La plongée sous-marine, activité fascinante et exigeante, soumet le corps humain à des contraintes uniques, notamment de fortes pressions lors des descentes à de grandes profondeurs. Pour garantir la sécurité et le bien-être du plongeur, une compréhension approfondie des phénomènes physiologiques et des protocoles de sécurité est indispensable. Parmi ces protocoles, le respect des paliers de décompression et la gestion de l'exposition à l'oxygène, mesurée en Unités de Toxicité de l'Oxygène (OTU), sont primordiaux, surtout lorsque l'activité de plongée s'étend sur une période prolongée, comme 24 heures.
L'Impact de la Pression et l'Absorption des Gaz en Plongée
Lors d’une descente, un plongeur est soumis à une certaine pression, et plus il plongera en profondeur, plus cette pression sera élevée. Cette pression n’a pas de réelles incidences sur la majeure partie du corps, qui est composée de liquides et de solides incompressibles. Cependant, l’air présent dans les différentes cavités de l'organisme, comme les poumons et les sinus, est affecté par cette pression. Le volume d’air présent dans les poumons est inversement proportionnel à la pression ambiante, diminuant à la descente et se dilatant à la remontée. Si le plongeur remonte trop rapidement, la pression pulmonaire peut entraîner de graves lésions.
Au-delà des effets mécaniques, la pression agit également sur la dissolution des gaz. La pression provoque la dissolution de l'azote présent dans le sang. Plus le plongeur descend, et plus son sang se charge d’azote dissous. Lorsqu'on étudie en biologie les échanges entre le gaz contenu dans les poumons et le sang, on se focalise généralement sur le dioxygène et le CO2. Toutefois, une partie du gaz contenu dans les poumons (qu'il soit « utile » à la respiration ou non) se dissout automatiquement dans le sang. Cela est vrai pour le dioxygène (pour lequel le gaz dissous ne représente qu'une petite fraction - de l'ordre de 2% - du dioxygène transporté, l'essentiel l'étant en effet sous forme combinée à l'hémoglobine), le CO2 et le diazote. En plongée, la quantité d'azote présente dans le sang et dans les tissus augmente avec la profondeur et la durée. La quantité d'azote dissout à saturation dépend de la pression partielle via la formule : x = p / H, où x est le nombre de moles d'azote par mole de liquide, et H la constante de Henri de l'azote dans le sang à 37°C. L'azote contenu dans les tissus s'élimine plus lentement que celui du sang, ce qui rend la probabilité de formation de bulles de gaz à l'intérieur des tissus encore plus élevée lors d'une remontée inadéquate.
Si le plongeur remonte doucement vers la surface, la pression diminue progressivement, l’azote reste soluble et est rejeté par les poumons au moment de la respiration. Si la remontée est trop rapide, la pression diminue trop vite et l’azote s’échappe sous forme de bulles pathogènes. Le plongeur risque alors un accident de décompression, l'une des diverses maladies résultant directement ou non de la formation de bulles d'azote ou d'hélium dans les tissus ou les fluides corporels, en conséquence d'une décompression mal contrôlée. La vitesse minimum de remontée est de 15 mètres par minute.
L'Indispensable Rôle des Paliers de Décompression
Un palier de décompression est le temps passé à une certaine profondeur afin de réduire le taux d’azote ou d’hélium restant dans les tissus humains. Il permet au corps de décompresser et évite ainsi les accidents de décompression. La profondeur et le temps de chaque palier de décompression varient en fonction du temps passé sous l’eau et de la profondeur atteinte. Si le plongeur a accumulé beaucoup d’azote pendant la plongée, il devra marquer une ou plusieurs pauses au moment de la remontée. Par exemple, une plongée d'une heure à 35 mètres nécessite des paliers, tandis que pour une plongée de 30 minutes à 20 mètres, il n'est pas nécessaire de faire de palier de décompression obligatoire. Il est conseillé, cependant, d’effectuer en fin de plongée un palier de sécurité de 3 minutes à 3 mètres de profondeur, une mesure prudente pour faciliter le dégazage résiduel.
