La plongée sous-marine, une activité qui fascine l'humanité depuis des siècles, a connu des avancées technologiques considérables, dont le recycleur est sans doute l'une des plus emblématiques. Cet appareil sophistiqué représente une rupture majeure avec la plongée traditionnelle en circuit ouvert, en offrant des opportunités d'exploration inédites et en redéfinissant les limites de l'immersion humaine. Le recycleur, particulièrement le recycleur à circuit fermé (CCR), est un système ingénieux qui recycle le dioxyde de carbone et réinjecte l'oxygène consommé, permettant ainsi une immersion prolongée et discrète sous l'eau. Pour appréhender pleinement cette technologie, il est essentiel de remonter à ses origines, de comprendre ses principes de fonctionnement, d'explorer ses multiples avantages, mais aussi de reconnaître les défis et les exigences qu'elle impose.
Les Racines Historiques de la Respiration Sous-Marine en Circuit Fermé
L'idée de prolonger la durée d'immersion sous l'eau est ancienne, précédant même la compréhension scientifique des gaz respiratoires. Vers 1620, en Angleterre, Cornelius Drebbel fabrique un premier sous-marin à propulsion à rames. Une prouesse d'autant plus remarquable que la découverte de l'oxygène est généralement associée à Joseph Priestley en 1774. Pourtant, Drebbel décrit quasiment deux siècles plus tôt dans son livre De la nature des elemens, la préparation d'oxygène par chauffage de salpêtre, expliquant que dans un milieu chaud, le salpêtre libère de l'oxygène. De cette façon, Drebbel réussit à rester sous l'eau pendant de plus longues périodes, démontrant une intuition précoce des principes qui sous-tendent la vie sous-marine prolongée.
Le concept moderne du recycleur, basé sur l'absorption du dioxyde de carbone, prend forme plus tard. Le premier recycleur fut breveté en France en 1808 par Pierre-Marie Touboulic, originaire de Brest, ingénieur-mécanicien dans la marine impériale. Son invention, qu'il avait appelée Ichtioandre (en grec pour « homme-poisson »), fonctionnait avec un réservoir d'oxygène. L'oxygène était libéré par le plongeur, par circulation en circuit fermé à travers une éponge imbibée d'eau de chaux, marquant ainsi une étape cruciale vers l'élimination du CO2. Un prototype de recycleur fut également construit en 1849 par le français Pierre Aimable De Saint Simon Sicard, et un autre en 1853, par le professeur T. Schwann en Belgique, témoignant de l'intérêt croissant pour ces technologies.
Cependant, la première bouteille en circuit fermé commercialement pratique a été conçue et construite par l'ingénieur de plongée Henry Fleuss en 1878, tout en travaillant pour Siebe Gorman à Londres. Son appareil de respiration autonome se composait d'un masque en caoutchouc relié à un sac respiratoire, avec 50 à 60% d'oxygène (estimé) fourni à partir d'un réservoir de cuivre. Le CO2 était éliminé par du fil de corde trempé dans une solution de potasse caustique, ce système offrant une durée d'environ trois heures. Fleuss a continuellement amélioré son appareil, en ajoutant un régulateur de demande et des réservoirs capables de maintenir des quantités plus importantes d'oxygène à une pression plus élevée. Ces développements ont jeté les bases des recycleurs modernes.
L'évolution des recycleurs s'est poursuivie avec Sir Robert Davis, chef de Siebe Gorman, qui perfectionna le recycleur d'oxygène en 1910 avec son invention de l'appareil d'échappement submergé de Davis, le premier recycleur pratique à être fabriqué en quantité. Ce gréement comprenait un sac de respiration et de flottaison en caoutchouc contenant un bidon d'hydroxyde de baryum pour nettoyer le CO2 exhalé et, dans une poche à l'extrémité inférieure du sac, un cylindre sous pression en acier contenant environ 56 litres d'oxygène à une pression de 120 bars. Le cylindre était équipé d'une soupape de commande et était relié au sac respiratoire. L'ouverture de la soupape du cylindre transférait l'oxygène au sac et le chargeait à la pression de l'eau environnante. Le gréement incluait également un sac de flottabilité d'urgence sur le devant afin d'aider à garder le porteur à flot. Nommé Davis Submerged Escape Apparatus ou DSEA, il fut adopté par la Royal Navy après un développement ultérieur par Davis en 1927, démontrant son importance stratégique.
