La plongée sous-marine, une activité qui captive l'imagination humaine depuis des millénaires, a été profondément transformée par l'avènement du scuba diving. Le terme "scuba diving" désigne une forme spécifique de plongée sous-marine où les plongeurs utilisent un équipement respiratoire complètement indépendant d'une source de gaz respiratoire de surface, offrant ainsi une autonomie essentielle sous l'eau. Cette indépendance, bien que limitée par la capacité du matériel, est variable et permet une liberté de mouvement inégalée dans le milieu aquatique.
Le mot "scuba" lui-même est un acronyme, signifiant "Self-Contained Underwater Breathing Apparatus" en anglais. Cette terminologie a été inventée par Christian J. Lambertsen, qui a déposé un brevet en 1952 pour son appareil. En français, on le traduit souvent par "plongée sous-marine" ou "plongée avec scaphandre autonome", le terme "scaphandre autonome" soulignant précisément cette notion d'indépendance de la source d'air. Des expressions telles que "faire de la plongée" ou "aller faire de la plongée" sont couramment utilisées pour décrire l'activité, et le matériel de plongée est souvent appelé simplement "scuba".
Une Rétrospective sur l'Histoire de la Plongée Autonome
Bien que la plongée sous-marine en apnée, sans équipement respiratoire, ait été pratiquée pendant des milliers d'années, l'histoire du scuba diving, intrinsèquement liée à celle de son équipement, a véritablement commencé au XIXe siècle. Cette période a marqué le début d'innovations techniques qui allaient révolutionner l'exploration des profondeurs.
Au début du XXe siècle, deux architectures fondamentales pour les appareils respiratoires sous-marins avaient été développées. La première était l'équipement à circuit ouvert alimenté depuis la surface, où le gaz exhalé par le plongeur était évacué directement dans l'eau. La seconde était le scaphandre autonome à circuit fermé, dans lequel le dioxyde de carbone était filtré de l'oxygène exhalé non utilisé, qui était ensuite recyclé avec de l'oxygène supplémentaire. Vers le milieu du XXe siècle, avec la disponibilité de bouteilles de gaz à haute pression, un autre système de plongée autonome est apparu : le scaphandre autonome à la demande à circuit ouvert, où le plongeur est alimenté en gaz à la demande, et son souffle exhalé est évacué directement dans l'eau.
Plusieurs innovations majeures ont jalonné ce cheminement. L'appareil Rouquayrol-Denayrouze, produit en série de 1865 à 1965, fut le premier détendeur à être fabriqué à grande échelle. Quant au premier recycleur de plongée autonome commercialement viable, il fut conçu et construit par l'ingénieur en plongée Henry Fleuss en 1878, alors qu'il travaillait pour Siebe Gorman à Londres. Son appareil respiratoire autonome était constitué d'un masque en caoutchouc connecté à un sac respiratoire, avec une estimation de 50 à 60 % d'oxygène fourni par un réservoir en cuivre et le dioxyde de carbone éliminé en le faisant passer à travers un faisceau de fil de chanvre imbibé d'une solution de potasse caustique. Ce système offrait une durée de plongée allant jusqu'à environ trois heures, bien qu'il ne permettait pas de mesurer la composition du gaz pendant l'utilisation.
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Durant les années 1930 et tout au long de la Seconde Guerre mondiale, les Britanniques, les Italiens et les Allemands ont développé et utilisé intensivement des recycleurs à oxygène pour équiper les premiers nageurs de combat. Le Major Christian J. Lambertsen a inventé un recycleur à oxygène autonome pour la nage sous-marine en 1939, qui fut accepté par l'Office of Strategic Services. En 1952, il a breveté une modification de son appareil, cette fois nommé SCUBA, qui est devenu le mot anglais générique pour l'équipement respiratoire autonome de plongée, puis pour l'activité utilisant cet équipement. Après la Seconde Guerre mondiale, les nageurs de combat militaires ont continué à utiliser des recycleurs qui ne produisent pas de bulles, ce qui aurait pu révéler la présence des plongeurs.
