La Flottabilité

La Flottabilité
Pourquoi la bouteille semble-t-elle moins lourde dans l'eau ? Pourquoi le plongeur se sent-il lui-même
plus léger une fois immergé ? Les notions que nous allons abordé permettent de répondre à ces questions
et d'aborder les techniques de lestage et d'équilibrage du plongeur. Ces techniques sont essentielles car
un bon équilibre dans l'eau augmentera le plaisir ressenti en plongée et vous permettra de vous
concentrer sur le principal : la faune et la flore.
Mise en évidence :
Soit un cube indéformable creux en plastique d'un volume de 1 litre et d'un poids négligeable. On verse
dans ce cube 500 g de sable et on l'immerge : on observe que le cube flotte sur l'eau. On rajoute 500 g
de sable supplémentaire : le cube est en équilibre dans l'eau. Si on ajoute encore 500 g de sable, alors
le cube coule.
Ce phénomène est lié a ce qu'on appelle la poussée d'Archimède
.: La poussée d'Archimède : énoncé :.
Tout corps plongé dans un fluide subit de la part de celui-ci une poussée verticale dirigée de bas en
haut égale au poids du volume du fluide déplacé.
Ainsi dans notre exemple ci-dessus, le cube subit une force qui augmente au fur et à mesure qu'il
s'enfonce dans l'eau. Lorsque le cube est totalement immergé, cette force est égale au poids du volume
d'eau que le cube a déplacé, soit 1 litre d'eau, soit 1 kg.
.: Poids apparent et flottabilité :.
Lorsque le plongeur s'immerge, cela met en jeu 2 forces qui s'opposent : son poids réel, qui a tendance à
le faire couler, et la poussée de l'eau, aussi appelée la poussée d'Archimède. Le poids du plongeur est
appelé son poids apparent, il est égal au poids réel du plongeur, diminué de la poussée d'Archimède.
Poids apparent = Poids réel - poussée d'Archimède
C'est son poids apparent qui détermine la flottabilité du plongeur dans l'eau :
Profondeur
P atmosphérique
P relative
0
1 bar
0 bar
10
1 bar
1 bar
15
1 bar
1.5 bar
20
1 bar
2 bars
.: Applications à la plongée :.
Le plongeur jouera sur différents éléments pour faire varier sont poids apparent et ainsi s'équilibrer
dans l'eau :
- Le lestage permet d'augmenter son poids apparent (il augmente sensiblement le poids réel sans
beaucoup faire varier le volume d'eau déplacé).
- Le gilet stabilisateur permet en le gonflant d'augmenter le volume d'eau déplacé sans faire varier le
poids réel du plongeur. Son poids apparent diminue donc et cela permet au plongeur de s'équilibrer à
toute profondeur ou de remonter.
- Le poumon ballast agit de la même façon que le gilet : lorsque le plongeur gonfle ses poumons, il
diminue son poids apparent et inversement.
D'autres éléments agissent sur la flottabilité :
- Le poids de la bouteille qui agit comme un lest. A noter que le poids réel de la bouteille diminue au
cours de la plongée (consommation d'air), en fin de plongée la bouteille est plus légère d'environ 3 kg. Il
faut donc en tenir compte lors du lestage. De même le lestage devra être adapté au type de bouteille,
une bouteille en alu étant plus légère qu'une bouteille acier.
- La combinaison agit comme une "bouée" en augmentant le volume du plongeur sans en faire varier
significativement le poids réel. Donc plus un plongeur porte une combinaison épaisse, plus son lestage
sera important. A noter que le volume de la combinaison diminue avec la profondeur (la combinaison
s'écrase) et donc que le plongeur est plus lourd au fond.
- La densité de l'eau. L'eau de mer est plus dense que l'eau douce, la poussée d'Archimède est donc plus
importante en mer qu'en eau douce. Ainsi 1 litre d'eau douce pèse 1 kg, 1 litre d'eau de mer environ
1.024 kg et 1 litre d'eau de mer à forte salinité (Mer Rouge) 1.035 kg. Ce paramètre doit donc être pris en
compte lors du choix du lestage.
