Façons de plonger dans l'océan. Exploration des fonds marins

Il existe bien d’autres endroits sur Terre dont nous savons moins que les vastes étendues de l’espace. Nous parlons principalement de profondeurs d’eau invincibles. Selon les scientifiques, la science n’a pas encore réellement commencé à étudier la vie mystérieuse au fond des océans ; toutes les recherches n’en sont qu’au début du voyage.

D'année en année, de plus en plus de casse-cou sont prêts à réaliser une nouvelle plongée sous-marine record. Dans le matériel présenté, je voudrais parler des baignades sans équipement, avec du matériel de plongée et à l'aide de bathyscaphes, qui sont entrées dans l'histoire.

La plongée humaine la plus profonde

L'athlète français Loïc Leferme a longtemps détenu le record d'apnée. En 2002, il a réussi à faire une plongée sous-marine jusqu'à 162 mètres. De nombreux plongeurs ont tenté d'améliorer cet indicateur, mais sont morts dans les profondeurs de la mer. En 2004, Leferm est lui-même victime de sa propre vanité. Lors d'une nage d'entraînement dans la fosse océanique de Villefranche-sur-Mer, il a plongé à 171 mètres. Cependant, l’athlète n’a pas réussi à remonter à la surface.

La dernière plongée sous-marine record a été réalisée par l'apnéiste autrichien Herbert Nitzsch. Il a réussi à descendre jusqu'à 214 mètres sans bouteille d'oxygène. Ainsi, l'exploit de Loïc Leferme appartient au passé.

Record de plongée en haute mer pour les femmes

L'athlète française Audrey Mestre a établi plusieurs records chez les femmes. Le 29 mai 1997, elle a plongé jusqu'à 80 mètres en apnée, sans bouteille d'air. Un an plus tard, Audrey bat son propre record en descendant 115 mètres dans les profondeurs de la mer. En 2001, l'athlète a plongé jusqu'à 130 mètres. Ce record, qui a un statut mondial chez les femmes, est attribué à Audrey à ce jour.

Le 12 octobre 2002, Mestre a fait sa dernière tentative dans la vie, plongeant sans équipement à 171 mètres au large des côtes de la République Dominicaine. L'athlète n'a utilisé qu'une charge spéciale, sans bouteilles d'oxygène. Le levage devait être effectué à l'aide d'un dôme aérien. Or, cette dernière s’est révélée inoccupée. 8 minutes après le début de la plongée sous-marine, le corps d'Audrey a été remonté à la surface par des plongeurs. La cause officielle du décès de l'athlète a été notée comme étant des problèmes avec l'équipement permettant de remonter à la surface.

Record de plongée sous-marine

Parlons maintenant de la plongée sous-marine en haute mer. La plus marquante d'entre elles a été réalisée par le plongeur français Pascal Bernabé. À l'été 2005, il a réussi à descendre 330 mètres dans les profondeurs de la mer. Bien qu'il était initialement prévu de conquérir une profondeur de 320 mètres. Un record aussi important a été obtenu à la suite d'un petit incident. Lors de la descente, la corde de Pascal s'est tendue, ce qui lui a permis de nager 10 mètres de profondeur supplémentaires.

Le plongeur a réussi à remonter à la surface. L'ascension a duré 9 heures. La raison d'une augmentation aussi lente était le risque élevé de développement, pouvant entraîner un arrêt respiratoire et des lésions des vaisseaux sanguins. A noter que pour établir le record, Pascal Bernabé a dû passer 3 années entières en formation constante.

Plongée record dans un submersible

Le 23 janvier 1960, les scientifiques Donald Walsh et Jacques Piccard ont établi un record de plongée au fond de l'océan à bord d'un véhicule habité. À bord du petit sous-marin Trieste, les chercheurs ont atteint le fond à 10 898 mètres de profondeur.

La plongée la plus profonde dans un submersible habité a été réalisée grâce à la construction du Deepsea Challenger, qui a pris 8 longues années aux concepteurs. Ce mini-sous-marin est une capsule profilée pesant plus de 10 tonnes et d'une épaisseur de paroi de 6,4 cm. Il est à noter qu'avant d'être mis en service, le bathyscaphe a été testé à plusieurs reprises avec une pression de 1160 atmosphères, supérieure à la pression qui était censée affecter les parois de l'appareil au fond de l'océan.

En 2012, le célèbre réalisateur américain James Cameron, aux commandes du mini-sous-marin Deepsea Challenger, a battu le précédent record établi par l'appareil de Trieste, et l'a même amélioré en plongeant 11 km dans la fosse Mariinsky.