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Une autre innovation majeure fut l'invention du composé chimique Oxylithe en 1907 par le professeur Georges Jaubert. Il s'agissait d'une forme de peroxyde de sodium (Na2O2) ou de superoxyde de sodium (NaO2). L'avantage de l'Oxylithe est que, comme il absorbe le dioxyde de carbone dans un épurateur de recycleur, il émet simultanément de l'oxygène. Ce composé a d'abord été incorporé dans un design de recycleur par le capitaine SS Hall et le Dr O. Rees de la Royal Navy en 1909. En 1912, la société allemande Dräger commença la production en série de sa propre version de la robe de plongée standard avec l'alimentation en air d'un recycleur, marquant le début de l'industrialisation de ces appareils.
Durant les années 1930, des pêcheurs italiens avaient commencé à utiliser le recycleur Davis, fabriqué sous licence en Italie. Le rôle des recycleurs prit une importance capitale durant la Seconde Guerre mondiale. Les recycleurs de plongeurs italiens capturés influencèrent la conception des recycleurs britanniques. Beaucoup de recycleurs britanniques incorporaient des bouteilles d'oxygène récupérées d'avions allemands. L'un des premiers de ces appareils de respiration à avoir été modifié fut le Davis apparatus. Leurs masques pleine face étaient du type destiné au Siebe Gorman Salvus, transformées par la suite en masque pleine face avec une grande fenêtre de visage, circulaire, ovale, rectangulaire (la plupart du temps plate, mais les côtés courbés vers l'arrière pour permettre une meilleure vision latérale). Les premiers recycleurs britanniques avaient des faux-poumons rectangulaires sur la poitrine, comme ceux des modèles italiens, mais les modèles ultérieurs eurent une ouverture carrée au sommet des faux-poumons pour pouvoir s'étendre plus loin vers les épaules. Sur le devant, il y avait un collier de caoutchouc qui était serré autour de la boîte absorbante (canister). Certains plongeurs des forces armées britanniques utilisaient des costumes de plongée épais et volumineux appelés costume de Sladen. Les recycleurs Dräger, en particulier les modèles DM20 et DM40, ont été utilisés par les plongeurs allemands pendant la Seconde Guerre mondiale. Les recycleurs pour la marine américaine ont été développés par Christian J. Lambertsen pour la guerre sous-marine, soulignant l'importance militaire grandissante de ces équipements.
En raison de l'importance militaire du recycleur, largement démontrée lors des campagnes navales de la Seconde Guerre mondiale, la plupart des gouvernements hésitaient à mettre la technologie dans le domaine public. En Grande-Bretagne, l'utilisation du recycleur pour les civils était négligeable - le British Sub-Aqua Club (BSAC) a même formellement interdit l'utilisation du recycleur par ses membres. Les firmes italiennes Pirelli et Cressi-Sub ont d'abord vendu un modèle de recycleur de plongée sportive, mais après un certain temps, ont abandonné ces modèles. Ce n'est qu'avec la fin de la guerre froide et l'effondrement subséquent du bloc communiste que le risque perçu d'attaque par les plongeurs de combat a diminué, ouvrant lentement la voie à une démocratisation de l'accès à ces technologies.
Le Principe Fondamental du Fonctionnement d'un Recycleur
Le principe de base d’un recycleur est de récupérer l’oxygène et les gaz inertes expirés par le plongeur et non utilisés par le corps lors d’une respiration et de les réutiliser. De l’oxygène est ensuite ajouté pour reconstituer la quantité de gaz nécessaire par l’utilisateur. Cela diffère fondamentalement des appareils respiratoires à circuit ouvert où le gaz expiré est évacué directement dans l’environnement, produisant un flux constant de bulles. Le recycleur filtre le dioxyde de carbone (CO₂) de l’air expiré grâce à une cartouche de chaux sodée, puis réinjecte uniquement l’oxygène consommé.
Bien qu’il existe plusieurs variantes de recycleurs de plongée, tous les types possèdent un système formant une boucle étanche au gaz dans laquelle le plongeur inspire et expire. Cette boucle se compose de plusieurs composants essentiels. Le plongeur respire à travers un embout buccal ou un masque facial et plusieurs tubes conduisent le gaz inspiré et expiré entre les poumons du plongeur et un poumon artificiel, communément appelé « faux-poumon ». Ce dernier retient le gaz lorsqu’il n’est pas dans les poumons du plongeur.