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Le temps passé à un palier ou à une plage de décompression avant de faire surface est essentiel pour évacuer naturellement l'azote absorbé des tissus. Une plongée sans décompression, ou NDL (No Decompression Limit), est une plongée qui ne nécessite aucun temps de décompression lors de la remontée à la surface. La limite de non-décompression est la durée maximale pendant laquelle un plongeur peut rester à une profondeur donnée sans avoir à effectuer des paliers de décompression pendant la remontée suivante. Par opposition, dans une plongée avec décompression, une zone de décompression est une plage de profondeur se situant entre le plancher (profondeur la plus importante à laquelle il est recommandé de s'arrêter pour une décompression efficace) et le plafond (profondeur la moins importante à laquelle le plongeur peut remonter), et dans laquelle un plongeur doit s'arrêter momentanément pendant la remontée. La durée minimale nécessaire pour atteindre la surface lors d'une plongée avec décompression est appelée Temps de remontée. La Durée de la remontée (TTS) est une estimation du temps que prendra la remontée à la surface, incluant les paliers de décompression et de sécurité. Un modèle à gradient de bulles réduit (RGBM) est une approche avancée pour calculer ces exigences de décompression.
Le transport de l'azote par le sang se fait relativement rapidement (environ 6 litres de sang passent par les poumons en une minute au repos). Cependant, le passage de l'azote des tissus vers le sang se fait plus lentement. La différence de pression partielle entre les deux côtés de la paroi est décrite par une exponentielle décroissante, ce qui explique la longue durée nécessaire à l'élimination de l'azote.
Toxicité de l'Oxygène : Les Unités OTU et le Système Nerveux Central (CNS)
Au-delà de la gestion de l'azote, le plongeur est confronté à d'autres risques, notamment ceux liés à l'oxygène. Le dioxygène peut causer des problèmes lorsque sa pression partielle (PO2) est trop élevée. La PO2 est la pression de l'oxygène dans le gaz que vous respirez, en fonction de la profondeur et du pourcentage d'oxygène. C'est elle qui limite la profondeur maximale à laquelle le mélange gazeux peut être utilisé en toute sécurité. La limite de pression partielle de réserve est généralement de 1,6 bar, les plongées situées au-delà de cette limite pouvant provoquer une toxicité immédiate de l'oxygène. La Profondeur Maximale de Fonctionnement (MOD) d'un gaz respiratoire est la profondeur à laquelle la pression partielle d'oxygène (PO2) du mélange gazeux dépasse la limite de sécurité.
Il existe deux types principaux de toxicité de l'oxygène, ayant des conséquences distinctes :
Toxicité pour le Système Nerveux Central (CNS) : C'est une mesure de la toxicité de l'oxygène de votre système nerveux central, causée par une exposition à une pression partielle de l'oxygène (PO2) plus forte lors d'une plongée. Elle peut causer une variété de symptômes neurologiques, le symptôme le plus important étant la convulsion épileptique pouvant causer la noyade d'un plongeur. La CNS% représente la fraction limite de toxicité pour le système nerveux central.
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Unités de Toxicité de l'Oxygène (OTU) : Les OTU sont une mesure de la toxicité de l'oxygène pulmonaire, causée par une exposition prolongée à des pressions partielles d'oxygène élevées. Les symptômes les plus courants sont l'irritation des poumons, une sensation de brûlure dans la poitrine, la toux et une réduction des fonctions vitales. Une OTU équivaut à respirer de l'oxygène pur à 1 ATM pendant 1 minute. La gestion des OTU est particulièrement critique lors de plongées multiples ou prolongées sur une période de 24 heures, car les effets sont cumulatifs. Le corps a besoin de temps pour récupérer de cette exposition, et un cumul excessif d'OTU peut compromettre gravement la fonction pulmonaire.
Concernant la physiologie de l'oxygène, la pO2 alvéolaire est d'environ 100 mm Hg. Bien que l'air atmosphérique contienne 21 % d'O2 et 79 % de diazote, dans les poumons, l'air s'enrichit en vapeur d'eau jusqu'à saturation à 37°C, entraînant une pression partielle en eau de 47 mm Hg. De plus, le CO2, négligeable dans l'air atmosphérique (0,03 %), atteint 40 mm Hg dans l'air alvéolaire. Ces facteurs réduisent les pressions partielles de dioxygène et de diazote. La quantité de dioxygène qui passe dans le sang diminue d'autant la quantité de dioxygène contenu dans l'air alvéolaire, établissant un équilibre pour une pression partielle inférieure à celle attendue. À pression atmosphérique, la quantité de dioxygène dissous dans l'eau est faible, l'O2 se liant majoritairement à l'hémoglobine (Hb). L'Hb étant pratiquement saturée à pression atmosphérique, une augmentation de la pression n'entraîne pas de changement dans sa capacité de transport. En revanche, la quantité d'O2 dissous augmente proportionnellement à la pression. Ainsi, la part du dioxygène dissous dans l'ensemble du dioxygène transporté augmente significativement sous pression. Sous oxygène pur et sous pression, on peut même atteindre des valeurs qui permettraient de transporter assez d'oxygène pour vivre sans hémoglobine, ce qui est loin d'être négligeable.
Les Intervalles de Surface : Une Stratégie Essentielle sur 24 Heures
Lorsque nous effectuons plusieurs plongées en scaphandre autonome au cours d'une même journée, la prise d'Intervalles de surface (SI) est indispensable. Ces intervalles permettent d'assurer notre sécurité et d'éviter les accidents de décompression, qui représentent le plus grand risque de la plongée sous-marine. Un intervalle de surface est le temps que nous passons en surface, entre deux plongées. Plus nous passons de temps en surface, plus l'azote est dégazé, et plus la plongée suivante peut être longue et profonde.
Cette accumulation d'azote, bien que non dangereuse en faible quantité, se dégaze en toute sécurité à condition de respecter les règles de base de la plongée sous-marine telles que remonter lentement, effectuer un palier de sécurité (rester à environ 5 mètres de profondeur pendant trois minutes à la fin d'une plongée avant de sortir de l'eau), éviter de voler et de prendre de l'altitude après une plongée sous-marine, et prendre des intervalles de surface. Si un plongeur devait sauter un intervalle de surface, il pourrait être victime d'un accident de décompression, provoqué par la formation de bulles d'azote dans les tissus du corps, avec des symptômes tels que douleur dans les articulations, vertiges, fatigue, nausées, paralysie, et dans le pire des cas, la mort.
La durée de l'Intervalle à la surface (SI) est le temps écoulé depuis la fin de la plongée précédente. Si vous avez effectué une première plongée profonde (18 - 30 mètres), vous aurez besoin d'un intervalle de surface plus long que si vous avez effectué une plongée moins profonde (moins de 18 mètres), surtout si vous souhaitez effectuer une plongée plus profonde lors de la deuxième plongée. Un ordinateur ou une table de plongée aide les plongeurs à planifier la durée de leurs intervalles de surface et la durée pendant laquelle ils peuvent plonger en toute sécurité à certaines profondeurs. La plupart des intervalles de surface sont compris entre 40 et 60 minutes.
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Voici quelques activités judicieuses à pratiquer pendant un intervalle de surface pour optimiser la sécurité et le confort :
- Vérifier son ordinateur ou sa table de plongée : L'ordinateur de plongée calcule la durée nécessaire de l'intervalle de surface en tenant compte de la plongée que vous venez d'effectuer et du temps déjà passé en surface, ainsi que des paramètres de la prochaine plongée. Les tables de plongée, bien que plus conservatrices, offrent une alternative fiable.
- Se faire des amis : Les voyages de plongée sont une excellente occasion d'échanger des histoires, des recommandations et de se connecter avec d'autres passionnés.
- Se réchauffer : L'hypothermie est un risque majeur en plongée. Enlever sa combinaison humide, se couvrir et s'exposer au soleil aide à maintenir la température corporelle et à se sentir plus confortable pour la plongée suivante, surtout en eaux froides.
- S'hydrater : La déshydratation peut augmenter le risque d'accident de décompression. Boire de l'eau, ou même un thé chaud pour se réchauffer, est essentiel avant, pendant et après la plongée.
- Prendre une collation : La plongée est fatigante. Une petite collation (fruits, biscuits, noix, flocons d'avoine) permet de maintenir l'énergie sans surcharger l'estomac.
- Mettre en place et vérifier son matériel : Préparer l'équipement pour la prochaine plongée sans attendre la dernière minute permet de s'assurer de son bon fonctionnement et d'effectuer les ajustements nécessaires.
- Remplacer la batterie de l'appareil photo : Pour immortaliser les rencontres sous-marines, une batterie de rechange chargée est indispensable pour éviter toute déception.
- Faire une sieste : Après s'être hydraté et avoir préparé son équipement, un court repos peut être bénéfique pour récupérer de la fatigue de la plongée précédente.
- Éviter l'apnée : Il est impératif de ne pas pratiquer l'apnée entre deux plongées. La descente et la remontée en apnée peuvent affecter les niveaux d'azote accumulés, entraînant potentiellement la formation de bulles et un risque d'accident de décompression. Après la dernière plongée, il est recommandé d'attendre 12 heures pour une seule plongée ou 18 heures pour deux plongées ou plus avant de prendre l'avion ou de faire de l'apnée, suivant les mêmes règles.