La pratique de la plongée, qu’elle soit effectuée en apnée ou avec un équipement autonome, confronte l’organisme humain à des changements physiques radicaux. La pression hydrostatique, qui augmente avec la profondeur, impose des contraintes mécaniques et chimiques majeures sur les tissus et les cavités aériennes. Ce phénomène, loin d’être une simple curiosité scientifique, constitue une interaction complexe entre les limites biologiques de l’homme et les lois de la physique des gaz.
La mécanique de la pression et les cavités corporelles
Lorsque l’on plonge sous l’eau, le corps subit deux types de pressions cumulées : la pression atmosphérique en surface et la pression relative, générée par la colonne d’eau. La haute pression qui règne sous l’eau est provoquée par le poids de la colonne d’eau qui se trouve au-dessus ; il en est de même pour la pression barométrique (atmosphérique) sur terre, qui est déterminée par le poids de l’air se trouvant au-dessus. En plongée, la pression sous-marine est, en général, exprimée en unités de profondeur (pieds ou mètres) ou à l’aide d’unités de mesure appelées atmosphères absolues.
La pression exprimée en atmosphères absolues comprend le poids de la colonne d’eau qui, à la profondeur de 10 mètres, est de 1 atmosphère (1,03 kilogramme par centimètre carré) auquel s’ajoute la pression atmosphérique de surface, égale à 1 atmosphère. Ainsi, un plongeur à une profondeur de 10 mètres est soumis à une pression totale de 2 atmosphères absolues, c’est-à-dire 2 fois la pression atmosphérique de surface. La pression sous l’eau augmente de 1 atmosphère tous les 10 mètres. Au fur et à mesure que nous descendons sous l’eau, la pression devient une contrainte qui s’exerce à différents endroits du corps, comme par exemple les oreilles et plus précisément sur le tympan.
Le gaz dans les cavités du corps comme les poumons, les sinus, l’oreille moyenne et l’intestin est comprimé pendant la descente et se dilate pendant la remontée. Par exemple, un volume de gaz intra-thoracique de 6 litres serait comprimé à 2 litres à 20 mètres de profondeur (3 bars) et 1,5 litres à 30 mètres de profondeur (4 bars). Pour rééquilibrer cette pression, nous devons appliquer la manœuvre de Valsalva qui consiste à se boucher le nez et la bouche afin d’équilibrer la pression dans l’oreille externe et l’oreille interne. Lorsque nous plongeons en profondeur, nos oreilles bourdonnent et nous ressentons une forte douleur, nos oreilles sont à cet instant victimes de pression barométrique. Il y a donc une différence de pression entre l’air situé dans la partie avant du tympan et l’air situé dans la partie arrière du tympan. La manœuvre de Valsalva consiste à envoyer de l’air vers les trompes d’Eustache après s’être bouché le nez et la bouche.
L’évolution de la fonction pulmonaire chez le plongeur
L’adaptation de l’appareil respiratoire à ces contraintes est un sujet d’étude essentiel. Il a été montré que les plongeurs avaient des volumes pulmonaires plus importants que les populations de référence standard, avec une augmentation plus importante de la CVF (capacité vitale forcée) que du VEMS, entraînant ainsi une réduction du rapport VEMS / CVF. L’exposition à la plongée (respiration répétée de gaz dense, froid et sec) peut contribuer à des changements de la fonction pulmonaire, affectant principalement la conductance des petites voies respiratoires. Cependant, d’autres études plus récentes ont montré des résultats différents.
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Chez les apnéistes, la diminution du volume pulmonaire lors de la descente facilite la redistribution des volumes sanguins périphériques vers le thorax. Ce mécanisme, appelé blood shift, s’associe aux phénomènes précédemment décrits et provoque une augmentation de la pression transmurale. Ces capacités d’adaptation permettent à certains athlètes de repousser des limites que les premiers physiologistes jugeaient infranchissables. Au tout début de la pratique de l’apnée, les scientifiques étaient convaincus que les gens ne pouvaient pas dépasser les 30 ou 40 mètres, pensant que les poumons s’écraseraient et que les plongeurs commenceraient à cracher du sang. Pourtant, le record actuel est de 214 mètres, démontrant que la résistance de l’organisme humain continue d’étonner la médecine.
La chimie des gaz sous pression et ses effets neurologiques
La pression partielle d’un gaz est proportionnelle à l’augmentation de la pression ambiante. En surface, la pression partielle de l’azote (PpN2) est de 0,78 bar et l’oxygène (PpO2) est de 0,209 bar avec de petites contributions d’autres gaz. Lorsque l’on plonge sous l’eau, l’air inspiré par le plongeur contient une proportion d’azote qui, sous l’effet de la pression, va être dissoute dans le sang et se répandre dans tout le corps. Lorsque la pression augmente de plus en plus, l’azote se stocke de plus en plus également.