Nous vivons sur une planète remplie d'eau, mais nous connaissons moins bien les océans de la Terre que certains corps cosmiques. Plus de la moitié de la surface de Mars a été cartographiée avec une résolution d'environ 20 m - et seulement 10 à 15 % du fond océanique a été étudié avec une résolution d'au moins 100 m. 12 personnes se sont rendues sur la Lune, trois sont allés au fond de la fosse des Mariannes, et tous n'ont pas osé sortir le nez des lourds bathyscaphes.

Plongeons dedans

La principale difficulté du développement de l'océan mondial est la pression : pour chaque 10 m de profondeur, elle augmente d'une atmosphère supplémentaire. Lorsque le décompte atteint des milliers de mètres et des centaines d’atmosphères, tout change. Les liquides s'écoulent différemment, les gaz se comportent de manière inhabituelle... Les appareils capables de résister à ces conditions restent des produits fragmentaires, et même les sous-marins les plus modernes ne sont pas conçus pour une telle pression. La profondeur de plongée maximale des derniers sous-marins nucléaires du projet 955 Borei n'est que de 480 m.

Les plongeurs descendant des centaines de mètres sont respectueusement appelés aquanautes, en les comparant aux explorateurs de l'espace. Mais l’abîme des mers est, à sa manière, plus dangereux que le vide de l’espace. Si quelque chose se produit, l'équipage travaillant sur l'ISS pourra être transféré sur le navire amarré et, dans quelques heures, il sera à la surface de la Terre. Cet itinéraire est fermé aux plongeurs : l'évacuation des profondeurs peut prendre des semaines. Et ce délai ne peut en aucun cas être raccourci.

Il existe cependant une autre voie vers la profondeur. Au lieu de créer des coques toujours plus durables, vous pouvez y envoyer... des plongeurs vivants. Le record de pression subi par les testeurs en laboratoire est presque le double des capacités des sous-marins. Il n'y a rien d'incroyable ici : les cellules de tous les organismes vivants sont remplies de la même eau, qui transfère librement la pression dans toutes les directions.

Les cellules ne résistent pas à la colonne d'eau, comme les coques solides des sous-marins ; elles compensent la pression externe par la pression interne. Il n’est pas étonnant que les habitants des « fumeurs noirs », notamment les vers ronds et les crevettes, prospèrent à plusieurs kilomètres de profondeur dans les fonds marins. Certains types de bactéries peuvent très bien résister à des milliers d’atmosphères. L'homme ne fait pas exception ici, la seule différence est qu'il a besoin d'air.

Sous la surface

Oxygène Les tubes respiratoires en roseaux étaient connus des Mohicans de Fenimore Cooper. Aujourd’hui, les tiges creuses des plantes ont été remplacées par des tubes en plastique, « de forme anatomique » et dotés d’embouts confortables. Cependant, cela ne les a pas rendus plus efficaces : les lois de la physique et de la biologie interfèrent.

Déjà à un mètre de profondeur, la pression sur la poitrine monte à 1,1 atm - 0,1 atm de colonne d'eau est ajoutée à l'air lui-même. Ici, respirer nécessite un effort notable des muscles intercostaux, et seuls les athlètes entraînés peuvent y faire face. Dans le même temps, même leur force ne durera pas longtemps et à une profondeur maximale de 4 à 5 m, et les débutants ont du mal à respirer même à un demi-mètre. De plus, plus le tube est long, plus il contient d’air. Le volume courant « de travail » des poumons est en moyenne de 500 ml, et après chaque expiration, une partie de l'air évacué reste dans le tube. Chaque respiration apporte moins d'oxygène et plus de dioxyde de carbone.

Une ventilation forcée est nécessaire pour fournir de l'air frais. En pompant du gaz sous une pression accrue, vous pouvez faciliter le travail des muscles de la poitrine. Cette approche est utilisée depuis plus d'un siècle. Les pompes manuelles sont connues des plongeurs depuis le XVIIe siècle, et au milieu du XIXe siècle, les constructeurs anglais qui érigeaient les fondations sous-marines des supports de ponts travaillaient déjà depuis longtemps dans une atmosphère d'air comprimé. Pour le travail, des chambres sous-marines à parois épaisses et à fond ouvert ont été utilisées, dans lesquelles une pression élevée était maintenue. C'est-à-dire des caissons.

Plus de 10 m de profondeur

Azote Aucun problème n'est survenu lors des travaux dans les caissons eux-mêmes. Mais en revenant à la surface, les ouvriers du bâtiment développaient souvent des symptômes que les physiologistes français Paul et Vattel décrivaient en 1854 comme On ne paye qu'en sortant. Il peut s'agir de démangeaisons cutanées sévères ou de vertiges, de douleurs dans les articulations et les muscles. Dans les cas les plus graves, une paralysie s'est développée, une perte de conscience s'est produite, puis la mort.

