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Plongée : les gaz de l’air et la profondeur

mai 8, 2012

Composition de l’air et respiration

L’air que nous respirons est un mélange de plusieurs gaz. Celui qui nous intéresse pour vivre, c’est l’oxygène : O2. Mais l’air ne contient que 21 % d’oxygène. L’air contient surtout de l’azote (N2), pour simplifier 79 %. C’est l’air que nous inspirons.

piechartair

Notre organisme utilise de l’oxygène pour produire de l’énergie : c’est la respiration cellulaire. Cette réaction produit du CO2 ou dioxyde de carbone que nous éliminons en expirant avec un peu de vapeurs d’eau.

Air inspiré Air expiré
N2 78,084 % 78,084 %
O2 20,946 % 15,4 %
CO2 0,033 % 4 – 5,3 %

L’azote n’est pas utilisé par notre organisme. Il est donc qualifié de « gaz inerte ». Mais en plongée, les gaz ont des effets différents. Nous allons nous intéresser aux trois gaz et leurs effets en plongée : comment ils influencent le plongeur et comment le plongeur peut lutter contre ces effets.

Les gaz dans notre organisme à la surface

Présent dans l’air que nous inspirons, ces gaz arrivent dans les alvéoles de nos poumons où ils peuvent interagir avec le sang par diffusion.

La diffusion prend place dès qu’il y a, pour un des gaz, une différence de concentration entre les deux côtés d’une paroi perméable. La diffusion va permettre d’atteindre un équilibre, le gaz passant du côté où il est le plus concentré vers le côté où il est moins concentré.

Chaque gaz aura sa propre concentration, sa propre pression qualifiée de pression partielle. En médecine, elle est mesurée en millimètre de mercure (mmHg) et en plongée, elle est mesurée en Bars. La loi de Dalton nous permet de facilement calculer ces pressions partielles. Ainsi à la surface de la mer, la pression atmosphérique est de l’ordre de 1 Bar. Les pressions partielles sont directement proportionnelles à la proportion de chaque gaz dans le mélange, pour rappel 79% de N2 et 21% d’O2.

Proportion Pression partielle à la surface (1 bar)
N2 79 % 0,79 bar
O2 21 % 0,21 bar

Variation avec la profondeur

La quantité de gaz dissous dans le sang est proportionnel à la pression. C’est la loi de Henry. Donc si la pression augmente, la quantité de gaz dissous augmente proportionnellement. Et en plongée, la pression augmente avec la profondeur. Donc plus un plongeur va profondément sous l’eau, plus il va dissoudre ces trois gaz dans son sang. En fonction du temps qu’il restera à une profondeur, la quantité de chaque gaz dissolue dans les tissus par diffusion à partir du sang augmentera elle aussi.

P absolue (ATA) 1 2 3 4 5 6 7 8
Profondeur (m) 0 10 20 30 40 50 60 70
N2 (78,1 %) 0,78 1,56 2,34 3,12 3,9 4,69 5,47 6,25
O2 (air inspiré 20,9 %) 0,21 0,42 0,63 0,84 1,0 1,26 1,47 1,68
CO2 (air expiré : 4 %) 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 0,24 0,28 0,32

Notre organisme fonctionne idéalement aux pressions partielles de l’air en surface… et c’est heureux ;o). Les seuils de toxicité varient en fonction du temps d’exposition

  1. L’azote (N2) devient toxique à 3,24 bar, soit vers 30 mètres.
  2. L’oxygène (O2) devient toxique à une pression de 1,6 bar, soit vers 60 mètres.
  3. Le dioxyde de carbone (CO2) devient pathologique à 0,03 bar (maux de tête) mais les symptômes majeurs apparaissent à 0,15 bar.

Le premier ennemi du plongeur est bien le dioxyde de carbone. Comme nous le verrons plus tard, c’est aussi le dernier ennemi du plongeur. Quand le taux de CO2 augmente dans le sang, le plongeur souffre d’essoufflement… mais ça, c’est pour le prochain numéro.

Dans les prochains numéros, nous parlerons

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4 commentaires
  1. Jean-Loup, Il y a une incohérence dans ton dernier tableau, il n’y a pas 4% de co2 dans l’atmosphère (heureusement) mais 1% tout au plus dans un air TRES polué. En normal il est de l’ordre de 0,04%. D’ailleurs si tu additionnes tes valeurs tu as 103%.

  2. jeanloupcastaigne permalink

    Tu as parfaitement raison Marco. Dans l’air inspiré, les valeurs normales de CO2 sont de 0,033 %. Les seuls problèmes pour le plongeurs pourraient en effet venir d’un mauvais remplissage de bouteille avec un taux supérieur de dioxyde (ou pire de monoxyde) de carbone suite à une pollution.

    Mais dans l’intoxication au CO2, l’hypercapnie est plus liée à notre propre production de CO2 qu’au CO2 dans l’air inspiré. Donc je suis parti des valeurs de CO2 au niveau de l’air expiré. Nous verrons dans le prochain article l’évolution des taux de CO2 dans les différents compartiments.

    Pour les 103%, tu as parfaitement raison à nouveau. En utilisant 4% de CO2 dans l’air expiré, j’aurai du utiliser 15% d’O2. Mais pour montrer la toxicité de l’O2, j’ai préféré garder la normoxie.

    Merci pour ta remarque, j’ai ajouté air inspiré et expiré dans le dernier tableau pour tenter de clarifier.

    • C’est beaucoup plus clair dans ce cas. Je suis impatient de lire tes articles sur Haldane, Buhlman…

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  1. Plongée : l’azote – Workman | Idées et expériences

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