Le plongeur, au cours de la descente, ressent des changements chimiques au niveau de sa circulation sanguine, car la pression accrue permet aux gaz de se dissoudre plus rapidement. C’est le cas de l’azote, qui se comporte comme un narcotique et provoque un sentiment euphorique d’ivresse à environ 30 ou 40 mètres. Cette narcose à l’azote, ou « ivresse des profondeurs », freine la transmission du message nerveux. Elle est très dangereuse car elle agit sur le comportement : les plongeurs peuvent paniquer et devenir très agressifs, ce qui est risqué pour eux et pour leur environnement.
Parallèlement, lorsque la pression hydrostatique augmente, la pression partielle des gaz ventilés se majore dans les mêmes proportions et chaque gaz peut devenir toxique. L’excès d’oxygène (hyperoxie) modifie le seuil épileptogène et peut déclencher une crise convulsive. Plus profondément, les derniers restes d’oxygène se consomment et les plongeurs survivent avec des niveaux beaucoup plus bas que ne pourrait le faire n’importe quel autre être humain. Cet état d’hypoxie extrême, bien que dangereux, est au cœur de l’expérience de l’apnée, plaçant le plongeur dans une zone grise entre la vie et la mort.
Risques liés à la décompression et accidents de plongée
La phase la plus critique d’une plongée profonde est la remontée. Quand nous remontons à la surface, la pression diminue et le gaz dissous, notamment l’azote, est libéré, créant un déséquilibre. Ces molécules doivent être évacuées ; si elles forment des bulles gazeuses qui circulent dans le corps, elles peuvent rester coincées dans les vaisseaux sanguins et les obstruer, provoquant une sur-saturation et les accidents de décompression (ADD). Ces derniers peuvent toucher les tympans, le cerveau ou d’autres organes, car la formation de bulles dans les artères entrave la circulation sanguine vers les tissus.
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L’accident de plongée est une urgence médicale vraie qui regroupe un nombre important de pathologies spécifiques et souvent méconnues. La prise en charge initiale d’un accident de plongée survenant en mer fait l’objet d’un consensus publié dans le Référentiel « Aide médicale en Mer » de la Société Française de Médecine d’Urgence (SFMU) et de SAMU Urgences de France, réalisé en partenariat avec la Société Française de Médecine Maritime (SFMM) et la Société de Physiologie et de Médecine Subaquatiques et Hyperbares de Langue Française (Medsubhyp).
L’alerte doit être précoce au Centre Régional Opérationnel de Surveillance et de Sauvetage (CROSS) en mer, ou par téléphone au 15, 18 ou 112 à terre. L’oxygénation doit être débutée sans délai à 15 L/min quelle que soit la saturation en oxygène de l’hémoglobine et associée à une réhydratation de 0,5 à 1 L par heure. La prise en charge peut inclure une ventilation non invasive pour accélérer la récupération. En cas d’arrêt cardiaque, la réanimation doit être débutée par une série de cinq insufflations, suivie d’une séquence de 30 compressions pour deux insufflations avec un rythme de 100 compressions par minute.
Facteurs aggravants et risques environnementaux
Au-delà des barotraumatismes et des accidents de décompression, d’autres risques sont inhérents à l’immersion en eau profonde ou froide. Plonger en eau froide peut rapidement conduire à l’hypothermie, responsable de maladresse et de diminution de la capacité d’appréciation. L’eau froide peut également entraîner des irrégularités du rythme cardiaque, rares mais pouvant être mortelles chez les personnes qui souffrent de maladie des artères coronaires.
Les autres risques potentiels de la plongée comprennent la noyade, les morsures et piqûres par certaines espèces marines, les brûlures solaires, les troubles provoqués par la chaleur, les coupures, les ecchymoses et le mal des transports. Des médicaments, des drogues ainsi que l’alcool peuvent avoir des effets imprévisibles et nocifs pendant la plongée, tout comme diverses affections médicales préexistantes. Les blessures liées à la plongée peuvent entraîner la noyade si elles produisent une dégradation des facultés mentales, de la somnolence, une perte de connaissance, une faiblesse, une panique, ou une perte de l’équilibre et une désorientation.
Chez l’apnéiste, la syncope est l’une des causes les plus fréquentes d’accident grave. Elle survient généralement lors des derniers mètres ou en surface, se traduisant par une perte de conscience, le plus souvent sans signe annonciateur, et cède très rapidement après quelques stimulations. En l’absence d’assistance, la syncope peut se compliquer d’une noyade potentiellement mortelle. La « samba » est également liée à l’hypoxie. Aux États-Unis, le réseau d’assistance aux plongeurs Divers Alert Network est une importante ressource répondant aux besoins des plongeurs pour des activités de loisirs, aidant les médecins à apporter une aide médicale urgente et encourageant la sécurité grâce à des initiatives de recherche et des services pédagogiques.
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