Pour aller dans les profondeurs sans aucune difficulté liée à une pression extrême, vous pouvez utiliser des combinaisons spatiales robustes. Ce sont des systèmes extrêmement complexes capables de résister à une immersion de plusieurs centaines de mètres et de maintenir une pression confortable de 1 atm à l'intérieur. Il est vrai qu'ils sont très chers : par exemple, le prix d'une combinaison spatiale récemment introduite par la société canadienne Nuytco Research Ltd. EXOSUIT coûte environ un million de dollars.

Le problème est que la quantité de gaz dissoute dans un liquide dépend directement de la pression au-dessus de celui-ci. Ceci s'applique également à l'air, qui contient environ 21 % d'oxygène et 78 % d'azote (les autres gaz - dioxyde de carbone, néon, hélium, méthane, hydrogène, etc. - peuvent être négligés : leur teneur ne dépasse pas 1 %). Si l'oxygène est rapidement absorbé, l'azote sature simplement le sang et les autres tissus : avec une augmentation de la pression de 1 atm, 1 litre supplémentaire d'azote se dissout dans le corps.

Avec une diminution rapide de la pression, l'excès de gaz commence à être libéré rapidement, parfois moussant, comme une bouteille de champagne ouverte. Les bulles qui en résultent peuvent déformer physiquement les tissus, obstruer les vaisseaux sanguins et les priver d’apport sanguin, entraînant une grande variété de symptômes souvent graves. Heureusement, les physiologistes ont compris ce mécanisme assez rapidement et, déjà dans les années 1890, les accidents de décompression pouvaient être évités en réduisant progressivement et prudemment la pression jusqu'à la normale - afin que l'azote quitte le corps progressivement et que le sang et les autres liquides ne "bouillonnent pas". » .

Au début du XXe siècle, le chercheur anglais John Haldane a compilé des tableaux détaillés contenant des recommandations sur les modes optimaux de descente et de remontée, de compression et de décompression. Grâce à des expériences avec des animaux puis avec des humains - y compris lui-même et ses proches - Haldane a découvert que la profondeur maximale de sécurité sans nécessiter de décompression était d'environ 10 m, et encore moins pour une longue plongée. Le retour des profondeurs doit se faire progressivement et lentement pour laisser à l'azote le temps de se libérer, mais il est préférable de descendre assez rapidement, réduisant ainsi le temps nécessaire à l'excès de gaz pour pénétrer dans les tissus corporels. De nouvelles limites de profondeur se sont révélées aux gens.

Plus de 40 m de profondeur

Hélium La lutte contre la profondeur s’apparente à une course aux armements. Ayant trouvé un moyen de surmonter l'obstacle suivant, les gens ont fait quelques pas supplémentaires et ont rencontré un nouvel obstacle. Ainsi, après un accident de décompression, un fléau est apparu, que les plongeurs appellent presque affectueusement « l'écureuil d'azote ». Le fait est que dans des conditions hyperbares, ce gaz inerte ne commence pas à agir plus mal que l'alcool fort. Dans les années 1940, l’effet intoxicant de l’azote a été étudié par un autre John Haldane, le fils de « celui-là ». Les expériences dangereuses de son père ne le dérangeaient pas du tout et il continuait ses expériences difficiles sur lui-même et sur ses collègues. "L'un de nos sujets a subi une rupture pulmonaire", a écrit le scientifique dans le journal, "mais il est maintenant en convalescence".

Malgré toutes les recherches, le mécanisme de l'intoxication à l'azote n'a pas été établi en détail - cependant, on peut en dire autant de l'effet de l'alcool ordinaire. Les deux perturbent la transmission normale du signal au niveau des synapses des cellules nerveuses et peuvent même modifier la perméabilité des membranes cellulaires, transformant les processus d'échange d'ions à la surface des neurones en un chaos complet. Extérieurement, les deux se manifestent de la même manière. Un plongeur qui « a attrapé un écureuil d'azote » perd le contrôle de lui-même. Il peut paniquer et couper les tuyaux, ou, à l'inverse, se laisser emporter en racontant des blagues à un banc de requins joyeux.

D'autres gaz inertes ont également un effet narcotique, et plus leurs molécules sont lourdes, moins il faut de pression pour que cet effet se manifeste. Par exemple, le xénon anesthésie dans des conditions normales, mais l'argon plus léger n'anesthésie que sous plusieurs atmosphères. Cependant, ces manifestations sont profondément individuelles, et certaines personnes, en plongée, ressentent une intoxication à l'azote beaucoup plus tôt que d'autres.

