La plongée sous-marine, qu'elle soit récréative, technique ou professionnelle, repose sur des équipements sophistiqués dont la pièce maîtresse est indéniablement la bouteille de plongée, également connue sous le nom de « bloc ». Ce réservoir est conçu pour renfermer le mélange de gaz comprimés nécessaire à la respiration d'un plongeur en scaphandre autonome. L'histoire de cet équipement essentiel remonte loin dans le temps, avec des inventions marquantes qui ont pavé la voie aux systèmes modernes.
L'invention de la bouteille de plongée serait attribuée à deux Canadiens, James Elliott et Alexander McAvity. Un brevet est déposé le 4 mars 1839 dans l'état du New Brunswick, décrivant un principe fondamental : « la personne qui se trouve sous l’eau transporte avec elle une quantité d’oxygène condensé ou d’air atmosphérique ordinaire proportionnelle à la profondeur de l’eau et suffisante pour le temps qu’elle est censée rester en dessous ». Plus tard, un autre brevet de bouteille de plongée est déposé en 1860 par Benoit Rouquayrol, soulignant l'évolution continue de cette technologie cruciale pour l'exploration sous-marine. Ces développements initiaux ont posé les bases de ce qui allait devenir l'équipement standard pour les plongeurs.
La Bouteille de Plongée : Un Réservoir Technologique et Réglementé
Le bloc de plongée moderne est un concentré de technologie, soumis à des normes strictes pour garantir la sécurité des utilisateurs. Le choix et l’utilisation des bouteilles de plongée dépendent également du type de gaz avec lequel elles sont remplies. En général, le mélange de gaz contenu dans les bouteilles de plongée est l'air, mais elles peuvent également contenir d'autres mélanges respiratoires complexes tels que le Nitrox, l'Héliair, l'Hydrox, le Trimix, l'Héliox, ou encore l'Hydreliox. Ces mélanges sont utilisés afin d’améliorer certaines propriétés comme augmenter les profondeurs atteignables, raccourcir les paliers de décompression ou limiter les risques d’accidents de décompression.
Matériaux et Dimensions des Blocs
Dans la plupart des cas, un bloc de plongée est fait d’acier ou bien d’aluminium. Il est cependant possible d’avoir un bloc plongée en carbone. Les bouteilles de plongée en aluminium et en carbone peuvent être choisies pour éviter le phénomène de rouille que l’on peut rencontrer sur un bloc en acier, offrant ainsi une alternative durable et légère.
Les bouteilles de plongée utilisées couramment, appelées « bloc » dans le langage des plongeurs, contiennent entre 4 et 20 litres d'air comprimé. Les plus courantes restent cependant celles de 12 litres et 15 litres. Elles sont, généralement, utilisées seules. Cependant, afin de disposer d'une plus grande capacité ou de sources distinctes (nécessaire pour la redondance en plongée sous-plafond ou profonde, avec changement de gaz), il est parfois nécessaire d'utiliser plusieurs bouteilles. Les bouteilles ont généralement une pression de service de 150, 176, 200, 232 ou 300 bars. Ces hautes pressions permettent de stocker une grande quantité d’air comprimé dans les bouteilles. Par exemple, pour un bloc de plongée de 15 L avec une pression de service de 200 bars, il peut contenir jusqu'à 3000 litres d’air. Une méthode simplifiée de calcul de la capacité des bouteilles de plongée consiste d’ailleurs à multiplier la capacité en eau de la bouteille par la pression en atmosphères du gaz qu’elle contient.
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On distingue également des bouteilles relais (ou travel) et déco (ou deco) utilisées dans le cadre des plongées profondes, et portées sur les côtés (stage bottle). Des tampons sont aussi utilisés pour le gonflage des blocs dans les stations de remplissage.
La Robinetterie : Cœur du Système
La bouteille de plongée contenant un gaz comprimé, il est nécessaire de l'équiper d'un détendeur. Le bloc dispose d’une robinetterie vissée sur le haut de la bouteille de plongée, sur laquelle s'adapte le détendeur. Il en existe deux types principaux : les robinets DIN et étrier. Les robinets DIN sont habituellement plus utilisés dans les pays d’Europe, tandis que les robinets étrier sont plus courants en Amérique du Nord. Pour ensuite pouvoir respirer l’air contenu dans la bouteille, il est nécessaire de l’équiper d’un détendeur de plongée. Le détendeur de plongée permet d’adapter la pression contenue dans la bouteille à la pression ambiante afin de rendre l’air respirable par le plongeur.
