

revèlent un retrait parasympathique accompagne d’une augmentation sympathique en reponse

à une situation de stress psychologique aigu. Ces effets aigus du stress peuvent se prolonger

durant le sommeil. En effet, il a été montré que la VFC nocturne était perturbée lorsque les

personnes étaient psychologiquement stressées au moment du couché (Hall et al. 2004). Les

auteurs ont montre qu’en cas de stress, l’activite nocturne parasympathique etait alteree alors

que la balance sympatho-vagale était augmentée.

De plus, il a été montré que cette perturbation aiguë du SNA peut se prolonger de manière

chronique en cas d’exposition prolongee au stress (Kim et al. 2018). En effet, des recherches


84

ont également été menées en évaluant les niveaux de stress chronique par questionnaires

d’evaluation du stress lie au travail (Kang et al. 2004; Hemingway et al. 2005; Chandola et al.

2008; Orsila et al. 2008). Les résultats de ces études révèlent que le stress aigu lié au travail

peut se prolonger de manière chronique, entrainant ainsi une diminution chronique de la VFC.

Plus spécifiquement, une étude récente menée avec des sapeurs-pompiers coréens a évalué la

relation entre la VFC et les niveaux de stress associés à leur travail (Shin et al. 2016). Les

resultats de cette etude montrent tout d’abord que les niveaux de stress perçus sont différents

selon la spécialité du sapeur-pompier (incendie, secours à personne, administratif, service

médical) et le rythme de travail (gardes de 24 heures, travail journalier). De plus, les résultats

révèlent que plus les niveaux de stress évalués par questionnaire sont élevés, plus la VFC

(SDNN, RMSSD, HF) est faible. Un niveau de stress élevé lié à leur activité professionnelle

peut donc avoir une influence chronique sur l’activite autonome des sapeurs-pompiers. Ces

résultats viennent compléter les travaux précédemment évoqués de Ray et al. (2006), qui ont

montré chez des sapeurs-pompiers indiens que les niveaux de catécholamines sanguins mesurés

au repos étaient supérieurs lorsque les sapeurs-pompiers étaient en situation de stress chronique.

L’accumulation de stress lie au travail mène donc a un retrait chronique parasympathique ainsi

qu’a une saturation sympathique et peut donc avoir des consequences negatives sur la santé

(Hemingway et al. 2005; Chandola et al. 2008).

1.4.6 Conclusion autour de la VFC

Pour conclure, la VFC est un outil d’evaluation non invasif du contrôle de l’activite cardiaque

par le SNA. Les methodes, durees et situations d’analyse sont variees. Neanmoins, de par sa

sensibilite au stress, qu’il soit d’origine physique ou psychologique, l’analyse de la VFC a ete

largement utilisée en situation écologique ou de laboratoire afin de mesurer la perturbation de

l’homeostasie cardiovasculaire en réponse à un stress. C’est un outil qui est sensible a des

facteurs intrinsèques mais également à des facteurs extrinsèques liés au type de stress et à

l’environnement. Dans le cas d’un exercice physique, l’evaluation de la VFC dans la phase

post-exercice permet l’investigation de la recuperation du SNA et donc la capacite de

restauration de l’homeostasie cardiovasculaire de l’organisme. Bien qu’influencee par plusieurs

facteurs, l’intensite d’exercice, semble être l’element principal d’influence de la VFC de

récupération. La VFC est également influencée en cas de stress psychologique aigu ou

chronique. Ici encore, l’analyse de la VFC permet de refleter la perturbation de l’homeostasie

cardiovasculaire, traduite par un retrait de l’activite vagale et une saturation sympathique.


85

1.5 Synthèse et problématique de thèse

Pour les sapeurs-pompiers, les interventions de lutte contre les incendies peuvent généralement

se décomposer en trois phases distinctes : la phase d’alarme et de mobilisation, la phase sur le

site d’intervention et enfin la phase de recuperation post-intervention. La première phase

correspond au moment où le sapeur-pompier est averti de son départ en intervention par un

signal d’alarme, suivi d’une phase de preparation avec l’equipement correspondant au type

intervention. Cette phase se caractérise par une réponse du sapeur-pompier dite de « préparation

à la fuite ou au combat », durant laquelle le SNS est brusquement activé, suivi par la mise en

action de l’axe HPA. Ces reponses comprennent une suite de reactions physiologiques, avec

notamment la libération de cortisol, une augmentation de la FC et de la PA. Lors de la seconde

phase qui débute à l’arrivee sur les lieux de l’intervention, ces reactions physiologiques

déclenchées lors de la phase précédente se poursuivent et sont même exacerbées par un travail

musculaire important, realise sous la pression du temps et d’un stress psychologique dans des

environnements parfois chauds et dangereux. Lors de ce travail, la consommation énergétique

et le stress cardiovasculaire sont élevés, entrainant une accumulation de métabolites sanguin

(ions H+) et s’accompagnant generalement d’une augmentation significative de la température

et d’une deshydratation. Les EPI occupent une part non négligeable dans l'élévation des

réponses physiologiques, provoquant notamment une augmentation de la dépense énergétique,

du stress thermique ainsi que des déséquilibres neuromoteurs. Une fois l’intervention terminee,

la recuperation se fait de manière passive ou active, en retour d’intervention. La restauration de

l’homeostasie peut prendre jusqu’a plusieurs heures pour revenir a des valeurs basales.

Cette perturbation de l’homeostasie cardiovasculaire peut avoir de graves consequences pour

les sapeurs-pompiers. Les recherches montrent une augmentation significative du risque de

decès durant les trois phases de l’intervention (Kales et al. 2003, 2007; Fahy 2005; Farioli et al.

2014; Smith et al. 2016). Dans ce contexte, une meilleure compréhension des réponses

cardiovasculaires des sapeurs-pompiers durant les trois phases d’une intervention doit faire

l’objet d’une réflexion particulière.

L’analyse de la VFC permet de mesurer la fonction du SNA, en evaluant l’influence

sympathique et parasympathique sur l’activite chronotrope cardiaque. Par consequent, elle

permet d’evaluer la perturbation de l’homeostasie et sa restauration a la suite d’un exercice

physique ou en situation de stress psychologique. De plus, une diminution de la VFC au repos


86

ou en post-exercice est associée à une augmentation du risque de pathologies cardiovasculaires

et de mort subite.

Une étude menée sur des sapeurs-pompiers coréens a permis de montrer que les sapeurs-

pompiers ayant un rythme de travail cycle, par gardes, souffraient d’un stress chronique, avec

une VFC inférieure en comparaison des sapeurs-pompiers travaillant en administration (Shin

et al. 2016). Une étude similaire menée sur des sapeurs-pompiers brésiliens a révélé une

élévation chronique du tonus sympathique et un retrait parasympathique, mais sans distinction

selon leur rythme de travail. En revanche, ils observent une différence selon la condition

physique, une augmentation des capacités cardiorespiratoires apportant un effet

cardioprotecteur (Porto et al. 2019). Enfin, une troisième étude menée sur des sapeurs-pompiers

finlandais a montre a partir d’un suivi de la VFC sur une garde de 24 heures que la « charge

physiologique » était temporairement élevée durant les interventions (Kaikkonen et al. 2017).

Malgré ces études, la VFC demeure très peu étudiée chez les sapeurs-pompiers. Elle présente

pourtant un interêt evident dans l’analyse de cette activite professionnelle pour plusieurs

raisons. Tout d’abord, cet outil est non-invasif et il présente des durées et des situations

d’analyse très variees. Il peut facilement s’adapter aux contraintes spécifiques liées aux

différentes activités des sapeurs-pompiers permettant ainsi une évaluation en milieu

ecologique. De plus, c’est un outil sensible au stress physique et psychologique, deux formes

de stress auxquels sont confrontés les sapeurs-pompiers. La VFC permettrait d’evaluer les

perturbations de l’homeostasie liee aux interventions et aux conditions de travail des sapeurs-

pompiers.

Par conséquent, l’objectif de cette thèse etait d’evaluer les reponses physiologiques des sapeurs-

pompiers durant les trois phases d’une intervention de lutte contre les incendies : du signal

d’alarme a la recuperation post-intervention. L’aspect novateur des recherches menees lors de

ce travail de thèse repose sur l’evaluation de la fonction autonome des sapeurs-pompiers à

travers une analyse de la VFC.

Par ailleurs, les aspects psychologiques et cognitifs n’ont ete que peu investigues dans la

littérature scientifique et restent donc encore mal connus. Pourtant, comme abordé dans ce

premier chapitre, ces aspects représentent un enjeu pour la santé et la sécurité des sapeurs-

pompiers. Dans le but d’une approche holistique de l’activite des sapeurs-pompiers, une analyse

des réponses psychologiques et des fonctions cognitives a été réalisée lors des expérimentations

conduites durant ce travail de thèse.


87

Nous avons emis l’hypothèse que les mesures psychophysiologiques selectionnees dans ce

travail de thèse soient suffisamment sensibles pour révéler les contraintes rencontrées par les

sapeurs-pompiers durant les differentes phases d’une intervention simulee de lutte contre les

incendies.

Afin de répondre à cette double problématique, deux expérimentations ont été réalisées durant

ce travail de thèse (chapitre 2 et chapitre 3) dont les objectifs étaient les suivants :

- Determiner l’effet de l’ARI sur les reponses psychophysiologiques et sur la réactivation

parasympathique cardiaque des sapeurs-pompiers lors d’une intervention de lutte contre

les incendies (Chapitre 2, étude n°1).

- Determiner l’effet de l’ARI sur la charge de travail durant une intervention de lutte

contre les incendies à partir de méthodes de quantification internes, externes et

indirectes (Chapitre 2, étude n°2).

- Determiner l’influence de la condition physique des sapeurs-pompiers sur leurs

performances ainsi que sur la réactivation parasympathique cardiaque a l’aide d’une

analyse de la VFC à court terme et à très court terme (Chapitre 2, étude n°3).

- Determiner l’influence du moment de l’intervention (jour vs nuit) et du type d’alarme

(sonnerie vs vibreur) sur les réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers

durant les 3 phases d’une intervention de lutte contre les incendies (Chapitre 3, etude

n°4).

- Determiner l’influence d’une nuit de garde, avec et sans intervention de lutte contre les

incendies sur l’activite autonome cardiaque et la qualité du sommeil des sapeurs-

pompiers (Chapitre 3, étude n°5).

CHAPITRE 2 : PREMIÈRE EXPÉRIMENTATION

88


La première expérimentation a été réalisée dans le cadre des travaux de thèse, au sein du SDIS

25, au centre de secours principal de Besançon Centre situé au 41, rue du Général Brulard. Cette

expérimentation a été menée afin de répondre à trois objectifs :

- Determiner l’effet de l’ARI sur les reponses psychophysiologiques et sur la reactivation

parasympathique cardiaque des sapeurs-pompiers lors d’une intervention de lutte contre

les incendies

- Determiner l’effet de l’ARI sur la charge de travail durant une intervention de lutte

contre les incendies à partir de méthodes de quantification internes, externes et

indirectes

- Determiner l’influence de la condition physique des sapeurs-pompiers sur leurs

performances ainsi que sur la réactivation parasympathique cardiaque a l’aide d’une

analyse de la VFC à court terme et à très court terme

L’experimentation a donne lieu a trois publications :

Philémon Marcel-Millet, Gilles Ravier, Sidney Grospretre, Philippe Gimenez, Sébastien

Freidig, Alain Groslambert. Physiological responses and parasympathetic reactivation in rescue

interventions: The effect of the breathing apparatus. Scandinavian Journal of Medicine &

Science in Sports, 2018, vol. 28, no 12, p. 2710-2722. DOI: 10.1111/sms.13291

Philémon Marcel-Millet, Gilles Ravier, Alain Groslambert. Effect of Protective Equipment on

Firefighters' External and Internal Workloads During a Simulated Rescue Intervention. Journal

of Strength and Conditioning Research, 2020. DOI : 10.1519/jsc.0000000000003551

Philémon Marcel-Millet, Gilles Ravier, Michael Esco, Alain Groslambert. Does firefighters’

physical fitness influence their cardiac parasympathetic reactivation? Analysis with post-

exercise heart rate variability and ultra-short-term measures. International Journal of

Occupational Safety and Ergonomics, 2020, p. 1-9.

https://doi.org/10.1080/10803548.2020.1738689


89

2.1 Étude n°1 : Réponses physiologiques et réactivation parasympathique durant les

interventions de lutte contre les incendies : l’effet de l’appareil respiratoire isolant

2.1.1 Introduction

Les réponses physiologiques intenses mesurées durant les interventions de lutte contre les

incendies peuvent en partie être reliées aux EPI que portent les sapeurs-pompiers. Le poids des

vêtements de protection et de l’ARI combines avoisine les 21 kg. Il a été montré que le port de

ces équipements augmente significativement la FC et la VO2 à intensité sous maximale

(Louhevaara et al. 1985) et diminue la VO2max, la ventilation et la puissance lors d’un test

d’effort maximal (Eves et al. 2005). De plus, des études menées en laboratoire ont montré que

les EPI perturbaient la thermorégulation, augmentaient le travail de la respiration et

augmentaient la température corporelle (Butcher et al. 2006; Holmér et al. 2006). A ce jour

cependant, une seule etude a analyse l’effet des EPI complets (vêtements de protection et ARI)

sur la performance des sapeurs-pompiers (en terme de durée de réalisation) lors d’une

intervention simulée en condition écologique (Taylor et al. 2012b). Ainsi, il serait intéressant

d'étudier la manière dont les EPI influencent le stress physiologique des sapeurs-pompiers en

condition écologique et de mettre en évidence si ces réponses sont provoquées par la charge

supplementaire de l’equipement et / ou par la résistance respiratoire induite par le

microrégulateur.

Par ailleurs, le stress cardiaque durant les interventions de lutte contre les incendies a largement

ete etudie a partir de la FC d’exercice (Williams-Bell et al. 2010; Windisch et al. 2017b). Or,

durant la récupération, la quantification de la VFC permet d’evaluer la reactivation du SNP

(Goldberger et al. 2006). Des études ont montré que la réactivation du SNP pouvait être reliée

a l’intensite de l’exercice (Michael et al. 2016) ou a l’accumulation de métabolites sanguins

(Buchheit et al. 2007a) et qu’elle pouvait être utilisée comme facteur pronostique de la

morbidité cardiaque (Cole et al. 1999). A ce jour, la réponse parasympathique post-intervention

demeure inconnue, alors qu’elle pourrait fournir des informations importantes au regard du

stress cardiaque induit par ces interventions.

Enfin, analyser l’effet des interventions de lutte contre les incendies sur les fonctions cognitives

représente également un intérêt de recherche majeur. En effet, le maintien des fonctions


90

exécutives durant les activités de lutte contre les incendies est crucial pour mener à bien les

interventions. Bien que certaines études aient montré une perturbation de certaines fonctions

cognitives (Hemmatjo et al. 2017a), la réponse des fonctions exécutives (attention sélective,

inhibition) reste inconnue.

Par conséquent, l’objectif de la presente etude etait donc d’evaluer les reponses physiologiques,

la réactivation parasympathique cardiaque et les fonctions exécutives durant une intervention

simulée de lutte contre les incendies, realisee dans trois conditions d’equipement differentes :

1) avec les vêtements de protection uniquement (condition PPC – personal protective clothing) ;

2) avec les vêtements de protection plus l’ARI complet (condition ARIc - incluant le masque,

la bouteille d’air et le microregulateur) ; 3) avec les vêtements de protection plus la bouteille

d’air de l’ARI uniquement (condition ARIb).

Nous avons emis l’hypothèse que la reactivation parasympathique cardiaque et que les

fonctions exécutives seraient plus altérées dans les conditions ARIc et ARIb que dans la

condition PPC, en raison de plus haut niveaux de stress psychophysiologique durant ces

conditions.

2.1.2 Méthodologie

Participants

Trente-deux sapeurs-pompiers professionnels et deux sapeurs-pompiers volontaires ont

participé à cette étude (28 hommes : âge : 37±7 ans ; taille : 179±6 cm ; poids : 76±9 kg ; indice

de masse corporelle [IMC] : 24±2 kg/m2 ; et 6 femmes : âge : 29±3 ans ; taille : 171±4 cm ;

poids : 64±3 kg ; IMC : 22±1 kg/m2). L’experience moyenne des participants en tant que sapeur-

pompier était de 18±6 ans. Tous les participants ont passé un examen médical réalisé par un

médecin du service médical du SDIS du Doubs et tous avaient reçu l’aptitude médicale pour

effectuer des interventions de lutte contre les incendies. Après avoir été informés des avantages

et des risques relatifs à cette étude, tous les participants ont signé un formulaire de consentement

éclairé pour la participation à cette étude. Cette étude a été menée conformément aux

recommandations de la Déclaration d'Helsinki. Le plan de recherche a été examiné et validé par

le service médical du SDIS du Doubs.


91

Protocole expérimental

L’etude a utilise une conception croisee randomisée afin de déterminer les effets du port de

l’ARI sur les reponses physiologiques, perceptives et cognitives ainsi que sur les déplacements

durant une intervention de lutte contre les incendies. Le protocole expérimental consistait en

une presentation collective de l’etude, une session de familiarisation, quatre sessions

expérimentales et une session de retours individuels. Durant la présentation collective qui avait

pour but de recruter les participants, une vue d’ensemble de l’etude a ete presentee et incluait

les objectifs et les contraintes qu’impliquait l’etude. Durant la session de familiarisation, les

procédures ont été expliquées en détail. De plus, les participants ont essayé les t-shirts connectés

qui allaient être utilisés durant les conditions expérimentales. Ils ont également réalisé une

session de familiarisation avec l’intervention simulée de lutte contre les incendies ainsi qu’une

session d’habituation de 5 minutes au Stroop Colour Word test. Les participants ont ensuite

accompli les quatre sessions expérimentales dans un ordre aléatoire. Durant la première session

expérimentale, les performances physiques et la FCmax ont été évaluées a l’aide d’un test de

course à pied, l’intermittent fitness test (IFT), selon les procédures décrites par Buchheit et al.

(2009b). Le test consiste en la réalisation de navettes sur une distance de 40 mètres pendant 30

secondes entrecoupées de périodes de 15 secondes de récupération passive. La vitesse initiale

était de 8 kmh-1 et augmentait de 0,5 kmh-1 toutes les 45 secondes jusqu’a l’epuisement des

participants (Buchheit et al. 2009b). La vitesse du dernier palier définissait la performance

physique du sapeur-pompier (VIFT) et la FC pic définissait la FCmax. L’IFT a été utilisé comme

référence pour analyser les réponses physiologiques mesurées lors des interventions simulées.

La VO2max a été estimée en fonction de la vitesse de course finale du participant à l'aide de la

formule suivante (Buchheit 2010) :

VO2max (mlmin-1kg-1) = 28.3 – (2.15 x G) – (0.741 x A) – (0.0357 x W) + (0.0586 x A x

VIFT) + (1.03 x VIFT)

Où : VIFT est la vitesse de course finale, G est le genre (homme = 1 ; femme = 2), A est l’âge

(en années) et W est le poids (en kg). Tous les participants ont realise l’IFT en tenue de sport,

constituée de chaussures de course à pied, un short et un t-shirt. La FCmax était également

estimee a partir de l’equation de Fox (Fox 3rd et al. 1971) :

FCmax = 220-âge

Durant les trois autres sessions expérimentales (Figure 14), les sapeurs-pompiers ont réalisé

une intervention simulée de lutte contre les incendies, dans trois conditions d’equipement de

protection différentes, dans un environnement tempéré (~20°C). Ces sessions expérimentales

étaient interceptées par une période de minimum 48 heures et de maximum 6 jours. Avant et


92

après chaque session expérimentale, les participants étaient assis durant 10 minutes, dans une

pièce silencieuse. Toutes les procédures ont été réalisées le matin, entre 8 et 12 heures, et chaque

participant a réalisé ses sessions expérimentales dans le même créneau horaire (±1 heure). Il

était demandé aux participants de ne pas consommer de caféine dans les 3 heures précédant les

tests et de ne pas realiser d’exercice physique intense ni de consommer de l’alcool dans les 24

heures précédant les tests. Tous les participants étaient familiers avec cette intervention simulée

ainsi qu’avec l’IFT, car ces deux exercices font partie de leur formation continue

professionnelle et du suivi régulier de leurs capacités physiques. De plus, tous les participants

portent régulièrement les EPI au cours de leurs interventions ou de leurs exercices

d’entrainement. Les sessions expérimentales ont été réalisées durant leurs gardes et les

participants étaient supervisés à la fois par leurs responsables hiérarchiques et à la fois par les

responsables scientifiques de l’etude. Au cours de la dernière session, un rapport individuel sur

les données du participant lui a été fourni.

Figure 14. Vue d'ensemble de la conception expérimentale. MR : mauvaises réponses ; TR :

temps de réponse ; SCWT : Stroop Colour Word test ; MCOM : quantité totale des mouvements

de l’accéléromètre.

Les équipements de protection des sapeurs-pompiers et l’intervention simulée

L’intervention simulée de lutte contre les incendies a ete realisee dans l’une de ces trois

conditions d’equipement suivantes : 1) La condition PPC, dans laquelle le sapeur-pompier était

équipé des vêtements de protection contre l’incendie, à savoir : des bottes, un sur-pantalon, une

veste, une cagoule et un casque, pour un poids total de 9 kg ; 2) La condition ARIc dans laquelle

le sapeur-pompier était équipé des vêtements de protection ainsi que d’un ARI complet, qui est

compose d’une bouteille de 6 litres d’air comprimé, fixé sur un dossard, un microrégulateur et

un masque pour un poids de 14 kg ; 3) La condition ARIb dans laquelle le sapeur-pompier était

équipé des vêtements de protection ainsi que de la bouteille d’air et du dossard de l’ARI, sans


93

le masque et le microrégulateur, lui permettant ainsi de respirer librement l’air ambiant, et non

pas celui de l’ARI.

L’intervention simulée de lutte contre les incendies consistait en la réalisation de six tâches à

réaliser sans temps d’arrêt : (1) les tuyaux : les participants ont porté deux tuyaux (de 7 kg

chacun) sur un sol plat sur une distance de 60 mètres ; (2) la tour n°1 : les participants sont

monté jusqu’au sommet d’une tour de huit étages, puis redescendu, toujours en portant les deux

tuyaux ; (3) le CEPARI : après avoir déposé les tuyaux, les participants ont réalisé un passage

dans le centre d’entrainement au port de l’ARI (CEPARI). Le CEPARI est un labyrinthe etroit

d’une longueur de 50 mètres, compose d’obstacles a franchir, dans lequel les participants

doivent ramper jusqu’a la sortie, dans le noir complet. Le responsable du CEPARI s’assurait de

la securite des participants en le surveillant a l’aide d’une camera nocturne ; (4) le Stroop test :

immediatement a l’issue du CEPARI, les participants ont realise le Stroop Colour Word test

sur un ordinateur durant 2 minutes ; (5) la tour n°2 : les participants sont de nouveau monté

puis descendu dans une tour de huit étages ; (6) le mannequin : a l’aide d’une sangle, les

participants ont tracté sur le sol un mannequin de 40 kg, sur une distance de 75 mètres.

Pour chaque session, les participants ont realise l’intervention simulee le plus rapidement

possible ; des encouragements etaient donnes tout au long de l’exercice. Le chronomètre

démarrait au commencement de la première tâche et se terminait à la fin de la tâche du

mannequin. La durée de chaque tâche était enregistrée manuellement. Un marqueur de temps

etait lance au debut de la manœuvre puis a chaque passage intermediaire afin de démarquer les

différentes tâches. Chaque participant était familier avec ces différentes tâches car elles

faisaient partie de leur entrainement habituel. Trois chronomètres étaient déclenchés avant le

début du protocole et des marqueurs de temps étaient notés au démarrage du tracker Hexoskin®

puis au debut et a la fin de chacune des phases (debut de l’intervention, debut et fin des mesures

de repos, etc.).

Analyse des données

Les paramètres physiologiques et d’activite ont ete enregistre en continu durant l’IFT et les

trois interventions simulees a l’aide d’un t-shirt connecté (Hexoskin® Carré Technologies Inc.,

Montréal, Canada). Les paramètres enregistrés incluaient : un signal ECG à une fréquence de

256 Hz à partir de trois électrodes (deux sur la poitrine, une sur la région supra iliaque), les

mouvements cycliques de la respiration (FR) a une frequence de 128 Hz (a partir d’une bande

abdominale et d’une bande thoracique) et les accelerations a une frequence de 64 Hz a partir


94

d’un acceleromètre (3 axes) place au-dessus de la hanche droite. La quantité totale des

mouvements de l’acceleromètre (MCOM) indiquent les niveaux d’activite des participants à

partir de la racine carrée de la somme des carrés des accélérations des trois axes

(√𝑥2 + 𝑦2 + 𝑧2 ; où x, y et z sont les accelerations dans l’axe vertical, longitudinal et lateral,

respectivement). Les FC, FR et MCOM moyens et maximaux ont ete calcules sur l’intervention

simulee complète a 1 Hz, ainsi que pour chacune des tâches de l’intervention. Le temps passe

dans differentes zones de FC a ete calcule pour quatre zones d’intensite : Z1 ≤ 75% FCmax, Z2

= 76–85% FCmax, Z3 = 86–95% FCmax et Z4 ≥95% FCmax (Perroni et al. 2009) à partir de la

FCmax obtenue durant l’IFT. Les donnees de FC, FR et MCOM enregistrees a partir du t-shirt

Hexoskin® se sont révélées fiables et valides en conditions de laboratoire (Villar et al. 2015;

Elliot et al. 2019). Afin d'avoir le meilleur ajustement possible, les participants portaient les t-

shirts selon la taille recommandée par le fabricant (en fonction de leurs mesures de tour de

poitrine et de taille) (les tailles disponibles variaient de très petite [XS] à très grande [XL]).

Enfin, une ceinture a été placée sur la poitrine et les bandes abdominales pour s'assurer que le

t-shirt ne bouge pas pendant les exercices.

La VFC extraite du signal ECG fourni par le t-shirt Hexoskin® a été analysée au repos, durant

10 minutes avant et 10 minutes après les sessions expérimentales. Durant ces mesures, les

participants étaient en position assise, dans une pièce silencieuse et tempérée (~20°C). Une

minute séparait la fin des protocoles et le début des mesures post-exercice, afin de laisser le

temps aux participants d’enlever leurs EPI. Les intervalles RR ont ete analyses sur le logiciel

Kubios, et les artefacts du signal ont été corrigés automatiquement à partir de la correction

moyenne appliquée par le logiciel (Kubios HRV Analysis v 2.0, Bio-signal Analysis and

Medical Imaging Group at the Department of Applied Physics, University of Kuopio, Kuopio,

Finland). La première analyse de la VFC a fourni un indice de l’activite vagale, mesure par le

calcul du RMSSD sur les segments successifs de 30 secondes durant les 10 minutes de

récupération (RMSSD30s) (Goldberger et al. 2006). De plus, l’analyse de la VFC a court terme

a été réalisée durant les minutes 5 à 10 de la période de repos pré- et post-exercice (Task Force

1996). Les indices calculés sur ces périodes de temps étaient le SDNN et le RMSSD (SDNN5-

10min et RMSSD5-10min). Les pourcentages de changement entre les indices pré et post-exercice

ont également été calculés. En raison de résultats similaires, pour la clarté de la présentation

des résultats, seules les valeurs post-exercice sont discutés dans cette étude.