Vous pouvez vous débarrasser de l'effet anesthésique de l'azote en réduisant son apport dans l'organisme. C'est ainsi que fonctionnent les mélanges respiratoires nitrox, contenant une proportion accrue (parfois jusqu'à 36 %) d'oxygène et, par conséquent, une quantité réduite d'azote. Il serait encore plus tentant de passer à l’oxygène pur. Après tout, cela permettrait de quadrupler le volume des cylindres respiratoires ou de quadrupler le temps de travail avec eux. Cependant, l'oxygène est un élément actif et, en cas d'inhalation prolongée, il est toxique, notamment sous pression.

L'oxygène pur provoque une intoxication et une euphorie et entraîne des lésions des membranes des cellules des voies respiratoires. Dans le même temps, le manque d'hémoglobine libre (réduite) rend difficile l'élimination du dioxyde de carbone, conduit à une hypercapnie et à une acidose métabolique, déclenchant des réactions physiologiques d'hypoxie. Une personne s'étouffe, malgré le fait que son corps dispose de suffisamment d'oxygène. Comme l'a établi le même Haldane Jr., même à une pression de 7 atm, vous ne pouvez respirer de l'oxygène pur que quelques minutes au maximum, après quoi des troubles respiratoires, des convulsions commencent - tout ce qui dans l'argot de la plongée est appelé le mot court « black-out ». .

Respiration liquide

L'approche encore semi-fantastique pour conquérir la profondeur consiste à utiliser des substances capables de prendre en charge l'apport de gaz au lieu de l'air - par exemple, le perftoran, un substitut du plasma sanguin. En théorie, les poumons peuvent être remplis de ce liquide bleuâtre et, en le saturant d'oxygène, le pomper à l'aide de pompes, permettant ainsi une respiration sans aucun mélange gazeux. Cependant, cette méthode reste profondément expérimentale ; de nombreux experts la considèrent comme une impasse et, par exemple, aux États-Unis, l'utilisation du perftoran est officiellement interdite.

Par conséquent, la pression partielle de l'oxygène lors de la respiration en profondeur est maintenue encore plus basse que d'habitude et l'azote est remplacé par un gaz sûr et non euphorisant. L’hydrogène léger serait mieux adapté que les autres, sans son explosivité lorsqu’il est mélangé à l’oxygène. En conséquence, l’hydrogène est rarement utilisé et le deuxième gaz le plus léger, l’hélium, est devenu un substitut courant à l’azote dans le mélange. Sur sa base, des mélanges respiratoires oxygène-hélium ou oxygène-hélium-azote sont produits - héliox et trimix.

Plus de 80 m de profondeur

Mélanges complexes Il convient de dire ici que la compression et la décompression à des pressions de dizaines et centaines d'atmosphères prennent beaucoup de temps. À tel point que cela rend inefficace le travail des plongeurs industriels - par exemple lors de l'entretien des plates-formes pétrolières offshore. Le temps passé en profondeur devient beaucoup plus court que les longues descentes et remontées. Déjà une demi-heure à 60 m correspond à plus d'une heure de décompression. Après une demi-heure à 160 m, il faudra plus de 25 heures pour revenir – et pourtant les plongeurs doivent descendre plus bas.

C’est pourquoi les chambres à pression en eaux profondes sont utilisées à ces fins depuis plusieurs décennies. Les gens y vivent parfois des semaines entières, travaillant par équipes et faisant des excursions à l'extérieur par le sas : la pression du mélange respiratoire dans la « maison » est maintenue égale à la pression du milieu aquatique environnant. Et bien que la décompression lors d'une remontée à partir de 100 m prenne environ quatre jours, et à partir de 300 m - plus d'une semaine, une période décente de travail en profondeur rend ces pertes de temps tout à fait justifiées.

Des méthodes d'exposition prolongée à des environnements à haute pression ont été développées depuis le milieu du XXe siècle. De grands complexes hyperbares ont permis de créer la pression requise dans des conditions de laboratoire, et les courageux testeurs de l'époque ont établi un record après l'autre, se déplaçant progressivement vers la mer. En 1962, Robert Stenuis passe 26 heures à 61 m de profondeur, devenant ainsi le premier aquanaute, et trois ans plus tard, six Français, respirant du trimix, vivent à 100 m de profondeur pendant près de trois semaines.

Ici, de nouveaux problèmes ont commencé à surgir, liés au long séjour des gens dans l'isolement et dans un environnement extrêmement inconfortable. En raison de la conductivité thermique élevée de l'hélium, les plongeurs perdent de la chaleur à chaque expiration du mélange gazeux et, dans leur « maison », ils doivent maintenir une atmosphère constamment chaude - environ 30 ° C, et l'eau crée une humidité élevée. De plus, la faible densité de l'hélium modifie le timbre de la voix, compliquant sérieusement la communication. Mais même toutes ces difficultés réunies ne mettraient pas de limite à nos aventures dans le monde hyperbare. Il existe des restrictions plus importantes.

