Julien Baudoin
Gregory Zottos
Travail de Maturité Version début septembre ( le 5 environ)
1. Introduction:Depuis toujours la mer fascine
Malgré le fait quil ny soit pas destiné, lhomme
brave sa condition de mammifère terrestre et se confronte à ce
milieu qui lui est physiquement hostile, par nécessité ou par
plaisir; celui dexplorer les mystérieuses abysses de locéan,
de se laisser émerveillé par le cocktail de couleurs où
se mêlent faune et flore, par la majestuosité dun squale
ou encore par cet étrange et absolu silence. On peut plonger pour aller
profond, pour voir des choses ou juste pour se sentir "comme un poisson
dans leau"; pour évoluer dans ce nouveau milieu avec une liberté
qui ne semble être compromise que par nos premiers instincts. Pourtant,
le besoin de respirer nest pas le seul facteu"Es-tu arrive jusqu'aux
sources de la mer, au fond de l abîme t'est tu promené? As tu découvert
les portes de la mort. . . " Iahvé dit à Job (Corriol 1996)
. Nous avons eu l'idée d'aborder la problématique de notre travail
de maturité par cette phrase qui, selon mon collègue et moi même
résume bien l'un des graves problème dont souffre la plupart des
sports extrêmes dont l'apnée fait incontestablement partie. En
effet, aujourd'hui l 'homme toujours en quête de nouvelles sensations
exerce des activités qui, contrairement à autrefois ne font plus
l'objet d occupation indispensable à sa survie. Si celui-ci s exposait
effectivement au danger c'était uniquement dans le but de pouvoir satisfaire
ses biens de première nécessité. . . Ai Cependant, de nos
jours les hommes se mettent à pratiquer des sports de plus en plus dangereux,
de plus en plus extrêmes. Que ce soit en apnée le nombre d'accident
grave ne fait que s'accroître d'année en année, étant
donné l'investissement considérable que les compétiteurs
doivent mettre en oeuvre pour espérer établir de nouveaux, d'extraordinaires
records. Mais à quel prix?Pourquoi? l'objet de notre travail n'est pas
de déterminer ce qui le pousse à agir de cette manière,
mais de savoir jusqu'où pourra-t-il comme ça repousser indéfiniment
ces limites.
2. Quelques notions de physique :
la Pression :
Tout d'abord, voyons si la profondeur , en apnée, peut avoir des conséquences
nuisibles pour le plongeur. Au fur et à mesure de la descente, la pression
augmente. Mais celle-ci n'a de répercutions que sur les parties du corps
qui contiennent de l'air. Il faut savoir que notre corps est constitué
d'environ 65% d'eau, incompressible. On peut donc en déduire que les
parties corporelles qui en sont intégralement composées sont parfaitement
insensible à l'augmentation de pression. Par contre, pour les autres
, c'est-à-dire :les poumons; les sinus frontaux et maximiliaires; la
trompe d Eustache; l'oreille moyenne; les éventuelles bulles de
CO2 continuent à l'intérieur du
Pression hydrostatique et absolue : Avant de nous consacrer à ces parties
contenant du gaz , rappelons avant, quelques notions de la physique élémentaire
afin de mieux évaluer ce que représente la pression hydrostatique
et atmosphérique. L'air constitué d'environ 20% d'oxygène,
et 80% d'azote a une masse de1. 3kg/m3, et l'atmosphère constitué
d'air à cette densité a une épaisseur de 10km environ.
Ainsi, au niveau de la mer (à une altitude 0), on ressent une pression
de 1. 3kg/m2 # (=multiplié) 10m/s2 # 10. 000m =130. 000Pa(=Newton/m2).
Cependant, étant donné qu'avec l'altitude, la composition de l'air
change légèrement (elle est moins dense en altitude)
Pour ce qui concerne l'eau douce, celle-ci a une masse de 1000kg/m3, et pour
l'eau de mer 1030kg/m3. Nous consacrerons plutôt nos calcules à
l'eau de mer qui représente en moyenne 97, 2% de la quantité total
d'eau présente sur terre. (informations tirées du document internet
"l'eau sur terre" INRP Académie des sciences http://www. inrp.
fr/lamap/scientifique/milieu_vie/essentiel/eau_terre. htm). Par conséquent,
chaque 10 mètres la pression augmente de 10m # 10m/s2 # 1030kg/m2=103.
000Pa , soit environ 1 bar de pression . On peut donc dire que 10mètres
d'eau (salée ou non) représente à elle seule la pression
d'un atmosphère.