Bien qu'un système de détendeur fonctionnel ait été inventé en 1864 par Auguste Denayrouze et Benoît Rouquayrol, le premier système de plongée autonome à circuit ouvert développé en 1925 par Yves Le Prieur en France était un système à flux libre ajusté manuellement avec une faible autonomie, ce qui limitait son utilité pratique. L'avancée la plus significative est survenue en 1942, pendant l'occupation allemande de la France, lorsque Jacques-Yves Cousteau et Émile Gagnan ont conçu le premier scaphandre autonome à circuit ouvert réussi et sûr, connu sous le nom d'Aqua-Lung. Ce brevet a eu un impact majeur en empêchant d'autres de fabriquer un produit identique, marquant ainsi une étape cruciale dans la démocratisation de la plongée.
Les Systèmes de Plongée Scuba : Circuit Ouvert et Recycleurs
Le cœur du scuba diving réside dans l'appareil respiratoire autonome que le plongeur transporte et qui lui permet de respirer sous l'eau. Il existe principalement deux catégories de systèmes de plongée : les systèmes à circuit ouvert et les recycleurs (à circuit fermé ou semi-fermé), chacun ayant ses propres caractéristiques et avantages.
Les Systèmes à Circuit Ouvert
Les systèmes de plongée autonome à circuit ouvert sont les plus courants et les plus familiers. Ils se caractérisent par le fait que le gaz respiratoire est directement évacué dans l'environnement lorsqu'il est exhalé. Ces systèmes sont généralement constitués d'une ou plusieurs bouteilles de plongée contenant du gaz respiratoire à haute pression, qui est fourni au plongeur à la pression ambiante via un détendeur de plongée.
Dans la conception à deux étages, dite "monotube", le détendeur du premier étage réduit la pression de la bouteille, pouvant atteindre environ 300 bars (4 400 psi), à une pression intermédiaire (PI) d'environ 8 à 10 bars (120 à 150 psi) au-dessus de la pression ambiante. Le détendeur du deuxième étage, alimenté par un tuyau basse pression depuis le premier étage, délivre ensuite le gaz respiratoire à la pression ambiante à la bouche du plongeur. Les gaz exhalés sont évacués directement dans l'environnement sous forme de déchets par une valve anti-retour située sur le boîtier du deuxième étage.
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Ces systèmes peuvent inclure des bouteilles supplémentaires pour étendre l'autonomie, fournir du gaz de décompression ou servir de gaz respiratoire d'urgence, offrant ainsi une flexibilité accrue pour des plongées plus complexes ou plus longues.
Les Systèmes à Circuit Fermé (Recycleurs) et Semi-Fermé
Moins courants, mais de plus en plus populaires pour certaines applications, sont les recycleurs à circuit fermé (CCR) et à circuit semi-fermé (SCR). Contrairement aux systèmes à circuit ouvert qui rejettent tous les gaz exhalés, les recycleurs traitent tout ou partie de chaque expiration pour une réutilisation par le plongeur, en éliminant le dioxyde de carbone et en remplaçant l'oxygène consommé.
L'un des principaux avantages des recycleurs est qu'ils libèrent peu ou pas de bulles de gaz dans l'eau. De plus, ils utilisent un volume de gaz stocké bien moindre pour une profondeur et une durée équivalentes, car le gaz exhalé est récupéré. Ces caractéristiques offrent des avantages significatifs pour la recherche scientifique, les opérations militaires (où la discrétion est primordiale), la photographie sous-marine et d'autres applications spécialisées.
Dans un recycleur à circuit fermé, la pression partielle d'oxygène dans le circuit respiratoire est contrôlée, ce qui permet de la maintenir à un niveau constant, relativement élevé et sûr. Cela réduit la pression partielle des gaz inertes (azote et/ou hélium) dans le circuit respiratoire. La minimisation de la charge de gaz inerte dans les tissus du plongeur pour un profil de plongée donné réduit l'obligation de décompression. Cette optimisation nécessite une surveillance continue des pressions partielles réelles au fil du temps et, pour une efficacité maximale, un traitement informatique en temps réel par l'ordinateur de décompression du plongeur. Les charges de gaz tissulaires peuvent être considérablement réduites par rapport aux mélanges gazeux à rapport fixe utilisés dans les systèmes de plongée autonome à circuit ouvert, et par conséquent, les plongeurs peuvent rester plus longtemps sous l'eau ou nécessiter moins de temps pour la décompression.
Un recycleur à circuit semi-fermé injecte un débit massique constant d'un mélange gazeux respiratoire fixe dans le circuit respiratoire, ou remplace un pourcentage spécifique du volume respiré. Ainsi, la pression partielle d'oxygène à tout moment pendant la plongée dépend de la consommation d'oxygène du plongeur et/ou de son rythme respiratoire. La planification des exigences de décompression nécessite une approche plus conservative pour un SCR que pour un CCR, mais les ordinateurs de décompression avec une entrée de pression partielle d'oxygène en temps réel peuvent optimiser la décompression pour ces systèmes.
