La physique de la plongée

La pression

À la surface, l'atmosphère exerce déjà une pression sur le corps : c'est la pression atmosphérique, d'environ 1 bar. En s'immergeant, l'eau ajoute sa propre pression, qui augmente régulièrement avec la profondeur, à raison d'environ 1 bar supplémentaire tous les 10 mètres en mer. La pression totale que subit un plongeur, appelée pression absolue, est la somme de la pression atmosphérique et de cette pression due à l'eau.

Cette augmentation a une conséquence directe sur tout volume de gaz présent dans ou sur le corps : les poumons, les sinus, l'oreille moyenne, l'espace entre le visage et le masque. La loi qui décrit ce phénomène, souvent appelée loi de Mariotte ou loi de Boyle, énonce qu'à température constante, le volume d'un gaz varie en sens inverse de la pression qu'il subit. Concrètement, un même volume d'air occupe deux fois moins de place à 10 mètres qu'en surface, car la pression y a doublé.

La flottabilité

Tout corps immergé dans un liquide subit une force dirigée vers le haut, égale au poids du volume de liquide qu'il déplace. C'est le principe d'Archimède. Un plongeur flotte, coule ou reste stable selon que cette force est supérieure, inférieure ou égale à son propre poids, équipement compris.

Plusieurs éléments de l'équipement changent au cours d'une plongée et modifient cet équilibre. La combinaison en néoprène contient de petites bulles de gaz qui se compressent avec la profondeur : la combinaison perd du volume, donc de la flottabilité, à mesure que le plongeur descend. Le bloc perd du poids au fil de la plongée, à mesure que l'air qu'il contient est respiré. Le gilet stabilisateur (ou BCD) sert justement à compenser ces variations en ajoutant ou en évacuant de l'air, pour maintenir une flottabilité neutre à la profondeur voulue.

C'est pour cette raison qu'un plongeur ajuste sa flottabilité tout au long de la plongée, et pas seulement au début : l'équilibre trouvé à 20 mètres avec un bloc plein ne sera plus le même à 5 mètres avec un bloc presque vide.

La dissolution des gaz

L'air respiré sous pression ne se comporte pas comme l'air respiré en surface. La loi de Henry énonce que la quantité de gaz qui se dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle de ce gaz au contact du liquide. Le sang et les tissus du corps se comportent ici comme ce liquide : plus la pression est élevée, plus ils absorbent de gaz dissous, notamment l'azote, qui compose environ quatre cinquièmes de l'air et que le corps n'utilise pas.

Cette dissolution progressive a deux conséquences. La première se manifeste pendant la plongée elle-même : à partir d'une certaine profondeur, généralement aux alentours de 30 mètres mais de façon très variable selon les personnes et les conditions, l'azote dissous dans le système nerveux peut produire un effet proche d'une ivresse légère, appelé narcose. Ses effets régressent dès que le plongeur remonte.

La seconde conséquence se manifeste au retour vers la surface : l'azote accumulé doit ressortir du corps par les poumons, progressivement, à mesure que la pression diminue. Si ce retour est trop rapide, le gaz peut former des bulles à l'intérieur du corps au lieu de s'éliminer proprement. C'est le sujet de la page consacrée à la décompression, qui explique pourquoi une remontée doit être maîtrisée et ce que ce site ne fournit volontairement pas à ce sujet.