La FCR a été mesurée en calculant la différence entre la FC de fin d’exercice et la FC a 60 et

300 secondes après la fin de l’exercice (FCR60s et FCR300s). De plus, une constante de temps à


95

court-terme a été calculée a partir de l’inverse de la pente de la droite de regression (-1/pente)

de la FC durant les 30 premières secondes (T30) (Imai et al. 1994; Buchheit et al. 2007a). Il a

été montré que les indices FCR60s et T30 reflètent la réactivation parasympathique cardiaque à

l’issue de l’exercice alors que la FCR300s reflète à la fois la réactivation parasympathique et le

retrait sympathique (Imai et al. 1994).

Les fonctions cognitives englobent différentes fonctions du cerveau et notamment les fonctions

exécutives. Ces dernières peuvent être mesurées par un Stroop Colour Word test incongruent,

qui implique les capacités d’attention selective et d’inhibition (Stroop 1935; MacLeod 1991).

Le test utilisé dans cette étude a été conçu grâce au logiciel Psychopy basé sur du code python

(Peirce 2009). Trois mots (‘bleu’, ‘vert’ et ‘rouge’) etaient affiches aleatoirement sur un écran

d’ordinateur, devant les participants. La couleur d’ecriture des mots ne correspondait pas

toujours au mot qui était affiché et variait de manière aléatoire. Pour les mots affichés avec de

l’encre bleue ou verte, la réponse correcte attendue correspondait a la couleur de l’encre, quelle

que soit la signification du mot affiche. Cependant, lorsque la couleur de l’encre etait rouge, les

participants devaient donner la signification du mot qui était affiché. Les participants devaient

répondre aussi précisément et rapidement que possible en appuyant sur différents boutons d'un

clavier en fonction de la réponse attendue. Le Stroop test était réalisé au repos, durant une

période de 2 minutes avant l’intervention, ainsi que durant une période de 2 minutes au milieu

de l’intervention. Afin d’évaluer les fonctions exécutives, le temps de réponse a été évalué en

calculant la moyenne de tous les temps de réponse pendant chaque test de 2 minutes. La

précision des réponses a été évaluée comme le nombre de mauvaises réponses durant chaque

test.

La difficulte de l’effort perçu (RPE) a été auto-evaluee a l’aide d’une echelle CR-10

immédiatement après chaque intervention simulée (Borg 1982). La durée de chaque

intervention simulée ainsi que de chaque tâche a été enregistrée a l’aide d’un chronomètre

manuel.

Pour la condition ARIc, la consommation d’air a été quantifiée en bars directement à partir de

la pression affichee sur le manomètre de l’ARI au debut et a la fin de l’intervention simulee.

Les bouteilles d’air contenaient 6 litres d’air compressee a 300 bars. La précision du manomètre

était de ± 5 bars. La consommation d’air etait calculee avec la formule suivante :

Volume de la bouteille (litres) * pression de départ (bars) – volume de la bouteille (litres) *

pression d’arrivee (bars)


96

Analyse statistique

Toutes les données sont exprimées sous forme de moyenne ± écart type (ET). Toutes les

données collectées ont été analysées à partir du logiciel XLSTAT 2013 (Addinsoft SARL, Paris,

France). La normalite de l’echantillon de donnees a ete verifiee avec le test de Shapiro-Wilk.

Lorsque que l’echantillon ne suivait pas une loi normale (RMSSD), une transformation

logarithmique (ln) était appliquée (lnRMSSD). Les différences pour la durée de réalisation,

RPE, FC, FR, MCOM, le temps de réaction et le nombre de mauvaises réponses entre les trois

interventions simulées ont été analysées avec une analyse de variance (ANOVA) à mesures

répétées avec comme facteur répété le facteur condition (PPC, ARIc, ARIb). Les différences

pour le T30, les FCR60s-300s, le SDNN5-10min et le lnRMSSSD5-10min entre les quatre conditions

expérimentales ont été analysées avec une ANOVA à mesures répétées avec comme facteur

répété le facteur condition (PPC, ARIc, ARIb, IFT). Une ANOVA à mesures répétées à deux

facteurs, avec le facteur temps (segments de 30 secondes successifs) et le facteur condition

(PPC, ARIc, ARIb, IFT) a ete utilisee pour examiner les changements pour l’indice

lnRMSSD30s. Les comparaisons de la FC, FR et MCOM pour chacune des tâches des

interventions simulées ont été analysées avec une ANOVA à mesures répétées à deux facteurs,

avec le facteur tâche (tuyaux, tours n°1 et 2, CEPARI, Stroop test, mannequin) et le facteur

condition (PPC, ARIc, ARIb, IFT). Lorsque le résultat de l’ANOVA était significatif, le test

post-hoc de Fisher était appliqué. Des régressions linéaires ont été utilisées afin de déterminer

les relations entre le lnRMSSD5-10min et le temps passé dans les différentes zones de FC (FC Z1,

FC Z2, FC Z3, FC Z4). La signification statistique était fixée à p < 0.05.

2.1.3 Résultats

Recueil des données

Pour six des 34 participants, l’enregistrement des paramètres physiologiques et des signaux

d’acceleration a echoue dans l’une des quatre conditions experimentales. L’analyse de la VFC,

FC, FR et MCOM a donc été réalisee pour 28 participants. Pour les autres paramètres, l’analyse

des données a été réalisée sur les 34 participants.

Évaluation des performances physiques

La VIFT moyenne était de 18,3±1,4 kmh-1, la FCmax enregistrée de 185,5±7,7 bpm et la FCmax

estimée de 184,6±6,7 bpm, ce qui correspond à 99,5% de la FCmax enregistrée. La FC et la FR

moyenne durant le dernier palier de 30 secondes était de respectivement 97,6±7,8% de la FCmax


97

enregistrée et de 59,2±9,8 respirations par minute. La VO2max moyenne estimée était de

54,3±4,9 mLmin-1kg-1.

La réactivation parasympathique post-exercice

Les indices de la réactivation parasympathique cardiaque sont présentés dans le Tableau 2. Les

FCR60-300s et le lnRMSSD5-10min étaient significativement inférieurs et le T30 était

significativement supérieur dans les conditions PPC, ARIb et ARIc en comparaison de la

condition IFT. L'évolution temporelle des segments du lnRMSSD30s après les quatre conditions

est présentée dans la Figure 15. Le lnRMSSD30s était inférieur dans les conditions PPC, ARIb

et ARIc en comparaison de la condition IFT.

Tableau 2. Fréquence cardiaque de récupération et variabilité de la fréquence cardiaque après

les conditions PPC, ARIb, ARI et IFT

PPC ARIb ARIc IFT

T30 (s) 232,1±108* 284,1±154,1*** 324,2±164,3***# 166,4±69,4

FCR60s (bpm) 31,4±11,4* 27,1±11,1*** 24,3±11,1***# 40,4±11,5

FCR300s (bpm) 78,3±10,4*** 78,3±11,4*** 76,4±10,6*** 89,8±10,2

SDNN5-10min (ms) 27,8±14,1 21,7±13,1 21,4±9,2# 23,8±7,6

lnRMSSD5-10min (ms) 2,1±0,5* 2,0±0,5* 2,0±0,5* 2,4±0,5

Les valeurs moyennes ± ET sont présentées pour les conditions PPC, ARIb, ARIc et IFT. *:

différence significative vs IFT (p <0,01) ; ***: différence significative vs IFT (p <0,0001) ; #:

différence significative vs PPC (p <0,05).


98

Figure 15. Valeurs moyennes ± erreurs standards du lnRMSSD30s durant les 10 minutes de

récupération après les conditions PPC, ARIb, ARIc et IFT. ** p<0.001.

Réponses physiologiques, perceptives, et activité durant les interventions simulées

La durée de réalisation, les valeurs moyennes et maximales pour la FC, FR, MCOM, RPE et le

temps passé dans les quatre zones de FC durant les interventions simulées sont présentées dans

Tableau 3. Pour la condition ARIc, la consommation moyenne d’air etait de 223±43 bars, ce

qui représente 1338±257 litres d’air non compresse. En moyenne, les participants ont

consommé 74±14 % de l’air de la bouteille pour realiser l’intervention simulee.


99

Tableau 3. Réponses physiologiques, perceptives et activité durant les conditions PPC, ARIb et

ARIc.

PPC ARIb ARIc

Durée (s) 635±91 771±120*** 804±127***

FC moyenne (%FCmax) 79,5±5,3 83,2±4,1* 83,1±5,2*

FC pic (%FCmax) 96,9±1,9 97,1±1,8 97,6±2,1

FR moyenne (respirations/min) 40,4±5,6 43,5±5,6 34,1±5,9***##

FR pic (respirations/min) 60,6±7,6 63,1±8,9 52,1±8,3***##

MCOM moyen (ms-2) 0,5±0,1 0,4±0,1*** 0,3±0,1***

MCOM pic (ms-2) 1,4±0,3 0,9±0,2*** 0,9±0,2***

RPE 5,9±1,5 6,9±1,2* 7,8±1,3***#

Temps passé dans (%) : - Z1 18,4±12,2 9,6±8,3* 10,7±11,1

- Z2 33,7±18,4 29,7±21,8 32,8±20,2

- Z3 42,6±22,1 54,0±23,6 48,8±21,1

- Z4 5,3±4,6 6,7±5,9 7,7±5,8

Moyenne ± ET. *: différence significative vs PPC (p <0,05) ; ***: différence significative vs

PPC (p <0,0001) ; # : différence significative vs ARIb (p <0,05)

Pour les interventions simulées dans leur ensemble, lorsque la FC durant le Stroop test était

exclue, la FC moyenne était de 84±5 %, 87±3% et 87±4% de la FCmax pour les conditions PPC,

ARIb et ARIc, respectivement. La FC durant le Stroop test était significativement supérieure (p

= 0,004 et p = 0,014, respectivement) pour les conditions ARIb et ARIc en comparaison de la

condition PPC. La FR était significativement inférieure dans la condition ARIc en comparaison

des conditions PPC et ARIb (p < 0,0001). Le temps passé en Z1 était significativement inférieur

pour la condition ARIb en comparaison de la condition PPC (p = 0,041). La Figure 16 présente

les valeurs moyennes de FC et FR pour les six tâches. Les différences entre les six tâches pour

chaque condition sont présentées dans le Tableau 4. La Figure 17 présente les valeurs moyennes

pour le MCOM pour les six tâches.


100

Figure 16. Comparaison des réponses physiologiques (FC ; FR) entre les trois interventions

simulées (PPE, ARIb, ARIc) pour l'intervention globale et chacune des six tâches. * différence

significative (p < 0,05) ; *** différence significative (p < 0,0001).


101

Tableau 4. Comparaison de la FC moyenne entre les six tâches de l'intervention simulée pour

les conditions PPC, ARIb et ARIc

PPC ARIb ARIc

Tuyaux 65±7***#$$$ 70±7***#$$$ 70±6***#$$$

Tour 1 86±5*** 87±3*** 86±4***

CEPARI 81±6***# 84±5***# 84±6***#

Stroop test 63±9***#$$$ 69±7***#$$$ 70±9***#$$$

Tour 2 85±7*** 89±3*** 88±5***

Mannequin 94±6 95±2 95±3

Moyenne ± ET. ***: différence significative vs Mannequin (p <0,0001) ; # : différence

significative vs Tour 1 et 2 (p <0,005) ; $$$ : différence significative vs CEPARI (p <0,0001).

Figure 17. Comparaison de l’activité mécanique (MCOM) entre les trois interventions

simulées (PPE, ARIb, ARIc) pour l'intervention globale et chacune des six tâches.

Le Stroop Colour Word Test

Pour les trois interventions simulées, le temps de réaction post-intervention était

significativement inférieur en comparaison du temps de réaction pré (1,08±0,29 vs 0,98±0,24

secondes, 1,08±0,27 vs 0,99±0,24 secondes et 1,3±3,1 vs 1,01±0,25 secondes pour les

conditions PPC, ARIb et ARIc, respectivement). Les mauvaises réponses post- ont augmenté

significativement en comparaison des mauvaises réponses pré-intervention (1,4±1,8 vs 2,2±2,3

2,1±4,7 vs 3,4 ±7,4 et 1,3±3,1 vs 2,1±3,6 pour les conditions PPC, ARIb et ARIc,


102

respectivement). Aucune difference significative n’a ete trouvee entre les trois conditions

d’équipement (Figure 18).

Figure 18. Comparaison des valeurs pré et post-intervention du Stroop Colour Word test

pour les trois interventions simulées. ***: différence significative (p <0,0001).

Relations entre le lnRMSSD5-10min et l’intensité d’exercice

Des relations significatives ont été observées entre le lnRMSSD5-10min et le temps passé en Z1

de FC (r = 0,67, p < 0,0001 ; r = 0,50, p = 0,007 ; r = 0,59, p = 0,001 pour les conditions PPC,

ARIb et ARIc, respectivement) et le temps passé en Z3 de FC (r = -0,40, p = 0,003 ; r = -0,39,

p = 0,040 ; r = -0,45, p = 0,015 pour les conditions PPC, ARIb et ARIc, respectivement).

2.1.4 Discussion

Cette étude avait trois objectifs. Premièrement, cette étude visait à décrire les réponses

psychophysiologiques des sapeurs-pompiers durant différentes tâches de lutte contre les


103

incendies. Deuxièmement, elle visait à investiguer la réactivation parasympathique cardiaque

après une intervention simulee. Troisièmement, ce travail visait a analyser l’effet de l’ARI sur

ces réponses. Les principaux resultats revèlent qu’une intervention de lutte contre les incendies

conduit à un stress physiologique élevé (valeurs de FC et FR), à une perturbation des fonctions

exécutives (baisse de la précision) et à une perturbation vagale post-exercice importante. Le

principal effet de l’ARI etait d’augmenter la duree de l’intervention, le stress cardiaque et la

perception de la difficulte de l’effort durant l’intervention.

Réponses physiologiques et cognitives durant une intervention de lutte contre les

incendies

Dans cette étude, la durée de réalisation de l'ensemble de l'intervention dépendait de la

condition, avec une durée allant de 635 secondes pour la condition PPC à 771 secondes et 804

secondes pour les conditions ARIb et ARIc respectivement. Comme présenté dans la Figure 16,

la FC moyenne des sapeurs-pompiers se situait entre 79 et 83% de la FCmax, selon la condition.

Ces résultats sont similaires à ceux obtenus par Windisch et al. (2017b), mais sont inférieurs à

ceux repostés par Perroni et al. (2010) et Williams-Bell et al. (2010) pour des tâches proches

de celles de cette étude. Cette différence peut être expliquée par le Stroop test de 2 minutes, qui

a diminué la FC moyenne dans nos expérimentations. En effet, dans notre étude, sans le Stroop

test, la FC variait entre 84 et 87% de la FCmax. L’analyse de la FC dans les quatre zones

d’intensite a montré des pourcentages différents pour le temps passé au-dessus de 85% de la

FCmax (e.g. 48% pour PPC, 61% pour ARIb et 57% pour ARIc). Les résultats de notre étude

mettent en évidence le temps considérable passé dans les zones de haute FC, comme indiqué

précédemment par Perroni et al. (2009). Nos résultats ont montré également que les réponses

physiologiques varient en fonction des différentes tâches de lutte contre l'incendie. Dans notre

étude, le tractage d'un mannequin semble être la plus exigeante de toutes les tâches de

l’intervention (voir Figure 16 ; pour les trois conditions, la FC moyenne atteint 94 à 95% de la

FCmax et la FR moyenne atteint 45 à 55 respirations par minute). Ces valeurs obtenues dans

notre étude pour cette tâche étaient similaires à celle obtenues lors du dernier palier de 30

secondes de l’IFT (FC moyenne = 97,6±7,8% de la FCmax ; la FR moyenne = 59±9,8

respirations par minute). Ces résultats sont en accord avec ceux obtenus dans des études

précédentes qui montrent que le sauvetage de victimes ou la montée d’escaliers sont les tâches

les plus difficiles, avec une FC ou une VO2 supérieure aux autres tâches (Williams-Bell et al.

2010; Windisch et al. 2017b). Enfin, pour la condition ARIc, les sapeurs-pompiers ont

consommé 1338±257 litres d’air en 804±127 secondes (≈ 100 Lmin-1), avec une grande


104

différence entre les participants (variant de 72 Lmin-1 à 146 Lmin-1). Plus précisément, avec

l'équipement utilisé dans notre étude, l'autonomie de l’ARI serait de seulement 1080 secondes

avec une consommation de 100 Lmin-1, et cette autonomie chute à 740 secondes pour une

consommation de 146 Lmin-1. Ces taux de consommation d’air sont superieurs aux 90 Lmin-

1 préconisés dans le guide national de référence (Guide National de Référence : appareil

respiratoire isolant, JO 17 Avril 1999) qui surestime donc l’autonomie reelle lors d’activités

très ardues. Dans l'ensemble, ces résultats mettent en évidence la nature très ardue d'une

intervention de lutte contre les incendies et la nécessité pour chaque sapeur-pompier de

connaître sa consommation d'air lorsqu'il est engagé dans des activités de lutte contre les

incendies intenses. La VIFT est bien accepté comme indicateur de terrain des performances

physiques en raison de sa corrélation significative avec la VO2max (Buchheit et al. 2009b). Dans

cette étude, la VO2max moyenne des sapeurs-pompiers était de 54,3±4,9 mLmin-1kg-1, ce qui

est supérieur aux valeurs minimales recommandées précédemment pour les sapeurs-pompiers

opérationnels (comprises entre 33,5 et 46 mL·min-1·kg-1) (Sothmann et al. 1990; Bilzon et al.

2001; Windisch et al. 2017b).

L’intervention de lutte contre les incendies a induit deux reponses differentes sur les fonctions

exécutives des sapeurs-pompiers, comme en témoignent les résultats obtenus sur le Stroop test.

D'une part, pour les trois conditions d'équipement de protection, le temps de réaction s'est

amélioré pour Stroop test effectué durant de la manœuvre, avec une plus grande rapidite dans

la prise de décision. En revanche, la précision a diminué durant l'intervention, comme en

témoigne l'augmentation du nombre d'erreurs. Des résultats similaires avaient été rapportés

avec un autre test psychométrique (le continuous performance test) juste après des activités de

lutte contre l'incendie (Hemmatjo et al. 2017a). Les activités de lutte contre les incendies sont

des exercices physiques qui activent fortement le SNS ce qui provoque une augmentation de la

concentration en catécholamines plasmatiques (Mazzeo 1991). La libération de ce

neurotransmetteur induit une augmentation de l'activité du cortex préfrontal et du stress

psychologique, conduisant à un temps de réaction plus court (McMorris et al. 2011). Cependant,

des études antérieures ont montré une diminution qualitative des fonctions cognitives après une

intervention simulée impliquant un labyrinthe sombre, tel que celui utilisé dans cette étude,

entrainant une altération de la précision des réponses (Hemmatjo et al. 2017a, b, 2018). En fait,

une augmentation des catécholamines ne semble pas affecter la vitesse et la précision de la

même manière. L’activation globale du SNC induite par le stress physique ou émotionnel


105

pourrait conduire à un bruit neuronal, ce qui pourrait expliquer cette baisse de précision

(McMorris et al. 2011). Bien que la présente étude n'ait pas mesuré la température corporelle,

d'autres études ont montré que le port des vêtements de protection augmente la température

centrale (Holmér et al. 2006), augmente la transpiration et conduit à la déshydratation (Cheung

et al. 2010). Une récente revue de littérature a indiqué que le stress thermique pouvait diminuer

les performances lors de tâches cognitives « complexes », telles que les fonctions exécutives

(Taylor et al. 2016). Par conséquent, l'augmentation de la température centrale provoquée par

les vêtements de protection pourrait également avoir eu un impact négatif sur les fonctions

exécutives des participants. Cette diminution de la précision montrée par le Stroop test met en

évidence la nécessité pour les sapeurs-pompiers de prendre en compte l'évolution des

paramètres psychométriques durant les interventions de lutte contre les incendies. En

conclusion, l'augmentation de la température centrale combinée à des niveaux élevés de stress

et d'activité physique, pourrait potentiellement conduire à un processus de prise de décision

altéré chez les sapeurs-pompiers.

La réactivation post-exercice parasympathique

Le deuxième résultat important de cette étude était que les trois interventions de lutte contre les

incendies ont causé une plus grande perturbation de la réactivation parasympathique cardiaque

qu’un test incrémental maximal. Les trois interventions ont présenté un T30 plus important et

des lnRMSSD5-10min, LnRMSSD30s et FCR (FCR60s-300s) inferieurs en comparaison de l’IFT

(Tableau 2). Alors que la réactivation aiguë du système parasympathique n’a jamais ete etudiee

chez les sapeurs-pompiers, plusieurs études dans le domaine du sport ont comparé la

reactivation vagale après differents types et intensites d’exercices (Buchheit et al. 2007a;

Stanley et al. 2013). Il a ete montre que l’IFT perturbe l’activite post-exercice parasympathique

cardiaque plus qu’un test continu incremental maximal de course a pied (Buchheit et al. 2009b),

et induit des perturbations vagales similaires en comparaison d’un test de repetitions de sprints

(Nakamura et al. 2009). Alors que l’IFT peut être classe comme un exercice intense qui induit

un stress important sur le SNA, les resultats de cette etude montrent qu’une intervention de lutte

contre les incendies induit une perturbation parasympathique encore plus importante. Bien que

les valeurs des indices de la réactivation vagale varient d’une etude a une autre, nos résultats

sont similaires à ceux observés lors d’etudes antérieures après des exercices de haute intensité.

Par exemple, après un test incrémental maximal et des exercices à haute intensité, le T30 variait

entre 261 et 295 secondes (Buchheit et al. 2007a, 2009b; Nakamura et al. 2009), la FCR60s


106

variait entre 36 et 39 bpm (Buchheit et al. 2007a; Nakamura et al. 2009) et le lnRMSSD5-10min

était de 1,60 ms (Esco et al. 2017).

Bien qu'aucune corrélation n'ait été trouvée entre les indices de réactivation parasympathique

et la FC moyenne, le lnRMSSD5-10min était corrélé positivement avec le temps passé dans la

zone de faible intensité (FC Z1) et corrélé négativement avec le temps passé dans la zone de

haute intensité (HR Z3). Ainsi, on peut supposer que la réactivation parasympathique est

corrélée à l'intensité de l’exercice précédent (Stanley et al. 2013; Michael et al. 2016). Nos

résultats ont montré la présence d'un stress physiologique important (FC et FR), notamment

lors de la dernière tâche (mannequin). Von Heimburg et al. (2006) ont reporte qu’après avoir

secouru six victimes, les concentrations en lactates sanguin des sapeurs-pompiers atteignait 13

mm/L. Bien que la concentration en lactates n’ai pas ete mesuree dans cette etude, on pourrait

émettre l'hypothèse que les interventions simulées dans notre étude aient conduit à une

production importante de métabolites. Il a été montré que la réactivation parasympathique est

perturbée lorsque l’exercice qui la precède implique un processus anaérobie entrainant

accumulation de lactates sanguin (Buchheit et al. 2007a). Dans notre étude, la diminution de la

réactivation parasympathique après les interventions pourrait donc s'expliquer par une

accumulation importante de métabolites. La différence dans la réactivation parasympathique

cardiaque entre l'IFT et les interventions de lutte contre les incendies pourrait également être

liée aux vêtements de protection. En effet, comme mentionné précédemment, il est raisonnable

de supposer que le port des vêtements de protection ait augmenté la température centrale et la

déshydratation diminuant ainsi le volume plasmatique, tandis que l'IFT, réalisée avec des

vêtements de sport, n’a probablement pas perturbé la thermorégulation dans la même mesure.

Ainsi, l'altération de la réactivation parasympathique post-exercice pourrait s'expliquer par

deux causes distinctes : la diminution des volumes plasmatiques, détectée par les barorécepteurs

artériels (Spinelli et al. 1999) et le stress thermique (Peçanha et al. 2017b). Durant la troisième

phase, la phase post-intervention, le risque de decès en raison d’un evenement cardiovasculaire

est multiplie par 10 en comparaison d’activites non urgentes (Kales et al. 2007). La réactivation

parasympathique altérée après les activités de lutte contre l'incendie pourrait être l'une des

causes de ce risque, une faible activité parasympathique cardiaque post-exercice étant associée

à un risque accru de décès (Cole et al. 1999; Lahiri et al. 2008).


107

Les effets de l’ARI sur les paramètres physiologiques, psychologiques et d’activité durant

une intervention de lutte contre les incendies

En ce qui concerne l'effet de l’ARI sur les réponses physiologiques des sapeurs-pompiers, les

résultats de la présente étude ont montré que la FC moyenne augmentait de près de 5% pour les

conditions ARIb et ARIc par rapport à la condition PPC. Ces résultats sont similaires aux

résultats précédemment rapportés, qui indiquaient qu’a charge de travail externe égale, le port

d'un ARI augmente la FC d’exercice (Louhevaara et al. 1985). Selon Taylor et al. (2012b), au

cours d'un exercice à intensité constante, les EPI (incluant les vêtements de protection et l’ARI)

contribuent à près de 25% de la réponse de la FC, et l’ARI représente à lui seul près de 7% de

la réponse cardiaque. Dans notre etude, l’absence de difference dans la FC moyenne entre les

conditions ARIb et ARIc suggère que l’augmentation du stress cardiaque est principalement due

a la surcharge de l’ARI plutôt qu'à la résistance expiratoire causée par le microrégulateur

respiratoire. Cette hypothèse avait déjà été émise dans une étude antérieure (Louhevaara et al.

1985) et elle est appuyée par les résultats de Butcher et al. (2006) qui indiquent que le

microrégulateur respiratoire de l’ARI n'augmente pas le stress cardiaque.