En dessous de 600 m

Limite Dans des expériences en laboratoire, des neurones individuels se développant « in vitro » ne tolèrent pas bien une pression extrêmement élevée, démontrant une hyperexcitabilité erratique. Il semble que cela modifie considérablement les propriétés des lipides de la membrane cellulaire, de sorte qu’il est impossible de résister à ces effets. Le résultat peut également être observé dans le système nerveux humain soumis à une pression énorme. Il commence à « s’éteindre » de temps en temps, tombant dans de courtes périodes de sommeil ou de stupeur. La perception devient difficile, le corps est saisi de tremblements, la panique commence : un syndrome nerveux de haute pression (HBP) se développe, provoqué par la physiologie même des neurones.

En plus des poumons, le corps possède d’autres cavités qui contiennent de l’air. Mais ils communiquent avec l'environnement par des canaux très minces, et la pression qui y règne ne s'égalise pas instantanément. Par exemple, les cavités de l'oreille moyenne ne sont reliées au nasopharynx que par une trompe d'Eustache étroite, qui est également souvent obstruée par du mucus. Les inconvénients associés sont familiers à de nombreux passagers d'avion qui doivent fermer hermétiquement le nez et la bouche et expirer brusquement, égalisant ainsi la pression de l'oreille et de l'environnement extérieur. Les plongeurs utilisent également ce type de « soufflage » et lorsqu'ils ont le nez qui coule, ils essaient de ne pas plonger du tout.

L’ajout de petites quantités (jusqu’à 9 %) d’azote au mélange oxygène-hélium permet d’atténuer quelque peu ces effets. Par conséquent, les plongées records sur héliox atteignent 200-250 m et sur trimix contenant de l'azote - environ 450 m en pleine mer et 600 m dans une chambre de compression. Les aquanautes français sont devenus – et restent toujours – les législateurs en la matière. L'air alternatif, les mélanges respiratoires complexes, les modes de plongée et de décompression délicats dans les années 1970 ont permis aux plongeurs de franchir la barre des 700 m de profondeur, et la société COMEX, créée par les étudiants de Jacques Cousteau, est devenue le leader mondial de la maintenance en plongée des plates-formes pétrolières offshore. Les détails de ces opérations restent un secret militaire et commercial, c'est pourquoi les chercheurs d'autres pays tentent de rattraper les Français, avançant à leur manière.

En essayant d'aller plus loin, des physiologistes soviétiques ont étudié la possibilité de remplacer l'hélium par des gaz plus lourds, comme le néon. Des expériences visant à simuler une plongée à 400 m dans une atmosphère d'oxygène et de néon ont été réalisées dans le complexe hyperbare de l'Institut des problèmes médicaux et biologiques de Moscou (IMBP) de l'Académie des sciences de Russie et dans l'Institut de recherche secret « sous-marin »-40. du ministère de la Défense, ainsi qu'à l'Institut de recherche en océanologie du nom. Chirchova. Cependant, la lourdeur du néon a montré ses inconvénients.

On peut calculer que déjà à une pression de 35 atm, la densité du mélange oxygène-néon est égale à la densité du mélange oxygène-hélium à environ 150 atm. Et puis - plus encore : nos voies respiratoires ne sont tout simplement pas adaptées pour « pomper » un environnement aussi épais. Les testeurs de l'IBMP ont rapporté que lorsque les poumons et les bronches travaillent avec un mélange aussi dense, une sensation étrange et lourde apparaît, « comme si vous ne respiriez pas, mais buviez de l'air ». Lorsqu'ils sont éveillés, les plongeurs expérimentés sont encore capables d'y faire face, mais pendant les périodes de sommeil - et il est impossible d'atteindre une telle profondeur sans passer de longues journées à descendre et à remonter - ils sont constamment réveillés par une sensation de panique d'étouffement. Et bien que les aquanautes militaires du NII-40 aient réussi à atteindre la barre des 450 mètres et à recevoir des médailles bien méritées de héros de l'Union soviétique, cela n'a pas fondamentalement résolu le problème.

De nouveaux records de plongée sont peut-être encore établis, mais nous avons apparemment atteint la dernière frontière. La densité insupportable du mélange respiratoire, d'une part, et le syndrome nerveux des hautes pressions, d'autre part, ont apparemment mis la limite définitive aux déplacements humains sous pression extrême.

Recherche océanique.

21. De l'histoire de la conquête des grands fonds.

© Vladimir Kalanov,
"La connaissance, c'est le pouvoir".

Il est impossible d’étudier l’océan mondial sans plonger dans ses profondeurs. L'étude de la surface des océans, de leur taille et de leur configuration, des courants de surface, des îles et des détroits se poursuit depuis de nombreux siècles et a toujours été une tâche extrêmement difficile et dangereuse. L’étude des profondeurs océaniques ne présente pas moins de difficultés, et certaines difficultés restent encore aujourd’hui insurmontables.