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La boucle comprend également un réservoir de chaux, un absorbant de CO2 pour éliminer le dioxyde de carbone expiré par le plongeur. Quand le plongeur expire, l'air n'est pas relâché dans le milieu aquatique mais est stocké dans la poche, puis le CO2 est fixé chimiquement dans la cartouche de chaux présente dans l'appareil. Grâce à un contenant de chaux, ce CO2 est absorbé. Après avoir séjourné dans la cartouche absorbante pendant un laps de temps précis, le gaz passe sur un ou plusieurs capteurs d’oxygène le long de cette boucle. Ces cellules d’oxygène sont à renouveler régulièrement pour le bon fonctionnement du système. Sur la base des informations recueillies par les capteurs, soit le plongeur, soit le boîtier électronique intervient et ajuste les niveaux de gaz, et notamment le niveau d’oxygène.
En circuit fermé, le plongeur respire dans "un sac". Quand nous inspirons, l'O2 n'est que partiellement métabolisé par notre organisme, et donc à l'expiration nous rejetons encore de l'O2. La faible injection d'O2 par la machine permet de compléter la quantité souhaitée pour que le mélange soit toujours respirable. Le principe fondamental d'un recycleur est de récupérer le mélange gazeux expiré, d'en éliminer le dioxyde de carbone (CO2), et de réinjecter de l'oxygène (O2) pur ou du nitrox pour compenser la consommation métabolique. Dans un recycleur à circuit fermé (CCR), le gaz expiré transite par une boucle respiratoire vers une cartouche épuratrice, ou "scrubber", contenant de la chaux sodée (Sofnolime) qui absorbe le CO2. Après épuration, le mélange passe dans une chambre où des cellules à oxygène mesurent la pression partielle d'oxygène (PO2). Le contrôleur électronique injecte de l'oxygène pur pour maintenir le niveau souhaité. Le gaz, filtré et enrichi, est alors respiré à nouveau.
Un aspect distinctif du recycleur est l'absence de phénomène de poumon-ballast. Le volume d'air du plongeur-appareil reste constant (le gaz respiré est soit dans les poumons, soit dans les sacs respiratoires). Il est donc plus difficile de descendre, le principe du poumon-ballast n'existant pas avec les recycleurs. Ce point est un peu déconcertant au début et nécessite une période d'adaptation pour trouver des palliatifs (ex. descendre en canard, respirer sur des sacs respiratoires faiblement remplis, etc.). L'absence d'effet poumon-ballast n'est pas un inconvénient, au contraire, c'est même un confort inhabituel en plongée. En revanche, cela peut être déconcertant pour les premières plongées de ne pas ressentir cette ascension à chaque inspiration. Par la suite, les faux poumons deviendront pour certains l'élément d'ajustement de la flottabilité ; en effet, lors des remontées il est primordial de gérer le volume des faux poumons qui vont se gonfler. Le plongeur prendra l'habitude de faire sortir de sa boucle, et donc de ses faux poumons, du mélange air plus oxygène.
Classification et Technologies des Recycleurs de Plongée
Il existe deux types principaux de recycleurs, classifiés selon leur mode de fonctionnement par rapport à l'évacuation des gaz :Ceux à mélange constant, les appareils à circuit semi-fermé (en anglais SCR, Semi Closed Rebreather). Les recycleurs à circuit semi-fermé (SCR), quant à eux, utilisent une seule bouteille de gaz et évacuent une partie du gaz expiré en petites bulles. En circuit semi-fermé (SCR), des bulles sont relâchées à intervalles réguliers. Le circuit semi-fermé (SCR) ne relâche des bulles qu'à intervalles réguliers, ou les bulles s'échappent dans un fin chapelet de bulles, mais en petite quantité et pas à proximité du visage. Leur autonomie et leur optimisation de décompression sont moindres que celles des CCR.
Ceux à mélange variable, les appareils à circuit fermé (en anglais CCR, Closed Circuit Rebreather). Les recycleurs à circuit fermé (CCR) recyclent tout le gaz que vous expirez ; seulement quelques bulles s'échappent pendant la remontée pour purger le gaz qui se dilate. En circuit fermé (CCR), il n'y a pas de bulles. L'appareil injecte un mélange via une commande mécanique (mCCR : mechanical CCR), électronique (eCCR : electronical CCR) (ou via les 2 : hCCR hybrid CCR) du O2. Le plongeur dispose d'une source de gaz distinct, le diluant, pour faire varier la composition du mélange. Ce type de recycleur nécessite, contrairement au SCR, une mesure constante du taux de O2. Usuellement 3 sondes sont utilisées afin de garantir la fiabilité de la mesure.