La surcharge de l’ARI semble avoir d’autres effets, comme une diminution de 22 et 27% des

performances (temps de realisation de l’intervention) dans les conditions ARIb et ARIc en

comparaison de la condition PPC. De plus, les niveaux d’activite (mesures du MCOM) pour

les conditions ARIb et ARIc sont réduits en comparaison de la condition PPC. L’augmentation

de la duree de l’intervention est en accord avec la diminution de la performance (27%) trouvée

par Taylor et al. (2012b) lors d’une intervention similaire à la nôtre. Dans la présente étude, les

participants se sont déplacés plus lentement dans les conditions ARIb et ARIc, ce qui pourrait

induire une diminution des accélérations totales mesurées par le MCOM. Dans une revue de la

littérature sur l'activité militaire, Knapik et al. (2004) ont relevé qu'une charge sur le dos pouvait

déstabiliser le MCOM, ce qui est similaire aux modifications observées dans notre étude avec

des équipements de lutte contre l'incendie. La perturbation du MCOM pourrait entraîner

différentes activations musculaires et entraîner une dépense énergétique plus élevée,

provoquant ainsi des blessures spécifiques (Knapik et al. 2004).

L’ARI a egalement affecte la FR. Les FR moyennes et maximales étaient inférieures dans la

condition ARIc en comparaison des conditions PPC et ARIb. Ces résultats sont différents des

résultats rapportés dans des études précédentes, qui indiquaient qu'au repos ou à très faible

intensité, l’ARI diminuait la FR, mais que très rapidement, une fois que l'intensité augmente,


108

l’ARI accroit la FR jusqu'à la fin du test où elle ne diffère plus entre les conditions (Louhevaara

et al. 1985; Eves et al. 2005). Cependant, ces études ont été menées dans des conditions de

laboratoire afin de contrôler la vitesse et/ou la puissance ; dans notre étude, les participants ont

autorégulé leur intensité d’effort afin de réaliser l'intervention décrite dans le protocole. De

plus, les participants devaient tenir compte de l'autonomie limitée fournie par la bouteille d’air

dans la condition ARI (plusieurs participants ont consommé tout l'air du cylindre pour exécuter

l'ensemble du protocole). Par conséquent, il est possible qu’ils aient inconsciemment adopté

une stratégie pour préserver l'air de la bouteille. Selon Windisch et al. (2017b), une faible

consommation d'air est un aspect important à prendre en compte lors de la quantification des

performances lors des interventions de lutte contre l'incendie. Par conséquent, la consommation

d'air est probablement le principal facteur expliquant la baisse de la FR. Enfin, pour la condition

ARIc, la diminution de la FR pourrait avoir diminué la ventilation (Eves et al. 2005); de plus,

l'intensité d'exercice plus élevée dans la condition ARIc par rapport à la condition PPC peut

provoquer un déficit en oxygène. Cela pourrait être la raison pour laquelle la réactivation

parasympathique cardiaque était moins bonne après la condition ARIc qu’après la condition

PPC (à partir des indices T30, FCR60s et SDNN5-10min).

Enfin, l’ARI a eu une influence sur la perception de la difficulte de l’effort. Le RPE a augmenté

dans la condition ARIb en comparaison de la condition PPC, et la condition ARIc a encore

augmenté le RPE en comparaison de la condition ARIb (Tableau 3). Étonnamment, dans des

études précédentes menées avec des sapeurs-pompiers, l’ARI seul ou additionné à des

vêtements de protection n'a pas augmenté le RPE des participants (Eves et al. 2005; Taylor et

al. 2012b). Cependant, dans ces études, les valeurs de RPE ont été mesurées à la fin d'un test

incrémental maximal, qui correspond donc à une vitesse inférieure dans des conditions avec un

EPI, en comparaison de conditions sans EPI. En revanche, à une intensité sous-maximale

similaire, le port d'une charge externe augmente le RPE, en particulier en raison de facteurs

musculaires ou cardio-respiratoires périphériques (Goslin and Rorke 1986). De plus, comme

indiqué précédemment, la respiration était altérée dans la condition ARIc. Le microrégulateur

de l’ARI augmente le travail de la respiration (Butcher et al. 2006), ce qui peut augmenter

l'essoufflement (Iandelli et al. 2002) et ainsi expliquer l'augmentation de la perception de la

difficulte de l’effort.


109

Limites de l’étude

Cette étude présente plusieurs limites. Premièrement, l'intervalle de temps entre les sessions

expérimentales variait de 48 heures à 6 jours. Cependant, une étude précédente a montré que la

VFC est restée en dessous des valeurs de repos 48 heures après un exercice à haute intensité

(Mourot et al. 2004). De plus, les femmes représentent 17,6% de la population de cette étude.

Ce pourcentage, qui correspond à la proportion de femmes sapeurs-pompiers en France (16%

en 2016, ministère de l'Intérieur), peut-être trop faible pour généraliser ces résultats aux

femmes. Enfin, bien que les participants aient dû effectuer les interventions le plus rapidement

possible, ils ont autorégulé leurs intensités. Cela pourrait avoir un impact sur les différences ou

l'absence de différences entre les différentes conditions.

2.1.5 Conclusion et perspectives

Les réponses physiologiques et la perturbation de la réactivation parasympathique cardiaque

observées dans la présente étude ont montré qu'une intervention de lutte contre les incendies

peut être caractérisée comme une activité très intense, avec un stress cardiaque élevé pendant

les différentes tâches et une perturbation parasympathique aiguë post-exercice importante. Ces

résultats fournissent de nouvelles informations sur l'équilibre du système autonome cardiaque

après une intervention de lutte contre les incendies. Au cours de cette période, le risque de

mortalité provoqué par un événement cardiovasculaire s'est révélé être de 2 à 10 fois plus élevé

pour les sapeurs-pompiers en comparaison à d'autres activités de service non urgentes (Kales

et al. 2007). Il serait donc interessant d’etudier les paramètres qui influencent cette recuperation

autonome post-intervention. Différentes méthodes de récupération comme des stratégies de

refroidissement ou de rehydratation ont ete proposees afin d’ameliorer la reactivation

parasympathique cardiaque (Pecanha et al. 2014; Almeida et al. 2016). De plus, les capacités

cardiorespiratoires semblent influencer cette récupération, une meilleure condition physique

permettant d’accelerer la reactivation parasympathique (Stanley et al. 2013). Il serait donc

intéressant de mener de futures recherches avec les sapeurs-pompiers afin d’evaluer l’effet de

ces paramètres sur leur récupération autonome.


110

2.2 Étude n°2 : Effet de l’equipement de protection des sapeurs-pompiers sur la charge

de travail externe et interne durant une intervention de lutte contre les incendies

2.2.1 Introduction

Bien que la lutte contre les incendies soit considérée comme une activité exigeante sur le plan

psychophysiologique, une seule étude a analysé la charge de travail des sapeurs-pompiers à

l'aide de deux méthodes, l'une basée sur la FC et l'autre basée sur le RPE (Bouzigon et al. 2015).

Les auteurs ont révélé des différences entre les tâches courantes de la caserne que les sapeurs-

pompiers avaient à réaliser, pour les deux méthodes (séances de sport, travail dans les services,

tâches d'inventaire), mais ils n'ont pas testé les relations entre ces méthodes.

Dans le domaine du sport, la charge de travail a été définie comme « la quantité cumulée de

stress exercé sur un individu à partir de plusieurs séances d'entraînement et de matchs sur une

période de temps, exprimée en terme de charge de travail externe effectuée ou de réponse

interne à cette charge de travail » (P.992) (Gabbett et al. 2014). Le suivi de la charge de travail

est largement utilisé pour évaluer la fatigue chez les athlètes afin de prévenir le risque de

surentrainement non fonctionnel et de prévenir le risque de blessure (Rogalski et al. 2013). La

charge de travail externe correspond au suivi de l'activité physique au cours d'une tâche

spécifique, à partir de paramètres comme la distance parcourue, la vitesse de déplacement, la

charge soulevée (Gabbett et al. 2014; Impellizzeri et al. 2019) et plus récemment, par des

accéléromètres triaxiaux (Boyd et al. 2013; Scanlan et al. 2014b; Barker et al. 2018; Luteberget

et al. 2018). Les accéléromètres peuvent être situés en haut du dos (Boyd et al. 2013; Scanlan

et al. 2014b; Luteberget et al. 2018) ou au-dessus de la hanche (Barker et al. 2018). L'utilisation

des accéléromètres permet une quantification de la charge de travail dans diverses disciplines

telles que le basket-ball (Scanlan et al. 2014b), le handball (Luteberget et al. 2018), le football

(Boyd et al. 2013) ou encore le trampoline (Barker et al. 2018). Les charges de travail basées

sur l'accéléromètre peuvent être évaluées à partir de différents indices tels que la charge

d'accélération moyenne (CAmoy) et la charge d’acceleration par minute (CAmin), basés sur des

variations instantanées dans chacune des accélérations dans les 3 axes. La charge d'accélération

peut être déterminée à partir de différentes zones d'intensité de mouvement (CAzone) en fonction

du temps passé dans différentes zones d'accélération (Barker et al. 2018; Luteberget et al. 2018).


111

La charge de travail interne correspond à la réponse psychophysiologique aiguë générée par la

charge de travail externe; elle est déterminée à partir de méthodes objectives et/ou subjectives,

telles que la FC d’exercice, le RPE ou les réponses hormonales (Impellizzeri et al. 2019). Des

méthodes objectives, basées sur la FC, ont d'abord été proposées par Banister qui a calculé le

« stimulus d’entrainement » (« training impulse », bTRIMP) (Banister 1991). Le bTRIMP

combine la FC moyenne, la durée d'entraînement et l'intensité d'exercice pondérée à partir de

la relation exponentielle entre les concentrations de lactate sanguin et la FC (Banister 1991).

Ensuite, Edwards a modifié ce calcul du stimulus d’entrainement (eTRIMP) en pondérant

l’intensite de l’exercice à partir du temps passé dans différentes zones d'intensité multiplié par

un coefficient associé à chaque zone (Edwards 1993). Les méthodes bTRIMP et eTRIMP ont

été validées et utilisées dans divers sports pour suivre la charge de travail interne (Banister

1991; Edwards 1993; Manzi et al. 2010; Scanlan et al. 2014b). La méthode bTRIMP a été

utilisée pour quantifier la charge de travail durant les tâches en service effectuées par les

sapeurs-pompiers (Bouzigon et al. 2015). Des études supplémentaires sont nécessaires pour

déterminer les charges de travail bTRIMP et eTRIMP et leurs relations, durant les interventions

de lutte contre les incendies.

Il est également possible de quantifier subjectivement la charge de travail interne (sRPE) en

multipliant la note du RPE par la durée de l'exercice (Foster et al. 2001). La méthode sRPE a

été validée et présente des relations significatives avec les méthodes basées sur la FC (Foster et

al. 2001; Manzi et al. 2010; Scanlan et al. 2014a; McLaren et al. 2018). En raison de sa

simplicité d'utilisation, cette méthode a été largement utilisée pour quantifier une charge interne

dans divers sports (Manzi et al. 2010; Rogalski et al. 2013; Scanlan et al. 2014b; Tabben et al.

2015; Iturricastillo et al. 2016). Bouzigon et al. (2015) ont également quantifié la charge de

travail sRPE durant les diverses tâches en service des sapeurs-pompiers. L'effort perçu est

influencé par des facteurs physiologiques et psychologiques (Noble 1996; Pageaux 2016). Par

consequent, il serait particulièrement interessant d’etudier la charge de travail sRPE lors des

interventions de lutte contre l'incendie, qui conduisent à un stress psychophysiologique.

Enfin, la charge de travail indirecte peut être évaluée par l'état de récupération immédiatement

après l'exercice en surveillant la VFC post-exercice (Impellizzeri et al. 2019). Plus

spécifiquement, la VFC post-exercice est influencee par differents facteurs tels que l’intensite

de l’exercice (Stanley et al. 2013), l’accumulation de metabolites sanguins (Buchheit et al.

2007a), la duree ou la modalite d’exercice (Michael et al. 2017b, 2018) et a été utilisée comme


112

facteur pronostique de la morbidité cardiaque (Cole et al. 1999).

Dans le domaine du sport, la quantification de la charge de travail aide les entraîneurs à prévenir

la fatigue extrême et à réduire le risque de blessure. À notre connaissance, une seule étude a

quantifié de la charge de travail chez les sapeurs-pompiers à partir de méthodes basées sur la

FC ou le RPE (Bouzigon et al. 2015). Par conséquent, la présente étude visait à déterminer 1)

l'effet de trois EPI portés lors d'une intervention simulée de lutte contre les incendies sur la

charge de travail, déterminée à partir de méthodes basées sur la FC, le RPE, la VFC et les

accélérations ; et 2) les relations entre les valeurs de charge de travail quantifiées à partir de ces

méthodes. Nous avons émis l'hypothèse que les charges de travail mesurées seraient différentes

selon le type d’EPI en raison de l'influence des équipements de protection sur le stress

psychophysiologique. Ensuite, nous avons l'hypothèse que les méthodes de quantification de la

charge de travail utilisées dans cette étude présenteraient des relations significatives.

2.2.2 Méthodologie

Approche expérimentale du problème

Le protocole de la presente etude etait le même que celui presente dans l’etude n°1. Cette étude

repose sur une conception croisée randomisée afin de determiner l’effet des EPI sur la charge

de travail des sapeurs-pompiers durant une intervention simulée.

Participants

Afin d’eviter toute redondance dans les resultats entre les differentes etudes, seuls les hommes

ayant participé à cette expérimentation ont été intégrés dans la présente étude. Par conséquent,

22 hommes sapeurs-pompiers ont été comptabilisés dans cette étude (âge : 36±7 ans ; taille :

178±6 cm ; poids : 75±9 kg ; IMC : 24±2 kgm-2).

Procédures

Les procédures expérimentales ont déjà été détaillées dans la section « procédures » de l’etude

n°1. Brièvement, les quatre conditions experimentales de l’etude etaient les suivantes :

- Un test intermittent incrémental maximal (condition IFT)

- Trois interventions simulées de lutte contre les incendies, différenciées par les EPI : la

condition PPC, composee des vêtements de protection contre l’incendie ; la condition

ARIb, composee des vêtements de protection plus de la bouteille d’air de l’ARI ; la


113

condition ARIc, composée des vêtements de protection plus de l’ARI complet, incluant

la bouteille d’air, le microregulateur et le masque.

Les interventions simulees se composaient d’une succession de differentes tâches que les

sapeurs-pompiers devaient réaliser le plus rapidement possible.

Durant les quatre conditions expérimentales, les participants étaient équipés de t-shirts

connectés qui recueillaient les signaux physiologiques (FC, VFC) et les accélérations dans les

trois axes (x, y, z). A l’issue des trois interventions simulees, le RPE etait recueilli a l’aide de

l’echelle CR-10.

Pour cette étude, la charge de travail a ensuite été calculée à partir des méthodes bTRIMP,

eTRIMP, sRPE, VFC post-exercice et les méthodes basées sur les accélérations.

Les charges de travail basées sur les accélérations

Afin de quantifier la charge de travail externe, les méthodes basées sur les accélérations étaient

les suivantes : la charge d'accélération moyenne (CAmoy en unités arbitraires [UA]), définie

comme la racine carrée de la somme des carrés des accélérations dans chacun des trois axes

(√𝑥2 + 𝑦2 + 𝑧2 ; où x, y, z sont les accelerations de l’axe vertical, longitudinal et lateral,

respectivement) ; la charge d’acceleration par minute (CAmin, UA), qui correspond à la CAmoy

divisee par la duree de realisation de l’exercice ; et la charge d'accélération définie à partir des

différentes zones d'intensité des mouvements (CAzone, UA), qui correspond au temps passé dans

chacune des cinq zones d’accelerations multiplie par un coefficient attribué à chaque zone. Les

différentes zones ont été sélectionnées a partir des resultats obtenus dans l’etude n°1 et

correspondaient aux tâches specifiques realisees durant l’intervention simulee, comme présenté

dans la Figure 17 (zone 1: 0.01–0.29 ms2 – coefficient 1; zone 2: 0.3–0.59 ms2 – coefficient 2;

zone 3: 0.6–0.79 ms2 – coefficient 3; zone 4: 0.8–0.89 ms2 – coefficient 4; zone 5: >0.9 ms2 –

coefficient 5).

Les charges de travail basées sur la FC

La charge de travail proposée par Banister (1991) (bTRIMP, UA) a été calculée à partir de la

formule suivante :

bTRIMP = temps de réalisation (min) × 𝑥 × 0,64℮1,92x

Où ℮ est la base du logarithme népérien, 1,92 est une constante attribuée aux hommes et 𝑥 est

égal à (FC moyenne – FC de repos) / (FCmax – FC de repos).


114

La charge de travail proposée par Edwards (1993) (eTRIMP, UA) était calculée à partir du

temps passé dans cinq zones d'intensité multiplié par un coefficient attribué à chaque zone (50–

59% de la FCmax = 1; 60–69% de la FCmax = 2; 70–79% de la FCmax = 3; 80–89% de la FCmax

= 4; 90–100% de la FCmax = 5).

La charge de travail basée sur le RPE

La charge de travail proposée par Foster et al. (2001) (sRPE, UA) a été calculé comme le produit

du temps de réalisation (minutes) et de l'intensité de l’effort perçue en utilisant les scores de

l'échelle CR-10 (Borg 1998).

La charge de travail basée sur la VFC

La charge de travail indirecte a ete evaluee a partir de l’analyse de la VFC entre les minutes 5

à 10 post-exercice (Task Force 1996). La bande des hautes fréquences (HF, ms2) qui s’etend

entre 0,15 et 0,40 Hz a ete selectionnee dans cette etude afin d’evaluer la réactivation

parasympathique cardiaque post-exercice (Yamamoto et al. 1995). Cette mesure a été

consideree comme une mesure indirecte de la charge de travail avec l’analyse de la réponse

post-exercice à la charge interne (Impellizzeri et al. 2019).

Analyse statistique

Toutes les données sont exprimées sous forme de moyenne ± ET. Toutes les données collectées

ont été analysées à partir du logiciel XLSTAT 2013 (Addinsoft SARL, Paris, France). La

normalite de l’échantillon de données a été vérifiée avec le test de Shapiro-Wilk. L’egalite de

variance entre les échantillons a été vérifiée avec le test de Barlett. Lorsque que l’echantillon

ne suivait pas une loi normale (HF), une transformation logarithmique (ln) a été appliquée

(lnHF). Les differences entre les trois conditions d’equipements de protection ont été analysées

avec une ANOVA à mesures répétées avec comme facteur répété le facteur condition (PPC,

ARI, ARIb). Lorsque le resultat de l’ANOVA etait significatif, le test post-hoc de Fisher était

applique. L’analyse de la taille de l’effet d de Cohen (ES) a été effectuée pour déterminer

l’ampleur des effets entre les trois conditions d’equipement pour chaque methode de charge de

travail séparément. Un ES <0,20 était classé comme trivial, un ES compris entre 0,20 et 0,40

était classé comme petit, un ES compris entre 0,50 et 0,79 était classé comme modéré et un ES

>80 était classé comme grand. Les corrélations de Pearson ont été utilisées afin de déterminer

les relations entre les charges de travail internes, externes et indirectes. L’ampleur des

corrélations a été classifiée selon les critères de Hopkins


115

(http://www.sportsci.org/resource/stats/effectmag.html), où : r = 0 - 0,10 était trivial, r = 0,11 -

0,30 était petit, r = 0,31 - 0,50 était modéré, r = 0,51 - 0,70 était grand, r = 0,71 - 0,90 était très

grand et r = 0,91 - 1 était presque parfait. L’analyse statistique a ete realisee a l’aide du logiciel

XLSTAT 2013 (Addinsoft SARL, Paris, France) et les ES ont été calculés à l'aide d'une feuille

de calcul disponible sur : https://www.cem.org/effect-size-calculator. La signification

statistique était fixée à p < 0.05.

2.2.3 Résultats

Le Tableau 5 montre la durée de réalisation, la FC et le RPE pour les conditions PPC, ARIb et

ARIc. Le temps de réalisation moyen, la FC moyenne et le RPE étaient significativement

inférieurs dans la condition PPC que dans les conditions ARIb et ARIc. Le RPE était

significativement supérieur dans la condition ARIc que dans la condition ARIb (p < 0,05).

Tableau 5. Durée de réalisation, FC et RPE pour les trois conditions d'équipement

PPC ARIb ARIc

Durée de réalisation (s) 650,0 ± 91,9 774,5 ± 130,2 ** 817,3 ± 125,7 ***

FC moyenne (%FCmax) 84,3 ± 4,0 86,8 ± 2,8 * 87,5 ± 4,0 *

RPE 6,1 ± 1,5 7,0 ± 1,3 * 7,9 ± 1,2 *** #

Moyenne ± ET sont présentés pour les conditions PPC, ARIb et ARIc. * : différence significative

vs condition PPC (p <0,05) ; ** : différence significative vs condition PPC (p <0,001) ; ***:

différence significative vs condition PPC (p <0,0001) ; # : différence significative vs condition

ARIb (p <0,05).

Le Tableau 6 montre les charges de travail basees sur les methodes d’acceleration, bTRIMP,

eTRIMP, sRPE et de VFC post-exercice. La VFC post-exercice était la seule méthode à

presenter des valeurs non significativement differentes entre les trois conditions d’equipement.

Le Tableau 7 presente les differences qualitatives entre les trois conditions d’equipement pour

les charges de travail basees sur les methodes d’acceleration, bTRIMP, eTRIMP, sRPE et de

VFC post-exercice. Comme pour le Tableau 6, les comparaisons qualitatives ont révélé que la

VFC post-exercice était la seule méthode à ne montrer que des ES trivials entre les trois

conditions d’equipement. De plus, la methode sRPE etait la seule methode à présenter des ES

grands entre toutes les conditions d’equipement.


116

Tableau 6. Charges de travail internes, externes et indirectes pour les trois conditions

d’équipement

PPC ARIb ARIc

bTRIMP (UA) 18,5 ± 4,3 25,4 ± 5,8 * 27,0 ± 7,1 *

eTRIMP (UA) 584,3 ± 83,3 707,0 ± 131,6 * 754,7 ± 121,1 *

sRPE (UA) 66,2 ± 17,0 89,5 ± 14,4 * 106,8 ± 21,5 * #

lnHF (ms2) 2,09 ± 1,24 2,01 ± 1,03 2,11 ± 1,18

CAmoy (UA) 5,8 ± 0,5 4,5 ± 0,5 * 4,5 ± 0,6 *

CAzone (UA) 1133,5 ± 89,3 942,6 ± 101,1 * 938,3 ± 134,0 *

CAmin (UA) 22,1 ± 4,4 15,6 ± 2,8 * 14,8 ± 2,6 *

Moyenne ± ET sont présentés pour les conditions PPC, ARIb et ARIc. * : différence significative

vs condition PPC (p <0,0001) ; # : différence significative vs ARIb (p <0,01).

Tableau 7. Comparaisons qualitatives des charges de travail entre les trois conditions

d'équipement

PPC vs ARIb PPC vs ARIc ARIb vs ARIc

bTRIMP 1,35 (grand) ± 0,55 1,45 (grand) ± 0,56 0,25 (small) ± 0,50

eTRIMP 1,33 (grand) ± 0,55 1,64 (grand) ± 0,57 0,38 (small) ± 0,50

sRPE 1,48 (grand) ± 0,56 2,09 (grand) ± 0,61 0,95 (grand) ± 0,52

lnHF 0,07 (trivial) ± 0,50 0,02 (trivial) ± 0,50 0,09 (trivial) ± 0,50

CAmoy 2,60 (grand) ± 0,67 2,35 (grand) ± 0,64 0,18 (trivial) ± 0,50

CAzone 2,00 (grand) ± 0,60 1,71 (grand) ± 0,58 0,04 (trivial) ± 0,50

CAmin 1,76 (grand) ± 0,58 2,02 (grand) ± 0,61 0,30 (petit) ± 0,50

ES (description) ± intervalles de confiance (90%) sont présentés pour les conditions PPC, ARIb

et ARIc.

Les correlations entre les charges de travail basees sur les methodes d’acceleration, bTRIMP,

eTRIMP, sRPE et de VFC post-exercice sont présentées dans le Tableau 8, avec les trois

conditions d’equipement analysees ensemble. Des corrélations positives significatives ont été

observées entre la méthode sRPE et les méthodes bTRIMP et eTRIMP (corrélations grandes et

très grandes). Des corrélations positives significatives ont été observées entre les méthodes


117

CAmoy, CAmin et CAzone (de modérées à très importantes). Enfin, des corrélations inverses

significatives ont été observées entre les méthodes internes (méthodes sRPE, bTRIMP et

eTRIMP) et externes (méthodes CAmoy et CAmin).

Tableau 8. Matrice de corrélation entre les charges de travail internes, externes et indirectes

bTRIMP eTRIMP sRPE lnHF CAmoy CAzone CAmin

bTRIMP 1

0,757

***

0,579

***

- 0,338

*

- 0,433

**

- 0,118

- 0,597

***

eTRIMP

Très

grand

1

0,668

***

- 0,168

- 0,398

**

0,014

- 0,795

***

sRPE Grand Grand 1

- 0,185

- 0,441

**

- 0,227

- 0,628

***

lnHF Modéré Petit Petit 1

- 0,062

- 0,137

- 0,015

CAmoy Modéré Modéré Modéré Trivial 1

0,678

***

0,741

***

CAzone Petit Trivial Petit Petit Grand 1

0,417

**

CAmin Grand

Très

grand

Grand Trivial

Très

grand

Modéré 1

Corrélations significatives avec : * p < 0,01 ; ** p < 0,005 ; *** p < 0,0001.


118

2.2.4 Discussion

À ce jour, très peu de recherches ont étudié la charge de travail des sapeurs-pompiers ; de plus,

sa quantification simultanée à l'aide de méthodes externes et internes n'avait encore jamais été

investiguée. Cette étude est donc la première à analyser les relations entre les méthodes externes

et internes de quantification de la charge de travail chez les sapeurs-pompiers. Bien que l'effet

du port des EPI sur les réponses physiologiques, biomécaniques et psychologiques ait déjà été

analysé (FC, accélérations, RPE), son influence sur la charge de travail des sapeurs-pompiers

dans des conditions écologiques n'a jamais été étudiée. Le premier résultat de cette étude était

que les méthodes bTRIMP, eTRIMP et sRPE ont montré que la charge de travail était

augmentée avec le port de l’ARI (conditions ARIb et ARIc) en plus des vêtements de protection

(condition PPC). Inversement, les charges de travail basées sur les accélérations étaient plus

élevées pour la condition PPC que pour les conditions ARIb et ARIc. Deuxièmement, la

méthode sRPE était la seule à révéler une charge de travail plus élevée pour la condition ARIc

en comparaison de la condition ARIb. Enfin, la méthode bTRIMP était la seule méthode

corrélée à l'indice lnHF post-exercice.