La robinetterie peut disposer d'un mécanisme de « réserve ». Il s'agit d'un ressort taré à 30 bars qui bloque l'arrivée d'air précocement. Les réserves de robinetteries de bi-bouteille sont tarées à 50 bars mais ne sont effectives que sur un fût, ce qui équivaut à 25 bars sur les deux blocs. L'air restant peut être libéré en tirant une tige disposée le long du bloc. Bien que moins utilisé depuis la démocratisation des manomètres, le terme de réserve est resté dans le jargon de la plongée pour parler des 50 derniers bars de pression. Un bloc est généralement équipé d'une poignée pour le transport, un culot pour le maintenir debout et d'un filet de protection contre les chocs.
Fabrication et Réglementation Rigoureuse
Les bouteilles sont conçues pour être robustes et fiables. Les tubes, exempts de toute soudure, sont coupés à la bonne longueur avant d'être chauffés par induction puis mis en forme par fluotournage. Ce procédé est dit ROTH, du nom de la société qui l'a mis au point. Les blocs sont ensuite traités et protégés contre les agressions hydrauliques avant d'être contrôlés et mis en pression. Au cours de la fabrication, la totalité des bouteilles subissent un essai d'épreuve hydraulique à 1,5 fois leur pression de service, garantissant ainsi leur intégrité structurelle sous des contraintes élevées.
Dans l'Union européenne, depuis 2001, les bouteilles de plongée sont soumises à une réglementation stricte sur les appareils à pression, la directive européenne 97/23/CE, souvent appelée PED. La conception, la fabrication et le contrôle en usine sont réalisés sous le contrôle d'organismes notifiés auprès de la commission européenne pour la directive appareil à pression. Ces organismes sont, par exemple, le Bureau Veritas, le Lloyd's ou les TUV. Ce contrôle comprend notamment le respect de normes de fabrication, une épreuve hydraulique avant la mise en service et une « requalification périodique ». En France, les bouteilles de plongée d’un volume supérieur à 1 litre sont soumises à cette requalification périodique. Cette qualification doit avoir lieu tous les deux ans, mais elle doit être aussi accompagnée par un contrôle régulier de l’état de la bouteille plongée. Dans l’Union européenne, les bouteilles de plongée sont soumises pour la fabrication et la qualification à la norme CE.
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Considérations pour les Mélanges Gazeux Spécifiques
Lorsque les bouteilles sont remplies de gaz dont la teneur en oxygène est supérieure à celle de l’air, une attention supplémentaire doit être portée à leur propreté et aux lubrifiants et joints (o-rings) utilisés. Ceci est particulièrement important lorsque les bouteilles sont remplies d’oxygène pur ou de nitrox à plus de 40 %, c’est-à-dire les mélanges utilisés en plongée technique (à des fins sportives ou d’exploration). Les méthodes de préparation du mélange nitrox doivent également être prises en compte pour assurer la sécurité et la conformité. De même, les bouteilles destinées à d’autres gaz portent des marquages spéciaux. Les bouteilles d’oxygène pur sont étiquetées Oxygen ; 100% Oxygen ou Oxygen et les bouteilles remplies de trimix, c’est-à-dire un mélange d’oxygène, d’hélium et d’azote, sont étiquetées TMx et la composition en pourcentage d’oxygène et d’hélium (la composition en pourcentage d’azote est implicitement complétée à 100%), par exemple TMx. L'air comprimé normal, quant à lui, n’est filtré que pendant le processus de compression pour le débarrasser des impuretés typiques et de l’excès d’humidité.
Principes de Flottabilité et Poids Apparent en Plongée
La notion de poids apparent est fondamentale en plongée sous-marine, car elle détermine la flottabilité d'un objet immergé, y compris la bouteille de plongée et le plongeur lui-même. Pour comprendre cela, il est essentiel de se référer au principe d'Archimède.
Le Principe d'Archimède et la Flottabilité
Le principe d'Archimède stipule que tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé. C'est ce qui explique pourquoi un objet peut faire couler, tandis que l’eau à tendance à nous porter. La poussée d'Archimède est donc directement liée au volume d'eau déplacé par l'objet. Si un objet déplace un certain volume d'eau, il bénéficie d'une poussée équivalente au poids de ce volume d'eau.
Le poids apparent d'un objet immergé est la différence entre son poids réel (sa masse multipliée par la gravité) et la poussée d'Archimède qu'il subit. Si le poids apparent est positif, l'objet coule. S'il est négatif, il flotte. S'il est nul, l'objet est en suspension.
