B. ESPIRATION SOUS L’EAU.
Le fait que l'eau ne soit pas respirable est un problème relativement aisé à résoudre, et, il l’est plus ou moins bien, depuis des temps assez reculés.Plusieurs solutions ont été utilisées :
1°/ La plongée en apnée est la plus ancienne.
Le plongeur respire en surface, retient sa respiration et plonge en apnée inspiratoire, avec le stock d'air contenu dans ses poumons.
Très vite (1 à 3 minutes) il doit remonter, ayant consommé son oxygène et accumulé du gaz carbonique. Dans ces conditions, en immersion la cage thoracique du plongeur est comprimée, ses organes abdominaux également, repoussant ainsi vers le haut le diaphragme,
Le volume pulmonaire est diminué et l'air emmagasiné dans les poumons est donc comprimé.
La durée d'immersion peut être un peu augmentée par une hyperventilation; celle-ci a pour effet d'augmenter la pression partielle d'oxygène alvéolaire et d'abaisser celle du gaz carbonique ou encore par inhalation d'oxygène pur ou d'un mélange suroxygéné, sachant que dans la respiration normale ( eupnée ) une faible partie du volume pulmonaire (0,5 litre - air courant)est renouvelée à chaque cycle ventilatoire (inspiration-expiration ).
Soufflet thoracique
Dans l'hyperventilation ( hyperpnée ) un volume beaucoup plus grand est renouvelé
( 1,5 Litre - air complémentaire + 1,5 litre - air de réserve )
Cette méthode est la base de la plongée libre pratiquée par les plongeurs de perles, de corail, d'éponges et les chasseurs sous-marins.
Cette solution, apparemment simple, dont les limitations sont évidentes, pose toutefois des problèmes physiopathologiques compliqués, comme en témoignent malheureusement de nombreux accidents mortels.
2°/ L'utilisation d'enceintes rigides, closes et résistantes à la pression, alimentées. en oxygène (02) ou en air à la pression atmosphérique à partir des réservoirs, le gaz carbonique (C02) et la vapeur d'eau (H20) exhalés étant absorbés par de la chaux sodée.
C'est le cas des sous-marins, bathyscaphes, soucoupes plongeantes, tourelles
d'observation type Galéazzi.
Ici se posent surtout des problèmes de résistance des matériaux, de propulsion et de confinement.
3°/ Alimentation en air à partir de la surface Pour cela on peut envisager l'utilisation d'un tube dépassant par une extrémité la surface de l'eau, l'autre étant dans la bouche du plongeur immergé.
Cette
solution simple et élégante se heurte toutefois à de graves limitations.
En effet, avec un tube (tuba classique) de 30 à 35 cm de long on peut respirer la tête sous l'eau.
Dans ces conditions la pression totale supportée par le thorax du plongeur (Pression Atmosphérique plus Pression Hydrostatique) est peu différente de la Pression Atmosphérique, voisine de = 1 Kg/ cm2)
Pour une immersion de 50 cm la respiration devient déjà très pénible et à 2 mètres elle devient impraticable.
Ceci est dû au fait que l'air apporté par le tuyau est à la pression atmosphérique (PA = 1 bar) alors que la cage thoracique du plongeur se trouve à une pression plus élevée pression atmosphérique (PA) + pression de la colonne d'eau = pression hydrostatique) qui est ici de 1,200 bar
Le plongeur subit alors les mêmes phénomènes que le plongeur en apnée (compression thoracique et abdominale) et s'il peut expirer, il est incapable d'inspirer l'air de la surface dont la pression est trop faible. Nous voyons donc ici la première intervention du milieu physique où se pratique la plongée.
Pour s'en affranchir sous cet aspect il faut respecter le principe d'équipression, base de la réalisation des caissons et des scaphandres lourds et autonomes
Ce principe peut être énoncé en disant : " Que pour maintenir la ventilation pulmonaire d'un plongeur immergé au voisinage des conditions de la dynamique pulmonaire à l'air libre, il faut lui faire inhaler un mélange gazeux sous une pression égale à la pression hydrostatique s'exerçant au niveau de sa cage thoracique".
Cet énoncé n'est d'ailleurs pas tout à fait exact, la densité du mélange gazeux, nous le verrons plus loin, intervenant également.