La quantification de la charge de travail à partir des méthodes basées sur la FC a révélé que

durant une intervention simulee, l’ARI, avec et sans le microregulateur, augmente la charge de

travail bTRIMP et eTRIMP en comparaison de la condition PPC (Tableau 6). Cette

augmentation de la charge de travail basée sur la FC était très probablement due à

l'augmentation significative du temps de réalisation et de la FC d'exercice dans les conditions

ARIb et ARIc par rapport à la condition PPC. Ce résultat suggère que l'augmentation de la charge

de travail basée sur la FC, pourrait principalement être provoquée par la surcharge de l’ARI, et

non pas par l’utilisation du microregulateur respiratoire. Ces résultats sont en accord avec les

resultats de l’etude n°1 et ceux d’etudes precedentes, qui ont rapporte que la surcharge de l’ARI

augmentait la FC de l'exercice (Louhevaara et al. 1985; Marcel-Millet et al. 2018). Enfin,

l’absence de différence dans la charge de travail mesurée par les méthodes bTRIMP et eTRIMP

suggère que cette augmentation de la FC est principalement due au poids de l’ARI plutôt qu'à

la résistance respiratoire du microrégulateur. Cette hypothèse semble être confirmée par les

resultats d’études antérieures qui indiquaient que le microrégulateur de l’ARI n'augmentait pas

la FC d’exercice des sapeurs-pompiers (Louhevaara et al. 1985; Marcel-Millet et al. 2018).


119

De plus, les résultats de cette étude ont révélé que la charge de travail sRPE était supérieure

dans les conditions ARIb et ARIc en comparaison de la condition PPC. Cette augmentation était

probablement due à l'augmentation significative de la duree de l’intervention simulée ainsi que

du RPE, ce qui suggère que le poids de l’ARI a augmenté la charge de travail subjective. Il a

été montre qu’une augmentation de la FC d’exercice pouvait être associee à une augmentation

du RPE (Noble 1996). Par conséquent, l'augmentation des réponses autonomes induite par la

surcharge de l’ARI (Tableau 5) peut expliquer la plus grande charge de travail sRPE dans les

conditions ARIb et ARIc par rapport à la condition PPC. En outre, la méthode sRPE a également

montré une charge de travail supérieure dans la condition ARIc en comparaison de la condition

ARIb. Cette augmentation etait principalement provoquee par l’augmentation du RPE,

suggérant ainsi que le microrégulateur à lui seul influence la charge de travail subjective. Ce

resultat est en accord avec l’augmentation du RPE observee dans l’etude n°1. Il a ete montre

qu’en plus d’autres feedbacks afferents, une difficulte respiratoire peut avoir une influence

majeure sur le RPE (Noble 1996; Marcora 2009). Or, le microregulateur de l’ARI augmente le

travail de la respiration, diminue la ventilation et diminue le volume courant (Eves et al. 2005;

Butcher et al. 2006). Par conséquent, la résistance expiratoire provoquée par le microrégulateur

dans la condition ARIc pourrait expliquer l’augmentation de la charge de travail sRPE en

comparaison de la condition ARIb. Ces résultats suggèrent que la méthode sRPE est plus

sensible que les méthodes bTRIMP et eTRIMP afin de mettre en évidence le stress induit par

la résistance respiratoire de l’ARI.

En ce qui concerne les charges de travail basées sur les accélérations, les charges CAmoy, CAmin

et CAzone étaient plus faibles dans les conditions ARIb et ARIc que dans la condition PPC. Ces

résultats diffèrent des résultats observés avec la charge de travail interne, avec une diminution

de la charge de travail externe avec le port de l’ARI. Cela indique que la surcharge de l’ARI a

diminué les mouvements des sapeurs-pompiers, diminuant ainsi la charge de travail externe

quantifiée par les accélérations. Il a déjà été démontré que le poids de l’ARI affecte

négativement le pattern de la marche des sapeurs-pompiers (Park et al. 2010), accentue leur

balance latérale (Hur et al. 2015) et diminue leur équilibre fonctionnel (Kesler et al. 2018) en

conditions de laboratoire. De plus, il a été montré que les EPI des sapeurs-pompiers réduisaient

l'amplitude des mouvements par rapport à des vêtements légers (Park et al. 2010) et l'utilisation

d'un ARI plus leger a permis d’augmenter la mobilite par rapport a un ARI conventionnel (Park

et al. 2011). Par conséquent, notre étude a montre qu’en condition ecologique, la charge de


120

travail externe mesuree par les accelerations reflète les consequences negatives du port de l’ARI

pour le sapeur-pompier.

En ce qui concerne l’analyse de la VFC post-exercice, aucune différence n'a été trouvée entre

les trois conditions d’equipements de protection (Tableau 6). La quantification indirecte de la

charge de travail, à travers un indice de la réactivation parasympathique cardiaque, ne semble

pas suffisamment sensible pour détecter une différence entre les différentes conditions d’EPI.

Les resultats de l’etude n°1 avaient montre une perturbation parasympathique importante durant

la phase post-intervention, en comparaison à un test de condition physique maximal. La

réactivation cardiaque parasympathique est influencée par différents facteurs, comme

l’intensite (Stanley et al. 2013) et la modalite d’exercice (Michael et al. 2018), l’accumulation

de métabolites sanguins (Buchheit et al. 2007a) et le stress thermique (Peçanha et al. 2017b),

mais son évaluation grâce à la VFC ne semble pas adaptée à la quantification de la charge de

travail des sapeurs-pompiers.

Les résultats de cette étude soutiennent la relation entre les méthodes sRPE et les méthodes

basées sur la FC comme précédemment rapporté par des études menées dans le domaine du

sport. Alors que la corrélation entre le sRPE et les méthodes bTRIMP et eTRIMP a été

largement rapportée dans des études menées avec des sportifs (Impellizzeri et al. 2004; Manzi

et al. 2010; Scanlan et al. 2014a; Tabben et al. 2015; Iturricastillo et al. 2016), c’est la première

fois que ce résultat est observé chez les sapeurs-pompiers. Dans cette étude, les valeurs des

coefficients de corrélation allaient de grands à très grands (r = 0.579 – 0.757 ; Tableau 8) et

étaient proches de ceux précédemment observées dans diverses activités sportives, comme les

coefficients de grands à très grands observés en basketball (r = 0.69–0.89) (Manzi et al. 2010;

Scanlan et al. 2014a) et en basket fauteuil (r = 0.63–0.67) (Iturricastillo et al. 2016), les

coefficients de moyens à très grands relevés en football (r = 0.50–0.85 ) (Impellizzeri et al.

2004) ou encore les coefficients de très grands à presque parfaits mesurés en karaté (r = 0.65–

0.95) (Tabben et al. 2015). Nos résultats confirment la pertinence de la méthode sRPE pour

quantifier la charge de travail interne des sapeurs-pompiers en mesurant les composantes

psychologiques et physiologiques du stress. Pour garantir de bonnes données sur le RPE, la

normalisation des procédures doit être assurée. Précédemment, Pageaux avait dévoilé un certain

nombre d'instructions pour recueillir le RPE dans de bonnes conditions, comme prévoir une

session de familiarisation au préalable, un rappel de la définition de l'effort avant chaque mesure


121

et une description spécifique sur la façon d'évaluer le RPE en fonction du type d'exercice

(Pageaux 2016).

À notre connaissance, cette étude est la première à quantifier la charge de travail externe basée

sur les accélérations des sapeurs-pompiers ; dans le domaine sportif, la mesure des accélérations

est généralement utilisée pour quantifier la charge de travail externe (Scanlan et al. 2014b;

Vlantes and Readdy 2017; Luteberget et al. 2018). Cependant, nos résultats étaient inattendus

car ils présentent une corrélation inverse entre les charges de travail internes et externes

(Tableau 8). Plus les charges de travail externes sont élevées plus les charges internes

diminuent. Ainsi, les résultats actuels ne corroborent pas les résultats précédemment rapportés

dans les études sportives, qui ont trouvé des corrélations positives entre les charges de travail

internes et externes (Bartlett et al. 2017; McLaren et al. 2018). Cependant, les relations entre

les charges internes et externes observées précédemment semblaient dépendre des paramètres

analysés. En effet, les charges externes basées sur la quantification des distances en course à

pied ont montré de plus fortes correlations avec les charges internes que lorsqu’elles etaient

basées sur les accélérations (Scanlan et al. 2014b; McLaren et al. 2018). De plus, l'ampleur des

corrélations pourrait dépendre des modalités d'exercice (McLaren et al. 2018); or, les activités

des sapeurs-pompiers comprennent une grande variété de mouvements et de tâches (ramper,

transporter des charges), avec un équipement spécifique (ARI) dans divers environnements (se

déplacer dans des espaces restreints, avec des températures élevées, etc.). Par exemple, pour la

même distance parcourue, le poids déplacé par un sapeur-pompier est plus élevé avec l’ARI

que sans, mais cela ne se reflète pas dans la charge de travail externe. Il est probable que les

accélérations ne tiennent pas compte de toutes ces contraintes, autres que la simple locomotion.

Enfin, en ce qui concerne le niveau de récupération, les lnHF n'étaient significativement

corrélés qu’à la charge de travail bTRIMP (Tableau 8). La méthode bTRIMP est basée sur la

FC d’exercice moyenne (Banister 1991) et les HF sont considérées comme un marqueur de

l’activite parasympathique cardiaque (Yamamoto et al. 1995; Task Force 1996). Par

conséquent, les résultats de notre étude suggèrent que la réactivation parasympathique

cardiaque mesurée par les HF était liée à l'intensité de l'exercice précédent. Cela est cohérent

avec les résultats rapportés précédemment, qui ont démontré que l'intensité de l'exercice

influençait la réactivation parasympathique cardiaque post-exercice (Stanley et al. 2013).

Cependant, dans notre étude, aucune relation n'a été trouvée entre les lnHF et d'autres méthodes

de quantification de la charge de travail (internes et externes). Par conséquent, la quantification


122

indirecte de la charge de travail, basee sur l’analyse de la VFC post-exercice, ne semble pas

appropriée pour la quantification de la charge de travail liée aux interventions des sapeurs-

pompiers.

Cette étude présente plusieurs limites. Tout d'abord, tous les participants n'étaient pas familiers

avec l’evaluation du RPE, même si l'échelle CR10 a été montrée et expliquée aux participants

lors de la séance d'habituation réalisée en debut d’experimentation. En ce qui concerne

l'utilisation des accélérations pour quantifier la charge externe, une des limites est liée à la

l’utilisation du temps passé dans les différentes zones d'accélération. Des études futures sont

nécessaires pour déterminer quelles zones seraient les plus appropriées pour la quantification

de la charge de travail à partir des accélérations durant les interventions de lutte contre

l'incendie.

2.2.5 Conclusion et applications pratiques

En conclusion, cette étude a analysé la charge de travail que représente une intervention simulée

de lutte contre les incendies, réalisée avec différents EPI, en utilisant des méthodes objectives

et subjectives ; elle a également permis d’observer les relations entre ces différentes méthodes

de quantification de la charge de travail. Nos résultats ont révélé que le port de la bouteille d’air

de l’ARI augmentait les charges de travail bTRIMP, eTRIMP et sRPE. Cependant, le

microrégulateur de l’ARI n'a fait augmenter que la charge de travail sRPE ; ce résultat soutient

l'utilisation d’une méthode subjective pour prendre en compte le stress psychologique lié à

l’equipement. À l'inverse, l’ARI a diminué la charge de travail externe, mesurée par les

accélérations. Des corrélations significatives ont été trouvées entre les méthodes basées sur la

FC et la méthode sRPE. Des corrélations significatives ont également été trouvées entre les

trois charges de travail basées sur les accélérations, mais des relations inverses ont été mesurées

entre les charges de travail internes (méthodes sRPE, bTRIMP, eTRIMP) et externes (méthodes

CAmin et CAmoy). Les paramètres basés sur les mesures d'accélération sélectionnées dans cette

étude ne semblent pas pertinents pour quantifier la charge de travail externe des interventions

de lutte contre les incendies. Enfin, la charge de travail indirecte, mesurée par la VFC post-

exercice, n'était corrélée qu'à la charge de travail bTRIMP.

Les résultats de cette étude suggèrent que (a) la méthode sRPE semble la plus adaptée aux

missions des sapeurs-pompiers en raison de sa sensibilité à leurs différents EPI ; (b) c'est une

méthode simple, avec des explications et des coûts minimes, qui permet une mise en place


123

régulière sur le terrain ; (c) cette méthode permettrait un suivi quotidien de la charge de travail

des sapeurs-pompiers et (d) avec une instruction minimale des officiers et/ou sous-officiers,

cette quantification pourrait faire partie des rapports remplis en fin d'intervention. Par ailleurs,

une charge de travail externe quantifiée par les accélérations dépend probablement du mode de

locomotion (McLaren et al. 2018), et elle ne semble pas adaptée aux mouvements liés aux

tâches spécifiques des sapeurs-pompiers et à l'équipement qu'ils portent.


124

2.3 Étude n°3 : La condition physique des sapeurs-pompiers influence-t-elle leur

réactivation parasympathique cardiaque ? Analyse avec la variabilité de la fréquence

cardiaque post-exercice par des mesures à court terme et très court terme

2.3.1 Introduction

Les recommandations pour l’analyse classique a court terme de la VFC comprennent une

période de stabilisation de 5 minutes suivie d’une periode d’analyse de 5 minutes (mesure de

référence) (Task Force 1996). Récemment, des études ont montré que l'analyse de la VFC post-

exercice à partir de segments de 1 minute après une période de stabilisation de 5 minutes a

abouti à des niveaux acceptables de fiabilité en comparaison du segment de 5 minutes de

référence (Esco and Flatt 2014; Esco et al. 2018). Cependant, une analyse à très court terme n'a

jamais été menée avec une période de stabilisation plus courte. Afin d'étendre l'utilisation de

l'analyse de la VFC dans différentes activités professionnelles (telles que les interventions de

lutte contre les incendies), il est important de réduire la durée nécessaire pour l’évaluation de

la réactivation parasympathique cardiaque. Avant d'envisager une analyse post-exercice à très

court terme du RMSSD, la fiabilité de cette analyse doit être testée. De plus, pour être

pertinente, l’analyse du RMSSD à très court terme doit être aussi sensible que l’analyse de

référence pour révéler le stress physiologique survenu durant l’exercice qui la precède et ainsi

révéler l’etat de recuperation des sapeurs-pompiers. Ce dernier point est particulièrement

important car les différents types d’EPI que portent les sapeurs-pompiers sont connus pour

induire différents niveaux de stress physiologique (Barr et al. 2010; Cheung et al. 2010).

Actuellement, peu de données sont disponibles sur la réactivation parasympathique cardiaque

des sapeurs-pompiers et plus particulièrement sur l'impact de leur condition physique. De plus,

la période post-exercice de 10 minutes recommandee pour l’analyse de la VFC (Task Force

1996) peut ne pas être une période de temps appropriée pour une analyse avec des sapeurs-

pompiers, dans un cadre écologique avec des contraintes de temps. Ainsi, des procédures

raccourcies pour mesurer la VFC sur le terrain, comme l'analyse à très court terme, pourraient

être bénéfiques. Par conséquent, la présente étude visait à tester la fiabilité de l’analyse post-

exercice du RMSSD à très court terme, réalisée après différentes périodes de stabilisation (de

0 à 5 minutes de stabilisation) en comparaison du segment de référence de 5 minutes. Le

deuxième objectif de cette étude était de tester la sensibilité de ces deux méthodes pour révéler


125

des différences dans la réactivation parasympathique entre différentes conditions

expérimentales d'exercice. Enfin, le troisième objectif de l'étude était l’analyse de l'importance

de la condition physique sur la réactivation parasympathique cardiaque et les performances des

sapeurs-pompiers lors d'une intervention simulée de lutte contre les incendies. L'hypothèse

émise était que la réactivation parasympathique cardiaque serait différente selon le niveau de

condition physique des sapeurs-pompiers et que l’analyse a très court terme du RMSSD pourrait

fournir des mesures précises qui permettraient de révéler des différences après différentes

conditions d’exercice.

2.3.2 Méthodologie

Participants

Les 28 participants dont le recueil des données physiologiques était complet ont été intégrés à

cette etude. Afin d’evaluer l’effet du niveau de condition physique sur la réactivation

parasympathique cardiaque et les performances des sapeurs-pompiers, les participants ont été

divisés en deux groupes à partir de leur VIFT. La VIFT médiane de l'ensemble du groupe (VIFT =

18 kmh-1) a été utilisée pour répartir les sujets dans les deux groupes. Quatre des 28 participants

avaient une VIFT égale à la VIFT médiane et ont donc ete exclu de l’etude. Le premier groupe

était composé des participants ayant la meilleure condition physique (groupe HPF [higher

physical fitness] : VIFT >18 kmh-1 ; hommes = 10 ; femmes = 2 ; VO2max : 56,8±3,1 mLmin-

1kg-1 ; âge : 34,0±5,7 ans ; taille : 177,8±6,2 cm ; poids : 76,3±8,0 kg). Le second groupe était

composé des participants ayant la moins bonne condition physique (groupe LPF [lower

physical fitness] : VIFT < 18 kmh-1 ; hommes = 8 ; femmes = 4 ; VO2max : 49,4±3,0 mLmin-

1kg-1 ; âge : 35,6±7,5 ans ; taille : 173,6±6,5 cm ; poids : 71,6±11,6 kg).

Procédures

Les procédures expérimentales utilisées dans cette étude ont déjà été décrites précisément dans

la section « protocole expérimental » de l’etude n°1. Brièvement, les quatre sessions

expérimentales étaient les suivantes :

- Un test intermittent incrémental maximal (la condition IFT)

- Trois interventions simulées de lutte contre les incendies, différenciées par les EPI : la

condition PPC, composee des vêtements de protection contre l’incendie ; la condition

ARIb, composée des vêtements de protection plus de la bouteille d’air de l’ARI ; la


126

condition ARIc, composee des vêtements de protection plus de l’ARI complet, incluant

la bouteille d’air, le microregulateur et le masque.

Les interventions simulees se composaient d’une succession de differentes tâches que les

sapeurs-pompiers devaient réaliser le plus rapidement possible.

Pour la présente étude, les variables considérées ont été les suivantes :

- L’IFT a permis de determiner les deux sous-groupes, la FCmax et d’estimer la VO2max

des participants

- Durant les trois interventions simulées, la FCpic, la FCmoy et le RPE ont été enregistrés.

De plus, les performances des sapeurs-pompiers étaient déterminées à partir de la durée

de réalisation de l’intervention simulee.

- Pour les quatre conditions expérimentales (IFT, PPC, ARIb, ARIc), l’analyse des

intervalles RR a été réalisée durant les périodes pré et post-exercice. Pour la période

pré-exercice, l’indice RMSSD a ete calcule durant les minutes 5 a 10, après une periode

de 5 minutes de stabilisation. Pour la période post-exercice, l’indice RMSSD a ete

calcule a partir d’une analyse a très court terme, à partir de segments de 1 minute, sur

les périodes post-exercice suivantes : des minutes 0 à 1 (min-1), des minutes 1 à 2 (min-

2), des minutes 2 à 3 (min-3), des minutes 3 à 4 (min-4), des minutes 4 à 5 (min-5), des

minutes 5 à 6 (min-6). L’indice RMSSD a egalement ete calcule a partir de l’analyse

classique sur une période de 5 minutes, des minutes 5 à 10 (mesure de référence ;

lnRMSSD5-10min).

Analyse statistique

Toutes les données sont exprimées sous forme de moyenne ± ET. La normalite de l’echantillon

de données a été vérifiée avec le test de Shapiro-Wilk. Lorsque que l’echantillon ne suivait pas

une loi normale (RMSSD), une transformation logarithmique (ln) a été appliquée (lnRMSSD).

Pour déterminer la fiabilité de la VFC à très court terme, des tests t appariés ont été utilisés pour

comparer chaque segment de 1 minute avec le segment de référence de 5 minutes. De plus,

toujours pour déterminer la fiabilité des mesures à très court terme en comparaison de la mesure

à court terme, le coefficient de corrélation intra-classe (ICC), l’erreur typique de mesure (TEM)

et l’analyse de Bland-Altman (Biais et limites d’agrement [LoA]) ont également été déterminés

pour les 24 participants. Un ICC compris entre 0 et 0,30 était considéré comme petit, entre 0,31

et 0,49 comme modéré, entre 0,50 et 0,69 comme grand, entre 0,70 et 0,89 comme très grand

et entre 0,90 et 1 comme presque parfait (Hopkins et al. 2009). Afin de déterminer la sensibilité


127

des segments de 1 minute, les différences entre les quatre sessions expérimentales pour chaque

segment de 1 minute ainsi que pour le segment de référence ont été analysées a partir d’une

ANOVA à mesures répétées à un facteur, avec le facteur condition (IFT, PPC, ARIb et ARIc).

Afin de vérifier si le lnRMSSD pré-exercice influence les valeurs post-exercice, une ANOVA

à mesures répétées à deux facteurs, avec le facteur condition (IFT, PPC, ARIb et ARIc) et le

facteur groupe (groupes HPF et LPF), a été appliquée sur le lnRMSSD pré-exercice. Une

ANOVA à mesures répétées à deux facteurs, avec le facteur condition (IFT, PPC, ARIb et ARIc)

et le facteur groupe (groupes HPF et LPF) a ete utilisee afin de determiner l’influence de la

condition physique des sapeurs-pompiers sur le lnRMSSD5-10min post-exercice. Lorsque le

resultat de l’ANOVA etait significatif, le test post-hoc de Fisher etait applique. L’analyse de la

taille de l’effet d de Cohen (ES) a été effectuée pour déterminer l'ampleur des effets entre les

quatre conditions expérimentales (IFT, PPC, ARIb et ARIc) sur le lnRMSSD5-10min post-exercice

pour les deux groupes de conditions physique (groupes HPF et LPF), séparément. Des tests t

appariés ont été utilisés pour analyser les différences dans les caractéristiques des participants

et leurs réponses aux conditions expérimentales (durée de réalisation, FC moyenne et

maximale, RPE) entre les deux groupes de condition physique. Les corrélations de Pearson ont

été utilisées pour déterminer la relation entre la VO2max et la VIFT avec les performances des

sapeurs-pompiers pour les trois interventions simulées (durée de réalisation). Toutes les

données collectées ont été analysées à partir du logiciel XLSTAT 2013 (Addinsoft SARL, Paris,

France), les ICC et les TEM ont été calculées à partir de la feuille de calcul de Hopkins

(disponible a l’adresse suivante : http://www.sportsci.org/index.html). La signification

statistique était fixée à p < 0,05. Un ES <0,20 était classé comme trivial, un ES compris entre

20,20 et 0,40 était classé comme petit, un ES compris entre 0,50 et 0,79 était classé comme

modéré et un ES >80 était classé comme grand.

2.3.3 Résultats

Les tableaux Tableau 9, Tableau 10, Tableau 11 etTableau 12 présentent la fiabilité entre l’analyse

du lnRMSSD a très court terme et l’analyse de reference à court terme, pour les conditions IFT,

PPC, ARIb et ARIc. Les ICC étaient très grands ou presque parfaits entre les segments de 1

minute et le lnRMSSD5-10min. Les résultats des tests t appariés n'ont révélé aucune différence

entre les mesures à très court terme et le lnRMSSD5-10min, a l’exception du segment min-1 dans

la condition IFT.

http://www.sportsci.org/index.html


128

Tableau 9. Fiabilité entre l’analyse à très court terme et l’analyse de référence du lnRMSSD pour la

condition IFT

Comparaison des

segments ICC [CI 95%] TEM [CI 95%] Test t Biais (LoA)

Référence vs min-1 0,33 [0,01; 0,60] (modéré) 0,43 [0,34; 0,57] p < 0,05 0,18 (1,10)

Référence vs min-2 0,43 [0,10; 0,67] (modéré) 0,39 [0,31; 0,51] p > 0,05 0,08 (0,99)

Référence vs min-3 0,67 [0,43; 0,82] (grand) 0,35 [0,28; 0,46] p > 0,05 0,02 (1,05)



Référence vs min-6 0,78 [0,60; 0,89] (très grand) 0,28 [0,23; 0,37] p > 0,05 0,09 (0,50)


condition PPC

Comparaison des




Référence vs min-3 0,91 [0,81; 0,95] (presque parfait) 0,16 [0,13; 0,22] p > 0,05 0,09 (0,91)





condition ARIb

Comparaison des





Référence vs min-4 0,48 [0,17; 0,70] (modéré) 0,42 [0,34; 0,56] p > 0,05 - 0,10 (1,17)




129


condition ARIc

Comparaison des



Référence vs min-2 0,34 [0,01; 0,61] (modéré) 0,41 [0,33; 0,54] p > 0,05 0,07 (1,14)





Le Tableau 13 présente les différences entre les quatre conditions expérimentales pour les

segments de 1 minute et le lnRMSSD5-10min. Le lnRMSSD5-10min était significativement inférieur

dans les conditions PPC, ARIb et ARIc en comparaison de la condition IFT (p < 0,05, p < 0,01

et p < 0,01, respectivement). L’analyse a très court terme du lnRMSSD etait inferieure dans les

segments min-3 et min-5 pour les conditions ARIb et ARIc en comparaison de la condition IFT

(p < 0,05), et elle était inférieure dans les segments min-4 et min-6 uniquement dans la condition

ARIc en comparaison de la condition IFT.

Tableau 13. Présentations des valeurs de lnRMSSD pour les conditions PPC, ARIb, ARIc et IFT

pour les 24 participants

lnRMSSD PPC

(plage)

ARIb

(plage)

ARIc

(plage)

IFT

(plage)

Référence 2,05 ± 0,54 *

(1,24 – 3,43)

1,99 ± 0,52 **

(1,22 – 3,18)

1,98 ± 0,40 **

(1,34 – 2,81)

2,43 ± 0,53

(1,39 – 3,32)

Min-1 2,09 ± 0,74

(1,26 – 4,20)

2,00 ± 0,59

(1,02 – 3,45)

1,95 ± 0,46

(1,32 – 3,19)

2,16 ± 0,50

(1,38 – 3,35)

Min-2 2,06 ± 0,53

(1,37 – 3,16)

2,09 ± 0,58

(1,24 – 3,52)

2,05 ± 0,58

(1,34 – 3,92)

2,25 ± 0,47

(1,23 – 3,31)

Min-3 2,14 ± 0,50

(1,37 – 3,74)

2,00 ± 0,57 *

(1,19 – 3,31)

1,96 ± 0,33 *

(1,44 – 2,51)

2,39 ± 0,64

(1,26 – 4,12)

Min-4 2,07 ± 0,57

(1,09 – 3,94)

2,09 ± 0,63

(1,23 – 3,73)

1,90 ± 0,37 *

(1,37 – 2,65)

2,27 ± 0,63

(1,24 – 4,18)

Min-5 2,15 ± 0,70

(1,25 – 4,19)

1,94 ± 0,50 *

(1,23 – 3,05)

1,92 ± 0,36 *

(1,34 – 2,53)

2,32 ± 0,70

(1,32 – 4,10)

Min-6 2,13 ± 0,73

(1,20 – 4,53)

1,99 ± 0,56

(1,14 – 3,32)

1,97 ± 0,46 *

(1,40 – 3,45)

2,30 ± 0,62

(1,23 – 3,70)

Différence vs IFT : *p < 0,05 ; **p < 0,01


130

Des relations significatives ont été trouvées entre la VIFT et la durée de réalisation de

l’intervention (r = –0,718, p < 0,001; r = –0,695, p = 0,000; r = –0,658, p = 0,000 pour les

conditions PPC, ARIb et ARIc, respectivement) ainsi qu’entre la VO2max et la durée de

réalisation de l’intervention (r = –0,484, p = 0.016; r = –0,601, p = 0,002; r = –0,511, p = 0,011

pour les conditions PPC, ARIb et ARIc, respectivement).