Barotraumatismes
Nous avons vu dans les fiches concernant les lois physiques qu'en plongée les gaz se compriment à la
descente et se dilatent à la remontée, c'est la loi de Boyle Mariotte. Or notre organisme comprend de
nombreuses cavités qui emprisonnent de l'air : oreille, poumons, sinus... Cet air emprisonné va donc subir
des variations de pression lors des différentes phases de plongée ce qui créera à l'intérieur des cavités
des surpressions et des dépressions.
Suivant l'élasticité des tissus qui la compose chaque cavité aura sa propre limite de tolérance vis à vis
des variations de pression. Lorsque cette limite est dépassée, les organes risquent d'être abîmés et on
parle alors de barotraumatisme.
Heureusement comme nous allons le voir dans les fiches suivantes ces incidents peuvent être évités
simplement en équilibrant la pression entre l'air contenu dans les cavité et la pression ambiante.
.: Les différents barotraumatismes :.
Les différentes zones de l'organisme pouvant subir un barotraumatisme sont les suivantes :
- Les oreilles : barotraumatismes le plus fréquent liés à la déformation du tympan entraînée par les
variations de pression de l'air enfermé dans l'oreille. Ce barotraumatisme peut aller de la simple gêne à
la douleur et dans les cas extrêmes jusqu'à la rupture du tympan.
- La surpression pulmonaire : c'est de loin le plus grave des barotraumatismes. Il résulte de
l'augmentation du volume de l'air contenu dans les poumons lors de la remontée si cet air n'est pas
expiré.
- La région oculaire et nasale : lors de la descente, le masque peut avoir un effet "ventouse" sur les yeux
et le nez, c'est ce que l'on appelle le placage de masque.
- Les sinus : si l'équilibre des pressions entre l'air contenu dans les sinus et la pression ambiante ne peut
se faire (sinus bouchés en cas de rhume) alors cette variation de pression entraîne de violentes douleurs
frontales et maxillaires.
- Les dents : barotraumatisme rare résultant de l'emprisonnement de l'air dans une dent (carie mal
soignée).
- L'estomac et les intestins : variations de pressions de l'air contenu dans les intestins et l'estomac (air
résultant de la fermentation d'aliments). Très rare en plongée loisirs.
L'oreille est l'organe le plus souvent atteint par les barotraumatismes. Tout le monde ou presque à
déjà ressenti cette gêne, voire cette douleur faible aux oreilles lors d'une descente en apnée dans le
grand bassin d'une piscine : il s'agit bien d'un barotraumatisme bénin de l'oreille. En plongée, les
profondeurs atteintes étant bien supérieures qu'en piscine il est indispensable de faire très attention a
ses oreilles et de bien penser à pratiquer ce que l'on appelle une manœuvre d'équilibrage des oreilles.
.: Les oreilles :.
Les oreilles ont deux fonctions bien distinctes : une fonction d'audition bien sûr mais aussi une fonction
d'équilibre. Il s'agit d'organes fragiles qu'ils faut traiter avec précaution en plongée. On remarque sur ce
schéma que l'oreille externe et l'oreille moyenne sont séparées par un fine membrane : le tympan. C'est
cette membrane qui capte les vibrations extérieures qui seront transmises mécaniquement par les
osselets puis par le limaçon avant d'être transformées en influx nerveux.
On remarque aussi que l'oreille moyenne est reliée au pharynx par l'intermédiaire de la trompe
d'Eustache. C'est cette liaison qui permettra d'équilibrer les oreilles lors de la plongée.
.: Causes et symptômes du barotraumatisme de l'oreille :.
La trompe d'Eustache est en général fermée. Il y a donc de l'air enfermé dans l'oreille. A la surface, la
pression de cet air est égale à la pression extérieure, on dit alors que l'oreille est en équilibre. Lors de
la descente la pression extérieure augmente alors que la pression à l'intérieure de l'oreille reste fixe. Il
se crée donc un déséquilibre de pression qui à pour effet de déformer le tympan en le "tirant" vers
l'intérieur de l'oreille.