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L'Équipement Essentiel du Plongeur Scuba
Au-delà de l'appareil respiratoire lui-même, la plongée autonome nécessite une panoplie d'équipements pour assurer la sécurité, le confort et la mobilité du plongeur sous l'eau. Ces éléments ont évolué au fil du temps pour devenir les systèmes sophistiqués que nous connaissons aujourd'hui.
Le Contrôle de la Flottabilité
Le contrôle de la flottabilité est une compétence cruciale pour la sécurité en plongée. La capacité à remonter à une vitesse contrôlée et à maintenir une profondeur constante est importante pour une décompression correcte. En effet, les plongeurs récréatifs qui n'accumulent pas d'obligations de décompression peuvent s'accommoder d'un contrôle imparfait de la flottabilité, mais lorsque des paliers de décompression longs à des profondeurs spécifiques sont requis, le risque de maladie de décompression est accru par les variations de profondeur pendant le palier. Les paliers de décompression sont généralement effectués lorsque le gaz respiratoire dans les bouteilles a été largement consommé, et la réduction du poids des bouteilles augmente la flottabilité du plongeur.
L'équipement de plongée autonome peut rendre le plongeur flottant, nécessitant l'ajout de lest pour permettre de s'immerger et de rester immergé jusqu'à ce que le plongeur souhaite faire surface. Les changements de flottabilité avec la variation de profondeur sont proportionnels à la partie compressible du volume du plongeur et de l'équipement, et au changement proportionnel de pression, qui est plus important par unité de profondeur près de la surface. Minimiser le volume de gaz requis dans le compensateur de flottabilité minimisera les fluctuations de flottabilité avec les changements de profondeur.
Pour plonger en toute sécurité, les plongeurs doivent contrôler leur vitesse de descente et de remontée dans l'eau et être capables de maintenir une profondeur constante en pleine eau. En ignorant les autres forces telles que les courants d'eau et la nage, la flottabilité globale du plongeur détermine s'il monte ou descend. Des équipements tels que les systèmes de lestage de plongée, les combinaisons de plongée et les compensateurs de flottabilité (BC) peuvent être utilisés pour ajuster la flottabilité globale. Lorsque les plongeurs veulent rester à une profondeur constante, ils essaient d'atteindre une flottabilité neutre.
Historiquement, les premiers équipements de plongée autonome étaient généralement fournis avec un simple harnais d'épaules et une ceinture lombaire, et les premiers plongeurs plongeaient sans aide à la flottabilité. En cas d'urgence, ils devaient larguer leurs plombs. Dans les années 1960, les gilets stabilisateurs à flottabilité réglable (ABLJ) sont devenus disponibles. Ceux-ci pouvaient être utilisés pour compenser la perte de flottabilité en profondeur due à la compression de la combinaison en néoprène et comme gilet de sauvetage capable de maintenir un plongeur inconscient face vers le haut à la surface, et pouvant être rapidement gonflé. Les premières versions étaient gonflées à partir d'une petite bouteille de dioxyde de carbone jetable, puis avec une petite bouteille d'air directement couplée, et finalement avec une alimentation basse pression depuis le premier étage du détendeur vers une unité de valve de gonflage/dégonflage avec une valve de gonflage oral en secours. Le système de gonflage et une valve de purge permettent de contrôler le volume de l'ABLJ comme aide à la flottabilité. En 1971, la veste stabilisatrice a été introduite par ScubaPro.
Un compensateur de flottabilité (BC), également appelé dispositif de contrôle de la flottabilité (BCD), est l'équipement utilisé par les plongeurs pour établir une flottabilité neutre sous l'eau et une flottabilité positive à la surface, si nécessaire. La flottabilité est généralement contrôlée en ajustant le volume de gaz dans une vessie gonflable, qui est remplie de gaz à pression ambiante provenant de la bouteille de gaz respiratoire principale du plongeur via un tuyau basse pression depuis le premier étage du détendeur, directement depuis une petite bouteille dédiée à cet effet, ou depuis la bouche du plongeur via la valve de gonflage oral. Les compensateurs de flottabilité à vessie à pression ambiante peuvent être globalement classés selon que la flottabilité est principalement à l'avant, entourant le torse, ou derrière le plongeur.