Le Tableau 14 présente les comparaisons entre les deux groupes de condition physique pour

chaque condition expérimentale. En raison de la faible sensibilité observée pour l'analyse de la

VFC à très court terme (Tableau 13), les donnees qui analysent l’effet de la condition physique

se limitent à l'analyse du segment de référence (lnRMSSD5-10min). La durée de réalisation de

l’intervention etait plus longue dans chaque condition experimentale pour le groupe LPF.


131

Tableau 14. Présentation des réponses pour chaque condition expérimentale pour chacun des

deux groupes de condition physique

Paramètre Groupe HPF (VIFT >18 kmh-1) Groupe LPF (VIFT <18 kmh-1)

Condition PPC

Temps de réalisation (s) 603,9 ± 85,4 684,9 ± 67,8 *

FC moyenne (%FCmax) 79,1 ± 5,4 80,2 ± 5,2

FC pic (%FCmax) 96,9 ± 1,9 97,3 ± 1,9

RPE 6,3 ± 1,8 5,3 ± 1,3

Pré-exercice lnRMSSD (ms) 3,4 ± 0,6 3,6 ± 0,4

Post-exercice lnRMSSD (ms) 2,1 ± 0,7 2,0 ± 0,4

Condition ARIb


FC moyenne (%FCmax) 82,0 ± 4,4 84,4 ± 2,9

FC pic (%FCmax) 96,8 ± 2,0 97,5 ± 2,0

RPE 7,4 ± 1,3 6,5 ± 1,0



Condition ARIc


FC moyenne (%FCmax) 81,8 ± 6,6 84,7 ± 4,0

FC pic (%FCmax) 98,0 ± 2,0 97,9 ± 1,6

RPE 7,9 ± 1,6 7,8 ± 1,3



IFT

FC moyenne (%FCmax) 79,5 ± 3,4 82,2 ± 5,2

FC pic (bpm) 188,2 ± 6,0 182,4 ± 6,3 *

VIFT (kmh-1) 19,4 ± 0,9 17,1 ± 0,6 ***

VO2max (mlmin-1kg-1) 56,8 ± 3,2 49,4 ± 3,0 ***



Différence vs groupe HPF : *p < 0,05 ; ***p < 0,001

2.3.4 Discussion

La présente étude visait à déterminer la précision et la sensibilité de l’analyse a très court terme

du lnRMSSD après avoir pratiqué quatre exercices physiques différents. Ensuite, cette étude

visait à évaluer l'influence du niveau de condition physique des sapeurs-pompiers sur leurs


132

performances et leur réactivation parasympathique cardiaque lors des interventions simulées de

lutte contre les incendies. La fiabilité, mesurée par les comparaisons entre l'analyse à très court

terme et l'analyse de référence, différait selon le segment testé (les ICC s’etendent entre modéré

et presque parfait) ; le segment min-6 présentait l'ICC le plus élevé (0,86-0,97). Concernant la

sensibilité des deux analyses, la mesure de référence a révélé des différences entre les trois

interventions simulees d’une part et l’IFT d’autre part. Cependant, ces résultats n'ont pas été

observés avec les mesures à très court terme (Tableau 13). Enfin, les résultats actuels ont

confirmé que le niveau de condition physique influence les performances des sapeurs-pompiers

sur les interventions de lutte contre les incendies. En revanche, la condition physique ne semble

pas influencer leur réactivation parasympathique cardiaque post-intervention.

Tour d’abord, les resultats de cette etude ont montré une bonne concordance entre le segment

min-6 de l’analyse du lnRMSSD à très court terme et le lnRMSSD de référence. En effet,

aucune différence significative n'a été observée entre ces deux segments (min-6 et référence),

et les ICC étaient soit grands soit presque parfaits selon la condition. En situation post-exercice,

Esco et al. (2014, 2018) ont également montré une bonne concordance pour l’analyse a très

court terme du lnRMSSD sur des segments de 1 minute après une période de stabilisation de 5

minutes (entre les minutes 5 à 10 après l'arrêt de l'exercice) et de 25 minutes après l'arrêt de

l’exercice. Dans notre étude, pour le segment min-6, les ICC étaient similaires à ceux rapportés

par Esco et al. (2014, 2018) et ils étaient similaires ou supérieurs à ceux rapportés dans des

études précédentes menées au repos (Flatt and Esco 2016). Les valeurs des erreurs typiques de

mesure, qui se situaient entre 0,28 et 0,11, étaient également similaires à celles rapportées par

Esco et al. (2014, 2018). Les biais étaient faibles pour tous les segments d'une minute (<0,15 ;

sauf pour le segment min-1 après l'IFT). Les limites d’agrement avaient tendance à diminuer

avec l’avancee de la récupération et celles du segment min-6 étaient similaires à celle d’études

précédentes (Esco and Flatt 2014; Esco et al. 2018). Par conséquent, les résultats de cette étude

sont en accord avec les études précédentes qui ont révélé une bonne fiabilité de l'analyse à très

court terme du lnRMSSD post-exercice, lorsqu’elle etait realisee après une période de

stabilisation de 5 minutes. La faible fiabilité observée entre les cinq premiers segments (min-1

à min-5) et la mesure de référence (ICC étaient parfois modérés et les TEM supérieurs à 0,40)

était probablement due à la réponse non linéaire de la FC dans les premières minutes post-

exercice (Goldberger et al. 2006).


133

En ce qui concerne la sensibilité, les mesures de référence (lnRMSSD5-10min) ont révélé des

différences significatives entre l'IFT et les trois interventions simulées (Tableau 13). En

revanche, aucune différence entre les conditions IFT et PPC n’a été observée avec des mesures

à très court terme. De plus, les différences entre les conditions IFT et ARIb ou ARIc n’ont été

observées que pour seulement quelques segments de l’analyse a très court terme. À notre

connaissance, cette étude est la première à mesurer la sensibilité des mesures à très court terme

du lnRMSSD post-exercice. Au repos, des études précédentes ont montré que l’analyse a très

court terme de la VFC est sensible aux adaptations liees a l’entraînement (Nakamura et al. 2015)

ainsi qu’a la charge d'entraînement (Flatt et al. 2017). Il est recommande de realiser l’analyse

de la VFC sur un signal stationnaire (Task Force 1996; Aubert et al. 2003; Peçanha et al. 2017a).

Par conséquent, une mauvaise sensibilité dans l’analyse a très court terme du lnRMSSD post-

exercice peut être due à l'instabilité de la FC dans les premières minutes de récupération

(Goldberger et al. 2006). La VFC post-exercice est influencée par plusieurs facteurs, tels que

la FC d’exercice (Michael et al. 2016), l'accumulation de métabolites sanguins (Buchheit et al.

2007a), le volume plasmatique (Spinelli et al. 1999) ou la modalité d'exercice (Michael et al.

2018). De plus, l'âge et le sexe ont pu influencer la VFC dans notre étude. En effet, il a été

démontré que le tonus vagal diminue avec le vieillissement (Yamasaki et al. 1996) et que le

cycle menstruel affecte la VFC selon la phase du cycle (Bai et al. 2009). Dans notre étude, nous

n'avons pas pu déterminer lequel de ces précédents facteurs a influencé la récupération de la

VFC. Par conséquent, la sensibilité de l’analyse a très court terme du lnRMSSD nécessite une

analyse future plus approfondie.

Enfin, la VIFT et la VO2max ont présenté des corrélations significatives avec le temps de

réalisation des interventions simulées. De plus, le groupe HPF a obtenu des performances plus

élevées que le groupe LPF (Tableau 14). Ces résultats confirment que le niveau de condition

physique des sapeurs-pompiers influence leurs performances lors des interventions de lutte

contre les incendies. Ces résultats sont cohérents avec ceux des études précédentes qui

soulignaient que la VO2max était un facteur important pour les performances durant les

interventions de lutte contre les incendies en terme de durée de réalisation (Von Heimburg et

al. 2006; Windisch et al. 2017b). Nos résultats mettent en évidence l'importance des capacités

cardiorespiratoires afin de mener à bien les interventions de lutte contre les incendies le plus

rapidement possible.

Cependant, nos résultats ne montrent aucune différence entre les deux groupes pour le

lnRMSSD post-exercice (Tableau 14). À notre connaissance, cette étude est la première à


134

évaluer la réactivation parasympathique cardiaque chez deux groupes de sapeurs-pompiers

différenciés par leur niveau de condition physique. L'absence de différence entre les groupes

HPF et LPF n’etait pas attendue. En effet, dans le domaine du sport, des études précédentes ont

révélé une activité parasympathique cardiaque post-exercice plus faible chez des individus

inactifs en comparaison d’athlètes très entraînés (Seiler et al. 2007; Stanley et al. 2013).

L'absence de différence entre nos deux groupes pourrait s'expliquer par la demande

physiologique des exercices expérimentaux et par les caractéristiques des participants. Tout

d’abord, les efforts pour réaliser les interventions simulées de cette étude ont été perçus comme

des efforts intenses (le RPE variait entre 5,3 et 7,9) et ces interventions ont généré un stress

physiologique élevé (Tableau 14). En effet, les FC moyennes d’exercice étaient comprises entre

79,1 ± 5,4 et 84,7 ± 4,0 % de FCmax, pendant une durée allant de 603,9 ± 85,4 à 881,1 ± 142,1

secondes et la FC pic a atteint 98,0 ± 2,0 % de la FCmax. Or, il semblerait que la réactivation de

l'activité parasympathique cardiaque post-exercice soit principalement influencée par l'intensité

de l'exercice qui la précède (Stanley et al. 2013; Michael et al. 2017a). Dans notre étude, on

peut supposer que la récupération parasympathique similaire observée pour les deux groupes

est due à la forte intensité d’exercice rencontrée dans les conditions expérimentales.

Deuxièmement, le moment de l'analyse de la VFC post-exercice (la récupération aiguë

immédiate) dans notre étude pourrait expliquer nos résultats. Alors que Seiler et al. (2007) ont

rapporté un effet positif de la condition physique sur la réactivation parasympathique cardiaque

entre la 15ème et la 60ème minute après la fin d'un exercice à haute intensité, ils n’observent

aucune différence entre les groupes dans les 15 premières minutes qui ont suivi l'exercice. Dans

notre étude, l'analyse de la VFC a été réalisée lors des 10 premières minutes après l’arrêt de

l’exercice, ce qui pourrait être insuffisant pour révéler des différences dans la récupération

parasympathique entre les groupes. Troisièmement, l'écart du niveau de condition physique

entre les deux groupes expérimentaux pourrait être trop faible pour induire des différences

marquées dans la récupération de la VFC. En effet, la VIFT pour le groupe total était de 18,25 ±

1,40 kmh-1 avec un intervalle de confiance à 95% compris entre 17,66 et 18,84 kmh-1. Alors

que Stanley et al. (2013) ont rapporté des différences dans l'activité parasympathique aiguë

post-exercice entre des athlètes très entraînés et des individus inactifs, les auteurs n’avaient

observé aucune différence entre les athlètes très entraînés et les athlètes moyennement

entraînés.


135

2.3.4 Conclusion

En conclusion, le segment min-6 de l'analyse à très court terme du lnRMSSD a montré un haut

degré de précision en comparaison de l’analyse de référence (ICC allants de très grands à

presque parfaits). Néanmoins, les mesures à très court terme ne semblent pas suffisamment

sensibles pour évaluer les différences entre les interventions simulees et l’IFT, comme cela a

été révélé par l'analyse de référence (lnRMSSD5-10min). Enfin, le niveau de condition physique

des sapeurs-pompiers a influencé leurs performances lors des interventions simulées de lutte

contre les incendies. Cependant, les resultats n’ont pas permis de montrer que l'aptitude

physique des sapeurs-pompiers influence leur récupération parasympathique, probablement en

raison de la forte demande physiologique (FC d’exercice) des interventions simulées.

CHAPITRE 3 : Seconde expérimentation

136


La seconde expérimentation réalisée dans le cadre de ces travaux de thèse, toujours avec les

sapeurs-pompiers du centre de secours de Besançon Centre, a été menée afin de répondre à

deux objectifs :

- Determiner l’influence du moment de l’intervention (jour vs nuit) et du type d’alarme

(sonnerie vs vibreur) sur les réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers

durant les 3 phases d’une intervention de lutte contre les incendies

- Determiner l’influence d’une nuit de garde, avec et sans intervention de lutte contre les

incendies sur l’activite autonome cardiaque et la qualité du sommeil des sapeurs-

pompiers

L’experimentation a donne lieu a un article en cours de soumission :

Philémon Marcel-Millet, Alain Groslambert, Sidney Grospretre, Philippe Gimenez, Gilles

Ravier: « Psychophysiological responses of firefighters to day and night rescue interventions »

L’experimentation a egalement donne lieu a un article accepté :

Philémon Marcel-Millet, Alain Groslambert, Gilles Ravier. Effects on firefighters’ nocturnal

cardiac autonomic activity and sleep quality of on-call nights with and without firefighting

interventions, Journal of Occupational and Environmental Medicine (JOEM). Publié en ligne

avant impression, septembre 2020. DOI: 10.1097/JOM.0000000000002025


137

3.1 Étude n°4 : Réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers lors

d’interventions de lutte contre les incendies réalisées de jour et de nuit

3.1.1 Introduction

En France, les sapeurs-pompiers ont des périodes de travail qui s’etendent sur 24 heures, ils

doivent donc maintenir un haut niveau de performance quelle que soit l'heure du jour ou de la

nuit. Cependant, à ce jour, les performances des sapeurs-pompiers et le stress physiologique lié

aux interventions n'ont été étudiés que de jour (Williams-Bell et al. 2009; Horn et al. 2011,

2019; Windisch et al. 2017a), a l’exception de la réponse aiguë au signal d'alarme, qui a été

étudiée de jour et de nuit en conditions de laboratoire (Hall et al. 2016). En ce qui concerne les

performances physiques, plusieurs études menées auprès de sujets sains ont montré que les

performances étaient plus élevées en fin d'après-midi qu'en début de matinée (Baxter and Reilly

1983; Thun et al. 2015). Cependant, ces résultats semblent être équivoques et d'autres études

n'ont révélé aucun effet du rythme circadien sur les performances physiques (Reilly and Brooks

1982; Deschenes et al. 1998; Bessot et al. 2011). De plus, au repos, plusieurs fonctions

physiologiques, telles que la température rectale, la FC, les lactates plasmatiques, la PA ou les

niveaux de cortisol, suivent une rythmicité circadienne (Reilly and Brooks 1982; Deschenes et

al. 1998), qui peut également être retrouvée durant ou après un exercice physique (Harma et al.

1982). Cependant, ici encore, ces résultats sont controversés car d'autres études n'ont montré

aucune variation circadienne de la FC d’exercice (Reilly and Brooks 1982; Deschenes et al.

1998). Par conséquent, les modulations circadiennes des performances physiques et des

variables physiologiques ne sont pas clairement établies. Il semblerait que cette variation

dépende fortement du type d'exercice et des caractéristiques des participants. Par conséquent,

il serait intéressant de mesurer si la performance des sapeurs-pompiers est modulée par des

variations circadiennes.

De plus, comme nous l’avons aborde dans le premier chapitre, le stress psychophysiologique

qui résulte des interventions de lutte contre l'incendie dépend de l'interaction des trois phases

d'une intervention, la phase d’alarme, la phase sur le site d’intervention et la phase de

récupération. L'augmentation significative du stress cardiovasculaire lors des interventions peut

induire des changements physiopathologiques entraînant un risque de décès pour les pompiers

(Smith et al. 2016). Dans la population générale, le nombre d’accidents cardiovasculaires suit

un rythme circadien avec un pic entre 06h00 et 12h00; chez les sapeurs-pompiers, ce nombre


138

est liée à la répartition des interventions avec un pic entre 12h00 et 24h00 (Kales et al. 2003).

Par conséquent, il serait intéressant de comparer une intervention réalisée de jour et de nuit afin

de déterminer si les performances et le stress psychophysiologique des sapeurs-pompiers sont

affectés par le moment durant lequel l'intervention se produit.

Enfin, l'augmentation soudaine de la FC et de la PA durant la phase d’alarme et de mobilisation

augmente le risque de décès chez les sapeurs-pompiers (Kales et al. 2003). Une étude

précédente a montré qu’en comparaison d’un signal d’alarme classique, un réveil en douceur

effectué par un expérimentateur permettait d’attenuer l'augmentation de la FC (Hall et al. 2016).

Habituellement, le signal d'alarme correspond à un son d'au moins 85 dB(A) émis par un

émetteur porté par le sapeur-pompier. Ainsi, il serait intéressant de mesurer si l'utilisation d'un

signal d’alarme moins brutal dans des conditions écologiques pourrait réduire le stress

cardiovasculaire des sapeurs-pompiers.

Par conséquent, la présente étude visait à : (1) comparer les réponses physiologiques de chacune

des trois phases d'une intervention simulée de lutte contre les incendies réalisée de nuit et de

jour ; (2) comparer les réponses physiologiques au cours d'une intervention simulée de lutte

contre les incendies de nuit après une alarme sonore traditionnelle et une alarme modifiée sur

vibreur ; (3) comparer les réponses psychologiques (anxiété, somnolence, RPE, confiance en

soi) mesurées avant et après une intervention simulée de lutte contre les incendies réalisée de

jour et de nuit. Nous avons émis l'hypothèse que l'intervention de nuit engendrerait des réponses

physiologiques plus élevées que l'intervention de jour, et que cette réponse plus élevée pourrait

être atténuée par un signal d’alarme moins bruyant.

3.1.2 Méthodologie

Participants

Seize hommes, sapeurs-pompiers professionnels (âge: 36,1 ± 5,8 ans ; taille: 175,3 ± 6,1 cm;

poids: 73,6 ± 10,1 kg; IMC: 23,8 ± 1,7 kg/m2) ont participé à cette étude. L’expérience moyenne

des sapeurs-pompiers était de 18,6 ± 5,9 ans. Tous les participants ont passé une visite médicale

dispensée par le service de santé du SDIS du Doubs et avaient reçu l’aptitude médicale pour

réaliser des activités de lutte contre les incendies. Avant le test, tous les participants ont rendu

par écrit le formulaire de consentement éclairé, qui indiquait le but, les avantages et les risques

de l’etude ainsi que leur droit de retrait à tout moment de l’experimentation. Cette étude a été


139

menée conformément aux recommandations de la Déclaration d'Helsinki. Le plan de recherche

a été examiné et validé par le service médical du SDIS du Doubs.

Procédures

L'étude a été menée en condition écologique, sur le lieu de travail des participants, et

l'intervention simulée faisait partie de leurs exercices d'entraînement réguliers. Avant les

sessions expérimentales, lors d'une session de familiarisation, les procédures ont été expliquées,

et les participants ont testé le t-shirt connecté et les questionnaires psychologiques utilisés

durant les sessions expérimentales. Ensuite, les participants ont réalisé l’IFT (Buchheit 2008)

pour déterminer leur FCmax. Puis, tous les participants ont effectué les trois conditions

expérimentales décrites ci-dessous, dans un ordre aléatoire, entrecoupé d’une période de

minimum de 3 jours et de maximum 14 jours. Les trois conditions expérimentales

correspondent à la même intervention simulée de lutte contre les incendies (Figure 19) réalisée

dans trois conditions différentes : 1) durant la journée, le matin, avec un signal d’alarme sonore

(JourAS), 2) durant la nuit, avec un signal d’alarme sonore (NuitAS) et 3) durant la nuit, avec un

signal d’alarme en vibreur (NuitAV). L'intervention simulée comprenait 5 tâches à réaliser sans

temps d'arrê t: (a) Tuyaux : Les participants ont transporté deux tuyaux (7 kg chacun) sur un sol

plat sur une distance de 100 m ; (b) Parcours d'obstacles : Après avoir posé les tuyaux, les

participants ont réalisé un parcours de 50 mètres dans lequel ils devaient ramper sous des

obstacles ; (c) Tour : Les participants ont repris leurs tuyaux et les ont déposés au 4ème étage

d'une tour ; (d) Mannequin : Les participants ont utilisé une sangle pour descendre puis remonter

d’un etage un mannequin de 60 kg; (e) Tuyaux : Enfin, les participants ont repris à nouveau les

deux tuyaux avant de descendre les 4 étages de la tour et de revenir au point de départ. Au cours

de chaque session, les participants ont été invités à réaliser l'intervention le plus rapidement

possible ; ils ont reçu des encouragements oraux tout au long du test.

Pour la condition JourAS, les participants ont effectué une période de repos assise, durant 10

minutes, à 08h00 dans une pièce calme à température ambiante (~ 20 ° C) afin d'effectuer les

mesures de repos. Puis, à 08h30, ils se sont rendus dans une chambre qui leur était assignée

pour la totalité de l'étude. Dans la chambre, ils se sont reposés, sans dormir, allongés et vêtus

de la même tenue vestimentaire que lorsqu’ils dorment la nuit durant leurs gardes. Les

participants étaient informés qu'ils pourraient être alertés à tout moment de la matinée pour

realiser l’intervention simulee. À 09h00, le signal d'alarme était déclenché. Il était émis par un

terminal (récepteur radio) affecté au sapeur-pompier et habituellement utilisé pour les

interventions réelles. Le terminal était placé sur une table à côté du lit, à une distance d'environ


140

1 mètre du sapeur-pompier. Le son du signal était d'environ 85 dB (A). En entendant le signal,

les sapeurs-pompiers ont dû s'habiller et se rendre au vestiaire le plus rapidement possible. La

durée entre le déclenchement du signal d’alarme et l'arrivée au vestiaire correspond à la phase

de mobilisation de l'alarme. Une fois dans le vestiaire, pendant 5 minutes, les mesures pré-

intervention ont été effectuées et les participants se sont équipés des EPI prévus pour

l'intervention simulée. Les EPI pour cette intervention simulée étaient composés des vêtements

de protection contre l’incendie (casque, gants, cagoule, sur-pantalon et veste, bottes) et d’un

ARI complet (bouteille d’air, harnais, masque, microregulateur), pour un poids total d’environ

22 kg. Une fois équipés et prêts, tous les participants ont réalisé l'intervention simulée le plus

rapidement possible. À la fin de l'intervention, ils avaient 1 minute pour retirer leurs EPI avant

de réaliser une période de repos de 10 minutes en position assise dans une pièce calme à

température ambiante (~ 20 ° C). Pour les conditions NuitAS et NuitAV, les mesures de repos ont

été effectuées à 22h00 dans la même pièce que dans la condition JourAS. Ensuite, les participants

se sont rendus dans la même chambre que celle utilisée pour l’intervention de jour, entre 22h30

et 23h30, selon leurs habitudes. Les participants étaient informés qu'ils pourraient être alertés

pour réaliser l'intervention simulée à tout moment de la nuit. Le signal d'alarme a été déclenché

environ 2 heures après l'heure du coucher indiquée par le sapeur-pompier, soit entre 00h30 et

01h30. Une attention particulière a ete portee sur l’etat d’endormissement des participants au

moment du signal d’alarme. S'ils étaient réveillés au moment de l’alarme, l'expérience était

reportée à une nuit ultérieure. Le même émetteur et la même sonnerie ont été utilisés pour les

conditions NuitAS et JourAS. Pour la condition NuitAV, le signal du terminal a été modifié afin

qu'il ne fasse que vibrer pendant 30 secondes. À la fin des 30 secondes, si le sapeur-pompier

n'a pas éteint l'émetteur, un signal sonore était ajouté aux vibrations. Ensuite, la phase de

mobilisation et le reste du protocole étaient les mêmes que dans la condition NuitAS (Figure 19).

Encore une fois, nous nous sommes assurés que les participants n’aient ete réveillés que par les

vibrations. Si c'est la sonnerie de l’alarme qui les a réveillés, l'expérience était reportée à une

nuit ultérieure. Les trois conditions expérimentales ont été réalisées dans un ordre aléatoire.

Pour les trois conditions, tout a été fait pour créer une incertitude maximale, comme en

condition reelle. L’etude a ete realisee sur le lieu de travail des participants, elle était intégrée

dans leur activite professionnelle et ils pouvaient être appeles soit pour l’intervention simulee,

soit pour des interventions réelles. Les participants ont également été invités à ne pas

consommer de caféine 3 heures avant les tests et de ne pas réaliser d’exercices à haute intensité

ni de consommer de l'alcool les 24 heures qui ont précédé les tests. Tous les participants

connaissaient l'intervention simulée et l’IFT utilises dans cette etude, car tous les deux font


141

partie de leur formation professionnelle continue et du suivi régulier de leurs capacités

physiques.

Figure 19. Vue d'ensemble du protocole expérimental. CSAI-2 : Competitive State Anxiety

Inventory–2 ; SSS : échelle de somnolence de Stanford ; PA : pression artérielle ; FC :

fréquence cardiaque ; RPE : perception de la difficulté de l’effort ; FCR : fréquence cardiaque

de récupération ; VFC : variabilité de la fréquence cardiaque.

Analyse des données

Évaluation des performances de lutte contre l'incendie

Pour les phases d’alarme et de mobilisation et d’intervention simulée, la durée de réalisation a

été enregistrée manuellement à l'aide d'un chronomètre. Pour la phase d'alarme et de

mobilisation, le lancement du chronomètre a débuté au moment du déclenchement de l'alarme

et s'est terminé lorsque les sapeurs-pompiers sont entrés dans les vestiaires. Pour l'intervention

simulée, le lancement du chronomètre débutait avec la première tâche et s'est terminé lorsque

le sapeur-pompier a franchi la ligne d'arrivée. La consommation d'air a été quantifiée en bars

directement a partir de la pression affichee sur le manomètre de l’ARI au debut et a la fin de

l'intervention simulée. La précision du manomètre était de ± 5 bars.