Il faut alors effectuer une manœuvre d'équilibrage de l'oreille qui a pour but d'augmenter la pression de
l'air dans l'oreille jusqu'à ce que celle-ci soit égale à la pression extérieure et donc que l'équilibre des
pressions soit retrouvé. Cet équilibrage se réalise en ouvrant la trompe d'Eustache afin de permettre à
l'air du pharynx de pénétrer dans l'oreille.
C'est lorsque cette manœuvre n'est pas effectuée qu'il y a barotraumatisme : gêne puis douleur, le
tympan déformé pouvant se rompre.
Remarque : le barotraumatisme de l'oreille peut aussi dans des cas plus rares apparaître à la remontée.
Ainsi si la trompe d'Eustache se bouche au fond, lors de la remontée la pression de l'air emprisonné dans
l'oreille deviendra plus grande que la pression extérieure ce qui déformera aussi le tympan.
Les symptômes du barotraumatisme de l'oreille sont :
Pour une petite dépression : gène voire baisse de l'audition
Pour une dépression plus importante : douleur vive qui augmente lors de la descente, sensation de froid
et de crépitation dans l'oreille, vertiges, syncope.
.: Prévention et conduite à tenir :.
Nous avons vu que pour éviter le barotraumatisme de l'oreille il faut effectuer une manœuvre
d'équilibrage. Les manœuvres les plus répandue sont les suivantes :
- Valsalva : il s'agit de la plus simple des manœuvres et de la plus courante. Il suffit de se pincer le nez
et de souffler dedans doucement comme si on se mouchait.
- BTV (Béance Tubulaire Volontaire) : il s'agit d'utiliser de petits muscles permettant de laisser la
trompe d'Eustache ouverte pendant la descente. Cette méthode met en œuvre des muscles sollicités lors
du bâillement et il s'agit donc de reproduire volontairement les gestes du bâillement. Des études ont
montré que chez certains individus la forme de la trompe d'Eustache ne permet pas d'effectuer cette
manœuvre. Dans tous les cas la BTV est difficile à réaliser.
- Frenzel : là encore cette méthode demande de l'entraînement. Il s'agit d'ouvrir la trompe d'Eustache en
plaçant sa langue contre le voile de son palais et en poussant vers le haut et le fond.
Quelle que soit la méthode utilisée les règles préventives suivantes doivent être appliquées :
- L'équilibrage doit se faire très tôt, dès le début de la descente.
- L'équilibrage doit se faire en douceur, en particulier si la méthode Valsalva est utilisée.
- Il ne faut pas plonger enrhumé, cela à pour effet de boucher la trompe d'Eustache et donc d'empêcher
l'équilibrage. Et surtout il ne faut pas plonger sous l'effet d'un médicament qui débouche le nez. En effet
si le nez se rebouche au fond, un barotraumatisme de l'oreille peut apparaître à la remontée.
- En cas de problème d'équilibrage remontez légèrement avant de réessayer et si cela ne passe toujours
pas n'insistez pas et mettez fin à la plongée.
- De même en cas de problème à la remontée redescendez légèrement et effectuez la manœuvre de
Toynbee : pincez vous le nez et inspirer doucement.
- Ne faites jamais de Vasalva à la remontée et en surface, cela est traumatisant pour les tympans.
- Faites contrôler régulièrement vos oreilles par un médecin ORL et surtout ne plongez pas en cas de
présence d'un bouchon de cérumen.
En cas de problème :
- Aidez votre équipier à remonter et à regagner le bateau ou la rive.
- Prévenez le directeur de plongée.
- En cas de douleur persistante ou de troubles auditifs consulter immédiatement un médecin ORL.
.: La surpression pulmonaire :.
Le barotraumatisme des poumons, couramment appelé la surpression pulmonaire est le plus grave des
barotraumatismes puisqu'il porte directement atteinte au mécanisme de la respiration de l'organisme.
