Technique et fonctionnement des recycleurs de plongée
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Dans le cadre de la plongée sans bulles, les recycleurs sont de plus en plus fréquents dans le milieu de la plongée et dans les registres de décès en plongée. Je voulais écrire une chronique sur les décès liés aux recycleurs, mais j’ai immédiatement réalisé que cela n’aurait aucun sens pour la plupart des plongeurs, à moins qu’ils n’aient une bonne compréhension de base du fonctionnement des recycleurs. C’est pourquoi, dans cette rubrique, je vais décrire le fonctionnement des recycleurs et, dans la suivante, je passerai en revue les accidents mortels liés aux recycleurs.
Un gaspillage d’air pur
Lorsque nous plongeons en circuit ouvert (plongée sous-marine normale), nous gaspillons la plupart de l’air/gaz de nos bouteilles. En surface, nous respirons de l’air (environ 21 % d’oxygène (O2), 79 % d’azote (N2)) et nous expirons un gaz qui contient environ 17 % d’O2, 4 % de dioxyde de carbone (CO2) et 79 % de N2. Lorsque nous faisons de la plongée sous-marine, ce gaz est rejeté dans l’eau et perdu. Par conséquent, nous n’utilisons que 4 % du gaz contenu dans nos bouteilles et en gaspillons 96 %.
Mais attendez, c’est encore pire ! A 30 mètres de profondeur, l’air de nos poumons est 4 fois plus dense qu’à la surface. Cela signifie qu’il contient 4 fois plus de molécules. Cependant, notre corps absorbe presque le même nombre de molécules d’O2 qu’à la surface. Par conséquent, nous inspirons 21% d’O2, 79% de N2 et nous expirons 20% d’O2, 1% de CO2 et 79% de N2. Par conséquent, nous n’absorbons que 1 % des gaz que nous respirons et en gaspillons 99 %. Pour être encore plus clair, si nous étions assis à une profondeur de 30 mètres et que nous respirions 100 pieds cubes d’air/gaz, nous n’absorberions et n’utiliserions qu’un pied cube de cet air/gaz !
À 90 mètres de profondeur, nous n’absorbons que 0,25 % du gaz et nous en gaspillons 99,75 %. ! !!! Ne serait-il pas agréable de n’avoir à transporter que la très petite quantité de gaz que nous utilisons réellement ? C’est la motivation de base des recycleurs. Avec un recycleur parfait, nous utiliserions 100 fois moins de gaz à 30 mètres et 250 fois moins de gaz à 90 mètres, par rapport à un circuit ouvert.
Un concept simple…
Alors comment construire un recycleur ? Le concept est assez simple. Au lieu d’expirer dans l’eau et de gaspiller le gaz, vous expirez dans un sac et vous réinspirez le même gaz. Mais d’abord, vous devez vous débarrasser du CO2 et remplacer l’O2 que vous avez absorbé lors de votre dernière respiration.
Pour vous débarrasser du CO2, vous faites passer le gaz à travers un matériau qui absorbe le CO2 (hydroxyde de calcium, hydroxyde de sodium, hydroxyde de lithium, etc.) Il existe plusieurs matériaux disponibles dans le commerce. Il peut s’agir de granulés que vous devez placer dans un récipient (épurateur) ou d’une cartouche préemballée que vous déposez simplement dans l’épurateur. Les cartouches sont de plus en plus populaires car elles absorbent le CO2 de manière plus régulière et plus prévisible. De plus, elles sont plus faciles à utiliser.
La façon la plus efficace d’accomplir cette tâche d’élimination du CO2, est de créer une boucle de respiration. Vous mettez deux valves unidirectionnelles dans l’embout buccal, de sorte que lorsque vous expirez, le gaz est expulsé d’un côté dans le sac respiratoire (contre-poumon) et à travers l’épurateur. Lorsque vous inspirez, le gaz est aspiré de l’autre côté de l’embout buccal. Les contre-poumons peuvent se trouver avant, après ou des deux côtés de l’épurateur. La configuration la plus efficace est d’avoir deux petits contre-poumons situés sur la poitrine et au-dessus des épaules, un avant et un après l’épurateur situé sur votre dos.
La tâche suivante consiste à remplacer l’O2 qui a été absorbé par notre corps. Il y a plusieurs façons de le faire : manuellement, mécaniquement ou électroniquement. Mais quelle que soit la manière dont on le fait, le recycleur doit accomplir cette tâche.
Les choses commencent à se compliquer
Allons donc plonger notre recycleur ….. ATTENDEZ ! Nous avons encore plusieurs choses à régler. L’O2 que nous devons ajouter à la boucle de respiration doit bien venir de quelque part, alors ajoutons une bouteille d’O2 pur. Il serait bon de savoir quelle quantité d’O2 se trouvait dans la bouteille, alors ajoutons un manomètre submersible à la bouteille.
Il est temps d’aller plonger. Ooops, alors que nous commençons à descendre, nous constatons que nous ne pouvons pas prendre une respiration complète. Le gaz dans la boucle de respiration est comprimé par la pression croissante de l’eau. Ajoutons donc du gaz à la boucle de respiration à partir du réservoir si nécessaire pour maintenir le volume de gaz dans la boucle de respiration constant. Cette addition de gaz peut être manuelle ou mécanique.
Lorsque nous monterons, nous serons confrontés au problème inverse. Le gaz dans la boucle va se dilater, forçant le gaz dans nos poumons, donc nous avons besoin d’un moyen pour libérer cet excès de gaz dans la boucle de respiration dans l’eau. Cela peut se faire en expirant par le nez, ou en laissant un peu de gaz s’échapper autour de l’embout buccal, ou en mettant une soupape de surpression dans la boucle (similaire à votre dispositif compensateur de flottabilité (BCD)).
Bien que le concept de recycleur soit relativement simple, la machine elle-même est presque toujours compliquée
En parlant de flottabilité, la plupart des plongeurs font de petits ajustements à leur flottabilité en inspirant ou en expirant. En nageant le long du fond, on arrive à un gros rocher. Vous inspirez, vous vous élevez au-dessus du rocher, vous expirez et vous redescendez vers le fond de l’autre côté. Un nouveau plongeur recycleur nage vers le rocher, inspire et nage directement dans le rocher !
Le volume de gaz dans vos poumons et la boucle respiratoire restent constants pendant que vous respirez, donc votre flottabilité ne change pas quand vous inspirez ou expirez. Il est donc très facile de maintenir une profondeur constante, mais beaucoup plus difficile d’effectuer de petits changements de flottabilité car il faut ajouter ou retirer de l’air/du gaz de la boucle de respiration, de la BCD ou de votre combinaison étanche.
Lorsque vous changez de profondeur en plongeant avec un recycleur, le gaz supplémentaire dans le circuit respiratoire (qui n’est pas présent lors d’une plongée en circuit ouvert) provoque des changements de flottabilité plus importants qu’en plongée sous-marine. Apprendre à contrôler votre flottabilité sur un recycleur est la nouvelle compétence la plus difficile à apprendre. Presque tous les nouveaux plongeurs en recycleur remontent à la surface de manière involontaire au moins une fois pendant leur formation. Lorsque vous changez de profondeur, vous devez en fait commencer à ajouter ou à libérer du gaz AVANT de devenir flotteur, que ce soit de manière positive ou négative.
Les choses se compliquent (davantage)
Allons donc plonger notre nouveau recycleur. Pas de problème, tant que nous restons à moins de 6 mètres de profondeur. L’oxygène est toxique et on ne peut pas respirer de l’oxygène à 100 % à plus de 6 mètres de profondeur en toute sécurité. La toxicité de l’oxygène peut se manifester de nombreuses façons, mais la plus grave est une crise de grand mal. Si cela se produit sous l’eau, c’est généralement fatal !
Mais nous avons commencé avec de l’air dans le circuit respiratoire, alors quel est le problème ? Pendant la plongée, nous absorbons une partie du N2 de la boucle. Nous allons également perdre du N2 chaque fois que nous montons et devons libérer du gaz de la boucle. Nous perdrons de l’azote chaque fois que nous enlèverons notre masque. Enfin, le pourcentage de N2 dans la boucle diminuera au fur et à mesure de notre descente, en raison de l’ajout d’O2 dans la boucle de respiration (puisque le volume de gaz dans la boucle reste le même). L’effet net est que le pourcentage d’O2 dans la boucle va augmenter pendant la plongée jusqu’à atteindre presque 100%. Par conséquent, nous devons soit rester à une profondeur inférieure à 6 mètres, soit ajouter du N2/hélium (diluant) à la boucle de respiration.
Il y a plusieurs façons de faire cela et les différents recycleurs utilisent des approches différentes. Certains se contentent d’ajouter de l’air ou un autre mélange gazeux contenant du N2 ou de l’hélium (He) à un taux constant ou variable, ce qui limite la quantité d’O2 dans la boucle. Le calcul du pourcentage d’O2 dans la boucle respiratoire devient très difficile avec cette approche, et dépasse le cadre de cette colonne. La quantité de gaz ajoutée change généralement avec la profondeur (changement de la densité du gaz) et la quantité d’O2 que le plongeur utilise (prélevée dans le circuit respiratoire) change avec la charge de travail.
Conceptuellement, la solution la plus simple consiste à mesurer la pression partielle de l’O2 (pO2) dans la boucle et à ajouter du N2/He ou de l’O2 selon les besoins pour maintenir la pO2 constante. Une pO2 constante permet de calculer très facilement le temps d’exposition à l’oxygène et élimine le calcul de la profondeur maximale de sécurité. Elle crée également la situation optimale pour prolonger vos limites de non-décompression lors de la plongée à plusieurs niveaux et minimise votre obligation de décompression. Si la pO2 est constante, le pourcentage d’O2 doit constamment changer, ce qui vous donne le mélange respiratoire parfait pour chaque profondeur. C’est ainsi que fonctionnent les recycleurs en circuit fermé.
Notre recycleur est donc devenu un peu plus compliqué. En plus de notre réservoir d’O2, nous avons besoin d’un réservoir (et d’une jauge de pression) rempli d’air ou d’un autre diluant. Le gaz inerte pur n’est pas utilisé en raison du danger de le respirer par erreur, ce qui entraîne une perte de conscience instantanée.
Nous avons également besoin d’un minimum de trois capteurs d’O2 pour maintenir la redondance (l’un d’entre eux peut tomber en panne et donner des lectures hautes ou basses pendant la plongée). De plus, nous avons besoin d’électronique pour déterminer la pO2 la plus probable sur la base des lectures des capteurs et pour ajouter de l’O2 si nécessaire. Nous pourrions également ajouter un capteur de CO2, des alarmes, des contrôles de sécurité, etc.
Bien que le concept d’un recycleur soit relativement simple, la machine elle-même est presque toujours compliquée. Apprendre à le plonger de manière sûre et efficace peut être assez difficile.
Les recycleurs semi-fermés (SCR) ajoutent un flux constant de diluant, et peuvent donc être relativement simples ; mais la détermination de la pO2 et des besoins de décompression qui en résultent devient très compliquée pour ces appareils. Ces SCR ne sont au mieux que 8 à 10 fois plus efficaces qu’un circuit ouvert. Mon opinion personnelle est que les SCR ne valent pas la complexité, la dépense et le risque supplémentaires par rapport au circuit ouvert. (Je suis prêt à débattre du concept avec les partisans des plongeurs recycleurs à circuit semi-fermé, à condition qu’ils soient prêts à acheter la bière).
Les recycleurs à circuit fermé (CCR) sont relativement compliqués mais ils sont extrêmement efficaces, et l’électronique actuelle est bon marché et fiable. De plus, les CCR vous donnent le mélange gazeux optimal à chaque profondeur, ce qui vous permet de faire le plus de plongée avec la plus petite obligation de décompression. Ils sont également silencieux. Si la plongée que vous voulez faire nécessite un recycleur, j’envisagerais sérieusement de plonger avec un RCC.
Cependant, il existe de nombreuses façons de mourir en plongeant avec un recycleur et les recycleurs sont de plus en plus fréquents dans les statistiques de mortalité en plongée. Dans la prochaine colonne, j’examinerai comment les plongeurs en recycleur meurent ; je ferai quelques observations sur les raisons pour lesquelles je pense que cela se produit ; et je ferai des suggestions sur la manière de réduire ce phénomène.