Ainsi, la descente en apnée qui peut de nos jours très largement
dépasser la profondeur de 100mètres provoque des pressions énormes
non négligeable sur les régions physiques contenant un gaz quelqu'il
soit. . . (Hériter 2000 chap. "lois physiques", Ryser 2001).
petits dessins a la main
Pression partiel : La pression partielle est la quantité d'un gaz donné
(Pgaz) en unité de pression. Dans un mélange gazeux, la pression
partielle d'un des gaz le constituant est égale au pourcentage de ce
gaz dans le mélange que multiplie la pression absolu du mélange
:P gaz = PA x % gaz (PA étant la pression absolue et PA x % le pourcentage
de gaz dans le mélange gazeux). Ainsi, calculons par exemple la pression
partielle pour chacun des composant de l'air :La pression partielle d'oxygène
est PO2 = 0.21 x 760 = 160 mm Hg et la pression partielle de l'azote est de
PN2 = 0.79 x 760 = 600 mm Hg. Remarquons, par ailleurs, que la somme des pressions
partielles est égale à la pression absolu : on a donc PO2 + PN2
= 600 + 160 mm Hg (sachant que la pression atmosphérique vaut 760 mm
Hg), (Hériter 2000 chap
Influence des pressions sur les volumes avec la loi Boyle-Mariotte : La source
des problèmes vient directement de l' influence de cette pression sur
les volumes de gazes. Le volume est inversement proportionnel à la pression
(loi de Boyle-Mariotte). Considérons la formule suivante: Volume Initial
# Pression Initial =
Volume Final # Pression Final. Ainsi, 1m3 d'air à la surface, qui correspond
à 1000litres d'air va avoir à 10 mètres de profondeur un
volume de 1000l # 1bar / 2bar =500 litres;
à 20mètres un volume de 1000 # 1 /3 =333litres; à 50mètres
250litres ; à100mètres de 100litres soit 10 fois plus petit qu'
au départ(Hériter 2000 chap. "lois physiques").
Accident de Taravana : Lorsque lapnéiste fait plusieurs plongées
à la suite, de longues durées, relativement profonde, lazote
saccumule de plus en plus dans lorganisme, et si le temps de pause
entre les plongées nest pas assez grand, lazote na
pas le temps dêtre évacué ; lapnéiste
effectuera donc la plongée suivante avec une certaine quantité
dazote déjà présente dans lorganisme (qui provient
des plongées précédentes) qui saccumule à
lazote absorbé lors de la descente :
Cadrage théorique:
Dans les compétitions de lAIDA , il y a plusieurs catégories
dépreuves dont lapnée statique, où le compétiteur
a pour but de rester sous leau le plus longtemps possible, et lapnée
"no limits" qui évalue la profondeur maximum atteinte par les
compétiteurs. Ceux-ci peuvent saider de poids et de ballons pour
descendre et remonter plus rapidement. Ainsi, nous avons choisit dorienter
notre travail selon 2 axes de recherche principaux:
1) Lapnée délimitée par la durée.
Lapnée étant une suspension prolongée de la respiration,
lapport vital en oxygène est alors interrompu. Si le laps de temps
durant lequel lorganisme peut se priver doxygène est dépassé,
alors lapnée devient fatale.
2) Lapnée délimitée par la profondeur.
Lapnée se délimite également dans la profondeur,
car plus on descend profondément plus la pression absolue augmente; lorsque
celle-ci croit, labsorption des gaz dans lorganisme et leur toxicité
croit également, et ce jusqua un seuil fatal.
Cette approche se réfère à celle proposée par Jacques
H. Corriol dans son livre intitulé "la plongée en apnée,
physiologie et médecine"(2e édition). 3. Chez lhomme:
Dans les années 50 (l'époque des première compétitions
de profondeur), les premiers scientifiques commencèrent à se pencher
sur la question d'une profondeur maximale,ils l'estimèrent aux alentours
de 40 mètres. Très largement dépassé, ils durent
revoir leurs études à plusieurs reprisent. En 1996 le professeur
X affirmera dans l'émission" LA PREUVE PAR CINQ" l'adaptation
physiologique"HOMO DELPHINUS :"Il est guère envisageable de
dépasser la profondeur de 130 ou 140 mètres". Pourtant le
18 janvier 2000 Francisco "Pipin" Ferreras affichera la profondeur
de 162 mètres à Quintana Roo, Cozumel (Mexique). On peut se poser
la question de savoir jusqu'où pourra comme ça descendre le compétiteur
avec sa volonté acharnée de détenir l'unique,
Les problèmes directement lié à la profondeur :
Examinons point par point les conséquences de la profondeur sur nos régions
contenant du gaz:
-Le tube digestif : pour ce qui concerne tout d'abord les bulles de CO2 qui
peuvent se trouver à l'intérieur du tube digestif , elles sont
susceptibles de provoquer des douleurs lors de la remontée qui s'effectue,
en apnée durant un laps de temps extrêmement court. En effet, durant
la descente ces bulles diminuent de volume sous l'effet de la pression, et se
regroupent pour former des bulles de volume similaire à celles présente
lorsque le plongeur était encore en surface. Cependant, pendant la remontée
les bulles de gaz se dilatent pour prendre finalement des volumes nettement
supérieurs à ceux de départ engendrant de brutales douleurs
au niveau du colon et des flatulences. D'autre part, l'action de la pression
hydrostatique sur l'abdomen du sujet immergé entraîne un déplaceme
Pour remédier à ça, un régime alimentaire approprié
s'impose avant chaque apnée relativement profonde. Par ailleurs, si cette
apnée est pratiquée à une très grande profondeur
(supérieur à 50mètres), un lavage des voies digestives
(une purge gastrique) permettrait d'exclure totalement le moindre problème
de ce genre(Restellini 2002).