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Les recycleurs électroniques (eCCR) voient leur ordinateur gérer automatiquement l'injection d'oxygène pour maintenir la PO2. À l'inverse, les recycleurs mécaniques (mCCR) exigent que le plongeur gère manuellement l'injection d'oxygène, demandant une vigilance constante. Le contrôleur AP maintient une PO2 constante, fixée par le « setpoint », durant toute la plongée (habituellement 0,7b à la surface et pendant la descente, puis 1,3b pour le reste de la plongée) grâce à l'injection de giclées d'oxygène lorsque la PO2 chute sous la valeur du « setpoint » (par consommation de l'organisme ou pendant la remontée). Ceci a pour résultat de faire constamment varier la FO2 (ou pourcentage d'O2) avec la profondeur.
Les Avantages Indéniables de la Plongée en Recycleur
La plongée en recycleur offre une série d'avantages significatifs qui transforment l'expérience sous-marine, la rendant plus immersive, plus longue et potentiellement plus sûre pour les plongeurs expérimentés.
L'un des atouts majeurs du recycleur est l'autonomie qu'il confère au plongeur. Les CCR offrent des temps d'immersion prolongés. Un recycleur Ap Inspiration, par exemple, peut permettre jusqu'à 6 heures de plongée avec une bouteille de 3 litres. Cette autonomie est rendue possible par une consommation de gaz très basse, dépendant du métabolisme du plongeur et non de la profondeur. Les recycleurs réutilisent le gaz que vous expirez en recyclant la bonne partie de l'air expiré et en remplaçant votre oxygène consommé pour votre prochaine inspiration. Cela signifie que votre réserve de gaz est considérablement plus importante dans un conteneur compact, comparé à une bouteille de plongée pour la plongée conventionnelle à circuit ouvert. C'est un immense avantage qui permet des plongées plus longues. L'alimentation en air n'est plus un facteur limitant votre plongée, quelles que soient votre profondeur et votre consommation d’air.
Un autre avantage est le facteur silencieux. La plongée en recycleur offre une immersion dans un "monde du silence". Les recycleurs circuit fermé ne produisent pratiquement aucune bulle. Cette absence de bruit permet une approche discrète de la vie marine. Les animaux, sensibles aux bruits des bulles, sont moins dérangés. Le fait de ventiler dans une boucle (circuit fermé), sans solliciter un détendeur à chaque inspiration et sans rejeter de gaz dans l'eau à chaque expiration, permet une plongée réellement silencieuse et sans bulles, et donc moins perturbante pour la tranquillité des différentes espèces. Les photographes sous-marins apprécient cet avantage car ils peuvent s'approcher des créatures aquatiques qui, normalement, seraient effrayées par le bruit des bulles. L'absence de bulles du recycleur permet une plus grande discrétion sous l’eau, ce n’est pas pour rien que l’armée utilise ce genre de système pour leurs missions top secrètes. Le plongeur recycleur vous dira combien il apprécie le fait de pouvoir respirer sans bouger sans ce va-et-vient continu, pouvant ainsi être quasiment « posé » dans l’eau. L’observation de la faune, la prise de photo devient d’une aisance sans pareil. La plongée en recycleur CCR permet d’observer de plus près certaines espèces, tout en optimisant sa plongée, et en augmentant sa sécurité et son confort. Cela résume les avantages de cette pratique qui est parfaitement adaptée aux longues explorations, aux prises de vues photo et vidéo, et également aux scaphandriers et plongeurs scientifiques pendant leur travail.
Le recyclage du gaz dans un recycleur permet au plongeur de respirer un gaz chaud et humide, ce qui limite le refroidissement du plongeur et prévient la déshydratation, améliorant le bien-être sous l'eau. La réaction chimique de fixation du CO2 dans la chaux produit de la chaleur, et de l'humidité du fait de la boucle, contribuant à ce confort.
L'optimisation de la décompression est un autre bénéfice des recycleurs, surtout les CCR. La gestion d'une pression partielle constante d'oxygène assez haute pendant toute la plongée grâce à la gestion électronique du recycleur AP Diving permet d'optimiser sa décompression. Il est plus facile de comprendre ce fonctionnement en imaginant un plongeur remontant de 50 m. À 50m la pression ambiante est de 6 bar. Le contrôleur maintient la PO2 à un setpoint de 1,3 bar - donc la fraction d'oxygène dans la boucle est 1,3 / 6 = approx. 0,21 ou 21 %. Au fur et à mesure de la remontée du plongeur, la pression ambiante chute, entraînant une chute de la PO2 dans la boucle. L'oxygène y est donc injecté par le contrôleur pour maintenir la PO2 au niveau du setpoint (1,3b) et par conséquent, la pression partielle d'oxygène (PO2) ne change pas tandis que la fraction d'oxygène dans le mélange augmente. On peut voir que le gaz du plongeur est particulièrement riche en oxygène dans la zone de décompression - de 80 % et jusqu'à 100 % d'oxygène à 3m, ce qui est idéal pour accélérer cette décompression. Comprendre les bénéfices d'une FO2 importante : plus il y a d'O2, moins il y a de gaz inerte (azote, hélium) absorbé par votre corps et imposant des paliers. Ainsi donc : riche en oxygène = plus de plongée, plus de profondeur, moins de décompression.