Une configuration alternative de harnais de plongée autonome est la combinaison "backplate et wing", où une vessie de compensation de flottabilité est montée derrière le plongeur, intercalée entre la plaque dorsale et la ou les bouteilles. Cet arrangement est devenu populaire auprès des plongeurs spéléologues effectuant des plongées longues ou profondes, qui devaient transporter plusieurs bouteilles supplémentaires, car il dégage l'avant et les côtés du plongeur pour y attacher d'autres équipements facilement accessibles.
La Mobilité Sous l'Eau
Pour profiter de la liberté de mouvement offerte par l'équipement de plongée autonome, le plongeur doit être mobile sous l'eau. La mobilité personnelle est améliorée par les palmes de natation et, éventuellement, par des véhicules de propulsion sous-marine. Les palmes ont une grande surface de pale et utilisent les muscles plus puissants des jambes, elles sont donc beaucoup plus efficaces pour la propulsion et la poussée de manœuvre que les mouvements des bras et des mains. Elles nécessitent cependant des compétences pour fournir un contrôle précis. Plusieurs types de palmes sont disponibles, certaines pouvant être plus adaptées aux manœuvres, à des styles de palmage alternatifs, à la vitesse, à l'endurance, à un effort réduit ou à la robustesse. Une flottabilité neutre permettra de diriger l'effort propulsif dans la direction du mouvement souhaité et réduira la traînée induite. L'hydrodynamisme de l'équipement de plongée réduira également la traînée et améliorera la mobilité. Occasionnellement, un plongeur peut être tracté à l'aide d'un "sled" (traîneau), un dispositif non motorisé tracté derrière un navire de surface qui conserve l'énergie du plongeur et permet de couvrir une plus grande distance pour une consommation d'air et un temps de fond donnés.
Configurations Spécifiques d'Équipement
Le "sidemount" est une configuration d'équipement de plongée autonome où les ensembles de plongée de base, chacun comprenant une seule bouteille avec un détendeur et un manomètre dédiés, sont montés le long du plongeur, clipsés au harnais sous les épaules et le long des hanches, au lieu d'être sur le dos du plongeur. Cette configuration est née dans le cadre de la plongée spéléologique avancée, car elle facilite la pénétration de sections étroites de grottes puisque les ensembles peuvent être facilement retirés et remontés si nécessaire. La configuration permet un accès facile aux robinets des bouteilles et offre une redondance de gaz facile et fiable. Ces avantages pour l'opération dans des espaces confinés ont également été reconnus par les plongeurs qui effectuent des pénétrations d'épaves.
Les Gaz de Respiration et Leurs Applications
La composition du gaz respiratoire est un élément fondamental de la plongée, influençant la sécurité, la durée et la profondeur des immersions. Pour certaines plongées, des mélanges gazeux autres que l'air atmosphérique normal (composé d'environ 21 % d'oxygène, 78 % d'azote et 1 % de gaz traces) peuvent être utilisés, à condition que le plongeur soit compétent dans leur utilisation.
Le Nitrox : Air Enrichi en Oxygène
Le mélange le plus couramment utilisé est le nitrox, également appelé "Enriched Air Nitrox" (EAN ou EANx). Il s'agit d'air enrichi en oxygène, souvent avec 32 % ou 36 % d'oxygène, et donc moins d'azote. Cette composition réduit le risque de maladie de décompression ou permet une exposition plus longue à la même pression pour un risque égal. Cependant, l'augmentation de la pression partielle d'oxygène due à la teneur plus élevée en oxygène du nitrox augmente le risque de toxicité de l'oxygène, qui devient inacceptable en dessous de la profondeur maximale d'utilisation du mélange.
L'histoire du nitrox remonte aux années 1950, lorsque la marine des États-Unis (USN) a documenté les procédures d'utilisation de gaz enrichi en oxygène pour des applications militaires de ce que l'on appelle aujourd'hui le nitrox. En 1970, Morgan Wells de la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) a commencé à instituer des procédures de plongée pour l'air enrichi en oxygène. En 1979, la NOAA a publié des procédures pour l'utilisation scientifique du nitrox dans le Manuel de Plongée NOAA. En 1985, l'IAND (International Association of Nitrox Divers) a commencé à enseigner l'utilisation du nitrox pour la plongée récréative, marquant ainsi une étape majeure dans sa démocratisation.