Masse et Poids : Une Distinction Cruciale
Il est important de distinguer la masse et le poids. La masse est la quantité de matière d’un corps. Elle s'exprime en kilogrammes (kg) et est une propriété intrinsèque de l'objet, indépendante de son emplacement. Le poids, en revanche, correspond au produit de la masse par la gravité. Il s'agit d'une force, qui se mesure en Newtons (N) dans le Système International d'Unités, ou historiquement en kilogramme-force. La valeur de la gravité varie légèrement selon l'endroit sur Terre ; par exemple, le poids d'un corps n'est pas rigoureusement identique entre le pôle et l'équateur, ou même entre deux points de même longitude et dont la latitude diffère d’un angle d’une minute. Pour la plongée, cette distinction est pertinente car c'est le poids qui agit vers le bas, tandis que la poussée d'Archimède agit vers le haut.
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Le Poids Apparent d'une Bouteille de Plongée : Vide et Pleine
L'exemple le plus parlant pour le sujet de cet article est celui de la bouteille de plongée elle-même. Considérons un cas précis : la masse du bloc est de 15 kg, son volume est de 12 l. Lorsque cette bouteille est immergée, elle déplace 12 litres d'eau. Dans l'eau douce, où la masse volumique est d'environ 1 kg/litre, elle déplace donc 12 kg d'eau. La poussée d'Archimède sera de 12 kg. Le poids réel de la bouteille étant de 15 kg, la bouteille immergée aura un « poids apparent » de 3 kg (15 kg - 12 kg). Cela signifie qu'elle coule avec une force équivalente à un objet de 3 kg dans l'air.
Ce poids apparent n'est pas constant. Il évolue considérablement au cours de la plongée. Une bouteille de plongée est remplie d'air ou de mélanges gazeux sous haute pression. Cet air, bien que léger, a une masse non négligeable. Par exemple, un bloc de 12 litres rempli à 200 bars contient environ 2,4 kg d'air. Lorsqu'un plongeur consomme cet air, la masse de la bouteille diminue progressivement. Quand le bloc est presque vide, il a perdu 1 kg d'air ou plus selon sa capacité initiale et sa pression de service.
Ainsi, la même bouteille de 15 kg (à vide) qui pesait 15 kg + 2,4 kg (d'air) = 17,4 kg pleine, pèsera 15 kg + 1,4 kg (air restant) = 16,4 kg presque vide (si elle a perdu 1 kg d'air). Son poids apparent, qui était de 17,4 kg - 12 kg = 5,4 kg (pleine), sera désormais de 16,4 kg - 12 kg = 4,4 kg (presque vide) dans l'eau douce. Cela signifie qu'une bouteille pleine est plus "lourde" sous l'eau qu'une bouteille vide. La flottabilité de la bouteille passe de fortement négative à moins négative, voire presque neutre ou légèrement positive pour certains modèles en aluminium à la fin de la plongée, un facteur essentiel pour la gestion de la flottabilité du plongeur.
L'Influence de la Densité de l'Eau
La masse volumique de l'eau est un autre facteur crucial. La flottabilité d'un objet change s'il est immergé dans l'eau douce ou dans l'eau salée. L'eau de mer, avec une masse volumique d'environ 1,025 à 1,03 kg/litre (par opposition à 1 kg/litre pour l'eau douce), fournit une poussée d'Archimède plus importante. Cela signifie qu'un objet qui coule avec un certain poids apparent dans l'eau douce sera moins lourd, ou même flottera, dans l'eau salée. Par conséquent, un plongeur nécessite moins de lestage en eau salée qu'en eau douce pour atteindre une flottabilité neutre. La question se pose donc : quelle est la différence dans l'eau douce comparativement à l'eau de mer à 1,03kg/litre ? La différence de flottabilité est directe, influençant le lestage nécessaire.
Impact sur le Plongeur et le Lestage
Le plongeur, équipé du bloc, pèse 90 kg sur le pont du bateau et occupe un volume d'environ 95 litres. En début de plongée, avec une bouteille pleine et souvent une combinaison isolante (qui ajoute du volume et donc de la flottabilité), le plongeur peut avoir une flottabilité positive importante, par exemple une flottabilité de +5 kg. Pour contrer cette flottabilité et permettre la descente, le plongeur doit être chargé de lest, par exemple 6 kg de plomb. Ce lest est calculé pour que le plongeur soit légèrement trop lourd en début de plongée, assurant une descente contrôlée.