La gestion de la flottabilité en recycleur diffère de celle en circuit ouvert. Le volume de gaz dans la boucle respiratoire reste constant, permettant une flottabilité indépendante de la respiration. Le recycleur se distingue par sa souplesse d'utilisation.
Considérations Techniques Approfondies et Sécurité en Recycleur
Bien que les recycleurs offrent des avantages considérables, ils introduisent également des complexités techniques et des défis de sécurité qui nécessitent une compréhension approfondie et une vigilance constante.
Un concept fondamental en plongée recycleur est la Pression Partielle d'Oxygène (PO2) et sa distinction avec la Fraction d'Oxygène (FO2). Où réside le danger en termes de toxicité à l'oxygène ? La réponse est clairement la PO2 ! Après tout, vous pouvez respirer 100 % d'oxygène en toute sécurité en surface ou au-dessus de 6m (comme le faisaient les premiers recycleurs O2 pur). Imaginez une seconde que vous plongez avec ce genre d'équipement. À la surface, avec une FO2 de 100 %, votre pression partielle d'O2 est de 1b, donc une PO2 sans danger. La plage des pressions partielles d'oxygène viables pour l'être humain se situe entre 0,16b et 1,6b. Alors que vous descendez (avec cet appareil fictif de respiration d'oxygène pur), la pression ambiante change. À 1m, par exemple, votre pression partielle est maintenant de 1,1 bar. À 2m, elle augmente jusqu'à 1,2 bar, à 3m 1,3 bar et ainsi de suite. Donc, une fois arrivé à 6m votre PO2 atteindra 1,6 bar. Vous respirez toujours 100 % d'oxygène mais maintenant, à 1,6 bar de PO2, vous entrez dans une zone à risque où l'oxygène devient du poison hyperoxique. À l'inverse, s'il vous arrivait d'aller dans l'autre sens et de monter dans une montgolfière jusqu'à trois fois la hauteur de l'Everest - au point où la pression ambiance baisse en dessous de 0,16 bar - votre mélange à 100 % d'oxygène ne vous apportera plus que 0,16 bar de PO2 et commencera à devenir hypoxique. Tout est une question de PO2. C'est pourquoi, lors d'une formation recycleur, on répète en permanence « Toujours connaître sa PO2 ! ». À l'inverse du circuit-ouvert où il est enseigné de constamment connaître la quantité de gaz disponible dans la bouteille, la plongée en circuit-fermé enseigne l'importance de connaître « Quel gaz » ? - Quelle PO2 ?
La plongée en recycleur, bien qu'avancée, n'est pas sans défis. Les appareils sont plus complexes que l'équipement de plongée en circuit ouvert. Le danger réside principalement dans les facteurs humains : la complaisance, le non-respect des procédures et les erreurs de jugement. Il est impératif de suivre les listes de contrôle pré-plongée. La sécurité : La perception de danger provient de la complexité.
Deux préoccupations de sécurité majeures sont la gestion du dioxyde de carbone (CO2) et la fiabilité des cellules à oxygène. L'hypercapnie (excès de CO2) est un risque sérieux si la chaux sodée du scrubber ne parvient pas à l'éliminer. Les cellules à oxygène ont une durée de vie limitée et doivent être renouvelées régulièrement pour le bon fonctionnement du système.
L'acquisition d'un recycleur représente un investissement financier. Au-delà du prix d'achat, les coûts de fonctionnement et d'entretien sont significatifs. L'entretien d'un recycleur est méticuleux. Le poids : Le recycleur est souvent plus léger qu'un ensemble de doubles bouteilles.
Le choix d'un recycleur est une décision importante. Il n'existe pas de recycleur universel. L'appareil dépendra de l'usage prévu et du profil du plongeur. Les facteurs à considérer incluent la préférence pour un eCCR vs. mCCR (automatisation vs. contrôle manuel) ainsi que le poids et l'encombrement, qui sont cruciaux pour le transport. Parmi les modèles reconnus, l'AP Inspiration (EVO, EVP, XPD) est un leader du marché, polyvalent, avec un vaste réseau de formation, et a fait ses preuves depuis plusieurs années, connaissant différentes évolutions et innovations, ce qui en fait une machine très fiable, certainement le recycleur le plus vendu à ce jour.