Évaluation des paramètres physiologiques

Les participants ont été équipés d'un t-shirt connecté (Hexoskin® Carré Technologies Inc.,

Montréal, Canada) pendant les trois conditions experimentales et pendant l’IFT. Le t-shirt

connecté fournissait un signal ECG à une fréquence de 256 Hz à partir de trois électrodes (deux

sur la poitrine, une sur la région supra-iliaque droite). Ensuite, la FC a été calculée à une

fréquence de 1 Hz, et a été analysée pendant trois périodes distinctes. Pendant la phase d'alarme

et de mobilisation, la FC pré-alarme correspond à la FC moyenne des 5 secondes qui ont

précédé le signal d'alarme, la FCpic correspond au pic de FC atteint durant cette phase et la

réactivité de la FC correspond à la différence entre la FCpic et la FC pré-alarme. Pour cette phase

d'alarme et de mobilisation, la FC pré-alarme, la FCpic et la réactivité de la FC étaient exprimées

en bpm. Ensuite, la FC moyenne et pic ont été déterminées pour l'ensemble de l'intervention

simulée et étaient exprimées en pourcentage de la FCmax mesurée pendant l’IFT. Enfin, pendant


142

la période de récupération post-intervention, la FCR60s et l’indice T30 ont ete calcules afin de

refléter la réactivation parasympathique cardiaque (Peçanha et al. 2017a).

De plus, à partir du signal ECG fourni par le t-shirt connecté, la VFC a été enregistrée durant

la periode de 10 minutes qui a suivi l’intervention simulee. Les intervalles RR ont été analysés

à la fois sur les domaines temporels et fréquentiels, à l'aide du logiciel Kubios (Kubios HRV

Analysis v3.0; Bio ‐ signal Analysis and Medical Imaging Group au Department of Applied

Physics, University of Kuopio, Kuopio, Finland), et le signal a été corrigé automatiquement à

l'aide du niveau de correction moyen du logiciel. Après une période de stabilisation de 5

minutes, l’analyse de la VFC a été effectuée sur la période des minutes 5 à 10 après l'exercice.

Pour l’analyse spectrale, la VFC a été analysée en utilisant une Transformée Rapide de Fourrier.

La bande des HF (ms2), comprise entre 0,15 Hz et 0,40 Hz, a été analysée dans cette étude afin

d’évaluer la réactivation du SNP post-exercice. Les modulations vagales post-exercice ont

également été évaluées par des indices du domaine temporel en calculant le RMSSD et le SD1

sur les minutes 5 à 10 post-exercice. La PA systolique et diastolique a été évaluée par

auscultation du bras gauche pendant que l’avant-bras était soutenu passivement. Dans chaque

condition, la PA des participants a été évaluée à la fin des mesures de repos, au cours des

mesures pré-intervention, dans la première minute post-intervention et après les 10 minutes de

récupération post-intervention.

Évaluation des paramètres psychologiques

Les niveaux d’anxiete et de confiance en soi des sapeurs-pompiers ont ete mesures a l’aide

d’une adaptation française (echelle d’etat d’anxiete en competition) (Cury et al. 1999) du

questionnaire Competitive State Anxiety Inventory–2 (CSAI-2) (Martens et al. 1990). Ce

questionnaire comprend 27 items liés aux sentiments d'anxiété cognitive, d'anxiété somatique

et de confiance en soi. Dans les trois conditions experimentales de l’etude, les participants ont

rempli le questionnaire pendant les mesures de repos et pendant les mesures pré-intervention.

Ensuite, la somnolence a été évaluée pendant les mesures de repos et pré-intervention à l'aide

de l'échelle de somnolence de Stanford (SSS) (Herscovitch and Broughton 1981). Enfin, le RPE

a été évalué 10 minutes après la fin de l'intervention simulée a l’aide de l’echelle CR-10.

Analyse statistique



normalite de l’echantillon de donnees a ete verifiee avec le test de Shapiro-Wilk. L’egalite de


143

variance entre les échantillons a été vérifiée avec le test de Barlett. Parce que le RMSSD et les

HF ne suivaient pas une loi normale, une transformation logarithmique (ln) a été appliquée

(lnRMSSD et lnHF). Les différences entre les conditions JourAS et NuitAS et les différences

entre les conditions NuitAS et NuitAV ont été analysées à l'aide de tests t appariés si les données

étaient normalement distribuées (pour les paramètres : durée de réalisation, consommation

d'air, FC, T30, FCR60s, lnRMSSD, lnHF et SD1) ou les tests de Wilcoxon si les données

n'étaient pas normalement distribuées (pour les paramètres psychologiques et les valeurs de

PA). Les tests de Friedman ont été utilisés pour analyser l’evolution des PA dans le temps

(mesures au repos, pré-, post-1 min, post-10 min) et la procédure de Nemenyi a été utilisée

lorsque l'hypothèse nulle était rejetée. La signification statistique était fixée à p < 0,05.

L’ampleur des differences a ete interpretee en utilisant l’ES d de Cohen. Un ES < 0,20 était

classé comme trivial, un ES compris entre 0,20 et 0,40 était classé comme petit, un ES compris

entre 0,50 et 0,79 était classé comme modéré et un ES > 80 était classé comme grand.

3.1.3 Résultats

Différences entre les conditions JourAS et NuitAS

Pour les conditions JourAS et NuitAS, les durées de réalisation et les FC pour la phase d'alarme

et de mobilisation et la phase d'intervention simulée sont présentées dans le Tableau 15. Les

indices de la réactivation parasympathique cardiaque post-intervention pour les conditions

JourAS et NuitAS sont également présentés dans le Tableau 15. Tous les indices de la réactivation

parasympathique cardiaque étaient inférieurs dans la condition NuitAS en comparaison de la

condition JourAS. La consommation d'air pendant l'intervention simulée n'était pas

significativement différente entre les conditions JourAS et NuitAS (85,6 ± 19,7 et 78,8 ± 17,2

bars, respectivement).


144

Tableau 15. Performances, FC et réactivation parasympathique pour les phases d’alarme et

mobilisation, d’intervention et post-intervention des conditions JourAS et NuitAS

JourAS NuitAS ES (±90 CI) ES descripteur

Alarme et mobilisation

Durée mobilisation (s) 57,9 ± 26,6 104,9 ± 31,6 *** 1,61 (±0,69) Grand

FC pré-alarme (bpm) 58,6 ± 8,2 50,7 ± 4,5 *** 1,18 (±0,65) Grand

FC pic (bpm) 123,7 ± 18,4 127,9 ± 20,3 0,22 (±0,60) Petit

Réactivité de la FC (bpm) 65,1 ± 17,9 77,2 ± 20,4 ** 0,63 (±0,61) Moyen

Intervention simulée

Durée intervention (s) 251,8 ± 38,6 257,6 ± 50,1 0,13 (±0,60) Trivial

FC moyenne (% FCmax) 86,0 ± 4,0 85,2 ± 4,7 0,19 (±0,60) Trivial

FC pic (% FCmax) 90,6 ± 2,9 89,6 ± 3,4 0,34 (±0,60) Petit

Récupération aigue

T30 (s) 171,8 ± 71,4 251,1 ± 106,0 ** 0,88 (±0,63) Grand

FCR60s (bpm) 38,0 ± 12,2 31,6 ± 8,4 * 0,61 (±0,61) Moyen

lnRMSSD (ms) 2,46 ± 0,64 2,15 ± 0,47 ** 0,56 (±0,61) Moyen

SD1 (ms) 9,89 ± 5,93 6,73 ± 3,29 * 0,66 (±0,62) Moyen

lnHF (ms2) 3,88 ± 1,47 2,85 ± 1,11 ** 0,79 (±0,62) Moyen

Moyennes ± ET sont présentées pour les conditions JourAS et NuitAS. *: différence significative

vs JourAS (p <0.05); **: différence significative vs JourAS (p <0.01); ***: différence

significative vs JourAS (p <0.0001).

La PA systolique et la PA diastolique pour les conditions JourAS et NuitAS sont présentées dans

la Figure 20. Une différence significative était observée entre la PA systolique pré- et post-1

minute par rapport à la PA systolique au repos pour les conditions JourAS et NuitAS (Figure 20),

mais aucune différence n'a été observée entre les conditions.


145

Figure 20. Évolution de la PA systolique et diastolique au cours des trois conditions

expérimentales. *: différence significative vs repos (p < 0,01); **: différence significative vs

repos (p < 0,0001); #: différence significative vs pré-intervention (p < 0,05); $: différence

significative vs post-1 minute (p < 0,001).

Le RPE post-intervention n'était pas significativement différent entre les conditions JourAS et

NuitAS (7,4 ± 2,1 et 8,1 ± 2,2 respectivement). Les différences entre les valeurs de repos et pré-

intervention pour les questionnaires CSAI-2 et SSS sont présentées dans le Tableau 16. La

comparaison des conditions JourAS et NuitAS a révélé une somnolence pré-intervention plus

importante (p <0,0001) et une confiance en soi pré-intervention inférieure (p <0,01) dans la

condition NuitAS en comparaison de la condition JourAS.


146

Tableau 16. Évolution des variables psychologiques entre les mesures de repos et pré-

intervention pour les conditions JourAS, NuitAS et NuitAV.

Differences (∆) ± ET et leurs ES entre les mesures de repos et pré-intervention pour les

conditions JourAS, NuitAS et NuitAV. *: différence significative (p <0,05) ; **: différence

significative (p <0,01) ; ***: différence significative (p <0,0001).

Différences entre les conditions JourAS et NuitAS

Pour la condition NuitAV, pour la phase d'alarme et de mobilisation, la durée moyenne de la

phase était de 114,7 ± 27,8 secondes, la FC pré-alarme était de 51,3 ± 8,1 bpm, la FC maximale

était de 116,1 ± 21,7 bpm et la réactivité de la FC était de 64,7 ± 19,5 bpm. La FC pic et la

réactivité de la FC étaient inférieures dans la condition NuitAV en comparaison de la condition

NuitAS (p <0,05). Pour l'intervention simulée dans la condition NuitAV, la durée d'intervention

était de 254,7 ± 33,2 secondes, la FC moyenne était de 84,3 ± 4,0 % de la FCmax et la FC pic

était de 89,6 ± 2,2% de la FCmax. La consommation d'air pendant l'intervention simulée dans la

condition NuitAV était de 77,5 ± 14,8 bars. Les indices de la réactivation parasympathique

cardiaque pour la condition NuitAV étaient de 217,3 ± 46,7 secondes pour l’indice T30, 31,7 ±

10,0 bpm pour la FCR60s, 2,34 ± 0,47 ms pour le lnRMSSD, 8,07 ± 3,07 ms pour le SD1 et 3,04

± 1,17 ms2 pour les lnHF. Aucune différence significative n'a été trouvée entre les conditions

NuitAV et NuitAS pour les paramètres de l’intervention et les indices de la réactivation

parasympathique.

La PA systolique et diastolique pour la condition NuitAV est présentée dans la Figure 20. On

observe une augmentation significative entre la PA systolique pré- et post-1 minute par rapport


147

à la PA systolique de repos, mais aucune différence n'a été trouvée entre les conditions NuitAV

et NuitAS.

Le RPE post-intervention était de 8,1 ± 1,7 pour la condition NuitAV, ce qui n'était pas

significativement différent du RPE de la condition NuitAS (8,1 ± 2,2). Les différences entre les

valeurs de repos et valeurs pré-intervention pour les questionnaires CSAI-2 et SSS pour la

condition NuitAV sont présentées dans le Tableau 16. La comparaison des questionnaires CSAI-

2 et SSS n'a révélé aucune différence entre les conditions NuitAV et NuitAS.

3.1.4 Discussion

Cette étude visait à évaluer les réponses psychophysiologiques des sapeurs-pompiers tout au

long d'une intervention simulée de lutte contre les incendies, effectuée de jour et de nuit, en

condition écologique. De plus, l'étude visait à déterminer si la modification d’une alarme sonore

en une alarme sur vibreur avait un impact sur ces réponses psychophysiologiques, lors d'une

intervention de nuit. Les principaux résultats ont révélé que durant la phase d’alarme et de

mobilisation, la réactivité de la FC était plus élevée lors de l'intervention de nuit que lors de

l'intervention de jour. Cette réactivité de la FC peut être diminuée avec l'utilisation d'une alarme

sur vibreur lors des interventions de nuit. Pendant la phase d’intervention, aucune difference

n’a été observée entre les conditions diurnes et nocturnes, ou, entre les deux signaux d’alarme

différents, au regard des performances des sapeurs-pompiers et des réponses cardiaques.

Cependant, la réactivation parasympathique cardiaque post-intervention était plus faible la nuit

que le jour. En ce qui concerne les réponses psychologiques, la somnolence était plus élevée et

la confiance en soi était plus faible avant l'intervention de nuit qu'avant l'intervention de jour.

De plus, l'anxiété somatique pré-intervention a augmenté en comparaison des mesures de repos

pour les conditions diurnes et nocturnes, mais aucune différence n'a été trouvée entre les

conditions.

Premièrement, pendant la phase d’alarme et de mobilisation, la réactivité de la FC était plus

élevée dans la condition NuitAS que dans la condition JourAS (77,2 ± 20,4 vs 65,1 ± 17,9 bpm,

respectivement). Dans notre étude, la réactivité de la FC mesurée au cours de la journée était

légèrement supérieure à celle mesurée dans les études précédentes (qui s’etendait de 20 à 61

bpm) (Kuorinka and Korhonen 1981; Karlsson et al. 2011; Hall et al. 2016). Dans notre étude,

dans la condition JourAS, bien que les participants n’etaient pas endormis au moment de

l’alarme, ils étaient au repos, en position couchée, pendant environ 30 minutes et portaient la


148

même tenue vestimentaire que dans la condition NuitAS. Par conséquent, la FC pré-alarme était

plus faible dans notre étude que dans les études précédentes, ce qui pourrait expliquer notre

réactivité de la FC plus élevée. Une seule étude a analysé la réactivité de la FC en condition

nocturne, et elle a également trouvé des valeurs de réactivité de la FC inférieures à celles

mesurées dans la condition NuitAS (Hall et al. 2016). Les auteurs avaient également comparé la

réactivité de la FC entre la phase d’alarme et de mobilisation de jour et de nuit et n’avaient

observé aucune différence significative. Dans notre étude, l’augmentation de la réactivité de la

FC la condition NuitAS était due à une FC pré-alarme significativement plus faible en

comparaison de la condition JourAS ; la FC pic n'était quant à elle pas différente entre les

conditions diurnes et nocturnes. Il est bien établi que la FC de repos suit des variations

circadiennes, et les valeurs les plus faibles sont obtenues entre 01h00 et 02h00 (Harma et al.

1982), comme le révèle notre étude. De plus, les participants étaient endormis dans la condition

de nuit contrairement à la condition de jour. Cela pourrait également avoir influencé la FC de

repos, qui est plus faible lorsqu'une personne dort (Viola et al. 2002). Enfin, la phase d’alarme

et de mobilisation a entraîné une augmentation de la PA systolique pré-intervention par rapport

aux valeurs de repos, sans différence entre les conditions NuitAS et JourAS. L'augmentation

significative de la FC et de la PA systolique pré-intervention étaient conformes à la réaction de

préparation au combat ou à la fuite des sapeurs-pompiers durant la phase d’alarme et de

mobilisation décrite dans des études antérieures (Hall et al. 2016; Smith et al. 2016).

Deuxièmement, en ce qui concerne l'intervention simulée, nos résultats n'ont révélé aucune

différence entre les conditions NuitAS et JourAS au regard des performances, de la FC d’exercice

et de la PA. Comme le montre le Tableau 15, selon la condition, la FC moyenne variait entre

85% et 86% de la FCmax et la FC pic se situait entre 90% et 91% de la FCmax. Ces résultats sont

similaires à ceux rapportés par des études précédentes avec des activités de lutte contre

l'incendie (Williams-Bell et al. 2009; Windisch et al. 2017a; Marcel-Millet et al. 2018). De plus,

l'augmentation de la PA systolique pendant l'intervention (Figure 20) était plus élevée dans

notre étude que dans une étude précédente (Horn et al. 2011). Cependant, dans cette précédente

étude, l’intervention simulee était plus longue (18 minutes) et comprenait des périodes de repos,

ce qui a pu diminuer la PA systolique et ainsi expliquer la différence avec les résultats de la

présente étude. Les FC et PA rapportés dans notre étude révèlent que l'intervention simulée

était un exercice difficile. Par ailleurs, à notre connaissance, notre étude est la première à

comparer, chez les sapeurs-pompiers, des interventions simulées de jour et de nuit. Bien que

les résultats des études menées avec des sujets sains soient parfois en contradiction, plusieurs


149

études antérieures n'ont révélé aucun effet du rythme circadien sur les performances physiques

ou les réponses physiologiques (VO2, FC) pendant des exercices sous-maximaux (Reilly and

Brooks 1982; Deschenes et al. 1998) ou maximaux (Deschenes et al. 1998). De plus, il a été

montre qu’un entraînement régulier à des moments précis de la journée peut permettre de

limiter les variations de performances entre le soir et le matin (Chtourou and Souissi 2012).

Parce que leurs périodes de travail s’etendent sur 24 heures, les sapeurs-pompiers doivent faire

face à des interventions à toute heure du jour ou de la nuit. Par conséquent, cet entrainement

régulier pourrait les aider à être autant performant la nuit que le jour. De plus, les activités de

lutte contre l'incendie sont a l’origine d’un stress physique et d’un stress psychologique

(Robinson et al. 2013). En réponse à une situation stressante, l'axe HPA provoque la libération

de cortisol, ce qui permet au corps d'être en état d'alerte élevé et qui peut améliorer la réponse

physique en cas d'urgence. La production de cortisol suit une rythmicité circadienne, mais elle

comprend également une réponse adaptative au stress aigu que subissent les pompiers avant les

interventions simulées (Robinson et al. 2013) ou pendant la phase d’alarme et de mobilisation

(Jay et al. 2019). Dans notre étude, pour les conditions NuitAS et JourAS, pendant la phase

d’alarme et de mobilisation, la FC pic et les niveaux d’anxiete somatique étaient similaires

(Tableau 16). Ces résultats révèlent que les sapeurs-pompiers étaient dans une situation de

stress physique et psychologique similaire entre les interventions de jour et de nuit. Bien que

les concentrations en cortisol n'aient pas été mesurées dans notre étude, sa production en

réponse au stress aigu peut avoir aidé les sapeurs-pompiers à être autant performant de nuit que

de jour.

Troisièmement, cette étude visait à étudier la réactivation parasympathique cardiaque après une

intervention de lutte contre les incendies réalisée de nuit et de jour. Dans notre première

expérimentation, nous avons étudié la réactivation parasympathique cardiaque après des

activités de lutte contre l'incendie (étude n°1), mais à notre connaissance, aucune étude ne l'avait

évalué la nuit. Dans cette étude, les indices de la réactivation parasympathique cardiaque étaient

supérieurs à ceux que nous avions observés précédemment (FCR60s, lnRMSSD), ce qui suggère

une meilleure réactivation parasympathique cardiaque dans la présente étude. Cette différence

pourrait être due à la durée de l'exercice, qui était plus longue dans l'étude précédente que dans

cette étude (13,4 ± 2,1 vs 4,2 ± 0,6 minutes). En effet, des recherches antérieures avaient montré

qu'une durée d'exercice plus longue pouvait diminuer les indices de VFC post-exercice

(Michael et al. 2017b). Néanmoins, malgré la courte durée de l'intervention dans notre étude,


150

les valeurs des indices de la réactivation parasympathique sont similaires à celles observées

après des exercices sportifs de haute intensité (Buchheit et al. 2007a; Nakamura et al. 2009).

De plus, alors que l'intensité et la durée étaient similaires entre les interventions de nuit et de

jour, l'activité parasympathique cardiaque post-exercice était plus faible dans la condition

NuitAS que dans la condition JourAS. Seules quelques études avaient étudié l'effet du moment

de la journée sur la récupération aiguë post-exercice, avec des résultats contradictoires.

Certaines ont rapporté une FCR inférieure après un exercice réalisé le soir en comparaison d’un

exercice réalisé le matin chez les sujets sains (Cohen and Muehl 1977). Cependant, d'autres

études n'ont trouvé aucune différence dans la récupération aiguë après un exercice réalisé le

matin et le soir (Harma et al. 1982; Prodel et al. 2017). Une concentration plus élevée en lactates

sanguin post-exercice pourrait être une explication possible à cette diminution de la réactivation

parasympathique la nuit. Des études antérieures avaient observé une variation circadienne des

concentrations en lactate sanguin après des exercices d’intensite similaire (Baxter and Reilly

1983; Deschenes et al. 1998). Or il a été montré que la concentration en lactate sanguin était

associée à la réactivation parasympathique cardiaque (Buchheit et al. 2007a). Il a également été

montré que la contribution aérobie durant un test Wingate était plus faible le matin que l'après-

midi (Souissi et al. 2007). Une faible activité parasympathique cardiaque post-exercice étant

associée à un risque accru de décès (Cole et al. 1999; Lahiri et al. 2008), la réactivation

parasympathique altérée post-intervention de lutte contre les incendies pourrait être l'une des

causes du risque accru de décès des sapeurs-pompiers dans la phase post-intervention (Kales et

al. 2003).

La modification du signal d'alarme la nuit par une alarme sur vibreur, qui permet une alarme

plus douce que l'alarme sonore, a permis de diminuer le stress cardiaque pendant la phase

d’alarme et de mobilisation. En effet, entre les conditions NuitAS et NuitAV, la FC pré-alarme

était similaire mais la FC pic et la réactivité de la FC étaient plus faibles dans la condition

NuitAV que dans la condition NuitAS. Des résultats similaires avaient été observés dans une

étude précédente, qui avait montré une réactivité de la FC plus faible lorsque les participants

étaient gentiment réveillés par les expérimentateurs en comparaison d'un signal d'alarme sonore

(Hall et al. 2016). Cependant, dans cette dernière étude, les auteurs avaient modifié le signal

d'alarme (réveil par les expérimentateurs) mais également la mobilisation subséquente, ce qui

a impliqué une diminution de l’effort physique durant la mobilisation. Néanmoins, on peut

considérer que l'augmentation significative de la FC pendant la phase d’alarme et de

mobilisation est due à la fois a l’activite physique de la mobilisation mais également au stress


151

de l'alarme (Hall et al. 2016). En effet, le stress lié au signal d'alarme semble contribuer de

manière significative à la réponse de la FC, comme montré précédemment dans une étude

menée sur des ambulanciers (Karlsson et al. 2011). Par conséquent, les résultats de cette étude

revèlent qu’un changement du signal d'alarme la nuit semble suffisant pour diminuer le stress

cardiaque lié à cette alarme. De plus, aucune différence n'a été observée entre les conditions

NuitAS et NuitAV pour tous les autres paramètres, tels que la performance, la FC d’exercice et

les indices de réactivation parasympathique cardiaque. Le déclenchement de l'alarme entraîne

une réaction de préparation au combat ou à la fuite avec une activation sympathique importante

(Smith et al. 2016) et une augmentation significative du risque de décès (Kales et al. 2003).

Dans ce contexte, il serait très intéressant pour les services de secours de fournir aux sapeurs-

pompiers un signal d'alarme modifié, sur vibreur, ce qui pourrait diminuer leur stress cardiaque

lors de la phase d’alarme et de mobilisation.

Enfin, en ce qui concerne les mesures psychologiques, le niveau de somnolence pré-

intervention était plus élevé dans la condition NuitAS que dans la condition JourAS. De plus,

l’evolution de la somnolence est egalement differente entre les deux conditions : en

comparaison des valeurs de repos, la somnolence pré-intervention a augmenté dans la condition

de nuit, mais pas dans la condition de jour (Tableau 16). Ces résultats sont en accord avec les

résultats d'études antérieures qui indiquaient que la somnolence suivait une rythmicité

circadienne, avec un pic de somnolence entre 03h00 et 07h00 (Valdez 2019). Cette variation

circadienne de la somnolence pourrait être liée à la sécrétion de mélatonine, qui augmente

pendant la nuit (Kazemi et al. 2018). La restriction du sommeil générée par l'intervention

pourrait également être une seconde explication possible de l'augmentation de la somnolence

(Philip et al. 2012). De plus, nous n'avons observé aucune différence de somnolence entre les

conditions NuitAS et NuitAV. Ce dernier résultat est en accord avec l'étude de Jay et al. (2019),

qui a montré qu’un réveil moins brutal ne modifiait pas la somnolence des participants après le

réveil. Ce sont des observations importantes dans un contexte où les sapeurs-pompiers doivent

se « mobiliser », conduire et prendre des décisions juste après le réveil (Jay et al. 2019).

Par ailleurs, nous pouvons observer une différence significative dans la confiance en soi pré-

intervention entre les conditions NuitAS et JourAS. En comparaison des mesures de repos, le

niveau de confiance en soi des participants a diminué pour l’intervention de nuit mais pas pour

celle de jour (Tableau 16). Dans le domaine du sport, une relation linéaire positive entre la

confiance en soi et la performance sportive a été révélé précédemment (Woodman and Hardy

2003). Cependant, d'autres facteurs peuvent modérer cette relation, tels que le sexe et les


152

niveaux de compétition (Woodman and Hardy 2003), ce qui peut expliquer l’absence de

différence dans notre étude entre les performances diurnes et nocturnes des sapeurs-pompiers

alors que les niveaux de confiance en soi étaient plus faibles la nuit. Néanmoins, il est important

pour les sapeurs-pompiers de prendre en considération cette baisse de confiance en soi, car ils

peuvent être confrontés à des situations très difficiles mentalement et physiquement durant ce

type d’intervention.

En ce qui concerne l'anxiété, l'anxiété somatique était plus élevée lors des mesures pré-

intervention que lors des mesures de repos, pour les conditions de jour et de nuit, sans différence

entre les conditions. L'anxiété somatique a été définie comme « les éléments physiologiques et

affectifs de l'expérience anxieuse qui se développent directement à partir de l'excitation

autonome » (p.6) (Martens et al. 1990). Par conséquent, l'augmentation de l'anxiété somatique

observée dans notre étude n'était pas surprenante, avec l'activation du système nerveux

sympathique pendant la phase d’alarme et de mobilisation, telle que mesurée par l'augmentation

de la FC et avec l'activation probable de l'axe HPA qui a été mesurée dans des études

précédentes (Robinson et al. 2013; Hall et al. 2016). Cependant, aucune différence n'a été

trouvée pour l'anxiété cognitive, qui a été définie par Martens et al. (1990) comme « la

composante mentale de l'anxiété qui est causée par des prévision de succès négatives ou par

une auto-évaluation négative » (p.6). Dans notre étude, les participants connaissaient bien

l'intervention simulée, car elle fait partie de leur formation professionnelle continue. Par

conséquent, ils n'avaient aucun doute sur leur capacité à la réaliser. Cependant, il semble

raisonnable de supposer que durant les interventions réelles, lorsque les sapeurs-pompiers sont

confrontés à des situations imprévisibles et pouvant impliquer des urgences vitales, leur niveau

d'anxiété cognitive puisse augmenter. Néanmoins, l'augmentation du niveau d'anxiété

somatique observée dans cette étude est déjà un résultat important car il a été démontré qu'il

existe une relation entre l'anxiété somatique et la performance sportive (Martens et al. 1990).