Mélanges Gazeux pour Plongées Techniques
Pour les plongées nécessitant de longs paliers de décompression, les plongeurs peuvent transporter des bouteilles contenant différents mélanges gazeux pour les diverses phases de la plongée, généralement désignés comme gaz de voyage, gaz de fond et gaz de décompression. Ces différents mélanges gazeux peuvent être utilisés pour prolonger le temps de fond, réduire les effets narcotiques des gaz inertes et réduire les temps de décompression. Ces mélanges, souvent complexes et spécifiques à des profondeurs ou des durées particulières, nécessitent une formation avancée et une planification minutieuse pour être utilisés en toute sécurité.
Domaines d'Application et Niveaux de Pratique du Scuba Diving
Le scuba diving s'étend sur un large éventail d'applications, allant du loisir à des rôles professionnels exigeants, et se structure en différents niveaux de pratique et de certification.
La Plongée Récréative
La plongée récréative constitue le domaine le plus répandu du scuba diving, permettant à des millions de personnes d'explorer le monde sous-marin pour le plaisir et la découverte. Des organisations telles que PADI (Professional Association of Diving Instructors) jouent un rôle central dans la formation des plongeurs.
Il est courant d'entendre des gens dire « Je suis un plongeur » ou « Je suis un plongeur PADI® ». Le terme « Open Water Diver » est souvent rencontré lorsqu'on commence à chercher des informations sur l'apprentissage de la plongée. Le cours PADI Scuba Diver est (en gros) la première moitié du cours PADI Open Water Diver. Suivre le cours PADI Scuba Diver, c'est un peu comme obtenir un permis d'apprenti conducteur pour apprendre à conduire, introduisant les fondamentaux de la plongée sous la supervision d'un professionnel.
Il est important de noter que plus profond ne signifie pas toujours meilleur. Il existe des milliers de sites de plongée incroyables dans le monde qui peuvent être plongés à 12 mètres/40 pieds, ou moins, offrant des expériences visuelles et écologiques riches. Cependant, le fait de pouvoir plonger plus profondément, jusqu'à 18 mètres/60 pieds en tant qu'Open Water Diver certifié, ouvre encore plus de sites de plongée à explorer et élargit les opportunités d'aventure sous-marine.
La Plongée Professionnelle
Au-delà du loisir, le scuba diving est également pratiqué professionnellement dans plusieurs domaines, notamment la recherche scientifique, les opérations militaires et les rôles de sécurité publique. Cependant, la plupart des plongées commerciales de grande envergure utilisent généralement des équipements de plongée alimentés depuis la surface pour une sécurité accrue en matière de gaz respiratoire, lorsque cela est réalisable. Cette distinction est cruciale car la plongée commerciale implique souvent des travaux lourds ou des environnements particulièrement dangereux, où une alimentation continue depuis la surface offre une redondance et un support logistique supérieurs.
La Plongée Technique
La plongée technique est une catégorie de plongée autonome récréative qui dépasse les limites généralement acceptées de la plongée récréative standard. Elle peut exposer le plongeur à des dangers au-delà de ceux normalement associés à la plongée récréative, et à des risques plus importants de blessures graves ou de décès. Ces risques peuvent être réduits par des compétences, des connaissances et une expérience appropriées, ainsi que par l'utilisation d'équipements et de procédures adaptés. Le concept et le terme sont relativement récents, bien que des plongeurs s'adonnaient déjà à ce que l'on appelle aujourd'hui communément la plongée technique depuis des décennies.
Les défis des plongées plus profondes et des pénétrations plus longues, ainsi que les grandes quantités de gaz respiratoire nécessaires pour ces profils de plongée, combinés à la disponibilité croissante de cellules de détection d'oxygène à partir de la fin des années 1980, ont conduit à un regain d'intérêt pour la plongée avec recycleur dans le cadre de la plongée technique.
Plongée Spéléologique et Plongée sur Épaves
Des domaines spécialisés comme la plongée spéléologique (en grottes sous-marines) et la plongée sur épaves sont des exemples de pratiques qui peuvent relever de la plongée technique en raison des environnements complexes et potentiellement dangereux. Ces types de plongée ont d'ailleurs été des moteurs d'innovation pour des configurations d'équipement spécifiques, telles que le backplate et wing ou le sidemount, conçues pour optimiser la maniabilité et la sécurité dans des espaces confinés ou avec des besoins importants en matière de transport de gaz.