La gestion de la flottabilité du plongeur dépend également du fait que ses poumons sont pleins ou pas. Un plongeur qui inspire profondément augmente son volume, augmentant ainsi la poussée d'Archimède et devenant plus flottant. À l'inverse, s'il expire complètement ses poumons, il coule. Les derniers paliers, qui se font à des profondeurs plus faibles, par exemple à 3 mètres, correspondent au moment où la bouteille est presque vide et donc moins négative en termes de flottabilité. Le plongeur doit alors ajuster sa flottabilité pour maintenir une position stable. Une bouée, par exemple, lui permet d'augmenter son volume sans augmenter son poids réel, une stratégie utile plutôt que de risquer un essoufflement en tentant de maintenir sa profondeur par la seule action musculaire.
La stabilité sous l'eau est également un élément clé. Le poids du plongeur s’applique sur son centre de gravité, et lorsqu’il se tient vertical, il doit trouver un équilibre pour rester stable. Un lestage bien réparti et une bonne gestion de l'air dans les poumons contribuent à cette stabilité.
Accessoires et Logistique : Les Pieds de Bouteille et le Transport
Au-delà des aspects techniques de la bouteille elle-même et de sa flottabilité, des considérations pratiques et logistiques jouent un rôle important dans l'expérience du plongeur. Parmi ces éléments, les accessoires comme les "pieds" de bouteille et les méthodes de transport suscitent des discussions régulières.
Les "Pieds" de Bouteille : Utilité et Controverse
Afin d’éviter que la bouteille ne bascule, mais aussi qu’elle ne se cogne en dessous, les fabricants ont placé des protections en caoutchouc - des “pieds”, parfois appelés “pantoufles” - sur les bouteilles. Cependant, l’internet est plein de discussions sur la meilleure façon de procéder, car certains plongeurs utilisent ces pieds, tandis que d’autres les retirent. La mode de l’arrachage des pieds en caoutchouc est née de la plongée en grotte. En plongée souterraine, d’après ce que disent les habitués, les pieds sont arrachés parce qu’ils pèsent à la surface. Lorsque vous transportez votre équipement dans des couloirs à la surface pour atteindre des siphons éloignés, chaque kilogramme compte.
Les arguments des anti-pieds sont variés. Le premier argument est qu’« sous les pieds, le cylindre rouille plus vite ». Bien entendu, si quelqu’un utilise d’abord un cylindre sans pieds et pose ensuite ses pieds sur la peinture abîmée, celle-ci rouillera davantage, car l’humidité reste plus longtemps sous les pieds. Mais si les alliages sont neufs, la peinture qui se trouve en dessous est en meilleur état que celle des autres parties du cylindre, car elle est complètement protégée des dommages mécaniques. Le deuxième argument est que « si vous n’avez pas de pieds, il n’est pas tentant pour un plongeur de laisser une bouteille debout sans surveillance et la bouteille ne chavirera pas ». Bien sûr, il y a quelque chose là-dedans, mais je connais beaucoup de gens qui ont les pieds dans des cylindres et qui ne mettent pas les cylindres non plus parce qu’il est clair qu’ils ne sont pas autorisés/qu’ils ne devraient pas l’être. Le troisième argument concerne l’empilement des ailes, et le quatrième la coulée en V (lest attaché à la ficelle sous la forme d’une coulée triangulaire). Le cinquième argument met en avant que les pieds affectent l’assiette (de façon minimale). Mais c’est un inconvénient pour les plongeurs en combinaison, dont le centre de gravité doit être déplacé vers la tête.
En général, sous l’eau, il importe peu que nous ayons les pieds sur les cylindres ou non. Toute la discussion porte sur les surfaces. Avoir ou ne pas avoir de “pieds” ? Heureusement, les fabricants de bouteilles en acier ont commencé à imiter les fabricants de bouteilles en aluminium et fabriquent des bouteilles à fond plat. En d’autres termes, à l’intérieur, le cylindre est à terminaison sphérique, mais à l’extérieur, il y a un trop-plein et le cylindre a un fond plat. D’ici peu, tous les cylindres seront probablement dans cet état et les spéléologues devront transporter ce surplus dans les grottes.
Transport et Sécurité des Bouteilles
Le transport des bouteilles est un défi majeur pour les plongeurs. D’une part, il est important de savoir que dans de nombreux pays, les réglementations limitent le transport de bouteilles remplies. D’autre part, dans la pratique, il n’y a aucun problème à transporter une ou deux bouteilles dans la voiture. Cependant, il est important de rappeler que la bouteille est un objet très dangereux en cas d’accident. Les bouteilles doivent toujours être fixées à des supports spéciaux dans les porte-bagages. Il est conseillé de séparer la zone de chargement par une grille solide, etc. En outre, il faut veiller à ce que, par exemple, la chute d’une bouteille n’endommage pas/ne brise pas son robinet. Il est également important de se rappeler que même une chute de faible hauteur d’une bouteille lourde entraînera plus que probablement la déformation du robinet et l’impossibilité de visser l’automate - le résultat le plus courant d’une chute de bouteille.