L'homme, ayant plongé pour la première fois sous l'eau dans l'Antiquité, n'a bien sûr pas poursuivi l'objectif d'étudier les profondeurs de la mer. Ses tâches étaient sûrement alors purement pratiques, ou, comme on dit aujourd'hui, pragmatiques, par exemple : récupérer une éponge ou des coquillages du fond de la mer pour se nourrir.

Et lorsque de belles boules de perles étaient trouvées dans les coquillages, le plongeur les apportait dans sa cabane et les offrait à sa femme comme décoration, ou les prenait pour lui dans le même but. Seules les personnes vivant au bord des mers chaudes pouvaient plonger dans l’eau et devenir plongeurs. Ils ne risquaient pas d'attraper un rhume ou d'avoir des crampes musculaires sous l'eau.

L'ancien plongeur, prenant un couteau et un filet pour ramasser ses proies, saisit une pierre entre ses jambes et se jeta dans l'abîme. Cette hypothèse est assez simple à formuler, car c'est encore ce que font encore les pêcheurs de perles des mers Rouge et d'Arabie ou les plongeurs professionnels de la tribu indienne Parawa. Ils ne connaissent ni les équipements de plongée ni les masques. Tout leur équipement est resté exactement le même qu’il y a cent ou mille ans.

Mais un plongeur n'est pas un plongeur. Un plongeur n'utilise sous l'eau que ce que la nature lui a donné, et un plongeur utilise des appareils et des équipements spéciaux pour plonger plus profondément dans l'eau et y rester plus longtemps. Un plongeur, même bien entraîné, ne peut rester sous l’eau plus d’une minute et demie. La profondeur maximale à laquelle il peut plonger ne dépasse pas 25 à 30 mètres. Seuls quelques détenteurs de records sont capables de retenir leur souffle pendant 3 à 4 minutes et de plonger un peu plus profondément.

Si vous utilisez un appareil aussi simple qu'un tube respiratoire, vous pouvez rester sous l'eau assez longtemps. Mais à quoi ça sert si la profondeur d’immersion ne peut pas dépasser un mètre ? Le fait est qu'à de plus grandes profondeurs, il est difficile d'inspirer à travers un tube : une plus grande force des muscles de la poitrine est nécessaire pour vaincre la pression de la respiration agissant sur le corps humain, alors que les poumons sont sous pression atmosphérique normale.

Déjà dans les temps anciens, des tentatives ont été faites pour utiliser des appareils primitifs pour respirer à faible profondeur. Par exemple, à l'aide de poids, une sorte de récipient en forme de cloche renversé était abaissé jusqu'au fond, et le plongeur pouvait utiliser l'alimentation en air de ce récipient. Mais il n'était possible de respirer dans une telle cloche que pendant quelques minutes, car l'air était rapidement saturé de dioxyde de carbone expiré et devenait impropre à la respiration.

Lorsque l'homme a commencé à explorer l'océan, des problèmes sont survenus avec l'invention et la fabrication des appareils de plongée nécessaires non seulement pour respirer, mais aussi pour voir dans l'eau. Une personne ayant une vision normale, ouvrant les yeux dans l'eau, voit très faiblement les objets environnants, comme dans un brouillard. Cela s'explique par le fait que l'indice de réfraction de l'eau est presque égal à l'indice de réfraction de l'œil lui-même. Par conséquent, l’objectif ne peut pas focaliser l’image sur la rétine et la focalisation de l’image se situe loin derrière la rétine. Il s'avère qu'une personne dans l'eau devient extrêmement hypermétrope - jusqu'à plus 20 dioptries et plus. De plus, le contact direct avec la mer et même l’eau douce provoque des irritations et des douleurs oculaires.

Même avant l'invention des lunettes sous-marines et des masques en verre, les plongeurs des siècles passés renforçaient des plaques devant leurs yeux, les scellant avec un morceau de tissu imbibé de résine. Les plaques étaient constituées des sections de corne polies les plus fines et présentaient une certaine transparence. Sans de tels dispositifs, il était impossible d'effectuer de nombreux travaux lors de la construction de ports, de l'approfondissement des ports, de la recherche et du renflouement des navires coulés, des marchandises, etc.

En Russie, à l'époque de Pierre Ier, lorsque le pays atteignait la côte maritime, la plongée acquit une importance pratique.