-Une fissure de l'émail dentaire : un problème relativement rare
mais qui peut avoir des conséquences désastreuse (au niveau de
la sensation de douleur) peut survenir à cause d'une toute petite quantité
d'air installée dans une fissure de l'émail dentaire ou à
l'intérieur d'un trou laissé par une carie mal soignée
ou mal obturée. En plongée, le temps de pénétration
d'air à l'intérieur de la fissure étant indubitablement
plus long que le temps d'évacuation qui à lieu durant la remontée
(extrêmement brève en apnée), la cavité peut se retrouver
en surpression durant cette période. Les conséquences sont d'insupportables
douleurs de la pulpe et du nerf dentaire , voire l'éclatement de la dent.
Pour éviter ce type de problème la visite d'un stomatologue ou
d'un dentiste est fortement recommandée(surtout pour les gens qui ont
un grand nombre de plombages), (Sakiz 2001).
-Les poumons :comme nous l'avons dit précédemment dans l'introduction,
on pensait du temps des première plongées en apnée qu'au-delà
de 40mètres la cage thoracique serait littéralement écrasée
sous l'effet de la pression. On tenait le résonnement suivant:on prévoyait
que si le volume pulmonaire de départ(ce qui correspond à l'inspiration
en surface du sujet qui se prépare à plongée) devait être
inférieur au volume résiduel qui est d'environ 1, 5litre, il y
aurait alors une dépression intrathoracique qui engendrait la compression
de l'abdomen. Et étant donné que le volume total moyen d'une personne
relativement entraîné vaut 7, 5litres, on a donc grâce à
la loi de Boyle-Mariotte que la profondeur maximale vaut 40mètres (7,
55l / 5bar =1, 5litres), D'autre part, le risque d'hémorragie alvéolaire
par rupture des parois capillaires à cause de l'accroissement des pressions
transmuables semble faible car la limite de rupture des parois vasculaires est
de l'ordre de 8 # 104Newton/m2, chiffre identique pour l'aorte et les capillaires.
Ainsi, l'élasticité et la solidité des vaisseaux peuvent
à eux seuls supporter l'équivalent de 8 mètres cube d'eau
(8 # 104 /( 1 # 103 # 10 ) = 8), (Corriol 1996 "plongée au-delà
de la limite théorique").
-Les voies aériennes :ensuite, pour ce qui est des sinus, de la trompe
d' Eustache et autres voies aériennes (toutes les parties qui composent
l'oreille), nous les étudierons de manière commune car ces différentes
cavités communiquent entre elles. Si l'on ne veut pas ressentir de douleur
ou de graves complications au niveau du tympan principalement, il faut impérativement
que le pression de ces voies soient équivalentes à la pression
ambiante. Grâce à la méthode de Frenzel (ou éventuellement
celle de Vasalva, un peu moins courante) qui consiste en la fermeture de la
glotte et l'ouverture du pharynx, on peut à tout moment établir
une pression égale à la pression extérieur lors de la descente.
A la remontée, ce rééquilibrage devrait théoriquement
s petits dessins
Quant à la parfaite fiabilité de cette méthode; d'après
Umberto Pelizzari, apnéiste professionnel, on commencerais à avoir
de la difficulté à la pratiquer au-delà d'une profondeur
de 80mètres(Corriol 1996 p. 50).C'est pourquoi, ce dernier ainsi que
les autres apnéistes de l'extrême pratiquent une méthode
quelque peu divergeant et sans masque qui consiste à remonter la langue
contre le palais. Celle-ci se révélerait être nettement
plus efficace et demanderait très peu d'effort , ce qui permet une meilleure
économie d'énergie( Lousonna 1997-2002).
Pour conclure, on peut donc affirmer que les problèmes liés uniquement
à la pression sont dans le domaine de lapnée surmontable.
Le seul obstacle à une descente en grande profondeur pourrait être
celui de léquilibrage des voies aériennes. En outre, les
scientifiques travaille à lheure actuelle sur de multiple procédés
pour remédier à ce problème. Le remplissage de ces cavités
par un liquide est un projet encore à létude, qui en théorie
pourrait être parfaitement envisageable. Le port doreillettes étanches
a déjà été mis au point, même si cette technique
nest pas encore directement conçu pour les plongées particulièrement
profondes(Ashkenazy 2001).
petits dessins
La durée :
La durée de lapnée dépend aussi de facteurs extérieurs
comme la température de leau ou les courants marins qui obligent
le plongeur à utiliser davantage dénergie soit pour maintenir
sa température corporelle de 37 degrés soit pour maintenir une
certaine stabilité. Ces éléments prient de façon
quil soient le plus favorable à une apnée de longue durée,
permettent en effet au métabolisme une économie doxygène
et donc une meilleure performance. Ainsi, nous négligerons tout phénomène
perturbateurs dans les théories expérimentales qui vont suivre.
-Lapnée volontaire :paradoxalement, ce nest pas le manque
doxygène qui est la première cause du " besoin de respirer
", mais lexcès de CO2 dans le sang. Cet excès active
le stimulus CO2 qui agit sur les chémocepteurs lorsque la pression de
gaz carbonique est supérieur à 40 torr (ce qui correspond à
1, 33 # 10^ -3 bar ou 1, 33 # 10^2Pa). Parallèlement, il existe un deuxième
stimulus(sensiblement moins efficace) qui , lui, se s'active de manière
plus brusque par une action réflexe rapide lorsque la pression partielle
d O2 est inférieure à 150 torr. Pour prolonger au maximum
la durée d'apnée volontaire , l'hyperventilation permet entre
autre de supprime
-L'apnée involontaire :pour ce qui est maintenant de la durée
d'apnée involontaire, c'est-à-dire la limite potentielle du corps
humain à effectuer une apnée qui dépend uniquement des
réserves en O2 emmagasinées à l'intérieur des poumons
et dans le sang, et qui néglige tout autre aspect psychique lié
au besoin de respirer, nous allons essayer d'établir une durée
théorique moyenne d'apnée. Si l'on admet que l'organisme consomme
au repos entre 1800 et 2000 calories en 24 heures, soit 1, 25 à 1, 4
calories par minute, et que les combustions entretenues par un litre d'oxygène
fournissent environ 4, 8 calories, nous pouvons en déduire que le corps
à besoin de 0, 3 litre par minute pour subsister au repos (Corriol Cependant,
à l'heure actuelle le record d'apnée statique (et homologué)
est détenu par Andy Le Sauce avec une durée de 7minutes et 35
seconde (Yorgos Haggi Statti 1997-2002). On peut donc se demander comment est-il
possible qu'il ait dépassé notre limite théorique?Si l'on
calcule désormais le temps maximale d'apnée en comptant cette
fois-ci absolument tout le volume d'oxygène mis à disposition
par l'organisme (le 100% des réserves), on arrive alors à une
durée moyenne de 7minutes et 33secondes; une valeur incroyablement proche
du record du monde. . .
L'influence de la pression sur la durée :
L'augmentation de la pression ambiante au cours de la plongée en apnée
majore la pression partielle alvéolaire de O2. Il en résulte que
la réserve d'oxygène alvéolaire est ainsi utilisée
plus complètement qu'en surface, ce qui offre au plongeur une sensation
de bien-être et permet de prolonger temporairement l'apnée en profondeur.
Mais le fait que ce dernier hypothèque ainsi ces réserves, il
risque l'hypoxie au fur et à mesure que la pression décroît,
ainsi qu'un brutal manque d'oxygène au retour vers la surface(Corriol
1996, p. 43). Le risque est d'autant plus accentué que les variations
de pression de CO2 sont beaucoup moins soudaine étant donné l'intervention
de substances tampons, d'une part mais aussi de la grande quantité de
-La bradycardie :ce phénomène qui correspond à un ralentissement
cardiaque et à une redistribution du sang dans l'organisme aurait pour
effet de diminuer la consommation d'énergie par les organes non strictement
indispensable au maintien de la vie, et cela au bénéfice des organes
"nobles"(cur et système nerveux central). En effet, l'expérience
à montrée que l'apnée combinée à l'immersion
de la face provoque une bradycardie de l'ordre de 20% chez les novices, et dépassant
30% chez les sujets entraînés(Corriol 1996, p. 80 " effets
cardio-vasculaires" ).
Cependant, les durées d'apnée les plus prolongées ne sont
pas l'apanage des plongeurs présentant les bradycardies les plus fortes.
Sterba et Lundgren (1988) ont montré qu'il n'existe pas de corrélation
significative entre l'intensité de ce phénomène physiologique
et la durée d'apnée), (Corriol 1996, "Influence de la bradycardie
d'immersion sur la durée de l'apnée").
-La vasoconstriction :des études menées par Scholander, Olsen
et coll. (1962) sur des plongeurs de perles indigènes du Détroit
de Torres en mesurant la lactacidémie (taux d'acide lactique), ont révélées
que les muscles du plongeur travaillent essentiellement en anaérobiose
durant l'immersion. Schaefer put montré, par exemple qu'au cours de plongées
à 27, 4mètres avec des apnées de 90secondes, que le contenu
lactique du sang était 5 fois supérieur à la normale.
En outre, ils purent mettre en évidence une vasoconstriction musculaire
intense(contraction des vaisseaux sanguins)qui prouverait que les muscles seraient
alimentés en énergie fournie par la fermentation et non la combustion
de l'oxygène, ce mécanisme ayant lieu dans une perspective d'économie
d'oxygène. Campbell constat que le débit de l'avant-bras est réduit
à moins de 10% de sa valeur initiale et la pression artérielle
croît de 20 torr (Corriol 1996, p. 81" effets cardio-vasculaires"
).