Une bonne solution consiste donc à emprunter des bouteilles sur le site de plongée. Comme les sites de plongée se trouvent très souvent là où nous prenons l’avion, il n’est pas possible de transporter des bouteilles en raison de leur poids. Cependant, si nous devons transporter les bouteilles par voie aérienne (comme dans le cas des bouteilles d’argon, par exemple), nous devons les préparer à cet effet, en vidant le gaz pour des raisons de sécurité et de réglementation. Lors du transport des bouteilles, et en particulier lors de leur habillage ou de leur stockage, il est important que la bouteille puisse être placée librement ou non, et qu'elle soit toujours sécurisée.
Remplissage des Bouteilles : Méthodes et Innovations
Pour remplir une bouteille plongée, il faut, pour atteindre d’aussi hautes pressions, utiliser un compresseur de plongée. Il en existe de différentes tailles qui permettent de remplir plus ou moins vite le bloc plongée. Pour avoir accès à un compresseur de plongée, il existe deux solutions principales : l’achat personnel ou bien le remplissage payant des bouteilles dans un centre de plongée. Suivant la taille du compresseur, l’achat du compresseur peut s’avérer très onéreux. C’est pour cela que la plupart des personnes préféreront remplir leur bouteille de plongée dans un centre de plongée pour seulement quelques euros.
L'Émergence des Mini-Bouteilles de Plongée (MiniDive)
Si le but est de remplacer le tuba afin de pratiquer l’exploration de milieux aquatiques peu profonds, il conviendra mieux de s’orienter vers des mini bouteilles de plongée telles que MiniDive. Le prix d’achat sera moins important et cela vous permettra d’être plus libre et autonome. Les bouteilles MiniDive existent en deux finitions différentes : Aluminium et Carbone. Leur volume est compris entre 0,2 L et 2 L pour une autonomie allant de 3 minutes à 40 minutes, offrant ainsi une grande flexibilité d'utilisation.
La première gamme de produits MiniDive, destinée à l’exploration sous-marine, comprend des bouteilles équipées d’un flexible et d’un détendeur de plongée. Les bouteilles en aluminium, comme la MiniDive Pro (0,5 L) et la Pro+ (0,8 L), sont habillées d’une protection en similicuir bleu marine. Ces bouteilles sont utilisées depuis le commencement de MiniDive, il y a plus de 5 ans, et ont une pression de service de 200 bars. Un exemple de pack inclut la MiniDive Pro (0,5 L) avec un étrier.
Les bouteilles en carbone, comme la MiniDive Carbon (0,5 L), la Carbon+ (1,1 L) et la Carbon Max (2 L), sont protégées par une finition époxy. Les bouteilles en carbone sont plus légères et plus petites (à taille comparable) que les bouteilles en aluminium. Elles peuvent cependant contenir plus d’air grâce à une pression de service plus élevée de 300 bars. Toutes les bouteilles sont équipées du même robinet (de type DIN), ce qui les rend interchangeables. Un pack typique peut inclure la MiniDive Carbon+ (1,1 L) et un compresseur 220 V.
Il est donc possible d’utiliser les détendeurs aussi bien sur une bouteille de plongée en aluminium que sur une bouteille de plongée en carbone. Cela permet de changer une bouteille plongée vide par une pleine rapidement et facilement en gardant le même détendeur. Il est également possible d’utiliser n’importe quel détendeur de plongée, à partir du moment où ce dernier est de type DIN. Cela vous permettra, si vous avez déjà de l’équipement de plongée, de réutiliser votre propre détendeur. Pour les personnes qui souhaitent plonger plusieurs fois d’affilée, MiniDive offre également la possibilité d’acquérir la bouteille seule sans avoir à racheter un détendeur.
La deuxième gamme de produits MiniDive, destinée à la découverte et à la sécurité, comprend de très petites bouteilles équipées de têtes détendeur. Il s’agit de nouveaux produits récemment lancés en 2021. Ces bouteilles, très petites et très légères, sont utilisées directement en bouche grâce à leurs têtes détendeurs et procurent quelques minutes d’autonomie. En moyenne, 3 minutes pour la bouteille en aluminium de 0,2 L (environ 700 g) et 5 minutes pour la bouteille en carbone 0,35 L. Un pack typique pour cette gamme est la MiniDive Evo (0,2 L) avec un compresseur 12 V.
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