La Russie a toujours été célèbre pour ses artisans, dont l'écrivain Ershov a dressé un portrait généralisé à l'image de Lefty, qui chaussait une puce anglaise. L'un de ces artisans est entré dans l'histoire de la technologie sous Pierre Ier. C'était Efim Nikonov, un paysan du village de Pokrovskoye près de Moscou, qui a fabriqué en 1719 un sous-marin en bois (« navire caché ») et a également proposé la conception de une combinaison de plongée en cuir avec un baril pour l'air, qui était portée sur la tête et avait des fenêtres pour les yeux. Mais il n'a pas pu mettre la conception de la combinaison de plongée dans les conditions de fonctionnement requises, car son « vaisseau caché » n'a pas résisté au test et a coulé dans le lac, à la suite de quoi E. Nikonov s'est vu refuser les fonds. L'inventeur, bien sûr, ne pouvait pas savoir que dans son scaphandre avec un baril d'air sur la tête, une personne ne serait de toute façon pas capable de tenir plus de 2-3 minutes.

Le problème de la respiration sous l'eau avec l'apport d'air frais au plongeur n'a pu être résolu avant plusieurs siècles. Au Moyen Âge et même plus tard, les inventeurs n’avaient aucune idée de la physiologie de la respiration et des échanges gazeux dans les poumons. Voici un exemple qui frise le curieux. En 1774, l'inventeur français Fremins proposa un modèle pour travailler sous l'eau, composé d'un casque relié par des tubes de cuivre à un petit réservoir d'air. L'inventeur pensait que la différence entre l'air inhalé et expiré était uniquement la différence de température. Il espérait que l'air expiré, passant sous l'eau à travers les tubes, se refroidirait et redeviendrait respirable. Et lorsque, lors des tests de cet appareil, le plongeur a commencé à s'étouffer au bout de deux minutes, l'inventeur a été terriblement surpris.

Lorsqu'il est devenu clair que pour qu'une personne puisse travailler sous l'eau, l'air frais devait être fourni en permanence, ils ont commencé à réfléchir aux moyens de le fournir. Au début, ils ont essayé d'utiliser des soufflets comme ceux de forgeron à cet effet. Mais cette méthode n'a pas réussi à fournir de l'air à une profondeur supérieure à un mètre - le soufflet n'a pas créé la pression nécessaire.

Ce n'est qu'au début du 19ème siècle qu'une pompe à air sous pression a été inventée, qui fournissait de l'air au plongeur à une profondeur importante.

Pendant un siècle, la pompe à air était actionnée à la main, puis les pompes mécaniques sont apparues.

Les premières combinaisons de plongée avaient des casques ouverts en bas, dans lesquels de l'air était pompé via un tuyau. L'air expiré sortait par le bord ouvert du casque. Un plongeur vêtu d'une telle combinaison, pour ainsi dire, ne pouvait travailler qu'en position verticale, car même une légère inclinaison du sous-marinier entraînait le remplissage du casque avec de l'eau. Les inventeurs de ces premiers scaphandres étaient indépendamment l'un de l'autre l'Anglais A. Siebe (1819) et le mécanicien de Cronstadt Gausen (en 1829). Bientôt, ils ont commencé à produire des combinaisons de plongée améliorées, dans lesquelles le casque était hermétiquement relié à la veste et l'air expiré était libéré du casque à l'aide d'une valve spéciale.

Mais la version améliorée de la combinaison de plongée n'offrait pas au plongeur une totale liberté de mouvement. Le tuyau d'air lourd gênait le travail et limitait l'amplitude de mouvement. Même si ce tuyau était vital pour le sous-marinier, il était souvent la cause de sa mort. Cela s'est produit lorsque le tuyau a été pincé par un objet lourd ou endommagé par une fuite d'air.

La tâche de développer et de fabriquer un équipement de plongée dans lequel le sous-marinier ne dépendrait pas de l'approvisionnement en air provenant d'une source externe et serait totalement libre de ses mouvements s'est posée en toute clarté et nécessité.

De nombreux inventeurs ont relevé le défi de concevoir de tels équipements autonomes. Plus de cent ans se sont écoulés depuis la fabrication des premières combinaisons de plongée, et ce n'est qu'au milieu du 20e siècle qu'est apparu un appareil connu sous le nom de scaphandre autonome. La partie principale de l'équipement de plongée est l'appareil respiratoire, inventé par le célèbre explorateur français des profondeurs océaniques, plus tard le scientifique de renommée mondiale Jacques-Yves Cousteau et son collègue Emile Gagnan. Au plus fort de la Seconde Guerre mondiale, en 1943, Jacques-Yves Cousteau et ses amis Philippe Taillet et Frédéric Dumas testent pour la première fois un nouveau dispositif d'immersion dans l'eau. La plongée (du latin aqua - eau et de l'anglais poumon - poumon) est un appareil à dos composé de bouteilles d'air comprimé et d'un appareil respiratoire. Des tests ont montré que l'appareil fonctionne avec précision, le plongeur inhale facilement et sans effort de l'air propre et frais provenant d'un cylindre en acier. Le plongeur plonge et remonte librement, sans ressentir aucune gêne.