Heureusement ce barotraumatisme est très rare car le simple geste d'expirer pendant la remontée
permet de l'éviter. Cependant certains phénomènes physiologiques (ex : crise d'asthme) ou
psychologiques (panique) pouvant arriver au cours de la plongée peuvent être à l'origine de cet accident.
.: La respiration :.
Chez les mammifères et donc chez l'être humain on observe ce que l'on appelle une respiration à
tension fonctionnant sur le principe d'une pompe aspirante assurant l'inspiration et l'expiration alternées
de l'air. Cette "pompe" est actionnée par les muscles intercostaux et le diaphragme. En effet, en se
contractant ou se décontractant ces muscles font varier le volume de la cavité thoracique et donc font
varier la pression de l'air contenu dans les poumons par rapport à la pression atmosphérique :
- Lors de l'inspiration le diaphragme et les muscles intercostaux se contractent, ce qui a pour effet
d'abaisser le diaphragme et donc d'augmenter le volume de la cavité thoracique. La pression de l'air
contenu dans les poumons devient alors inférieure à la pression atmosphérique, l'air s'engouffre dans les
cavités nasales et buccales, traverse successivement le pharynx, le larynx, la trachée et les bronches
pour se retrouver dans les poumons.
- Lors de l'expiration le diaphragme et les muscles intercostaux se relâchent, le volume de la cavité
thoracique diminue et l'air contenu dans les poumons, dont la pression devient supérieure à la pression
atmosphérique est rejeté.
La respiration à pour but de fournir à l'organisme de l'oxygène, carburant essentiel au fonctionnement
cellulaire, et de rejeter l'un de ses déchets : le CO2. Il faut donc qu'il y ait des échanges entre l'air
contenu dans les poumons et la circulation sanguine, qui transporte l'oxygène et le CO2. Ces échanges se
font au niveau des alvéoles qui mettent en contact l'air et le sang, via des capillaires sanguins. Ces
alvéoles sont extrêmement fragiles et sont directement touchées en cas de surpression pulmonaire.
.: Causes et symptômes de la surpression pulmonaire :.
Le phénomène physique entrainant la surpression pulmonaire est simplement une application de la loi
de Boyle Mariotte : l'air inspiré en profondeur se dilate lors de la remontée, donc si cet air n'est pas
rejeté le volume des poumons augmente et si la limite d'élasticité des alvéoles pulmonaires est dépassée
celles-ci se déchirent.
Le simple fait de respirer normalement à la remontée permet d'éviter cet accident, celui-ci n'arrive donc
que très rarement lorsque cette respiration ne peut plus se faire normalement, par exemple :
- à cause de spasmes
- à cause d'un blocage de la glotte
- à cause d'une crise d'asthme
- à cause d'une piqûre au niveau de la gorge
- à cause d'un détendeur bloqué
- lors d'une remontée panique
Les symptômes de la surpression pulmonaire sont les suivants :
- Gène respiratoire
- Douleur thoracique
- Spume rosâtre (Passage
de sang dans l'air)
- Crises de type épileptique
- Différentes formes de paralysie
- Etat de choc
- Syncope
.: Prévention et conduite à tenir :.
La prévention est simple : ne jamais bloquer sa respiration lors de la remontée !
Cette règle est d'autant plus importante que l'on se rapproche de la surface, les variations de
pressions étant alors plus importantes.
De même en cas de remontée rapide il faut penser à insister sur l'expiration.
N'oubliez pas non plus d'expirer lorsque vous remontez alors que vous n'avez pas votre détendeur en
bouche, par exemple lors d'un exercice ou d'une remontée à 2 sur un embout.
Il est aussi absolument déconseillé de donner de l'air à un apnéiste. En effet celui-ci n'a pas le réflexe
d'expirer lors de sa remontée, ce qui peut entraîner une surpression pulmonaire grave. En cas de
nécessité absolue de donner de l'air à un apnéiste il faut absolument le maintenir et le forcer à expirer
(le plus simple étant alors de le faire respirer sur son détendeur de secours où sur celui de son guide de
palanquée).