L'augmentation de l'anxiété représente également une préoccupation importante pour la santé

des sapeurs-pompiers, qui sont considérablement touchés par les maladies coronariennes

(Smith et al. 2016). Or, il a été démontré que l'anxiété peut augmenter le risque de maladies

coronariennes (Kubzansky et al. 1998). Des études supplémentaires seraient donc nécessaires

afin de déterminer si la performance et la santé des sapeurs-pompiers sont liées à leur anxiété

ou confiance en soi.

3.1.5 Conclusion


153

En conclusion, nous avons pu observer que le stress cardiaque des sapeurs-pompiers en réponse

au signal d'alarme était plus important la nuit que la journée. De plus, la réactivation

parasympathique cardiaque post-intervention était plus altérée après l’intervention de nuit que

de jour. Enfin, la nuit, la somnolence des sapeurs-pompiers est plus importante et leur confiance

en eux est inférieure en comparaison des interventions réalisées la journée. Néanmoins, les

sapeurs-pompiers ont été tout autant performants durant l'intervention simulée de nuit que de

jour, avec une durée de réalisation et des FC d’exercice similaires entre les deux conditions.

L'utilisation d'un vibreur comme signal d'alarme durant la nuit a diminué le stress cardiaque des

sapeurs-pompiers tout au long de la phase d’alarme et de mobilisation, sans influencer ni leurs

performances ultérieures, ni leur récupération parasympathique cardiaque et ni leurs réponses

psychologiques.

En ce qui concerne les applications pratiques de cette étude, les SDIS devraient envisager de

mettre en œuvre des strategies afin d’améliorer la réactivation parasympathique après les

interventions de lutte contre les incendies, en particulier la nuit, lorsque les perturbations post-

exercice sont importantes. L'immersion des mains et des avant-bras a été proposée comme

stratégie de refroidissement efficace et utilisable en conditions écologiques afin de réduire le

stress physiologique des sapeurs-pompiers (Barr et al. 2011).


154

3.2 Étude n°5 : Effet d’une nuit de garde avec et sans intervention sur l’activite

autonome cardiaque nocturne et la qualité du sommeil des sapeurs-pompiers

3.2.1 Introduction

Le stress psychophysiologique auquel sont confrontés les sapeurs-pompiers durant les

interventions de lutte contre les incendies peut se prolonger après l’arrêt de l’intervention et

l’augmentation du risque de decès perdure durant plusieurs heures (Kales et al. 2003, 2007).

Ainsi, il semble essentiel de poursuivre l’investigation des réponses psychophysiologiques des

sapeurs-pompiers au-delà de la phase aiguë dans la récupération, dans une phase plus différée,

comme durant les nuits de garde par exemple.

Lorsqu’ils sont de garde la nuit, les sapeurs-pompiers ont la possibilité de dormir, avec

l’eventualite d’un reveil a tout moment pour partir en intervention. Il s’agit d’une pratique

courante chez les sapeurs-pompiers, pour qui, la répartition des interventions s'étend sur 24

heures. Cependant, ce rythme de travail peut avoir une influence négative sur l’hygiène du

sommeil, la santé mentale et la qualité de vie des travailleurs (Nicol and Botterill 2004).

L’activite autonome cardiaque nocturne ainsi que la qualite objective et subjective du sommeil

sont des paramètres susceptibles d’apporter des informations importantes sur la qualite des nuits

de garde des sapeurs-pompiers.

L'analyse de la VFC nocturne semble être une méthodologie appropriée pour évaluer la

modulation autonome cardiaque durant le sommeil (Pichot et al. 2000; Brandenberger et al.

2005; Hynynen et al. 2010, 2011; Myllymäki et al. 2011, 2012; Thomas et al. 2020). Cependant,

à notre connaissance, la VFC nocturne n'a jamais été étudiée chez les sapeurs-pompiers. Une

étude menée auprès d'ingénieurs de la marine a révélé qu’en raison d’une anxiete accrue, la FC

nocturne était plus élevée les nuits où les travailleurs pouvaient être appelés dans le cadre de

leur travail (Torsvall and Åkerstedt 1988). Par ailleurs, des études menées dans le domaine du

sport ont rapporté une augmentation de la FC nocturne, due a la realisation d’un exercice

physique intense tard dans la soirée (Hynynen et al. 2010; Myllymäki et al. 2012; Thomas et

al. 2020). Par conséquent, durant leurs gardes, les sapeurs-pompiers sont confrontés à deux

facteurs qui peuvent potentiellement affecter leur fonction autonome cardiaque nocturne : tout

d’abord, l'anxiété qui résulte de la journée de travail et/ou de l’anticipation d’un potentiel appel

durant le sommeil (Paterson et al. 2016) ensuite, l'activité physique intense qui peut survenir à


155

tout moment du jour ou de la nuit, en raison d’une intervention de lutte contre les incendies

(Kales et al. 2003).

Par ailleurs, le sommeil est un autre paramètre pouvant potentiellement être perturbé chez le

sapeur-pompier. Des études menées avec des ingénieurs de la marine et des internes en

médecine ont montré que la qualité du sommeil était diminuée durant les nuits de garde en

comparaison des nuits contrôles (Torsvall et al. 1987; Torsvall and Åkerstedt 1988; Richardson

et al. 1996; Arora et al. 2008; Wuyts et al. 2012). Ces recherches ont montré que lorsque la

période de sommeil est entrecoupée par des périodes de travail, la quantité et la qualité du

sommeil diminuent (Torsvall et al. 1987; Torsvall and Åkerstedt 1988; Arora et al. 2008). De

plus, le stress psychologique potentiel, provoque par le fait d’être de garde, pourrait être un

facteur supplémentaire pouvant affecter la qualité du sommeil (Torsvall and Åkerstedt 1988;

Richardson et al. 1996; Wuyts et al. 2012). Cependant, à notre connaissance, aucune étude de

laboratoire ou de terrain n'a été menée avec des sapeurs-pompiers. Des études antérieures

menées dans le domaine du sport ont montré que la realisation d’un exercice physique avant le

coucher pouvait diminuer la qualité du sommeil subséquent en affectant la durée

d’endormissement et de sommeil lent (sommeil lent léger et sommeil lent profond) (Torsvall et

al. 1984; Driver et al. 1988; Oda and Shirakawa 2014). Par conséquent, nous pouvons

également supposer que la réalisation d'une intervention de lutte contre l'incendie en soirée ou

la nuit peut perturber la qualité du sommeil des sapeurs-pompiers de garde.

La polysomnographie représente la mesure de référence pour évaluer la qualité du sommeil

(l'architecture du sommeil, l'efficacité du sommeil, etc.). Cependant, sa complexité et sa mise

en place encombrante rendent son utilisation sur le terrain très difficile, notamment si l’on

souhaite réaliser des observations lors des nuits de garde. Les progrès technologiques ont

notamment permis le développement de t-shirt biométriques, qui permettent la mesure de

différentes variables physiologiques et biomécaniques (Elliot et al. 2019). Récemment, il a été

montré que l'analyse de différentes variables durant le sommeil, telles que la FC, la FR et les

mouvements, enregistrées à partir de t-shirts biométriques, permettait d’obtenir des donnees

valides sur la qualité du sommeil, en comparaison de mesures de polysomnographie (Pion‐

Massicotte et al. 2019).

Bien que les sapeurs-pompiers puissent faire face à un stress au travail important et que ce stress

puisse potentiellement affecter la qualité de leur sommeil, cela n'a encore jamais été étudié. Par


156

conséquent, l’objectif de cette étude était de comparer, chez les sapeurs-pompiers, la VFC

nocturne et la qualité subjective et objective du sommeil entre une nuit contrôle (à domicile) et

deux nuits de garde sur leur lieu de travail, avec et sans intervention. Sur la base d'études

antérieures menées dans d'autres activités professionnelles, nous avons émis l'hypothèse que le

fait d’être de garde sans intervention perturberait la fonction autonome nocturne et la qualité du

sommeil. Nous avons également émis l'hypothèse qu’une intervention de lutte contre les

incendies de nuit perturberait davantage la fonction autonome nocturne et la qualité du sommeil

des sapeurs-pompiers.

3.2.2 Méthodologie

Participants

Sur les 16 participants presentes dans l’etude precedente, l’etude n° 4, trois n’ont pu realiser le

protocole entièrement (au moins une des trois nuits expérimentales était manquante). Par

conséquent, 13 hommes, sapeurs-pompiers professionnels ont participé à cette étude (âge : 36,3

± 6,2 ans ; taille : 175,2 ± 6,9 cm; poids: 73,7 ± 9,4 kg; IMC: 23,9 ± 1,7 kg/m2).

Protocole expérimental

L'étude a utilisé une conception croisée randomisée pour déterminer les effets d’une nuit de

garde avec et sans interventions sur l'activité autonome cardiaque des sapeurs-pompiers, la

qualité subjective et objective du sommeil. Le protocole expérimental consistait en une

rencontre individuelle avec chaque participant et trois sessions expérimentales. Avant les

sessions expérimentales, au cours de la rencontre individuelle, les procédures ont été expliquées

en détail et les participants ont testé le t-shirt biometrique utilise dans l’etude. Ensuite, tous les

participants ont réalisé trois conditions expérimentales dans un ordre aléatoire. Les trois

conditions expérimentales étaient les suivantes : une nuit contrôle au domicile des participants

et deux nuits de garde à la caserne, une sans intervention et une avec intervention. Durant la

condition contrôle, les participants devaient maintenir leurs activités habituelles pendant la

journée et le soir, sans activité physique intense, sans consommation d'alcool et ils devaient

conserver leur mode de vie, leur durée de sommeil et leur environnement habituel en soirée. De

plus, les participants n'étaient pas autorisés à effectuer la nuit contrôle, ni la veille ni le

lendemain d’une garde, afin d'éviter toute interférence avec la fatigue et le stress liés au travail.

Les participants devaient confirmer que la nuit contrôle s'était déroulée dans de bonnes

conditions. Ainsi, pour deux participants qui ont eu des perturbations atypiques (réveils


157

inhabituels causés par le mauvais temps ou par leurs enfants) les mesures ont été reportées à

une autre nuit. Les nuits de garde ont été analysées durant les gardes de 24 heures que les

participants réalisaient. Ces gardes débutent et se terminent à 07h00. Pour les deux conditions

de garde, tout a été fait pour permettre une incertitude maximale, comme dans les conditions

réelles. L'étude a été réalisée sur le lieu de travail des participants et faisait partie de leurs

activités professionnelles habituelles. Les participants pouvaient être appelés soit pour une

intervention simulée, soit pour des interventions réelles. Si les participants ont effectué des

interventions fatigantes (interventions de lutte contre les incendies) la journée, les mesures de

nuit étaient reportées sur une garde ultérieure. La condition nuit de garde sans intervention était

considérée comme valide si les sapeurs-pompiers n'avaient aucune intervention entre le coucher

et le réveil. Lors de la condition nuit de garde avec une intervention, nous avons utilisé

l’intervention simulee decrite dans l’etude n°4. L’utilisation d’une intervention simulee nous a

permis de contrôler l’heure du reveil, la duree et le type d’exercice que les sapeurs-pompiers

ont réalisé. Dans cette condition expérimentale, les participants ont été réveillés pour effectuer

l'intervention simulée environ 96 ± 36 minutes après le coucher. Une fois l'intervention simulée

terminée, les participants sont retournés se coucher, pour terminer la nuit, tout en étant

disponibles pour d'autres interventions, réelles. Lors des interventions simulées, les sapeurs-

pompiers étaient temporairement retirés de la garde, afin de pouvoir réaliser le protocole

entièrement sans risque d'être envoyé sur des interventions réelles. Le reste du temps, ils étaient

disponibles comme habituellement, pour des interventions réelles le cas échéant. La condition

nuit de garde avec une intervention était considérée comme valide si les sapeurs-pompiers

n'avaient aucune autre intervention que l’intervention simulee durant la nuit. Pour les trois

conditions expérimentales, les participants devaient s'abstenir de consommer de la caféine 3

heures avant les mesures et de réaliser des exercices à haute intensité ou de consommer de

l'alcool dans les 24 heures qui ont précédé les mesures.

Mesures

Le t-shirt Hexoskin

Comme déjà décrit dans les quatre premières études, le t-shirt biométrique utilisé dans cette

étude était le t-shirt Hexoskin Hexoskin® Carre Technologies Inc., Montreal, QC, Canada). Ce

t-shirt permet l’enregistrement en continu d’un ECG, de la FR et des mouvements (Elliot et al.

2019). Récemment, le t-shirt Hexoskin a été validé pour évaluer le sommeil en comparaison

d’une mesure de polysomnographie (Pion‐Massicotte et al. 2019). La duree d’endormissement,

la durée totale du sommeil et l'efficacité du sommeil fournies par le t-shirt Hexoskin étaient


158

significativement corrélées et non significativement différentes des mesures de

polysomnographie.

La FC d’exercice et les mesures perceptives durant l’intervention simulée

Pour l’intervention simulee durant la nuit de garde avec une intervention, les paramètres retenus

pour cette étude étaient les suivants : la duree de realisation de l’intervention, la FC moyenne

et pic d’exercice ainsi que le RPE. Les modalites d’enregistrement de ces paramètres sont

detaillees dans la partie methodologie de l’etude n°4. Dans la presente etude, la FC moyenne et

pic était exprimée en pourcentage de la FCmax estimee, basee sur l’equation de Fox (Fox 3rd et

al. 1971) : FCmax = 220-âge.

L’activité autonome cardiaque nocturne

Les intervalles RR ont été analysés à l'aide du logiciel Kubios (Kubios HRV Analysis v3.0; Bio

‐ signal Analysis and Medical Imaging Group au Department of Applied Physics, University

of Kuopio, Kuopio, Finland), et le signal a été corrigé automatiquement à l'aide du niveau de

correction moyen du logiciel. Les variables analysées étaient les suivantes : la FC, l’intervalle

RR moyen (mRR), le SDNN, le RMSSD, le SD1, et SD2. Tous ces indices sont des indices

permettant d’evaluer la fonction autonome cardiaque. Le RMSSD et le SD1 reflètent l’activite

parasympathique cardiaque alors que la FC, le mRR, le SDNN et le SD2 reflètent à la fois

l’activite sympathique et parasympathique cardiaque.

L'activité autonome cardiaque nocturne a été évaluée heure par heure sur une période de 3

heures qui a débuté 30 minutes après le coucher. Dans la condition de garde avec une

intervention, l'analyse a été effectuée sur la période de sommeil qui a suivi l'intervention

simulée. L'analyse heure par heure avait été utilisée dans des études précédentes et cette période

de 3 heures a été sélectionnée afin d’avoir une période de temps égale pour chaque participant

dans les trois conditions expérimentales et afin de minimiser les effets des différentes durées

d’endormissement, comme précédemment recommandé (Pichot et al. 2000; Hynynen et al.

2010; Myllymäki et al. 2012).

La qualité du sommeil

Les participants ont dû enregistrer les heures de coucher et de lever afin de calculer le temps

passé au lit pour chaque condition expérimentale. Pour la nuit de garde avec une intervention,

le temps passé au lit comprenait l'addition du temps passé au lit avant et du temps passé au lit

après l'intervention simulée.


159

Les indices de qualité du sommeil Hexoskin ont été fourni par le tableau de bord Hexoskin

(my.hexoskin.com © 2019 Carré Technologies, Inc.). Trois indices de la qualité du sommeil

Hexoskin ont été utilisés dans cette étude : le temps de sommeil total (en minutes), le temps

d’endormissement (en minutes) et l'efficacité du sommeil (le pourcentage de temps de sommeil

sur la période de sommeil totale, en %). Ces trois indices Hexoskin ont été choisis car ils ont

été validés, n’etant pas différents et étant significativement corrélés avec les valeurs obtenues

par polysomnographie (Pion‐Massicotte et al. 2019).

La qualité subjective du sommeil a été évaluée à l'aide du Spiegel Sleep Quality Perception

Questionnaire (Spiegel 1984). Au réveil, les participants ont répondu à six questions qui

incluaient la durée du sommeil, la duree d’endormissement, la qualité du sommeil, les réveils

nocturnes, les rêves et l'état de forme au réveil. Pour chaque élément, les scores variaient de 0

à 5 et le score total déterminait la qualité subjective du sommeil (plus le score était élevé,

meilleure était la qualité du sommeil).

Analyse statistique



normalite de l’echantillon de donnees a ete verifiee avec le test de Shapiro-Wilk. L’egalite de

variance entre les échantillons a été vérifiée avec le test de Barlett. Une ANOVA à mesures

répétées à deux facteurs, avec le facteur condition et le facteur temps a été utilisée afin

d’examiner les changements dans les indices de l’activité autonome cardiaque nocturne. Les

différences pour les paramètres de la qualité du sommeil ont été analysées à l'aide d’une

ANOVA à mesures répétées à un facteur si les données étaient normalement distribuées, ou à

l'aide des tests de Friedman si les données n'étaient pas normalement distribuées. Lorsque le

resultat de l’ANOVA etait significatif, le test post-hoc de Fisher était appliqué. La procédure

de Nemenyi a été utilisée lorsque l'hypothèse nulle était rejetée par le test de Friedman. La

signification statistique a été fixée à p <0,05.

3.2.3 Résultats

L’intervention simulée de lutte contre les incendies

La durée moyenne de l'intervention simulée était de 4,2 ± 0,9 minutes et la FC moyenne et pic

était respectivement de 87,3 ± 4,2 % et 91,6 ± 4,1 % de la FCmax. Le RPE moyen était de 7,9 ±


160

2,4, ce qui correspond à un effort « très difficile ». La durée moyenne entre le réveil et le coucher

après l'intervention simulée était de 37 ± 13 minutes.


Un sujet a ete exclu de l’analyse autonome cardiaque et de l'analyse de la qualité du sommeil

car la collecte des données a échoué dans l’une des conditions. Les indices nocturnes de VFC

et FC sont présentés, heure par heure, dans le Tableau 17. Un effet significatif pour le facteur

condition a été trouvé pour la FC, le mRR, le RMSSD et le SD1 (p <0,001). Une tendance était

observée pour le SDNN (p = 0,074). Les comparaisons post-hoc pour les valeurs moyennes des

trois heures pour la FC, le RMSSD, le mRR et le SD1, pour chaque condition, sont présentées

dans la Figure 21. Un effet significatif pour le facteur temps n'a été trouvé que pour le SDNN

(p <0,001), la troisième heure étant supérieure à la première heure (p <0,05). Aucun effet

condition * temps n'a été trouvé parmi les paramètres de VFC.


161

Tableau 17. FC et indices de VFC présentés heure par heure pour les trois conditions

expérimentales

1 H 2 H 3 H Effet

condition

Effet

temps

Effet

condition

* temps

mRR

(ms)

Contrôle 1201,3 ± 187,5 1199,3 ± 180,2 1220,0 ± 177,5

p = 0,000 p = 0,265 p = 0,969 Garde sans

intervention 1103,5 ± 184,2 1100,9 ± 177,2 1139,7 ± 153,8

Garde avec une

intervention 1104,5 ± 178,8 1131,1 ± 111,1 1156,0 ± 157,4

FC

(bpm)

Contrôle 51,6 ± 7,0 51,7 ± 7,1 50,8 ± 7,0

p = 0,000 p = 0,240 p = 0,880 Garde sans

intervention 56,6 ± 9,0 56,7 ± 9,4 54,3 ± 6,9

Garde avec une

intervention 56,1 ± 8,1 54,2 ± 5,4 53,8 ± 7,3

RMSSD

(ms)

Contrôle 74,2 ± 29,2 68,4 ± 26,9 71,2 ± 27,9

p < 0,0001 p = 0,327 p = 0,299 Garde sans

intervention 56,9 ± 23,5 59,4 ± 23,3 61,7 ± 25,9

Garde avec une

intervention 53,9 ± 21,8 61,1 ± 23,7 64,8 ± 25,8

SDNN

(ms)

Contrôle 103,1 ± 32,7 98,3 ± 31,3 107,2 ± 31,6

p = 0,074 p = 0,001 p = 0,218 Garde sans

intervention 86,7 ± 29,1 92,1 ± 23,3 110,4 ± 43,1

Garde avec une

intervention 78,2 ± 26,1 95,5 ± 22,1 102,4 ± 37,8

SD1

(ms)

Contrôle 52,5 ± 20,7 48,4 ± 19,0 50,3 ± 19,7

p < 0,0001 p = 0,327 p = 0,299 Garde sans

intervention 40,2 ± 16,6 42,0 ± 16,4 43,7 ± 18,3

Garde avec une

intervention 38,1 ± 15,4 43,2 ± 16,8 45,9 ± 18,3

SD2

(ms)

Contrôle 166,4 ± 59,8 163,2 ± 50,3 173,1 ± 49,6

p = 0,515 p = 0,075 p = 0,766 Garde sans

intervention 156,3 ± 59,8 156,7 ± 46,4 171,3 ± 58,5

Garde avec une

intervention 142,2 ± 53,2 150,9 ± 33,4 178,1 ± 71,9


162

Figure 21. FC nocturne, mRR, RMSSD et SD1 moyens des trois premières heures analysées

pour les trois conditions expérimentales. * indique p <0,05, ** indique p <0,01.


Les variables de la qualité du sommeil sont présentées dans le Tableau 18. Les heures de

coucher n'étaient pas significativement différentes entre les trois conditions expérimentales,

mais l’heure du réveil était retardée dans la condition contrôle en comparaison des nuits de

garde avec et sans intervention (+ 60,0 minutes, p <0,01 et + 44,0 minutes, p <0,05,

respectivement). Le temps de sommeil total était plus faible dans la nuit de garde avec une

intervention en comparaison de la nuit de garde sans intervention (-118,0 min, p <0,05) et en

comparaison de la nuit contrôle (-150,7 min, p <0,001). La qualité subjective du sommeil,

évaluée à partir du questionnaire de Spiegel, était plus faible lors de la nuit de garde avec une

intervention en comparaison de la nuit contrôle (-19,4%, p <0,01).


163

Tableau 18. Ensemble des indices de la qualité du sommeil pour les trois conditions

expérimentales

Contrôle Garde sans

intervention

Garde avec une

intervention

Variables du sommeil

Heure de couché n°1 (h:min) 23h02 ± 00h54 23h09 ± 00h41 23h24 ± 00h28

Heure de couché n°2 (h:min) - - 01h37 ± 00h34

Heure de réveil (h:min) 07h38 ± 00h55 06h54 ± 00h33* 06h38 ± 00h26**

Temps passé au lit (h:min) 08h36 ± 01h18 07h45 ± 00h53# 06h58 ± 00h58*

Indices de qualité du sommeil Hexoskin

Total sleep time (min) 432.2 ± 73.4 399.5 ± 58.2# 281.5 ± 67.4***

Sleep onset latency (min) 16.0 ± 20.2 22.5 ± 12.7 26.2 ± 30.4

Sleep efficiency (%) 93.2 ± 4.2 91.5 ± 3.7 88.7 ± 10.8

Qualité du sommeil subjective

Score de Spiegel (/30) 22.7 ± 1.8 21.0 ± 2.9 18.3 ± 2.1**

# Indique p <0,05 par rapport à garde avec une intervention ; * indique p <0,05, ** indique p

<0,01 et *** indique p <0,001 par rapport à la condition contrôle.

3.2.4 Discussion

La présente étude visait à examiner les effets d’une nuit de garde avec et sans intervention sur

l'activité autonome cardiaque nocturne ainsi que sur la qualité du sommeil des sapeurs-

pompiers. Les méthodes utilisées étaient non invasives et ont donc permis pour la première fois

d’investiguer le sommeil des sapeurs-pompiers en condition écologique. Les résultats ont

montré que les deux conditions de garde, avec et sans intervention, affectaient la fonction

autonome cardiaque durant le sommeil. Cependant, seule la nuit de garde avec une intervention

a affecté la qualité du sommeil des sapeurs-pompiers (le temps de sommeil total mesuré par le

t-shirt Hexoskin et la qualité subjective du sommeil).


Les résultats de cette étude ont révélé que le fait d'être de garde, même sans intervention, affecte

la fonction autonome cardiaque nocturne des sapeurs-pompiers en augmentant la FC et en


164

diminuant les RMSSD, SD1 et mRR (Tableau 17 et Figure 21). À notre connaissance, c’est la

première fois que l’activite autonome cardiaque des sapeurs-pompiers est étudiée pendant le

sommeil. Dans une étude menée avec des ingénieurs marins, Torsvall et Åkerstedt (1988) ont

montré que la FC était plus élevée durant les nuits de garde en comparaison des nuits contrôle.