Ce principe étant posé, trois types principaux de réalisations pratiques ont été apportés résolvant le principe de la respiration sous l'eau:
1) La cloche à plongeurs
Un récipient ouvert à l'extrémité inférieure est immergé, emprisonnant un certain volume d'air. Au fur et à mesure de la descente la pression s'exerçant à l'interface eau-air (couteau) fait monter le niveau d'eau dans la cloche, y comprimant ainsi l'air dont la pression est constamment égale à PA + PH. (Le volume de l'air diminue en fonction de la loi Mariotte).
Le
plongeur peut donc y respirer sans difficulté, la pression du gaz respirable
étant égale à la pression subie par son thorax et son abdomen.
L'autonomie est ici fonction du volume d'air initial pouvant aller d'un simple chaudron (Lebeta des anciens) coiffant la tête du plongeur, à un tonneau ou une enceinte plus vaste (cloche catalane, cloche de Halley).
Ce dispositif a ultérieurement été perfectionné par une alimentation en air comprimé à partir de la surface.
C'est ainsi que les premiers scaphandres à casque (simplement lestés et posés sur les épaules) ou les modernes cloches à plongeurs, sont alimentés à l'aide d'une pompe pneumatique ou d'un compresseur, en air à une pression PA + PH égale à la pression hydrostatique refoulant l'eau à la partie inférieure du casque ou du caisson où l'air en excès s'échappe librement.
2) Le scaphandre lourd à casque
Le scaphandrier est revêtu d'un habit étanche mais souple, transmettant la pression et il est coiffé d'un casque rigide avec hublots et soupape d'évacuation, couvrant les épaules et le haut de la cage thoracique.
Le casque est alimenté
depuis la surface par un compresseur, le débit étant réglé par une vanne
manipulée par le scaphandrier lui-même.
L'homme respire l'atmosphère constamment renouvelée dans le casque et l'habit se comporte comme une membrane réalisant l'équilibre de pression entre l'intérieur et l'extérieur(eau ambiante).
3) Le scaphandre autonome type COUSTEAU-GAGNAN
Le
scaphandrier emporte sur lui, une réserve d'air contenue dans des
réservoirs haute pression, aujourd'hui jusqu'à 232 bars, il respire l'air par l'intermédiaire
d'un détendeur fixé sur le réservoir ; ce détendeur fonctionne à la demande, et
l'équipression est réalisée grâce aux membranes ou mécanismes qui subissent la
pression de l'eau.
***********************
Si le problème de la respiration sous l'eau est résolu, les problèmes qui vont se poser au plongeur (scaphandrier), souvent à son insu, vont surtout découler de l'existence de la pression due à la densité de l'eau. ************************
La vie en atmosphère comprimée
Ces problèmes se sont posés dès l'utilisation des premiers scaphandres et caissons hydropneumatiques, sous forme d'accidents plus ou moins graves, souvent mortels que l'on dénommait "coup de pression".
C'est au physiologiste français Paul Bert, en 1878, que revient le mérite d'avoir élucidé la nature de ces troubles et du même coup d'avoir créé la physiologie de la plongée.
Cette physiologie de la plongée n'est, en fait, qu'une physiologie normale de l'individu perturbée par le milieu physique particulier dans lequel il évolue et elle est dominée par deux ordres de facteurs.
1) Quelques principes de physique élémentaire dont les conséquences sont simples et rigoureuses.
2) Des phénomènes biophysiques et biochimiques plus complexes dont le caractère rigoureux peut être masqué plus ou moins par l'intervention de facteurs individuels.
Nous allons examiner ces différents facteurs; et voir leurs conséquences physiologiques et pathologiques.
Ici se posent surtout des problèmes de résistance des matériaux, de propulsion et de confinement.
3°/ Alimentation en air à partir de la surface Pour cela on peut envisager l'utilisation d'un tube dépassant par une extrémité la surface de l'eau, l'autre étant dans la bouche du plongeur immergé.
Cette
solution simple et élégante se heurte toutefois à de graves limitations.
En effet, avec un tube (tuba classique) de 30 à 35 cm de long on peut respirer la tête sous l'eau.
Dans ces conditions la pression totale supportée par le thorax du plongeur (Pression Atmosphérique plus Pression Hydrostatique) est peu différente de la Pression Atmosphérique, voisine de = 1 Kg/ cm2)
Pour une immersion de 50 cm la respiration devient déjà très pénible et à 2 mètres elle devient impraticable.
Ceci est dû au fait que l'air apporté par le tuyau est à la pression atmosphérique (PA = 1 bar) alors que la cage thoracique du plongeur se trouve à une pression plus élevée pression atmosphérique (PA) + pression de la colonne d'eau = pression hydrostatique) qui est ici de 1,200 bar
Le plongeur subit alors les mêmes phénomènes que le plongeur en apnée (compression thoracique et abdominale) et s'il peut expirer, il est incapable d'inspirer l'air de la surface dont la pression est trop faible. Nous voyons donc ici la première intervention du milieu physique où se pratique la plongée.