Limite théorique estimée en fonction de la manuvre de valsalva.
Plus un plongeur descend profond, plus il doit insuffler dair dans la
trompe dEustache afin de compenser la pression absolue. Dautre part,
le VRE (volume de resserve expiratoire) représente le volume dair
qui séchappe lors dune expiration forcée, celui ci
vaut 1, 5 l, à la pression atmosphérique (Mioulane, Oyhenhart,1993)
Considérons que le volume de la trompe dEustache soit égal
à 0, 05 l.
Pour une profondeur de 10 m. :
La pression externe exercée sur la trompe dEustache est de 2 bar.
La pression dans la trompe dEustache doit alors également être
de 2 bar, pour quil ne se crée pas de déséquilibre.
Il faut alors doubler le volume dair dans la trompe pour que la pression
y soit également doublée (car la pression est proportionnelle
a la quantité dair), il faut donc insuffler 0, 05 l dair
(à un bar de pression), en + dans la trompe dEustache.
Pour une profondeur de 50m. :
La pression externe exercée sur la trompe dEustache est de 6 bar.
Il faut donc que le volume dair dans la trompe soit multiplié par
6. Ce volume vaut donc 0, 05*6=0, 3 l. Il faut donc insuffler 0, 25 l dair
(à un bar de pression), en + dans la trompe dEustache.
Pour une profondeur de x m. :
La pression externe exercée sur la trompe dEustache est de La pression
externe exercée sur la trompe dEustache est de (x/10 + 1) bar.
Le volume dair dans la trompe dEustache doit être de (0, 05
* (x/10 + 1)). Il faut ainsi insuffler (0, 05 * (x/10 + 1))- 0, 05 l dair
(à un bar de pression), en + dans la trompe dEustache.
On peut ainsi créer une fonction, qui nous donne, en fonction de la profondeur
la quantité dair à insuffler dans la trompe.
F(x)= (0, 05 * (x/10 + 1))- 0, 05.
Il nous reste à calculer à quel profondeur, le volume maximum
dair pouvant être expiré (VRE) est-il entièrement
insuffler dans la trompe dEustache.
F(x)= 1, 5 x vaut 300 m. Cette fonction est donc définie pour x entre
0 et 300.
300m. constitue donc une limite, si bien entendu ces calculs correspondent a
la réalité (que je soupçonne plus complexe), et si la valeur
du volume de la trompe dEustache est correcte. Rappelons aussi que le
VRE est une valeur moyenne. Pourtant il est très peu probable que lon
puisse un jour sen approché. Ce paramètre nest donc
pas le premier à limiter la profondeur atteignable.
Il est bien entendu que le volume dair insufflé dans la trompe,
provient des poumons. Cette quantité précieuse dair est
donc pendant la descente prélevée des poumons et soustrait au
plongeur.
En 1993, Umberto Pelizzari atteint 123 m. (Mioulane, Oyhenhart,1993). A une
telle profondeur, selon ma formule, la quantité dair insufflé
dans la trompe est de 0, 615 l. Ce qui est tout de même considérable.
Il serait possible de calculer a combien de temps supplémentaire cet
quantité dair correspond, puis ensuite effectué une moyenne
du temps en fonction de la profondeur, effectué par lapnéiste
et ainsi calculer la profondeur supplémentaire éventuelle quil
aurait pu atteindre. Mais tout cet air nétant pas insuffler dun
coup avant la descente, mais progressivement, il se charge également
en CO2 et nest plus aussi riche en oxygène quau départ,
les lexcèdent dair . 4. chez les mammifères marins:
1. Pourquoi ces animaux plongent-ils plus longtemps ?
Dans ce cas, la plupart des adaptations que jai répertoriées
visent à éviter à lanimal les effets toxiques des
gaz et les accidents de décompression. Car, dans le cas de lazote,
même sil est très peu probable que lanimal fassent
un accident de décompression lors de sa première immersion, (la
quantité dair étant limité au seul volume des poumons,
contrairement au plongeur en scaphandre, qui non seulement, effectue plusieurs
respirations mais de plus au fur et à mesure quil descend lair
inhalé est de plus en plus comprimé, ce qui augmente la quantité
de gaz, absorbé) le danger réside en laccumulation dazote
au cours d apnée répétée
Dauphin: -Cet animal possède également une cage thoracique . souple,
qui, lorsquelle subit la pression, permet de presser lair dans les
circuits respiratoires. La diffusion de lO2 est ainsi favorisée
au détriment de celle de CO2.
-volume de sang important
-Taux dhémoglobine et de myoglobine (protéine stockant lO2
dans les tissus musculaires) élevé.
-Présence dun organe encore méconnu chez les cétacés:le
retia mirabilia qui semblerait réguler la circulation sanguine vers le
cerveau.
-bradycardie
-vaso-constriction des artères sous leffet de la pression, ce qui
stoppe le flux sanguin vers les organes non nobles, comme lestomac, par
exemple. Ainsi ces organes non irrigués consommeront moins dO2.
-un minimum dO2 est consumé afin de maintenir la chaleur corporelle,
car le dauphin jouit dune bonne isolation thermique:la surface déchange
thermique entre la peau et leau est relativement petite, la peau comporte
une importante couche de graisse isolante irriguée et réchauffée
par du sang chaud.
-Il possède un diaphragme très puissant, car il peut expulser
et aspirer un plus grand volume dair par respiration. (Soury,1996)
-
Phoque de wedell: -Lorsque le phoque simmerge, le rythme cardiaque ralentit
(bradycardie). Il peut passer de 120 battements par minute à la surface
contre 4 en apnée. (Richer, Margaritis)
Ce qui a pour effet de diminuer la consommation dO2 par le cur lui-même
et de limiter la consommation des autres organes. (Zapol, 1987 )
-vasoconstriction:Les organes vitaux et nécessaire à la plongée
(cur, rétine, moelle épinière) sont mieux irrigués.
-Les systèmes de production dénergies anaérobies
sont limité aux organes mal irrigués (dû à la vaso-constriction),
car cela engendre la formation de toxines tels que lacide lactique. De
plus lacide lactique, heureusement pour lanimal, ne sera relâché
dans le sang quà la remontée, car lapport sanguin
envers ces tissus est interrompu dû à la vasoconstriction. Une
fois à la surface le phoque peut prendre jusquà une heure
pour éliminer lacide lactique accumulé.
-Il semblerait que la rate du phoque joue le rôle de réservoir
de globules rouges (environ 60%) chargés doxygène, quelle
diffuserait dans le sang au cour de la plongée, ce qui, de plus, a tendance
à augmenter le volume sanguin et par conséquent faire diminuer
la concentration de CO2, celle dO2 et de N2 et ainsi atténuer leurs
effets toxiques. (Zapol, 1987)
2. Pourquoi ces animaux plongent-ils plus profond ?
Dans ce cas, la plupart des adaptations que jai répertoriées
visent à permettre à l animal daugmenter sa capacité
à emporter avec lui un maximum d oxygène, à léconomiser.
Cachalot: -Présence de gouttelettes dhuile résiduelle (dans
lair expiré par lévent) initialement contenue dans
les circuits respiratoires. Il semblerait que cette huile absorbe lazote.
En effet, une baisse du taux dazote permettrait au cachalot daller
plus profond et dy rester plus longtemps sans risquer daccident
de décompression ou de problèmes liés à la toxicité
du N2. (Soury, 1996) Phoque de Wedell: ADAPTATONS CONTRE LES EFFETS TOXIQUES
DES GAZ
-Le phoque, suivant quil plonge profond ou non, adapte sa respiration
à sa plongée. Ainsi, lorsqu il descend profond, il expire
avant de plonger pour ne pas emporter trop dazote dans ses poumons. Tout
au long de de sa descente, le phoque laisse séchapper de sa cage
thoracique lair chassé par la pression (et plus particulièrement
vers 70 m. , là où lazote devient considérablement
toxique), ainsi la pression de lair contenue dans les poumons baisse et
moins de gaz (lazote comme loxygène) ne pénètrent
son organisme . Cette technique lui permet déviter un accident
de décompression et les effets toxiques de lazote et de loxygène
lorsque la pression partielle du gaz est trop élevée
-Les poumons du phoque sont peu volumineux:350 ml seulement (Gilles, 2002) ,
ce qui, limitent sa quantité dO2, mais également celle dazote.
-Sous leffet de la pression, lair est chassé des poumons
vers les bronches, qui sont incompressible, lair qui y est logé
ne subit plus la pression absolue, ce qui réduit la quantité de
gaz à pénétrer les circuits sanguins; de plus que les bronches
ne sont que très peu irriguées et ne sont pas constituées
dun tissu favorisant les échanges gazeux (mauvaise perméabilité
au gaz). (Zapol,1987)
AUTRES
-Le phoque ne possède pas de sinus
-Les glandes surrénal produisent une substance appelée cortisol
qui a la propriété déviter les convulsions liées
à la surpression. (Zapol, 1987 )
5 Synthèse:
Ces animaux pourvu par lévolution de toutes les adaptations et
caractéristiques citées au point 4 sont bien mieux destiné
à affronter le milieu marin que lhomme. Dans cette synthèse
nous allons évoquer quelques point de comparaisons entre ces espèces
et lhomme.
-Le dauphin:
-Cet animal est capable de renouveler, après une apnée, 80 à
90 % dair par respiration, alors que lhomme nen renouvelle
que 10 à 15 %. Autrement dit, entre é apnée le dauphin
est capable de n effectuer que 2 respirations, alors que lhomme
doit en effectuer une dizaine. (Soury, 1996).
-Le phoque:
-Le phoque présente une bradycardie plus marquée que chez lhomme.
-Son sang est constitué de 60 % dhémoglobine contre 35 à
40 % chez lêtre humain.