Les auteurs ont émis l'hypothèse que le risque d’alarme provoque de l’apprehension chez les

travailleurs, ce qui augmente l'anxiété et la FC nocturne. De plus, les nuits de garde ont été

associées à une élévation du stress au moment du coucher chez les sapeurs-pompiers (Paterson

et al. 2016) et dans d'autres activités professionnelles (Torsvall and Åkerstedt 1988). Comme

décrit par Jay et al. (2016), le stress des nuits de garde peut provenir de différents facteurs,

comme l'anticipation d'un réveil potentiel à une heure inconnue, l'anxiété de manquer un appel

ou l'appréhension concernant la mission à effectuer. De plus, il a été démontré que l'anticipation

d'un réveil conduit à une libération anticipe d’ACTH (Born et al. 1999). Par conséquent, l'état

de stress des sapeurs-pompiers au moment du coucher peut avoir influencé l’eveil

physiologique mesurée dans la présente étude. Cet état physiologique est caractérisé par un

retrait parasympathique et/ou une prédominance sympathique comme mesurée par la FC et la

VFC (Task Force 1996; Goldberger et al. 2006; Thayer et al. 2010). Ainsi, pour les sapeurs-

pompiers, être de garde la nuit suscite une excitation physiologique et affecte leur homéostasie,

même lorsque les périodes de sommeil ne sont pas entrecoupées par des interventions. De plus,

nos résultats ont montré que le fait d'être de garde avec une intervention affecte également la

FC et la VFC nocturne en comparaison d’une nuit de contrôle au domicile. Cependant,

contrairement à notre hypothèse, une intervention intense effectuée au cours de la nuit de garde

n'a pas perturbé davantage la fonction autonome cardiaque en comparaison des nuits où les

sapeurs-pompiers n'avaient aucune intervention. En effet, il n'y avait pas de différences pour la

FC et la VFC nocturne entre les deux nuits de garde (avec et sans intervention), bien que

l'intervention simulée puisse être considérée comme difficile : la FC dépasse 90% de la FCmax

théorique et l'effort perçu par les sapeurs-pompiers était "très difficile". L’amplitude et la

vitesse de la récupération de l'équilibre sympathovagal semblent être liés aux paramètres

d'exercice (intensité, durée et modalité) (Seiler et al. 2007; Nakamura et al. 2016; Michael et

al. 2018; Ravier and Marcel-Millet 2020). Nous avions montre dans l’etude n°1 que la

réactivation parasympathique cardiaque était fortement perturbée après une intervention de

lutte contre les incendies (Marcel-Millet et al. 2018). Par conséquent, dans la présente étude,

nous nous attendions à observer une activité parasympathique réduite après l'intervention

simulée, au moins la première heure de la nuit. De plus, Myllymäki et al. (2012) ont montré

qu'un exercice vigoureux (FC> 75% de FCmax) peut influencer la fonction autonome cardiaque


165

de nuit, en augmentant la FC nocturne. Cependant, leur durée d'exercice était beaucoup plus

longue que la nôtre (30 minutes contre 4,2 minutes, respectivement) et dans leur étude, seule la

FC nocturne était influencée et non la VFC. D'autres recherches ont montré des résultats

similaires, avec une augmentation de la FC nocturne après un exercice à haute intensité, sans

modification de la VFC (Myllymäki et al. 2011; Thomas et al. 2020). Contrairement à un

exercice effectué durant la journée, lorsqu’un exercice est realisee avant le coucher, c’est la

durée plutôt que l'intensité de l'exercice qui semble avoir un impact significatif sur la VFC

nocturne (Myllymäki et al. 2012). Ce résultat était corroboré par une autre étude qui a révélé

une diminution de la VFC nocturne après un exercice à intensité modérée mais d'une durée de

50 minutes (Hynynen et al. 2010). Concernant les résultats de la présente étude, bien que

l'intervention simulée ait été vigoureuse, l'évolution de la VFC au cours de la nuit ne semble

pas être affectée par l'intervention nocturne (qui était de courte durée). Cependant, il est possible

que dans des situations réelles, le stress psychologique et / ou physiologique ait été

potentiellement plus élevé que dans la présente étude. Ainsi, bien que tout a été fait pour

reproduire l’intervention au plus près de la realite, il est possible que les résultats aient été

différents si l'intervention de lutte contre l'incendie n'avait pas été simulée.


Les résultats de cette étude ont montré que le temps passé au lit diminuait pendant la nuit de

garde avec une intervention en comparaison de la nuit contrôle et la nuit de garde sans

intervention (Tableau 18). Cette diminution s'est accompagnée d'une réduction de la durée

totale du sommeil mesurée par le t-shirt Hexoskin. Enfin, la condition de garde avec une

intervention était la seule à diminuer la qualité subjective du sommeil en comparaison de la nuit

contrôle. Ces résultats sont cohérents avec ceux d'études antérieures, qui ont également montré

une diminution de la qualité et de la quantité de sommeil, mesurée de manière objective et

subjective, lorsque les nuits de garde sont interrompues par des tâches professionnelles

(Torsvall et al. 1987; Torsvall and Åkerstedt 1988; Arora et al. 2008). Cependant, l'absence de

différence entre la nuit contrôle et la nuit de garde sans intervention pour les indices Hexoskin

et la qualité subjective du sommeil était inattendue. En effet, des recherches antérieures ont

montré que le fait d'être de garde perturbait la qualité du sommeil des ingénieurs marins et des

internes en médecine, même lorsque le sommeil n’etait pas interrompu par un appel (Torsvall

et al. 1987; Torsvall and Åkerstedt 1988; Richardson et al. 1996). Ces études ont observé une

diminution de la qualité subjective du sommeil, de la durée totale du sommeil et du sommeil

lent profond lors des gardes. Ces résultats ont été attribués à l'appréhension d'un sommeil


166

potentiellement perturbé par les travailleurs (Torsvall and Åkerstedt 1988). Une étude conduite

en laboratoire révèle des résultats similaires, en observant une perturbation de la qualité du

sommeil subjective et objective lorsque les participants s'attendaient à être appelés (Wuyts et

al. 2012). Dans cette étude, il est probable que les auteurs aient réussi à recréer un niveau

suffisant de stress et d'inquiétude au coucher pour perturber le sommeil. Il semblerait donc

qu'un faible niveau de stress ou d'inquiétude au moment du coucher puisse expliquer l'absence

de différence entre une nuit contrôle et une nuit de garde (Jay et al. 2016). Précédemment, une

étude qualitative rapportait que dans l’attente d’être appeles pour une intervention de nuit, les

sapeurs-pompiers australiens se sentaient inquiets et avaient donc un sommeil perturbé

(Paterson et al. 2016). Bien que l'anxiété n'ait pas été mesurée dans la présente étude, le fait que

nos participants aient été des sapeurs-pompiers professionnels avec une certaine expérience (~

19 ans) a pu influencer leurs niveaux d’anxiete au coucher et pourrait donc expliquer cette

absence de diminution de la qualité du sommeil lors des gardes sans interventions.

Les perturbations du sommeil observées durant la nuit de garde avec une intervention pourraient

également provenir de l'intensité de l'exercice physique effectué lors de l'intervention simulée

(Torsvall et al. 1984; Driver et al. 1988; Myllymäki et al. 2011). Cependant, cette hypothèse

semble peu probable dans le contexte de notre étude pour deux raisons : (1) nos résultats n'ont

révélé qu'un temps de sommeil total réduit mais aucune différence pour le temps

d’endormissement, comme observé précédemment (Oda and Shirakawa 2014); (2) d'autres

études n'ont montré aucun effet de l'activité physique sur la qualité du sommeil subséquent

(Myllymäki et al. 2012; Thomas et al. 2020). Par conséquent, la réduction du temps de sommeil

total et de la qualité subjective du sommeil observées dans cette étude résultent très

probablement uniquement de la réduction du temps passé au lit.

Limites

L'une des limites de cette étude est liée à la validité des résultats du t-shirt Hexoskin pour

l'évaluation de l’architecture du sommeil. En effet, les différences mesurées entre les nuits

contrôle et les nuits de garde dans les études précédentes ont été observées au niveau du

sommeil lent profond et du sommeil paradoxal (Torsvall and Åkerstedt 1988; Richardson et al.

1996; Wuyts et al. 2012). Cependant, bien que l'algorithme d’Hexoskin fournisse des

informations sur cette architecture du sommeil, ces informations n’ont pas révélé une validité

suffisante en comparaison d’une mesure de polysomnographie pour permettre de procéder à

cette analyse dans la présente étude (Pion‐Massicotte et al. 2019). De plus, nous n'avons

contrôlé ni le repas du soir ni la température de la chambre, qui pourraient tous deux avoir une


167

influence sur la qualité du sommeil (St-Onge et al. 2016; Lan et al. 2017). Aussi, les bruits

environnants n’ont pas ete contrôlés lors des nuits de garde, bien qu’ils puissent être à l'origine

d'une modification à la fois de la qualité du sommeil et des réponses autonomes nocturnes

(Muzet 2007). Enfin, le nombre de participants pourrait être trop faible, ce qui pourrait

potentiellement augmenter le risque d'erreur de type II dans la présente étude.

3.2.5 Conclusion

En conclusion, les résultats de la présente étude ont révélé que pour les sapeurs-pompiers, être

de garde durant la nuit, avec ou sans intervention, influence leur activité autonome cardiaque

nocturne, conduisant à une excitation physiologique. Cependant, bien que la nuit de garde ait

provoqué une perturbation de la fonction autonome cardiaque des sapeurs-pompiers, la qualité

du sommeil évaluée subjectivement et avec le t-shirt Hexoskin est restée inchangée. La qualité

du sommeil n'a été perturbée que lorsque les nuits de garde ont été interrompues par une

intervention de lutte contre l'incendie. Ces résultats mettent en évidence l'importance pour les

sapeurs-pompiers de maintenir une période de repos adéquate entre deux gardes, même

lorsqu'ils n'ont pas d'interventions au cours de la nuit. Ces résultats encourageants donnent des

perspectives afin d’étudier les relations potentielles entre une perturbation chronique de la

fonction autonome cardiaque nocturne et la diminution de la VFC de repos observée pour les

sapeurs-pompiers qui ont un niveau de stress au travail élevé (Shin et al. 2016).

DISCUSSION GÉNÉRALE

168


L’objectif de ce travail de thèse etait d’investiguer les reponses psychophysiologiques des

sapeurs-pompiers durant les trois phases d’une intervention de lutte contre les incendies.

Comme le montre la Figure 22, les résultats obtenus ont permis d’apporter de nouveaux

éléments qui permettent une meilleure compréhension des réponses induites par chacune des

trois phases d’une intervention de lutte contre les incendies.

Tout d’abord, l’etude n°4 a permis d’investiguer la première phase de l’intervention, la phase

d’alarme et de mobilisation. Deux aspects des reponses des sapeurs-pompiers ont ainsi été

étudiés, un aspect physiologique et un aspect psychologique. D’un point de vue physiologique,

les reponses cardiovasculaires ont ete investiguees a travers l’analyse de reactivite de la FC lors

du signal d’alarme et de la PA à la suite de la mobilisation. Les résultats ont révélé une

augmentation de la PA et de la FC durant cette phase de l’intervention. De plus, la reactivite de

la FC a ete influencee par differents facteurs. Une influence circadienne tout d’abord, avec une

reactivite de la FC plus elevee la nuit que le jour. De plus, la nuit, le type d’alarme a également

une influence sur la reactivite de la FC, qui est plus faible lorsque le signal d’alarme utilisé est

sous forme de vibreur que lorsqu’il est sous forme de sonnerie. Ensuite, d’un point de vue

psychologique, les niveaux de somnolence, de confiance en soi, d’anxiete cognitive et d’anxiete

somatique ont ete releves a l’issue de cette première phase. Une augmentation de l’anxiete

somatique a été observée, ce qui révèle une perception des réponses physiologiques liés à

l’activation du système nerveux autonome et ce, quelle que soit la condition, sans influence

circadienne ou du type d’alarme. Par ailleurs, une influence circadienne a été observée sur les

niveaux de somnolence et de confiance. En effet, la nuit seulement, les résultats ont révélé une

augmentation de la somnolence et une diminution de la confiance lors de la phase d’alarme.

Ainsi, les resultats de l’etude n°4 confirment la presence d’un stress psychophysiologique chez

les sapeurs-pompiers dès la phase d’alarme et de mobilisation. Ce stress est influencé par divers

paramètres comme le moment de l’intervention et le type d’alarme. Si une intervention nocturne

semble avoir une influence négative sur certains paramètres psychologiques et physiologiques,

une réduction du stress sonore lors du signal d’alarme la nuit permet de reduire le stress

cardiaque des sapeurs-pompiers.

Figure 22. Apports des études 1 à 5 dans la compréhension des trois phases d'une intervention de lutte contre les incendies

Les etudes 1 a 4 ont ensuite aborde differents aspects de la seconde phase d’intervention, la

phase sur les lieux de l’intervention. Les aspects physiologiques ont ete etudies a partir de

mesures de la FC (études 1, 2, 3, 4), de la FR (étude 1) et de la PA (etude 4). L’etude n°1 a

permis une analyse détaillée des réponses cardiaques et respiratoires avec le calcul de la FC et

FR pour chacune des tâches de l’intervention simulee. Les resultats obtenus sont en accord avec

ceux de travaux précédents, révélant une réponse cardiaque et respiratoire qui varie selon la

tâche à effectuer, mais atteignant des niveaux maximaux ou proches du maximal pour certaines

tâches. Les conditions expérimentales ont également permis de montrer pour la première fois,

qu’en conditions écologiques, le port de l’ARI augmente ce stress cardiaque. De plus, les

resistances expiratoires provoquees par le microregulateur de l’ARI ont eu une influence sur la

respiration des sapeurs-pompiers durant l’exercice.

Par ailleurs, au regard de la performance des sapeurs-pompiers durant l’intervention, les

resultats de l’etude n°3 sont en accord avec les resultats d’etudes anterieures, en montrant une

relation entre la condition physique et la performance lors de l’intervention simulee, des

capacités cardiorespiratoires elevees permettant l’amelioration des performances.

Au regard des aspects psychologiques et cognitifs, la perception de la difficulte de l’effort

recueillie dans les etudes 1 a 4 etait comprise entre 5,9 et 8,1 sur l’echelle CR10 de Borg, ce

qui correspond à un effort perçu comme « difficile » à « très difficile ». De par son poids d’une

part et ses resistances expiratoires d’autre part, l’ARI a une influence importante sur ce

paramètre en provoquant son augmentation. L’etude n°1 a par ailleurs révélé une altération des

fonctions exécutives au cours de l’intervention simulee. En effet, le temps de reponse moyen

au Stroop Test a diminué durant l’intervention, mais ce résultat était accompagné par une

augmentation significative du nombre d’erreurs.

Enfin, contrairement a la phase d’alarme, la phase de l’intervention ne semble pas suivre une

variation circadienne, comme le montrent les paramètres investigues dans l’etude n°4. En effet,

ni les paramètres cardiovasculaires (FC et PA), ni la perception de la difficulte de l’effort et ni

les performances des sapeurs-pompiers n’ont presente de differences significatives entre

l’intervention de jour et l’intervention de nuit.

Tous ces résultats révèlent un stress psychophysiologique aigu lors des interventions de lutte

contre les incendies. Une accumulation d’interventions de ce type pourrait alors provoquer une

accumulation de stress. Or, dans le concept du syndrome general d’adaptation, Selye decrit que,

dans le cas d’une exposition prolongee au stress, l’organisme peut entrer en phase de résistance,

puis en phase d’épuisement avec des conséquences négatives sur la santé des individus (Selye

1956; Goldstein and Kopin 2007). Il pourrait donc sembler judicieux de réaliser un suivi


171

régulier des contraintes subies par les sapeurs-pompiers dans le cadre de leurs missions. Ainsi,

c’est pour repondre a ce besoin de quantification de la charge de travail des sapeurs-pompiers

que l’etude n°2 a ete realisee. L’objectif de cette etude etait d’etudier l’effet de l’ARI sur

différentes méthodes de quantification de la charge de travail et d’investiguer les relations entre

ces differentes methodes. Les resultats de cette etude ont confirme l’hypothèse d’une

augmentation de la charge de travail interne, provoquee par le port de l’ARI. De plus, les

résultats suggèrent que la méthode de quantification de la charge de travail basée sur la

perception de la difficulte de l’effort soit la methode la plus sensible aux contraintes de l’ARI,

et donc la plus appropriée pour réaliser un suivi de la charge de travail chez les sapeurs-

pompiers.

Enfin, la troisième phase de l’intervention, la phase de recuperation, a été abordée dans les

études de 1 à 5. L’etude n°1 est la première a avoir evalue la fonction autonome cardiaque post-

intervention chez les sapeurs-pompiers. Les résultats ont révélé une forte diminution de

l’activite parasympathique post-intervention. En effet, dans cette étude, l’activite

parasympathique cardiaque des sapeurs-pompiers était plus faible après l’intervention simulée

qu’après l’IFT. De plus, bien que l’intensite de l’exercice soit superieure avec le port de l’ARI,

le port de ce dernier n’a pas eu d’influence sur la réactivation du SNP. Par ailleurs, comme

mesure dans l’etude n°3, cette réactivation du SNP ne semble pas influencée par la condition

physique des sapeurs-pompiers, des capacités cardiorespiratoires plus elevees n’ayant pas

permis d’augmenter l’activite parasympathique cardiaque post-exercice. En revanche, si la

dépression vagale post-intervention était déjà importante le jour, les résultats de l’etude n°4 ont

revele qu’elle etait encore superieure après une intervention de nuit.

Afin de faciliter l’investigation de la fonction autonome cardiaque en condition ecologique chez

les sapeurs-pompiers, l’objectif de la troisième etude etait de tester la fiabilité et la sensibilité

d’une analyse de la VFC post-exercice à très court terme en comparaison d'une analyse de

reference a court terme. Malgre l’obtention d’une bonne fiabilite, les donnees a très court terme

n’ont pas presente une sensibilité suffisante pour révéler des différences entre les conditions

experimentales. Ces resultats montrent qu’il semble préférable de conserver une analyse de la

VFC classique a court terme lors d’une analyse post-exercice chez les sapeurs-pompiers.

Enfin, après avoir analyse la phase aiguë de recuperation, immediatement après l’intervention,

l’etude n°5 a permis l’investigation d’une phase de recuperation retardee, dans les heures qui

suivent l’intervention. En effet, la phase de recuperation peut s’etendre sur plusieurs heures, et

peut avoir lieu durant le sommeil lorsque les sapeurs-pompiers ont la possibilité de dormir


172

lorsqu’ils sont de garde. Ainsi, la VFC nocturne et la qualité objective et subjective du sommeil

ont été évaluées en comparant une nuit contrôle réalisée au domicile des sapeurs-pompiers et

deux nuits de garde, une avec une intervention simulée de lutte contre les incendies et une sans

intervention. Les resultats de cette etude ont montre qu’être de garde sans intervention

perturbait la fonction autonome cardiaque nocturne, avec une diminution des indices reliés à

l’activite parasympathique cardiaque. Cette perturbation de la fonction autonome nocturne ne

semble pas aggravee lorsqu’une intervention est realisee en debut de nuit. En ce qui concerne

la qualité objective et subjective du sommeil, seule la nuit de garde avec une intervention a eu

un effet sur ces paramètres, avec une diminution de la qualité subjective et de la quantité de

sommeil. Ainsi, après avoir montré que la réactivation parasympathique cardiaque aiguë était

fortement perturbée dans les premières minutes de récupération post-intervention (étude n°1)

et que cette perturbation était accentuée après les interventions réalisées de nuit (étude n°4),

l’etude n°5 revèle que l’activite parasympathique cardiaque est egalement diminuee lors d’une

phase plus retardée de la récupération, la nuit lorsque les sapeurs-pompiers sont de garde.

LIMITES ET PERSPECTIVES

173


En France, un plan d’actions en faveur de la feminisation de la profession a ete récemment

presente par le Ministère de l’Interieur et relaye lors des ceremonies du 40ème anniversaire des

femmes chez les sapeurs-pompiers (10 novembre 2016). Le nombre de femmes sapeurs-

pompiers ne cesse d’augmenter, avec une augmentation de 3% rien que pour l’annee 2014. Or,

très peu d’etudes se sont penchees sur les reponses physiologiques des femmes lors d’exercices

de lutte contre les incendies. Williams-Bell et al. (2009) ont montré que les hommes étaient

plus rapides que les femmes pour réaliser une intervention simulée de lutte contre les incendies.

Cette difference de performance s’accompagnait d’une VO2, d’une VCO2 et d’une ventilation

plus élevée pour les hommes que pour les femmes. Cependant, aucune différence n’a ete

observee en ce qui concerne la FC d’exercice ou le quotient respiratoire. Par ailleurs, Park et

al. (2014) ont montre que l’impact negatif du port des EPI sur le confort et la mobilite etait plus

important pour les femmes que pour les hommes. Un équipement non adapté au personnel

feminin serait a l’origine de cette difference. Au cours de cette thèse, six femmes ont participé

à la première expérimentation. La proportion de femmes incluses dans la première étude

(17,7%) correspond à la proportion de femmes sapeurs-pompiers en France (17% en 2018).

Cependant, ce pourcentage demeure trop faible pour une généralisation des résultats aux

femmes sapeurs-pompiers. Il serait donc intéressant dans des recherches futures de poursuivre

ces investigations avec un nombre plus important de participantes afin de pouvoir élargir les

conclusions aux femmes sapeurs-pompiers.

De plus, diverses stratégies de récupération ont été investiguées chez les sapeurs-pompiers avec

des bénéfices parfois mitigés (Barr et al. 2010). Cependant, les stratégies de refroidissement

avec une immersion des mains et avant-bras ont montré des résultats positifs en termes de

réduction du stress thermique, de la VO2 et de la tolerance a l’effort (Selkirk et al. 2004;

Giesbrecht et al. 2007; Barr et al. 2009; Hostler et al. 2010). Les résultats des travaux de cette

thèse montrent la forte perturbation parasympathique post-intervention. Des travaux dans le

domaine sportif ont montre que certaines strategies permettent d’ameliorer la reactivation

parasympathique cardiaque post-exercice. En effet, des stratégies de refroidissement par bains

froids (Buchheit et al. 2009d; Al Haddad et al. 2010b; de Oliveira Ottone et al. 2014; Almeida

et al. 2016; C Choo et al. 2018), par immersion du visage (Al Haddad et al. 2010a) ou encore

des stratégies de réhydratation (Vianna et al. 2008; de Oliveira et al. 2011; Pecanha et al. 2014)


174

ont permis d’accelerer la reactivation parasympathique post exercice. Il serait donc interessant

de mesurer si de telles stratégies mises en place après les interventions de lutte contre les

incendies permettraient d’améliorer la réactivation parasympathique cardiaque des sapeurs-

pompiers.

Il est desormais bien etabli qu’avoir une bonne condition physique est primordial pour les

sapeurs-pompiers. Tout d’abord, au regard de leur santé, il a été montré que des capacités

cardiorespiratoires élevées permettraient de réduire le risque d'événement cardiaque durant les

interventions de lutte contre les incendies (Baur et al. 2012; Smith et al. 2016) et qu’elles

apporteraient un effet cardioprotecteur au repos (Porto et al. 2019). De plus, la condition

physique des sapeurs-pompiers influence leurs performances durant les interventions de lutte

contre les incendies (Andrews et al. 2019). Des capacités cardiorespiratoires élevées permettent

d’ameliorer la performance des sapeurs-pompiers (Von Heimburg et al. 2006; Windisch et al.

2017b; Nazari et al. 2018), c’est pourquoi des niveaux minimums de VO2max ont parfois été

recommandés (Lemon and Hermiston 1977; Louhevaara et al. 1986; Gledhill and Jamnik 1992;

Sothmann et al. 1992; Von Heimburg et al. 2006; Windisch et al. 2017b). De plus, les niveaux

de force, de puissance et d’endurance musculaire des membres inférieurs et supérieurs ont

également présenté des corrélations avec les performances lors des interventions de lutte contre

les incendies (Davis et al. 1982; Williford et al. 1999; Rhea et al. 2004; Michaelides et al. 2008,

2011). Cependant, très peu d’etudes ont cherché à évaluer les effets d’un entraînement

spécifique sur les performances des sapeurs-pompiers. Hilyer et al. (1999) ont montre qu’il etait

nécessaire de mettre à disposition du matériel d’entraînement durant les gardes afin de

permettre aux sapeurs-pompiers d’ameliorer leur condition physique. En effet, un programme

d’entraînement sans matériel, programme sur le temps de garde n’a pas permis d’ameliorer la

condition physique des sapeurs-pompiers, contrairement à un programme réalisé avec matériel

(Hilyer et al. 1999). Par ailleurs, un stress anaérobie similaire a été observé entre un circuit

training composé de différents exercices de renforcement et une intervention de lutte contre les

incendies (Abel et al. 2011). Peterson et al. (2008) ont investigué les effets de deux programmes

d’entraînement sur les performances des sapeurs-pompiers durant des interventions simulées.

Les resultats de cette etude revèlent que les deux programmes ont permis d’ameliorer les

performances des sapeurs-pompiers, avec un progrès plus grand pour le groupe qui a suivi une

planification par blocs non lineaire de l’entraînement (Peterson et al. 2008). Ainsi, des

recommandations ont ete formulees afin d’optimiser la preparation physique des sapeurs-

pompiers (Abel et al. 2011, 2015). Ces recommandations suggèrent la réalisation de circuits


175

training comprenant entre 5 et 15 exercices fonctionnels multi-articulaires, réalisés à haute

intensité, entrecoupés de brèves périodes de récupération (pour un ratio travail-récupération de

1/1 environ). Les exercices devraient reproduire les mouvements réalisés lors des interventions

reelles et le programme d’entrainement devrait suivre une periodisation par blocs (mesocycles).

Cependant, ces recommandations sont principalement basées sur des recherches menées dans

le domaine sportif. Ainsi, des recherches supplémentaires doivent être menées afin de mesurer

l’influence de ces programmes sur les performances et la sante des sapeurs-pompiers.

Enfin, les travaux de cette thèse supportent l’idee qu’un reseau de capteurs, tel que souhaité par

le projet RESponSE, permettant un monitoring des sapeurs-pompiers en intervention puisse

leur être bénéfique. En effet, les contraintes subies lors d’une intervention de lutte contre les

incendies ont un impact important sur l’homeostasie des sapeurs-pompiers. Les résultats

obtenus montrent que des paramètres tels que la FC et la VFC sont des paramètres sensibles

aux contraintes subies par les sapeurs-pompiers. Ainsi, la mise en place de capteurs permettant

le recueil et l’analyse de ces donnees en direct durant les interventions de lutte contre les

incendies pourrait apporter des informations vitales au regard de la santé et de la sécurité des

sapeurs-pompiers.

CONCLUSION GÉNÉRALE

176

CONCLUSION GÉNÉRALE

Les différentes études menées chez les sapeurs-pompiers avaient mis en évidence un stress

psychophysiologique important durant les trois phases d’une intervention de lutte contre les

incendies. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont permis de confirmer les résultats déjà

observés précédemment et apportent de nouvelles informations sur chacune des trois phases

d’une intervention de lutte contre les incendies. Ces travaux ont montré que dès la phase

d’alarme et de mobilisation, les sapeurs-pompiers sont soumis à un stress cardiovasculaire

(augmentation de la FC et de la PA) et psychologique (augmentation de l’anxiete). La nuit, ce

stress psychophysiologique est accentué (augmentation de la réactivité de la FC, diminution de

la confiance en soi, etc.). Lors de la seconde phase, durant l’intervention, nous avons montre

que ce stress psychophysiologique se poursuivait et s’accentuait encore davantage (perturbation

des fonctions exécutives, la FC et la FR atteignent parfois des valeurs maximales, etc.). Ce

stress est accentue par le port de l’ARI (augmentation de la FC d’exercice et du RPE) qui va

également diminuer les performances des sapeurs-pompiers (durée de réalisation). En revanche,

cette phase de l’intervention ne semble pas affectee par une variation circadienne, avec des

performances et un stress physiologique similaires entre une intervention de jour et de nuit.

Enfin, ces travaux apportent de nouvelles informations relatives à la régulation autonome

cardiaque dans la phase post-intervention et nocturne. Nos résultats mettent en évidence une

très forte perturbation de l’activité parasympathique cardiaque post-intervention diurne. Cette

dépression parasympathique est accentuée dans le cas d’une intervention nocturne. Pour finir,

l’activite autonome cardiaque est egalement perturbee durant le sommeil lorsque les sapeurs-

pompiers sont de garde. En conséquence, il semble nécessaire de mettre en place différentes

stratégies afin de limiter ce stress psychophysiologique et notamment cardiovasculaire durant

les interventions et la phase de récupération subséquente.

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