Les plongeurs aguerris le savent tous : il est extrêmement dangereux de remonter rapidement à la surface. En effet, des  bulles de gaz peuvent apparaître dans le sang, et causer de graves liaisons irréversibles pour le corps humain. Dans les cas les plus extrêmes, cela peut être fatal. Comment éviter ce phénomène ? Et surtout, comment l’expliquer ?

Les plongeurs doivent respecter des paliers de décompression afin d’éviter l’apparition de bulles dans le sang. Un palier est un temps d’attente imposée au plongeur à une certaine profondeur. Par exemple, une plongée de 40 minutes à une profondeur de 30 mètres impose un palier de 24 minutes à 3 mètres de profondeur. En d’autres termes, lors de sa remontée, il devra rester 24 minutes à 3 mères sous la surface de l’eau.

Du gaz dans les liquides

Pour comprendre le phénomène d’apparition des petites bulles de gaz dans le sang, nous allons nous pencher sur la composition d’un liquide. Prenons par exemple un verre d’eau. Comme on pourrait le croire, le fluide est composé exclusivement de molécules d’eau. Mais ce n’est pas le cas ! En effet, le liquide contient également de l’air ! Ce dernier est dissout dans l’eau.  Il provient de l’air environnant le verre d’eau. Plus généralement, tout liquide dont sa surface est en contact avec un gaz, va dissoudre une partie de ce dernier. Notre verre d’eau va donc contenir, en son sein, de l’air dissous.

Cette quantité de gaz dissout dans un liquide est dictée par la loi de Henry, qui est la suivante :  C = AxP. Avec C la concentration de ce même gaz dissous dans le liquide, et P la pression du gaz à l’extérieur du liquide, et A une constante spécifique à chaque gaz. La quantité de gaz dissout dans un liquide est donc gouvernée par la pression de ce dernier à l’extérieur du liquide.

Air ( oxygène et azote ) dissous dans un verre d’eau en fonction de la pression extérieure

Ainsi, si l’on fait varier brutalement la pression environnant notre verre d’eau, la concentration d’air au sein de ce dernier va s’adapter afin de respecter l’équation ci-dessus. Si cette pression augmente, la concentration d’air dissout dans l’eau va également augmenter. De l’air va pénétrer l’eau. À l’inverse, si cette pression chute rapidement, la concentration d’air au sein du liquide va également diminuer. De l’air va donc s’échapper, sous forme de bulle ! Une chute de pression brutale du gaz à la surface d’un liquide induit la formation de bulles en son sein !

Chute de pression brutale de l’air ambiant avec pour conséquence un dégazage du liquide (le gaz s’échappe du liquide sous forme de bulles)

Vous avez sans doute déjà visualisé ce phénomène lors de l’ouverture d’une boisson gazeuse. En effet, du dioxyde de carbone est dissout dans le liquide en l’injectant sous pression dans le contenant. La pression régnant dans ce dernier est supérieure à la pression atmosphérique. Lors de l’ouverture de la canette/bouteille,  la pression à la surface du liquide va brutalement chuter jusqu’à atteindre la pression atmosphérique. Pour respecter la loi de Henry, la concentration de gaz carbonique dissous dans le liquide va soudainement diminuer. L’excès de gaz dissout va donc s’échapper sous forme de bulles remontant à la surface.

La plongée sous-marine, une discipline sous pression

A présent, vous êtes en droit de vous demander : « Mais quel est le rapport entre les bulles d’une canette de Coca et un plongeur ? »

Notre corps contient du gaz (air des poumons) et du liquide (le sang). Leur interaction va donc est gouvernée, comme pour notre canette de Coca, par la fameuse loi de Henry.  L’air que nous respirons est majoritairement composé d’azote (79%). Il est, en temps normal, à pression atmosphérique. D’après la loi de Henry, de l’azote est ainsi dissous dans notre sang. Cependant, sous l’eau, nous savons que la pression augmente avec la profondeur d’environ 1 bar tous les 10 mètres. À la surface, la pression est à 1 bar, (soit à la pression atmosphérique). À 10 mètres de profondeur, elle est grimpe à 2 bars, et ainsi de suite.

Imaginons que vous effectuez une  petite séance de plongée dans l’océan Atlantique. Lors de votre descente, les gaz contenus dans vos poumons vont voir leur pression augmenter avec celle environnante. De l’azote va donc se dissoudre au sein des liquides contenus dans votre corps. Plus vous allez descendre bas, plus il y aura d’azote dissout dans ces derniers (dû à l’augmentation de pression avec la profondeur).  Après un petit périple dans les profondeurs de l’océan, vous décidez de rejoindre la surface. Au fur et à mesure de votre remontée, la pression environnante va diminuer, ainsi que celle des gaz présents dans votre corps. Or, d’après la loi de Henry, la concentration de ces deniers au sein des liquides va diminuer. Ce gaz dissout va donc s’échapper sous forme de bulle. Cependant, lorsqu’elles atteignent des tailles importantes, ces bulles peuvent être très dangereuses pour le bon fonctionnement de l’organisme. C’est pourquoi il faut à tout prix les éviter.

La  formation de grosses bulles est causée par de fortes différences de pression pendant un temps réduit. En effet, si vous remontez trop vite, la concentration de  gaz dans vos liquides physiologiques ne sera plus dans un état d’équilibré avec la pression environnante, due à sa forte diminution.  L’azote va donc s’échapper le plus vite possible, sous forme de bulles de taille conséquente.

Formation de grosses bulles causée par une chute importante et brutale de pression

A l’inverse, plus la variation de pression est faible, plus les bulles seront petites.

Formation de petites bulles causée par une faible chute de pression

C’est pourquoi les plongeurs doivent respecter des paliers à certaines profondeurs. Ils évitent donc d’être soumis à de fortes variations de pression. Un temps minimal de présence est imposé aux différents paliers, afin que les liquides se « dégazent » doucement par l’intermédiaire de bulles plus petites, avec une décroissance de concentration de gaz dans le sang.

Concentration du gaz dans le sang d’un plongeur en fonction du temps pour une profondeur donnée

Conclusion

En présence d’une interface liquide/gaz, une partie du gaz se dissout alors au sein du liquide. Ce phénomène est dicté par la loi de Henry. Lors d’une chute brutale de pression, le gaz dissout s’échappe alors sous formes des bulles plus ou moins grosses en fonction de la « brutalité » de cette variation. Ce phénomène est présent chez les plongeurs. Pour limiter la taille des bulles, ils doivent respecter des paliers de compressions pendant un certain temps à différentes profondeurs.