Pendant le fonctionnement, l'équipement de plongée a été structurellement modifié, mais en général sa structure est restée inchangée. Cependant, aucune modification de conception ne donnera à la bouteille de plongée la possibilité de plonger profondément. Un plongeur, comme un plongeur en scaphandre souple recevant de l'air via un tuyau, ne peut pas franchir la barrière des cent mètres de profondeur sans risquer sa vie. Le principal obstacle reste ici le problème de la respiration.

L'air que respirent toutes les personnes à la surface de la Terre lorsqu'un plongeur plonge à une profondeur de 40 à 60 mètres provoque une intoxication semblable à une intoxication alcoolique. Ayant atteint la profondeur spécifiée, le sous-marinier perd soudain le contrôle de ses actions, ce qui se termine souvent tragiquement. Il a été établi que la principale raison d'une telle « intoxication profonde » est l'effet de l'azote sous haute pression sur le système nerveux. L’azote contenu dans les bouteilles de plongée a été remplacé par de l’hélium inerte, et « l’intoxication profonde » a cessé de se produire, mais un autre problème est apparu. Le corps humain est très sensible au pourcentage d’oxygène présent dans le mélange inhalé. À pression atmosphérique normale, l’air qu’une personne respire devrait contenir environ 21 % d’oxygène. Avec une telle teneur en oxygène dans l'air, l'homme a parcouru tout le long chemin de son évolution. Si, à pression normale, la teneur en oxygène diminue à 16 pour cent, un manque d'oxygène se produit, ce qui provoque une perte soudaine de conscience. Pour une personne sous l'eau, cette situation est particulièrement dangereuse. Une augmentation de la teneur en oxygène du mélange inhalé peut provoquer une intoxication, entraînant un œdème pulmonaire et une inflammation. À mesure que la pression augmente, le risque d’intoxication à l’oxygène augmente. Selon les calculs, à une profondeur de 100 mètres, le mélange inhalé ne devrait contenir que 2 à 6 pour cent d'oxygène et à une profondeur de 200 m - pas plus de 1 à 3 pour cent. Ainsi, les appareils respiratoires doivent garantir que la composition du mélange inhalé change au fur et à mesure que le sous-marinier plonge en profondeur. L'assistance médicale pour la plongée sous-marine d'une personne en combinaison souple est d'une importance primordiale.

D'une part, l'empoisonnement à l'oxygène et, d'autre part, l'étouffement dû au manque du même oxygène, menacent constamment une personne descendant dans les profondeurs. Mais ce n'est pas assez. Tout le monde connaît désormais ce qu'on appelle maladie de décompression. Rappelons-nous ce que c'est. À haute pression, les gaz qui composent le mélange respiratoire se dissolvent dans le sang du plongeur. La majorité de l’air respiré par un plongeur est de l’azote. Son importance pour la respiration est qu'il dilue l'oxygène. Avec une chute rapide de la pression, lorsque le plongeur remonte à la surface, l'excès d'azote n'a pas le temps d'être éliminé par les poumons, et des bulles d'azote se forment dans le sang, et le sang semble bouillir. Les bulles d'azote obstruent les petits vaisseaux sanguins, provoquant une faiblesse, des étourdissements et parfois une perte de conscience. Ce sont des manifestations d’un accident de décompression (embolie). Lorsque des bulles d'azote (ou d'autres gaz composant le mélange respiratoire) pénètrent dans les gros vaisseaux du cœur ou du cerveau, le flux sanguin dans ces organes s'arrête, c'est-à-dire que la mort survient.

Pour éviter les accidents de décompression, la remontée du plongeur doit se faire lentement, avec des arrêts, pour que se produise ce qu'on appelle la décompression du corps, c'est-à-dire pour que l'excès de gaz dissous ait le temps de quitter progressivement le sang par les poumons. En fonction de la profondeur de la plongée, le temps de remontée et le nombre d'arrêts sont calculés. Si un plongeur passe plusieurs minutes à de grandes profondeurs, alors le temps de sa descente et de sa remontée est calculé en plusieurs heures.

Ce qui a été dit confirme une fois de plus la simple vérité selon laquelle une personne ne peut pas vivre dans l’élément eau, qui a autrefois donné naissance à ses lointains ancêtres, et elle ne quittera jamais le firmament de la terre.

Mais pour comprendre le monde, y compris étudier l’océan, les gens s’efforcent constamment de maîtriser la profondeur de l’océan. Les gens effectuaient des plongées profondes dans des combinaisons de plongée souples, sans même d’équipement tel qu’un équipement de plongée.

Le premier à descendre à une profondeur record de 135 mètres fut l'Américain Mac Nol en 1937, et deux ans plus tard, les plongeurs soviétiques L. Kobzar et P. