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Julien Baudoin
Gregory Zottos


Travail de Maturité Version début septembre ( le 5 environ)


1. Introduction:Depuis toujours la mer fascine …
Malgré le fait qu’il n’y soit pas destiné, l’homme brave sa condition de mammifère terrestre et se confronte à ce milieu qui lui est physiquement hostile, par nécessité ou par plaisir; celui d’explorer les mystérieuses abysses de l’océan, de se laisser émerveillé par le cocktail de couleurs où se mêlent faune et flore, par la majestuosité d’un 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 l’eau"; pour évoluer dans ce nouveau milieu avec une liberté qui ne semble être compromise que par nos premiers instincts. Pourtant, le besoin de respirer n’est 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 l’apnéiste fait plusieurs plongées à la suite, de longues durées, relativement profonde, l’azote s’accumule de plus en plus dans l’organisme, et si le temps de pause entre les plongées n’est pas assez grand, l’azote n’a pas le temps d’être évacué ; l’apnéiste effectuera donc la plongée suivante avec une certaine quantité d’azote déjà présente dans l’organisme (qui provient des plongées précédentes) qui s’accumule à l’azote absorbé lors de la descente :
Cadrage théorique:
Dans les compétitions de l’AIDA , il y a plusieurs catégories d’épreuves dont l’apnée statique, où le compétiteur a pour but de rester sous l’eau le plus longtemps possible, et l’apnée "no limits" qui évalue la profondeur maximum atteinte par les compétiteurs. Ceux-ci peuvent s’aider de poids et de ballons pour descendre et remonter plus rapidement. Ainsi, nous avons choisit d’orienter notre travail selon 2 axes de recherche principaux:
1) L’apnée délimitée par la durée.
L’apnée étant une suspension prolongée de la respiration, l’apport vital en oxygène est alors interrompu. Si le laps de temps durant lequel l’organisme peut se priver d’oxygène est dépassé, alors l’apnée devient fatale.
2) L’apnée délimitée par la profondeur.
L’apnée se délimite également dans la profondeur, car plus on descend profondément plus la pression absolue augmente; lorsque celle-ci croit, l’absorption des gaz dans l’organisme et leur toxicité croit également, et ce jusqu’a 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 l’homme:
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 l’apnée surmontable. Le seul obstacle à une descente en grande profondeur pourrait être celui de l’équilibrage des voies aériennes. En outre, les scientifiques travaille à l’heure actuelle sur de multiple procédés pour remédier à ce problème. Le remplissage de ces cavités par un liquide est un projet encore à l’étude, qui en théorie pourrait être parfaitement envisageable. Le port d’oreillettes étanches a déjà été mis au point, même si cette technique n’est pas encore directement conçu pour les plongées particulièrement profondes(Ashkenazy 2001).
petits dessins
La durée :
La durée de l’apnée dépend aussi de facteurs extérieurs comme la température de l’eau ou les courants marins qui obligent le plongeur à utiliser davantage d’énergie soit pour maintenir sa température corporelle de 37 degrés soit pour maintenir une certaine stabilité. Ces éléments prient de façon qu’il soient le plus favorable à une apnée de longue durée, permettent en effet au métabolisme une économie d’oxygène et donc une meilleure performance. Ainsi, nous négligerons tout phénomène perturbateurs dans les théories expérimentales qui vont suivre.
-L’apnée volontaire :paradoxalement, ce n’est pas le manque d’oxygène qui est la première cause du " besoin de respirer ", mais l’excès 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"(cœur 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 manœuvre de valsalva.
Plus un plongeur descend profond, plus il doit insuffler d’air dans la trompe d’Eustache afin de compenser la pression absolue. D’autre part, le VRE (volume de resserve expiratoire) représente le volume d’air qui s’échappe lors d’une expiration forcée, celui ci vaut 1, 5 l, à la pression atmosphérique (Mioulane, Oyhenhart,1993)
Considérons que le volume de la trompe d’Eustache soit égal à 0, 05 l.
Pour une profondeur de 10 m. :
La pression externe exercée sur la trompe d’Eustache est de 2 bar. La pression dans la trompe d’Eustache doit alors également être de 2 bar, pour qu’il ne se crée pas de déséquilibre. Il faut alors doubler le volume d’air dans la trompe pour que la pression y soit également doublée (car la pression est proportionnelle a la quantité d’air), il faut donc insuffler 0, 05 l d’air (à un bar de pression), en + dans la trompe d’Eustache.
Pour une profondeur de 50m. :
La pression externe exercée sur la trompe d’Eustache est de 6 bar. Il faut donc que le volume d’air dans la trompe soit multiplié par 6. Ce volume vaut donc 0, 05*6=0, 3 l. Il faut donc insuffler 0, 25 l d’air (à un bar de pression), en + dans la trompe d’Eustache.
Pour une profondeur de x m. :
La pression externe exercée sur la trompe d’Eustache est de La pression externe exercée sur la trompe d’Eustache est de (x/10 + 1) bar. Le volume d’air dans la trompe d’Eustache doit être de (0, 05 * (x/10 + 1)). Il faut ainsi insuffler (0, 05 * (x/10 + 1))- 0, 05 l d’air (à un bar de pression), en + dans la trompe d’Eustache.
On peut ainsi créer une fonction, qui nous donne, en fonction de la profondeur la quantité d’air 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 d’air pouvant être expiré (VRE) est-il entièrement insuffler dans la trompe d’Eustache.
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 d’Eustache est correcte. Rappelons aussi que le VRE est une valeur moyenne. Pourtant il est très peu probable que l’on puisse un jour s’en approché. Ce paramètre n’est donc pas le premier à limiter la profondeur atteignable.
Il est bien entendu que le volume d’air insufflé dans la trompe, provient des poumons. Cette quantité précieuse d’air 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 d’air 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 d’air correspond, puis ensuite effectué une moyenne du temps en fonction de la profondeur, effectué par l’apnéiste et ainsi calculer la profondeur supplémentaire éventuelle qu’il aurait pu atteindre. Mais tout cet air n’étant pas insuffler d’un coup avant la descente, mais progressivement, il se charge également en CO2 et n’est plus aussi riche en oxygène qu’au départ, les l’excèdent d’air . 4. chez les mammifères marins:
1. Pourquoi ces animaux plongent-ils plus longtemps ?
Dans ce cas, la plupart des adaptations que j’ai répertoriées visent à éviter à l’animal les effets toxiques des gaz et les accidents de décompression. Car, dans le cas de l’azote, même s’il est très peu probable que l’animal fassent un accident de décompression lors de sa première immersion, (la quantité d’air 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 qu’il descend l’air inhalé est de plus en plus comprimé, ce qui augmente la quantité de gaz, absorbé) le danger réside en l’accumulation d’azote au cours d’ apnée répétée
Dauphin: -Cet animal possède également une cage thoracique . souple, qui, lorsqu’elle subit la pression, permet de presser l’air dans les circuits respiratoires. La diffusion de l’O2 est ainsi favorisée au détriment de celle de CO2.
-volume de sang important
-Taux d’hémoglobine et de myoglobine (protéine stockant l’O2 dans les tissus musculaires) élevé.
-Présence d’un organe encore méconnu chez les cétacés:le retia mirabilia qui semblerait réguler la circulation sanguine vers le cerveau.
-bradycardie
-vaso-constriction des artères sous l’effet de la pression, ce qui stoppe le flux sanguin vers les organes non nobles, comme l’estomac, par exemple. Ainsi ces organes non irrigués consommeront moins d’O2.
-un minimum d’O2 est consumé afin de maintenir la chaleur corporelle, car le dauphin jouit d’une bonne isolation thermique:la surface d’échange thermique entre la peau et l’eau 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 d’air par respiration. (Soury,1996)


-
Phoque de wedell: -Lorsque le phoque s’immerge, 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 d’O2 par le cœur lui-même et de limiter la consommation des autres organes. (Zapol, 1987 )
-vasoconstriction:Les organes vitaux et nécessaire à la plongée (cœur, rétine, moelle épinière) sont mieux irrigués.
-Les systèmes de production d’énergies anaérobies sont limité aux organes mal irrigués (dû à la vaso-constriction), car cela engendre la formation de toxines tels que l’acide lactique. De plus l’acide lactique, heureusement pour l’animal, ne sera relâché dans le sang qu’à la remontée, car l’apport sanguin envers ces tissus est interrompu dû à la vasoconstriction. Une fois à la surface le phoque peut prendre jusqu’à une heure pour éliminer l’acide lactique accumulé.
-Il semblerait que la rate du phoque joue le rôle de réservoir de globules rouges (environ 60%) chargés d’oxygène, qu’elle 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 d’O2 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 j’ai répertoriées visent à permettre à l’ animal d’augmenter sa capacité à emporter avec lui un maximum d’ oxygène, à l’économiser.
Cachalot: -Présence de gouttelettes d’huile résiduelle (dans l’air expiré par l’évent) initialement contenue dans les circuits respiratoires. Il semblerait que cette huile absorbe l’azote. En effet, une baisse du taux d’azote permettrait au cachalot d’aller plus profond et d’y rester plus longtemps sans risquer d’accident 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 qu’il 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 d’azote dans ses poumons. Tout au long de de sa descente, le phoque laisse s’échapper de sa cage thoracique l’air chassé par la pression (et plus particulièrement vers 70 m. , là où l’azote devient considérablement toxique), ainsi la pression de l’air contenue dans les poumons baisse et moins de gaz (l’azote comme l’oxygène) ne pénètrent son organisme . Cette technique lui permet d’éviter un accident de décompression et les effets toxiques de l’azote et de l’oxygène 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 d’O2, mais également celle d’azote.

-Sous l’effet de la pression, l’air est chassé des poumons vers les bronches, qui sont incompressible, l’air 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 d’un 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 d’éviter les convulsions liées à la surpression. (Zapol, 1987 )

5 Synthèse:
Ces animaux pourvu par l’évolution de toutes les adaptations et caractéristiques citées au point 4 sont bien mieux destiné à affronter le milieu marin que l’homme. Dans cette synthèse nous allons évoquer quelques point de comparaisons entre ces espèces et l’homme.

-Le dauphin:
-Cet animal est capable de renouveler, après une apnée, 80 à 90 % d’air par respiration, alors que l’homme n’en renouvelle que 10 à 15 %. Autrement dit, entre é apnée le dauphin est capable de n’ effectuer que 2 respirations, alors que l’homme doit en effectuer une dizaine. (Soury, 1996).
-Le phoque:
-Le phoque présente une bradycardie plus marquée que chez l’homme.
-Son sang est constitué de 60 % d’hémoglobine contre 35 à 40 % chez l’être humain.
-Le phoque peut stocker jusqu’à 25, 9 l d’ O2 alors que l’homme n’en stock que1, 95 l.
-Les bronches de l’homme n’étant pas aussi rigides que celles du phoque laisse, sous l’effet de la pression, diffuser du gaz dans les tissus, ce qui a la fâcheuse tendance d’augmenter la quantité d’azote absorbé.
-Le sang représente 7 % de la masse totale de l’homme. 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 n’est que très peu irriguée par le sang, ce qui laisse donc une pus grand quantité de sang pour les autres organes.
-La répartition de l’oxygène chez l’homme est de: 36 % dans les poumons, 51 % dans le sang et de 13 % dans les muscles.
La répartition de l’oxygène chez le phoque est de: 5 % dans les poumons, 70 % dans le sang et de 25 % dans les muscles. (Zapol, 1987)

-Le phoque évite l’accident de Taravana(voir point 4), car il possède une cage thoracique souple, il est ainsi obligé d’expirer avant la plongée et durant la descente afin de réduire le volume et la pression de l’air dans ces poumons. Quand à l’homme, il n’a pas besoin d’expirer car sa cage thoracique est semi-souple. C’est-à-dire qu’elle est compressible jusqu’à 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 l’on ne plonge pas trop profond, car l’homme n-Les phoques ont une sensibilité plus faible a l’augmentation de gaz carbonique. En effet le point de rupture de l’apnée chez les phoques se situe à une PaCO2 de 63 mm. d’Hg contre 40 chez l’homme. (Richer, Margaritis)6 prospective:
Dans l’article "respirer de l’eau" paru dans le magasine science et vie du 8 1998, il est question de recherche quand à l’élaboration d’un liquide respirable à forte concentration en O2 sous pression. Au cours de l’expérience le liquide respiré par l’animal est continuellement acheminé et évacué des voies respiratoires par un dispositif. Ces découvertes, si l’on imagine qu’un jour elles seront mises en pratique, permettront des avancées considérables dans le domaine de l’a plongée. Pourtant celle-ci restera tout de même limitée par la quantité de liquide emporté avec soi. C’est pourquoi, dans la limite de nos connaissances et à un intérêt purement fictif, nous avons tenté d’imagin
Comment réduire la quantité de liquide emporté afin d’assurer l’autonomie la plus totale au plongeur?A insérer l’annexe 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 n’y a plus de bloodshift, car il n’y a plus de dépression dans les poumons, il n’y a plus d’ivresse des profondeurs(il n’y a pas d’azote dans le mélange), plus de paliers de décompression, plus d’accident de décompression, ni de problèmes liés à la toxicité de l’oxygène.
2. Même si une telle membrane ne peut existé, il suffit de placer un filtre afin d’assurer que des déchets ne pénètrent pas le système, les autres composants de l’eau de mer, même s’ils 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 d’une réserve de liquide, ou de bouteilles classiques, car lorsqu’il n’est pas assez profond, la pression absolue exercée sur la membrane souple n’est pas suffisante pour qu’assez d’O2 soit dissous dans le liquide. Le concentration minimum d’O2 dissous n’est 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 d’O2 dissous soit supérieure à 0, 17? (valeur anoxie: plongée passion) Si non, le plongeur souffrira d’anoxie 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:C’est la valeur manquante. Il faudrait pouvoir déterminer, en fonction de la pression absolue, la quantité, à saturation, d’O2 dissous dans le liquide, ce qui nous permettrait ainsi de calculer la valeur de la concentration d’O2 dissous. Par exemple pour une pression absolue de 3 bar (20 m. ), quel est la quantité d’O2 dissous dans le liquide à saturation ?. Soit q cette quantité, alors q/volume de liquide est égal à la concentration d’O2 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 d’une certaine profondeur, la pression absolue sera telle, que la concentration d’oxygène 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 qu’au point précédent quand au calcul de la profondeur maximum.
On peut cependant donner la forme de l’équation:
1, 6 = (x/10 + 1) * q/1, pour un volume de liquide de 1l.
A ce stade, il sera nécessaire de contrôler le débit d’oxygène afin de limiter sa concentration pour éviter au plongeur le risque d’une hyperoxie. Nous avons également élaborer une formule qui permet de déterminer le volume maximum d’O2 que peut contenir le ballon (cf. Schéma:partie numéro 2)
Soit 1, 7 le seuil critique de pression partielle de l’oxygène. Selon la loi de Dalton; il faut que:
1, 7 _ ou = y (bar) * p % (d’O2 dans le liquide) Si le % d’O2 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 l’ordinateur 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 d’O2 et d’empêcher ainsi l’hyperoxie au plongeur.
5. L’homme inspire en moyenne toute les 4, 3 secondes. Ce qui implique qu’en 4, 3 secondes suffisamment d’eau ait été électrolysée , afin de donner une quantité suffisante d’O2 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 d’oxygène 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 d’O2 en 4, 3 secondes.
De plus que la quantité d’O2 nécessaire, la fréquence de l’inspiration croit avec l’effort.
Il existe plusieurs moyens d’augmenter 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 l’eau ? (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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