On a vu que la surpression pulmonaire est un accident grave, pouvant mener à la paralysie, au
pneumothorax et même à la mort. La conduite à tenir lors d'un tel accident est alors une conduite
d'urgence :
- Prévenir le directeur de plongée ou le responsable sur le bateau (signe de détresse).
- Appeler les secours.
- Insuffler à l'accidenté de l'oxygène pur et ceci jusqu'à l'arrivée des secours. Cet oxygène permettra la
survie des cellules, cette mesure est donc indispensable.
- Réchauffer et réconforter l'accidenté.
- Les membres de la palanquée doivent fournir un maximum de renseignements sur les paramètres de
la plongée et les circonstances de l'accident.
.: Le placage de masque :.
Causes et symptômes
Lors de la descente, la pression à l'extérieur du masque augmente et devient plus élevée que celle à
l'intérieur du masque. Selon la loi de Boyle-Mariotte on a donc le volume interne du masque qui
diminue. Dans un premier temps, le masque s'écrase mais lorsque la limite d'élasticité de la jupe du
masque est atteinte on a alors un effet de ventouse du masque sur le visage.
Les symptômes sont alors un trouble de la vision, des douleurs et hémorragies aux niveaux oculaire et
nasal.
Prévention et conduite à tenir
La prévention est simple puisqu'il suffit de souffler par le nez lors de la descente afin d'équilibrer les
pressions.
En cas d'incident stopper le cas échéant l'hémorragie nasale en comprimant avec le doigt la narine puis
consulté un médecin ORL et/ou un ophtalmologue.
.: Les sinus :.
Anatomie, causes et symptômes
Les sinus sont des cavités remplies d'air qui communiquent avec les fosses nasales. Cette
communication se fait par de petits canaux et l'équilibrage.
L'équilibrage des pressions entre sinus et fosse nasale se fait normalement de façon naturelle, sans
action particulière de la part du plongeur. Cependant s'il y a obturation des communications entre
sinus et fosse nasale, alors lors de la descente le sinus se retrouve en dépression. De même si les
canaux entre sinus et fosse nasale se bouchent en profondeur, alors lors de la remontée les sinus se
retrouveront en surpression. Dans les deux cas, les muqueuses recouvrant les sinus subissent un
traumatisme.
Les symptômes sont une douleur pouvant être très vive et des saignements au niveau du nez et de la
bouche.
Prévention et conduite à tenir
La prévention consiste à ne jamais plonger en cas de rhume, de sinusite, de rhinite. En cas de douleur
à la descente, même faible, il ne faut jamais forcer les sinus mais remonter légèrement et lentement,
souffler par le nez voire tenter un rinçage nasal à l'eau de mer en surface. En cas de douleur à la
remontée il faut redescendre de plusieurs mètres et remonter lentement.
En cas d'incident, consulter un médecin ORL.
.: Les dents :.
Causes et symptômes
Lorsque des dents cariées ou mal soignées comportent une ou plusieurs cavités d'air les variations de
pression lors de la descente et de la remontée peuvent mettre ces cavités en dépression ou en
surpression (par les mêmes mécanismes que pour les sinus et le placage de masque).
Les symptômes sont alors de fortes douleurs dentaires, pouvant entrainer une syncope.
Prévention et conduite à tenir
La prévention consiste en un examen de surveillance dentaire avant chaque saison de plongée. Lors de
la descente il est impératif de stopper la plongée en cas de douleur dentaire, l'incident pouvant
devenir beaucoup plus douloureux et grave lors de la remontée (air emprisonné poussant fortement sur la
paroi interne de la dent). En cas de douleur à la remontée, il faut redescendre de plusieurs mètres et
remonter très lentement.
En cas d'incident, il faut consulter un dentiste, voire mettre en ré-compression si la douleur est
insupportable.
.: Estomac et intestins :.
