La plongée sous-marine.

La plongée sous-marine est une activité consistant à rester sous l’eau, soit en apnée dans le cas de la plongée libre, soit en respirant à l’aide d’un narguilé (tuyau apportant de l’air depuis la surface) ou le plus souvent en s’équipant d’une bouteille de plongée dans le cas de la plongée en scaphandre autonome.

Le matériel spécifique commun aux différentes formes de plongée se compose généralement d’une combinaison isothermique, d’un masque, de palmes (qui peut être une monopalme dans le cas de la plongée libre), et d’un lestage porté sur une ceinture. Dans le cas spécifique de la plongée en scaphandre autonome ce dernier peut être intégré dans un gilet  stabilisateur équipé d’un direct system, le plongeur sera également muni d’une bouteille de plongée contenant généralement de l’air comprimé autour de 200 bars. Le gaz respiré par le plongeur en scaphandre autonome est apporté via un détendeur. Des instruments de mesure sont utilisés pour contrôler la plongée : ordinateur de plongée mais aussi manomètre (pression dans la bouteille) pour les plongeurs en scaphandre. Les ordinateurs de plongée calculent en temps réel les paramètres de plongée et optimisent les plongées par rapport à l’utilisation

traditionnelle d’une montre (temps de plongée) et d’un profondimètre (profondeur de plongée), un paramètre correspondant aux tables de décompression (tableaux donnant les temps maximum en fonction des profondeurs et temps d’immersion) est ajouté pour les plongeurs en scaphandre. Malgré les ordinateurs, ces derniers doivent être en mesure de contrôler en permanence leurs paramètres de plongée et être en mesure de calculer leurs paliers de décompression par les moyens traditionnels. Les pratiquants de la plongée libre n’ont eux pas besoin d’utiliser ces paliers. Le troisième type de plongée, la plongée à l’aide d’un narguilé est plutôt pratiquée par les professionnels, elle nécessite un équipement plus particulier et est  beaucoup plus rare que la plongée libre ou la plongée en scaphandre autonome, ces deux formes de plongée étant davantage pratiquées en tant que loisir.

Les plongées professionnelles sont effectuées dans les différentes branches de l’industrie en milieu marin, ou pour l’exploration ou l’exploitation de ce milieu. Elle a aussi un développement important chez les militaires. La plongée de loisir a pour but principal des plongées la découverte du monde sous-marin. La pêche sous-marine étant interdite dans de nombreux pays aux plongeurs équipés de scaphandre, elle est donc typiquement pratiquée par des pratiquants de plongée libre (plongeurs en apnée) munis d’arbalètes spécifiques appelées aussi fusils harpons. Enfin la plongée sportive, organisée en compétition et basée sur des records, est essentiellement l’apanage de la plongée libre. Cette forme de plongée est ainsi classée parmi les sports extrêmes en raison des risques inhérents à la recherche de la performance.

Plongée sous-marine, carte maximum, France

La mer a toujours été une source précieuse pour l’Homme, de nourriture bien sûr mais aussi de matériaux et d’objets précieux comme les perles. La volonté d’y plonger plus profond et plus longtemps a donc sans doute  toujours habité de nombreux peuples côtiers, à tel point que certains comme les Bajau d’Indonésie ont développé des adaptations physiologiques et génétiques accroissant leurs performances en apnée.

L’idée d’objets voire de machines permettant des séjours prolongés sous l’eau est ancienne. On fait remonter au règne d’Alexandre le Grand la conception d’une « cloche de plongée » imaginée par le philosophe Aristote, vers 322 av. J.-C.. Des objets similaires ont été reproduits à la Renaissance (XVIe siècle) par des inventeurs comme Guglielmo de Lorena puis Franz Kessler. La cloche de plongée est perfectionnée en 1690 par le physicien Edmond Halley, qui produit les premiers modèles à utilisation régulière. Cette invention permettra d’effectuer des travaux sous-marins jusqu’à près de 20 m de profondeur, avant d’être rendue obsolète par l’invention du scaphandre.

Les premières esquisses d’un équipement mobile et autonome datent de la fin du xive siècle, avec Konrad Kyeser qui imagine une « robe de plongée », sorte de gros tonneau équipé d’un hublot et de bras, qu’il ne réalisera cependant jamais : il faudra attendre le xviiie siècle pour que son idée soit reprise et testée par John Lethbridge3, sur la base d’innovations de Denis Papin. Léonard de Vinci avait lui aussi réfléchi à des systèmes similaires, mais jamais rien expérimenté.

Le premier prototype de scaphandre est inventé en 1824 par Charles et John Deane : il s’agit d’un gros casque hermétique alimenté en air sous pression par un tuyau relié à un compresseur mécanique en surface. Plusieurs systèmes similaires à casque dur et équipement mou (généralement en cuir, puis en caoutchouc) se sont succédé, mais avaient en commun d’être limités en profondeur et surtout en fiabilité.

Il faut attendre 1865 pour que Lodner D. Phillips invente le premier  scaphandre intégral, sorte d’armure médiévale étanche : il ne réalisa probablement jamais son prototype, mais fut une source d’inspiration majeure pour les frères Carmagnolle, inventeurs du premier scaphandre étanche fonctionnel en 1882. Ce genre d’équipement commence à être produit et utilisé en grande quantité, même si le risque est encore grand. Joseph Peress invente en 1930 le Tritonia Diving Suit, modèle très populaire bien qu’encore extrêmement lourd et rigide ; dès les années 1930 les progrès de la chimie permettent à certains scaphandres de se dispenser d’un tuyau grâce à un système de recycleur d’air. Toutes ces inventions serviront de base pour l’élaboration, dans les années 1960, du scaphandre spatial. Des scaphandres plus performants verront ensuite le jour en 1969 (« JIM Suit » de Mike Humphrey et Mike Borrow) puis en 1987 (« Newtsuit » de Phil Nuytten), permettant de descendre à 300 m de profondeur en relative sécurité.

Mais c’est évidemment l’invention du scaphandre autonome qui va révolutionner l’histoire de l’exploration marine. Dès 1864, les scaphandres Rouquayrol-Denayrouze sont équipés de détendeurs alimentés par une réserve d’air comprimé : on peut donc déjà parler de « scaphandre autonome », mais ils demeurent des équipements lourds et encombrants, destinés à marcher lentement au fond de l’eau plutôt qu’à nager (comme le scaphandre à recycleur allemand Draeger DM406).

Le principe de fonctionnement du scaphandre autonome est théorisé par Manuel Théodore Guillaumet en 1838, mais ne sera mis en application que dans les années 1860 par Benoît Rouquayrol et Auguste Denayrouze (leur prototype est utilisé par Jules Verne dans son célèbre roman Vingt mille lieues sous les mers). La forme actuelle de l’équipement de plongée autonome est élaborée par Maurice Fernez puis Yves Le Prieur pendant l’entre-deux-guerres (le scaphandre autonome Fernez-Le Prieur est breveté en 1926), et perfectionné par Émile Gagnan et Jacques-Yves Cousteau en 1943 : l’invention capitale pour la plongée autonome (sans aucun tube relié à la surface), est le détendeur automatique, dit aussi « de débit à la demande ». C’est ce système qui demeure le plus utilisé au xxie siècle, avec toutes sortes de perfectionnements et d’équipements complémentaires.

Le facteur principal influant sur l’organisme humain en plongée est la pression exercée par l’eau. Celle-ci augmente avec la profondeur : le corps est soumis à une pression d’environ 1 bar à l’air libre au niveau de la mer (pression atmosphérique), mais le poids de l’eau au-dessus du plongeur immergé soumet celui-ci à une pression additionnelle d’environ 1 bar tous les 10 mètres en eau de mer et environ 0,98 bar tous les 10 mètres en eau douce.

Par exemple, à 25 mètres de profondeur, un plongeur est soumis à 3,5 bars de pression totale (1 bar de pression atmosphérique et 2,5 bars de pression hydrostatique) ; cette pression inhabituelle pour un être humain adapté au milieu terrestre provoque des phénomènes que le plongeur doit connaître et gérer sous peine de mettre sa santé ou sa vie en danger.

L’air contenu dans les différentes cavités du corps (oreille moyenne, sinus, appareil respiratoire…) voit son volume varier de manière inversement proportionnelle à la pression ambiante, suivant la loi de Boyle-Mariotte.

La perception (vision et l’audition) est modifiée sous l’eau (où le son se propage plus de 4 fois plus vite que dans l’air, et l’effet de barrière acoustique du corps humain est atténué). Certains signaux acoustiques sont bien perceptibles et repérables (plus ou moins selon la fréquence du signal, sa durée d’émission et la position de la source émettrice). Tourner la tête facilite ce repérage, et le port d’une cagoule ne le gêne pas.

Les accidents dus aux variations anormales de pressions dans les organes creux sont appelés des barotraumatismes. Ceux-ci touchent les différentes cavités en contact avec l’air inspiré : oreilles, sinus, dents, intestin, mais aussi l’espace situé entre le masque et le visage et la peau en contact avec une bulle d’air emprisonnée par une combinaison (généralement une combinaison étanche).