-Le phoque peut stocker jusquà 25, 9 l d O2 alors que lhomme
nen stock que1, 95 l.
-Les bronches de lhomme nétant pas aussi rigides que celles
du phoque laisse, sous leffet de la pression, diffuser du gaz dans les
tissus, ce qui a la fâcheuse tendance daugmenter la quantité
dazote absorbé.
-Le sang représente 7 % de la masse totale de lhomme. Le sang représente
14 % de la masse du phoque. De plus un tiers de la masse de celui-ci, est dû
à la graisse qui nest que très peu irriguée par le
sang, ce qui laisse donc une pus grand quantité de sang pour les autres
organes.
-La répartition de loxygène chez lhomme est de: 36
% dans les poumons, 51 % dans le sang et de 13 % dans les muscles.
La répartition de loxygène chez le phoque est de: 5 % dans
les poumons, 70 % dans le sang et de 25 % dans les muscles. (Zapol, 1987)
-Le phoque évite laccident de Taravana(voir point 4), car il possède
une cage thoracique souple, il est ainsi obligé dexpirer avant
la plongée et durant la descente afin de réduire le volume et
la pression de lair dans ces poumons. Quand à lhomme, il
na pas besoin dexpirer car sa cage thoracique est semi-souple. Cest-à-dire
quelle est compressible jusquà 60 m. Les gaz contenus dans
les poumons, ne peuvent donc être comprimé a plus de 7 bar. Par
contre la dépression aspire le sang, dans les capillaires proches des
voies respiratoires, ce phénomène est appelé bloodshift.
Le système de cage thoracique humain est avantageux lorsque lon
ne plonge pas trop profond, car lhomme n-Les phoques ont une sensibilité
plus faible a laugmentation de gaz carbonique. En effet le point de rupture
de lapnée chez les phoques se situe à une PaCO2 de 63 mm.
dHg contre 40 chez lhomme. (Richer, Margaritis)6 prospective:
Dans larticle "respirer de leau" paru dans le magasine
science et vie du 8 1998, il est question de recherche quand à lélaboration
dun liquide respirable à forte concentration en O2 sous pression.
Au cours de lexpérience le liquide respiré par lanimal
est continuellement acheminé et évacué des voies respiratoires
par un dispositif. Ces découvertes, si lon imagine quun jour
elles seront mises en pratique, permettront des avancées considérables
dans le domaine de la plongée. Pourtant celle-ci restera tout de
même limitée par la quantité de liquide emporté avec
soi. Cest pourquoi, dans la limite de nos connaissances et à un
intérêt purement fictif, nous avons tenté dimagin
Comment réduire la quantité de liquide emporté afin dassurer
lautonomie la plus totale au plongeur?A insérer lannexe comportant
les 2 schémasRemarques :
1. Comme les cavités respiratoires sont remplies de ce liquide qui est
incompressible, (sauf les gaz qui y sont dissous comme nous le verront par la
suite) il ny a plus de bloodshift, car il ny a plus de dépression
dans les poumons, il ny a plus divresse des profondeurs(il ny
a pas dazote dans le mélange), plus de paliers de décompression,
plus daccident de décompression, ni de problèmes liés
à la toxicité de loxygène.
2. Même si une telle membrane ne peut existé, il suffit de placer
un filtre afin dassurer que des déchets ne pénètrent
pas le système, les autres composants de leau de mer, même
sils ne peuvent être retenu par le filtre ne pourront passé
par le conduit 5, contrairement aux bulles d O2. Sauf si certains des
constituants après protolyse peuvent entraîner la formation de
gaz toxiques.
3. Pour la descente et la remontée, le plongeur doit disposer dune
réserve de liquide, ou de bouteilles classiques, car lorsquil nest
pas assez profond, la pression absolue exercée sur la membrane souple
nest pas suffisante pour quassez dO2 soit dissous dans le
liquide. Le concentration minimum dO2 dissous nest pas suffisante.
En effet si un plongeur se trouve à une profondeur de 20m. , est ce que
une pression absolue de 3 bar est suffisante pour que la concentration dO2
dissous soit supérieure à 0, 17? (valeur anoxie: plongée
passion) Si non, le plongeur souffrira danoxie et il sera alors nécessaire
que le plongeur utilise des bouteilles classiques pour des profondeurs si basses
(ou quPression partielle (Pp)= Pression totale x % du gaz dans le mélange.
Pp = 0, 17
La pression totale est notre inconnu à partir de laquel nous en déduiront
la profondeur correspondante. Soit x la profondeur, alors (x/10 + 1) est la
valeur de la pression absolue.
Il nous reste à déterminer le % du gaz dans le liquide:Cest
la valeur manquante. Il faudrait pouvoir déterminer, en fonction de la
pression absolue, la quantité, à saturation, dO2 dissous
dans le liquide, ce qui nous permettrait ainsi de calculer la valeur de la concentration
dO2 dissous. Par exemple pour une pression absolue de 3 bar (20 m. ),
quel est la quantité dO2 dissous dans le liquide à saturation
?. Soit q cette quantité, alors q/volume de liquide est égal à
la concentration dO2 dans ce liquide.