Pour s'en affranchir sous cet aspect il faut respecter le principe d'équipression, base de la réalisation des caissons et des scaphandres lourds et autonomes
Ce principe peut être énoncé en disant : " Que pour maintenir la ventilation pulmonaire d'un plongeur immergé au voisinage des conditions de la dynamique pulmonaire à l'air libre, il faut lui faire inhaler un mélange gazeux sous une pression égale à la pression hydrostatique s'exerçant au niveau de sa cage thoracique".
Cet énoncé n'est d'ailleurs pas tout à fait exact, la densité du mélange gazeux, nous le verrons plus loin, intervenant également.
Ce principe étant posé, trois types principaux de réalisations pratiques ont été apportés résolvant le principe de la respiration sous l'eau:
1) La cloche à plongeurs
Un récipient ouvert à l'extrémité inférieure est immergé, emprisonnant un certain volume d'air. Au fur et à mesure de la descente la pression s'exerçant à l'interface eau-air (couteau) fait monter le niveau d'eau dans la cloche, y comprimant ainsi l'air dont la pression est constamment égale à PA + PH. (Le volume de l'air diminue en fonction de la loi Mariotte).
Le
plongeur peut donc y respirer sans difficulté, la pression du gaz respirable
étant égale à la pression subie par son thorax et son abdomen.L'autonomie est ici fonction du volume d'air initial pouvant aller d'un simple chaudron (Lebeta des anciens) coiffant la tête du plongeur, à un tonneau ou une enceinte plus vaste (cloche catalane, cloche de Halley).
Ce dispositif a ultérieurement été perfectionné par une alimentation en air comprimé à partir de la surface.
C'est ainsi que les premiers scaphandres à casque (simplement lestés et posés sur les épaules) ou les modernes cloches à plongeurs, sont alimentés à l'aide d'une pompe pneumatique ou d'un compresseur, en air à une pression PA + PH égale à la pression hydrostatique refoulant l'eau à la partie inférieure du casque ou du caisson où l'air en excès s'échappe librement.
2) Le scaphandre lourd à casque
Le scaphandrier est revêtu d'un habit étanche mais souple, transmettant la pression et il est coiffé d'un casque rigide avec hublots et soupape d'évacuation, couvrant les épaules et le haut de la cage thoracique.
Le casque est alimenté
depuis la surface par un compresseur, le débit étant réglé par une vanne
manipulée par le scaphandrier lui-même.L'homme respire l'atmosphère constamment renouvelée dans le casque et l'habit se comporte comme une membrane réalisant l'équilibre de pression entre l'intérieur et l'extérieur(eau ambiante).
3) Le scaphandre autonome type COUSTEAU-GAGNAN
Le
scaphandrier emporte sur lui, une réserve d'air contenue dans des
réservoirs haute pression, aujourd'hui jusqu'à 232 bars, il respire l'air par l'intermédiaire
d'un détendeur fixé sur le réservoir ; ce détendeur fonctionne à la demande, et
l'équipression est réalisée grâce aux membranes ou mécanismes qui subissent la
pression de l'eau.
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Si le problème de la respiration sous l'eau est résolu, les problèmes qui vont se poser au plongeur (scaphandrier), souvent à son insu, vont surtout découler de l'existence de la pression due à la densité de l'eau. ************************
La vie en atmosphère comprimée
Ces problèmes se sont posés dès l'utilisation des premiers scaphandres et caissons hydropneumatiques, sous forme d'accidents plus ou moins graves, souvent mortels que l'on dénommait "coup de pression".
C'est au physiologiste français Paul Bert, en 1878, que revient le mérite d'avoir élucidé la nature de ces troubles et du même coup d'avoir créé la physiologie de la plongée.
Cette physiologie de la plongée n'est, en fait, qu'une physiologie normale de l'individu perturbée par le milieu physique particulier dans lequel il évolue et elle est dominée par deux ordres de facteurs.
1) Quelques principes de physique élémentaire dont les conséquences sont simples et rigoureuses.
2) Des phénomènes biophysiques et biochimiques plus complexes dont le caractère rigoureux peut être masqué plus ou moins par l'intervention de facteurs individuels.
Nous allons examiner ces différents facteurs; et voir leurs conséquences physiologiques et pathologiques.
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