Causes et symptômes
L'origine de ce barotraumatisme est la dilatation des gaz contenu dans l'estomac ou l'intestin lors de la
remontée, ces gaz pouvant avoir comme origine la fermentation alimentaire ou l'air avalé pendant la
plongée. Il s'agit d'un incident extrêmement rare en plongée loisirs.
Les symptômes sont alors des douleurs plus ou moins importantes à l'abdomen lors de la remontée.
Prévention et conduite à tenir
En guise de prévention il faut éviter les aliments et liquides traditionnellement générateurs de gaz
intestinaux.
En cas d'incident il faut stopper la remontée et essayer d'évacuer l'excédent de gaz intestinaux.
Consulter un médecin.
.: Essoufflement :.
Un incident banal à l’air libre, mais sérieux en plongée
1°) Symptômes
haletante
2°) Causes
courant)
(facteur aggravant)
2°) Mécanismes de l’essoufflement
Une bonne compréhension des mécanismes de l’essoufflement est indispensable pour bien
comprendre en quoi il consiste et définir la prévention et la conduite à tenir.
Tout effort physique consomme de l’oxygène (O2) contenu dans l’air que nous inspirons et
transforme cet oxygène en gaz carbonique (CO2) que nous éliminons en expirant.
L’essoufflement est donc la conséquence d’une augmentation de la concentration de
CO2 dans notre organisme (= dans le sang).
Phénomène dit d’hypercapnie.
La conséquence de cette augmentation du CO2 est de déclencher le réflexe inspiratoire.
N.B. : c’est le même phénomène qui se produit en apnée. L’accroissement du CO2 (avec l’apnée)
déclenche un besoin d’inspirer.
Le risque, c’est que spontanément on est amené à respirer de plus en plus vite, la respiration
devient superficielle, l’expiration se faisant mal. D’où une hausse du taux de CO2 qui accentue le
réflexe inspiratoire et ainsi de suite. La personne respire de plus en plus vite et plus vite elle
respire, plus elle éprouve un sentiment d’asphyxie.
Inspiration :
3°) Prévention
Avant la plongée
r le bateau
sur lester
Lors de la mise à l’eau
(en cas de fortes
vagues, mettre l’embout en bouche pour rejoindre le point d’immersion. Autre solution : capelé sur
le dos)
avec la
profondeur et la pression. Reprendre calmement son souffle (en expirant bien).
Si l’essoufflement persiste, renoncer à plonger.
Pendant la plongée
ment à l’air
libre).
apnées.
4°) Conduite à tenir en cas d’essoufflement
L’essoufflement est un incident qu’il faut prendre au sérieux. Il impose à votre guide de palanquée
de mettre fin à la plongée.
QUE FAIRE ?
Prévenir le guide de palanquée (signe)
Arrêter tout mouvement (cesser de palmer). Le guide de palanquée donnera l’instruction de remonter
et vous assistera pendant cette remontée. En remontant, la pression diminue, ce qui fait le plus
souvent disparaître l’essoufflement (mais la plongée est terminée même si la personne se sent bien).
Essayer de se relaxer
Forcer sur l’expiration (il faut s’efforcer de vider le plus complètement les poumons pour éliminer
l’excès de CO2 qui est la cause de l’essoufflement). Inutile de forcer sur l’inspiration, elle se fait
naturellement. Mieux vaut tenter de calmer son rythme respiratoire.
En effet, l’essoufflement donne la sensation de manquer d’oxygène, alors qu’en fait on a trop de
CO2 (qu’il faut éliminer).
A NE PAS FAIRE ?
Remonter à toute vitesse à la surface. A PROSCRIRE ABSOLUMENT.
Respirer de plus en plus vite. NON : le salut c’est de s’efforcer d’expirer le plus complètement
possible.
QUE FAIRE QUAND ON EST TEMOIN DE L’ESSOUFFLEMENT D’UN AUTRE
PLONGEUR ?
Il faut prévenir immédiatement le guide de palanquée qui assistera la personne.
Plus tard, dans l’apprentissage de l’autonomie, vous serez formés à assister la personne.