Scaphandre autonome
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Casque scaphandre chez un antiquaire
Casque scaphandre chez un antiquaire
Scaphandre Draeger, 1936
Scaphandre Draeger, 1936

Le scaphandre autonome est un dispositif individuel qui permet à un nageur d'évoluer librement en plongée avec une réserve d'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser...).

Historique

L'homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme ». Par distinction, l'homme...) plonge depuis la nuit des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) en apnée (L'apnée désigne l'arrêt de la ventilation (du grec pnein, respirer, et le préfixe privatif a-). On parle aussi d'arrêt respiratoire ou d'arrêt ventilatoire.) mais il a toujours été limité par la durée et par la profondeur. Les problèmes à résoudre sont les suivants :

  • l'approvisionnement en oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) à bonne pression ;
  • le rejet du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni...) carbonique toxique pour l'homme ;
  • l'augmentation de la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) avec la profondeur qui empêche les mouvements d'inspiration (la pression à 10m de profondeur est le double de la pression atmosphérique) ;
  • la mobilité.

Léonard de Vinci (1452-1519), imagine un masque avec tuyau amenant l'air au plongeur. Utilisable pour des profondeurs ne dépassant pas quelques dizaines de centimètres cette technique est irréaliste à partir d'1 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...) de profondeur, l'eau y exerce déjà sur la cage thoracique une pression équivalente à un poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé...) de 200 kg, la respiration (Dans le langage courant, la respiration désigne à la fois les échanges gazeux (rejet de dioxyde de carbone, CO2, appelé parfois de façon impropre « gaz carbonique », et absorption de...) y est donc très difficile.

La cloche de Edmund Halley (1690) (physicien et astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) qui a découvert le cycle de la comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de poussière du système solaire, dont l'orbite a généralement la...) qui porte son nom) emprisonne de l'air qui est régénéré par un apport de tonneaux d'air[1].

John Lethbridge (1715) imagine l'armure de plongée dont une ouverture sert à l'alimentation en air par des soufflets et l'autre à l'évacuation de l'air vicié.

Le mot scaphandre, du grec skaphe (barque) et andros (homme), est utilisé pour la première fois en 1775 par l'Abbé de la Chapelle (Une chapelle est un lieu de culte chrétien qui peut, selon le cas, constituer un édifice distinct ou être intégré dans un autre bâtiment.) dans son ouvrage Traité de la construction théorique et pratique du scaphandre ou du bateau de l'homme[2].

Chaussures lestées
Chaussures lestées

Le scaphandre pieds lourds d'Augustus Siebe (1837) est constitué d'un casque rigide à hublots, alimenté en air (à une pression supérieure à la pression atmosphérique) par un tuyau relié à une pompe (Une pompe est un dispositif permettant d'aspirer et de refouler un fluide.) sur le bateau, d'une combinaison (Une combinaison peut être :) souple et de chaussures lestées. Il reste encore utilisé de nos jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...) pour certains travaux. On atteint des profondeurs de 60 à 90 m mais il y des accidents (section du tuyau, arrivée d'air aléatoire, noyade (Une noyade est une mort par immersion prolongée dans un liquide, généralement de l'eau.)...) et un manque d'autonomie. Les déplacements sont lents ce qui est dû au poids (90 kg au total) et à la position verticale (La verticale est une droite parallèle à la direction de la pesanteur, donnée notamment par le fil à plomb.) (résistance maximale de l'eau au déplacement). Le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun....) d'air est plus ou moins régulier et inadapté aux besoins du plongeur.

Le scaphandre autonome (Le scaphandre autonome est un dispositif individuel qui permet à un nageur d'évoluer librement en plongée avec une réserve d'air.)

Inventeur

Détendeurs, manomètre, profondimètre et direct system
Détendeurs, manomètre (Un manomètre est un instrument servant à mesurer une pression.), profondimètre et direct system

C'est le Français Jacques-Yves Cousteau (Jacques-Yves Cousteau (11 juin 1910, Saint-André-de-Cubzac, France - 25 juin 1997, Paris), alias JYC, le Commandant Cousteau ou encore Le Pacha, officier dans la marine française, océanographe,...) qui en 1943, commercialise avec Émile Gagnan le scaphandre autonome moderne. Il s'agit là de l'amélioration et de la modernisation d'inventions du XIXe siècle (Rouquayrol et Denayrouze) et du début du XXe siècle (Yves le Prieur). Le brevet co-déposé par Cousteau pour cette invention le mettra à l'abri du besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et...) pour le reste de sa vie (La vie est le nom donné :).

La mise au point (Graphie) du scaphandre autonome est liée à plusieurs découvertes technologiques :

  • l'invention de compresseurs efficaces et de bouteilles de stockage de l'air comprimé (L'air comprimé est de l'air ambiant, mis sous pression avec un compresseur, le plus souvent aux alentours de 10 bars mais parfois jusque 300 bars.) relativement légères (à partir des lois physiques sur la pression des gaz de Boyle et Mariotte (1660)) ;
  • la mise au point de palmes par le commandant Louis de Corlieu en 1934 (déjà esquissées par Léonard de Vinci) ;
  • la mise au point de valves avec détendeur pour les moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie...) de voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée...) au gaz par Émile Gagnan au début des années 1940.

Cousteau et Gagnan se rencontrent et décident d'appliquer le système de détendeur automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour...) aux bouteilles d'air sous pression et créent, en 1943, le premier scaphandre autonome l'Aqualung. "le mistral" puis "le royal mistral". Par la suite "le spiro 8" sera une invention de Cousteau et Gagnan ,novateur par son système a deux étages ,ancètre de nos détendeurs modernes.

L'équipement

Bouteille de plongée, équipée d'un détendeur, d'un manomètre et du direct system
Bouteille de plongée (La bouteille de plongée est le réservoir qui renferme le gaz comprimé (généralement de l'air) nécessaire à la respiration du plongeur. Les bouteilles peuvent...), équipée d'un détendeur, d'un manomètre et du direct system

Le scaphandrier autonome est habituellement équipé :

  • d'un vêtement d'isolation thermique ;
  • d'un masque qui entoure les yeux et le nez (Le nez (du latin nasus) est chez l'homme la saillie médiane du visage située au-dessus de la lèvre supérieure et qui, en le surplombant, recouvre l'orifice des fosses nasales, qui constituent le segment...) et qui rend possible la vision nette (Le terme Nette est un nom vernaculaire attribué en français à plusieurs espèces de canards reconnaissablent à leurs calottes. Le terme est un emprunt au grec...) en plongée tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en permettant de compenser les variations de pression (par équilibrage de la pression de l'air capturé dans le masque) ;
  • de palmes pour le déplacement ;
  • d'une ou plusieurs bouteilles ; on parle de bloc de plongée ou de mono, bi ou tri pour préciser le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de bouteilles ; le bloc contient un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une préparation aussi appelée...) gazeux (air, nitrox (Le Nitrox est le terme employé par les plongeurs en parlant d'un mélange d'air suroxygéné. Dans les faits, l'air lui-même est un nitrox : Nitrox 21 (ce qui signifie 21% d'Oxygène).) ou trimix) sous pression entre 170 et 300 bar) dont la capacité à la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) peut être de 2,3,6, 9, 12, 15, 18 ou 20 litres de mélange. Ces blocs sont en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.), parfois renforcé par du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), ou en aluminium ;
  • d'un détendeur, qui permet de respirer le mélange gazeux à la pression ambiante ;
  • d'une stab reliée à la bouteille (Sur les anciens navires à voiles, on appelait les bouteilles deux petits compartiments, un de chaque côté du tableau arrière servant de toilettes aux...) via le direct system lui permettant de faire varier sa flottabilité (Dans un liquide, les corps sont soumis à la poussée d'Archimède. Les corps ont une flottabilité différente selon leur masse volumique.) en fonction de la profondeur et de ses besoins.
  • d'un manomètre, pour surveiller la pression du mélange gazeux dans le bloc et connaître la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) de gaz restant ;
  • d'instruments de décompression, le plus courant étant l'ordinateur de plongée (Un ordinateur de plongée permet d'optimiser son temps de plongée en calculant automatiquement la décompression à réaliser par le plongeur.), mais quelque uns utilisent encore une montre de plongée et une table de décompression ;
  • d'un parachute (Le parachute est un dispositif destiné à freiner le mouvement, principalement vertical d'un objet ou d'une personne.) de palier ;
  • d'une ceinture de lest (si nécessaire).

Certains plongueurs utilisent un recycleur dans lequel l'air expiré est traité pour être respirable de nouveau sans danger : le CO2 est absorbé et l'air expiré est enrichi en oxygène. L'air circule ainsi en circuit fermé ou semi-fermé (Semi-closed Rebreather, SCR). La première solution ne dégageant aucune bulle en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique,...), elle est utilisée, entre autres, par les plongueurs de combat (mais elle ne permet pas les plongées profondes).

Dans un futur proche, il devrait être possible de voir arriver des scaphandres de plongée utilisant des fluides respiratoires à la place de mélanges gazeux.

Utilisation

Le scaphandre autonome permet :

  • de débiter l'air automatiquement en fonction des besoins du plongeur et non plus de façon continue ;
  • de fournir l'air à la bonne pression soit celle correspondant à la profondeur de l'eau, ce qui permet au plongeur d'inspirer sans effort ;
  • de se débarrasser facilement du gaz carbonique d'expiration.

Le gilet stabilisateur (stabilizing jacket en anglais, également abbrégé en " stab ") permet de changer la flottabilité et de s'équilibrer dans l'eau suivant le principe d'Archimède. La stab peut être gonflée à la bouche (La bouche (encore dénommée cavité buccale ou cavité orale) est l'ouverture par laquelle la nourriture d'un animal entre dans son corps. Le mot gueule s'utilise aussi, mais avec un sens...) ou automatiquement avec le direct system, qui est reliée à la bouteille.

L'autonomie de plongée et d'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) varie de 2 heures (L'heure est une unité de mesure  :) à 30 minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...) suivant la profondeur (respectivement 10 m et 60 m sans tenir compte des paliers de décompression). Le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est...) est plus souple et rapide grâce à l'hydrodynamisme. On nage dans les 3 dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...) avec des palmes. Cependant les problèmes inhérents à la pression restent, et la respiration visible peut effrayer les animaux.

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