Lors de la descente, l’air contenu dans l’oreille moyenne du plongeur est en dépression par rapport au milieu ambiant, ce qui crée une déformation du tympan. Le plongeur doit volontairement insuffler de l’air dans son oreille moyenne via les trompes d’Eustache, afin d’éviter toute déchirure ou douleur. Il existe plusieurs manœuvres d’équilibrage, la plus répandue consiste à se pincer le nez et à souffler légèrement bouche fermée  (manœuvre de Valsalva). On peut également équilibrer son oreille en faisant une « béance tubaire volontaire » qui consiste à plonger « trompes ouvertes », grâce au contrôle des muscles péristaphylins qui participent à leurs ouvertures. Cette technique est difficile à pratiquer car elle nécessite une concentration cérébrale importante et un entraînement à une gymnastique musculaire qui n’est pas commune. La déglutition peut permettre d’obtenir le même résultat. L’air inspiré pénètre sans traumatisme dans la trompe d’Eustache béante pour repousser le tympan contre la pression de l’eau et ainsi l’équilibrer. Lors de la remontée le phénomène inverse se produit et l’oreille moyenne passe en surpression. La plupart du temps, aucune manœuvre d’équilibrage volontaire n’est nécessaire. Cependant, pour aider l’équilibrage, le plongeur peut utiliser la manœuvre de Toynbee.

Lors de la remontée, l’air contenu dans les poumons du plongeur se dilate. Si le plongeur n’est pas attentif et n’expire pas ou pas assez (en cas d’apnée involontaire, de panique, de remontée trop rapide…), la surpression pulmonaire ainsi créée peut entraîner des lésions graves. Il est contre-productif et dangereux d’utiliser la méthode de Valsalva à la remontée. Puisque cette dernière augmente la pression dans l’oreille moyenne, elle aggrave donc le phénomène et engendre un barotraumatisme.

L’augmentation de la pression ambiante cause la liquéfaction des gaz, et augmente donc leur solubilité dans les fluides.

Lorsqu’un gaz se trouve en contact avec un liquide, il va s’y dissoudre progressivement jusqu’à atteindre une limite proportionnelle à la pression et dépendant des caractéristiques du gaz et du liquide en matière de  solubilité, suivant la loi de Henry. Si la pression augmente, de plus en plus de gaz se dissout dans le liquide. Si la pression diminue doucement, du gaz reflue vers la limite du liquide sous forme dissoute ou de micro-bulles. Si la pression diminue très rapidement, le gaz s’échappe de manière explosive et forme des bulles au sein du liquide (exemple de la bouteille de soda au moment de l’ouverture).

Le corps humain est essentiellement constitué de liquide, et est donc soumis au même phénomène d’absorption et de restitution des gaz. Seuls les gaz inertes (diazote, hélium, dihydrogène…), non métabolisés par l’organisme, sont impliqués dans ce mécanisme pathologique. Le comportement du dioxygène et du gaz carbonique (dioxyde de carbone) obéit à des mécanismes physiologiques supplémentaires, qui font que ces gaz ne posent pas de problème du point de vue de la dissolution.

Lors de l’immersion, les gaz inertes diffusent dans le corps du plongeur (sang et tissus) et s’accumulent progressivement, et ce d’autant plus que la profondeur et la durée de la plongée augmentent. Lors de la remontée, si la pression baisse trop rapidement – comme pour la bouteille de soda ouverte brusquement – des bulles pathogènes vont atteindre une taille critique dans l’organisme. Suivant la localisation de leur apparition, ces bulles peuvent entraîner notamment des accidents circulatoires, des paralysies, des  douleurs articulaires, que l’on regroupe sous le terme d’accidents de décompression (ADD). Si les vaisseaux sanguins au bas de la moelle épinière sont encombrés, il peut y avoir mort par anoxie de celle-ci, donc paraplégie. Le cerveau est aussi très sensible. L’enjeu pour le plongeur est de remonter suffisamment doucement pour que les bulles formées soient suffisamment petites pour être asymptomatiques.

Ces phénomènes ont été modélisés empiriquement, afin de proposer au plongeur des procédures de décompression en fonction de sa plongée. Ces procédures limitent la vitesse de remontée (entre 6 et 18 mètres par minute en fonction des procédures), et imposent des paliers (des temps d’attente sans remonter). Les procédures de décompression sont soit décrites sous forme de tables, soit implantées dans un ordinateur de plongée, soit dans des logiciels de simulation9 et ont fait l’objet de validations statistiques sur des populations de plongeurs. Ces procédures sont aujourd’hui fiables, et les accidents de décompression surviennent essentiellement à la suite d’un non-respect des procédures ou à une utilisation d’un protocole en dehors de son domaine de validité.

Toutefois, à ce jour, personne ne peut proposer de modèle satisfaisant permettant d’expliquer la décompression d’un plongeur. La recherche s’oriente actuellement sur l’évolution des « micro-bulles » dans le corps du plongeur, avec des résultats intéressants et une évolution vers des procédures de décompression plus optimisées, en diminuant le temps de décompression sans en dégrader la sûreté.

Source : Wikipédia.

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