Ainsi il resterait à résoudre une équation du type:
0, 17 = (x/10 + 1)*q/1, pour un volume de liquide de 1l.
La profondeur vaut donc: (1. 7/ q-10)
4. A partir dune certaine profondeur, la pression absolue sera telle,
que la concentration doxygène risquera de dépasser un seuil
critique où sa pression partielle sera supérieure à 1,
6 bar (valeur hyperoxie: plongée passion). Il se pose le même problème
quau point précédent quand au calcul de la profondeur maximum.
On peut cependant donner la forme de léquation:
1, 6 = (x/10 + 1) * q/1, pour un volume de liquide de 1l.
A ce stade, il sera nécessaire de contrôler le débit doxygène
afin de limiter sa concentration pour éviter au plongeur le risque dune
hyperoxie. Nous avons également élaborer une formule qui permet
de déterminer le volume maximum dO2 que peut contenir le ballon
(cf. Schéma:partie numéro 2)
Soit 1, 7 le seuil critique de pression partielle de loxygène.
Selon la loi de Dalton; il faut que:
1, 7 _ ou = y (bar) * p % (dO2 dans le liquide) Si le % dO2 vaut
1, 7 / y alors:
y * 1, 7/y sera toujours plus petit ou égal a la valeur critique.
Il suffirait de placer sur le conduit a oxygène (cf. Schéma:partie
numéro 5), un dispositif connecté a lordinateur de plongée
(qui est capable de mesurer la pression absolue et donc de fournir continuellement
la valeur de y), qui serait capable, programmer avec cette très simple
formule de doser le débit dO2 et dempêcher ainsi lhyperoxie
au plongeur.
5. Lhomme inspire en moyenne toute les 4, 3 secondes. Ce qui implique
quen 4, 3 secondes suffisamment deau ait été électrolysée
, afin de donner une quantité suffisante dO2 qui doit ensuite être
dissoute. Le tout doit être fait en 4, 3 secondes ce qui parait extrêmement
difficile. Recherchons la valeur de la quantité nécessaire doxygène
pour une pression absolue de 5 bar: 0, 17 =5 * x x =0, 034 soit 3, 4 %; Si le
volume vaut 1 l il faut donc créer et dissoudre 3, 4 cl dO2 en
4, 3 secondes.
De plus que la quantité dO2 nécessaire, la fréquence
de linspiration croit avec leffort.
Il existe plusieurs moyens daugmenter la vitesse de dissolution du gaz
dans le liquide (plongée passion):
-augmenter la surface de contact
-agiter le liquide
-ajouter un catalyseur tel que THAM7. Bibliographie:
-Plongée passion. (Patrick Mioulane, Jean-Michel Oyhenart, Hachette,
1993)
-Dauphins en liberté. (Gérard Soury, Nathan, 1996)
-Adaptations à la plongée du phoque de Wedell. (Warren Zapol,
article paru dans le magazine "pour la science". Août 1987)
-Respirer de leau ? (Robert Sténuit, article paru dans le magasine
"science et vie". Octobre. 1988)
-Chapitre 3 Echanges gazeux. (Raymond Gilles, 2002, page internet: www. ulg.
ac. be/physioan/chapitre/ch3s4. htm, consulté le 18. 02. 2002)
-Plongée libre : du modèle écophysiologique à la
performance humaine. (Caroline Richer, Irène Margaritis, page internet:
www. multimania. com/aidafrance/Recherche. htm , consulté le 22. 01.
2002)
-Cours options spécifique Chimie, Mme Ryser (Calvin, 2001)
-Docteur Alexandre Restellini gastro-entérologue de la clinique d'Onex
(Mai 2002)
-Le Monde De L'apnée, les records,Yorgos Haggi Statti(document internet;
http://www. chez. com/defaut/apnée/tableaux. html,1997-2002)
-Israel Magasine MFA article de Daniella Ashkenazy (document internet, http://www.
mfa. gov. il/mfa/go. asp?MFAH0gq40,2001).
-Polytechnique "les accidents bio-physiques", préparation au
niveau 2 par Marc Sakiz (document internet 2001)
-L'Apnée ou le Snorkelling, Lousonna et Daniel Vallat (document internet,
http://www.lousonna.ch/paradive/index.html, 1997-2002)
-Open Water Diver Manual PADI "l'aventure et le plaisir d'apprendre"
Drew Richardson directeur de publication (1998)
-Plonger en sécurité. (Paul Avanzi, Patrick Galley, Francis Héritier,
Gründ, Mars 2000)
-La plongée en apnée, physiologie et médecine, 2e édition
(Jacques H. Corriol, Masson,1996)
-Human extreme breath-hold diving. (Guido Ferretti,Privat Docent présenté
à la faculté de médecine de l'université de genève,Mai
1996)
-La plongée en apnée. (page internet : Dr Barbera J. Pierre, Médecin
fédéral, G.E.K,1998)
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