La plongée sous-marine est une activité fascinante qui consiste à rester sous l’eau, soit en apnée dans le cas de la plongée libre ou de la chasse sous-marine, soit en respirant un gaz comprimé dans le cadre de la pratique en scaphandre autonome. Que vous soyez curieux de savoir comment fonctionne l’équipement de plongée ou que vous envisagiez d’apprendre à plonger, comprendre la science et le matériel est essentiel.
La question peut paraître saugrenue, mais pourquoi les humains ne peuvent-ils pas respirer sous l’eau ? La réponse n’est pas « parce qu’il n’y a pas d’oxygène ». L’eau (H2O) contient de l’oxygène et les poissons respirent très bien l’oxygène gazeux (O2) sous l’eau. Le problème est que l’homme ne peut pas absorber l’oxygène directement à partir de l’eau. Une réponse réaliste consisterait à se doter d’un système respiratoire qui fournirait sous l’eau un gaz respirable contenant de l’oxygène à la bonne pression. C’est là qu’intervient le scaphandre autonome, qui désigne une réserve de gaz portable et un système de réduction de la pression.
Principes physiques et physiologiques de la plongée
Le facteur principal influant sur l’organisme humain en plongée est la pression exercée par l’eau. Celle-ci augmente avec la profondeur : le corps est soumis à une pression d’environ 1 bar à l’air libre au niveau de la mer (pression atmosphérique), mais le poids de l’eau au-dessus du plongeur immergé soumet celui-ci à une pression additionnelle d’environ 1 bar tous les 10 mètres en eau de mer. Par exemple, à 25 mètres, un plongeur est soumis à 3,5 bars de pression totale.
Cette pression inhabituelle provoque des phénomènes que le plongeur doit gérer. Les accidents dus aux variations anormales de pressions dans les organes creux sont appelés des barotraumatismes. Lors de la descente, l’air contenu dans l’oreille moyenne est en dépression par rapport au milieu ambiant, ce qui crée une déformation du tympan. Le plongeur doit volontairement insuffler de l’air dans son oreille moyenne via les trompes d’Eustache, par exemple avec la manœuvre de Valsalva, pour éviter toute douleur.
Pour les pressions rencontrées, les gaz respirés se comportent comme des gaz parfaits et obéissent à la loi de Dalton. Le dioxygène, pourtant indispensable, devient toxique lors d’une plongée bouteille avec l’augmentation de sa pression partielle (hyperoxie), pouvant mener à une perte de connaissance. De même, les gaz inertes comme le diazote possèdent des propriétés narcotiques à partir d’une certaine pression partielle, phénomène connu sous le nom de narcose à l’azote.
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L’équipement essentiel du plongeur autonome
La plongée subaquatique demande un matériel spécifique qui peut varier en fonction de l’activité. Concernant la pratique en scaphandre autonome, le matériel impose l’utilisation d’une bouteille de plongée (ou bloc), d’un détendeur, d’un gilet stabilisateur et d’instruments de contrôle.
La bouteille de plongée et son système de robinetterie
Également appelées blocs, les bouteilles de plongée sont généralement fabriquées en alliage d’aluminium ou en acier. La bouteille la plus fréquente est la « aluminium 80 », qui contient environ 11 litres de gaz comprimé. Elles peuvent être remplies d’air comprimé ou d’un mélange spécial. La pression de service est comprise entre 200 et 234 bars. Les bouteilles sont remplies par une robinetterie située au sommet, où se fixe le détendeur. Chaque robinetterie est dotée d’un joint torique qui assure l’étanchéité entre la robinetterie et le détendeur.
Le détendeur : le cœur du système respiratoire
La fonction principale d’un détendeur de plongée est de convertir le gaz à haute pression à l’intérieur d’une bouteille en un niveau sûr et respirable. Le « premier étage » se fixe à la robinetterie et réduit le gaz à haute pression à un niveau de pression intermédiaire. Un tuyau basse pression relie le premier étage à l’embout buccal, appelé « deuxième étage ». Le deuxième étage réduit encore l’air à la pression ambiante pour que le plongeur puisse respirer normalement. À l’intérieur de l’embout se trouve un diaphragme qui permet à l’air de circuler uniquement lors de l’inspiration.
Le gilet stabilisateur (Stab)
Comme son nom l’indique, un système de contrôle de la flottabilité permet aux plongeurs de contrôler leur flottabilité. Le gilet stabilisateur, ou « stab », permet au plongeur de porter sa bouteille confortablement et de se stabiliser à n’importe quelle profondeur en injectant de l’air par l’intermédiaire de l’inflateur branché au détendeur. Les gilets de type veste sont les plus fréquents pour la plongée loisir et sont équipés de sangles réglables sur une plaque dorsale rigide.
Matériel de base (PMT) et protection thermique
Le matériel commun se compose d’un masque permettant la vision sous l’eau, d’un tuba pour la respiration en surface, de palmes pour la propulsion et la stabilisation, d’une combinaison isothermique plus ou moins épaisse pour se protéger du froid, et d’un lestage. Le masque est l’équipement qui doit être choisi avec le plus de soin, car l’ajustement au visage doit être parfait. Une combinaison de plongée permet de se protéger du froid, facteur crucial car le corps perd sa chaleur 20 fois plus vite dans l’eau que dans l’air. Les combinaisons existent en différents types : humides, semi-étanches ou étanches, en néoprène ou tri-laminé.
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Instruments de sécurité et de navigation
Plusieurs instruments complémentaires sont indispensables pour gérer l’activité en sécurité :
- Le manomètre : fixé au premier étage, il permet de contrôler la pression restante dans la bouteille pour gérer son autonomie.
- L’ordinateur de plongée : il mesure la profondeur, le temps d’immersion et calcule les paliers de décompression, remplaçant avantageusement les anciennes tables de plongée.
- Le parachute : équipement de sécurité obligatoire pour signaler sa présence sous l’eau.
- La boussole : essentielle pour l’orientation sous-marine.
Gestion de la consommation d’air
Tout le monde le sait, une plongée ne peut s’effectuer sans une réserve d’air limitée. La consommation est inégale selon les individus et dépend de nombreux facteurs. Pour réduire sa consommation, le plongeur doit être en bonne santé et en pleine forme. Le stress, fréquent chez les débutants, augmente le rythme cardiaque et donc la consommation d’air. Une bonne isolation thermique, un lestage adéquat - évitant les sur-gonflages inutiles du gilet - et la recherche d’un minimum d’effort en utilisant les courants sont des techniques essentielles. Il est impératif de ne pas faire d’apnées volontaires, car cela crée un déséquilibre gazeux stressant pour l’organisme. La profondeur joue également un rôle majeur : selon la loi de Mariotte, la consommation augmente avec la pression ambiante. À 20 mètres, où la pression est de 3 bars, un plongeur consommera théoriquement trois fois plus d’air qu’en surface.
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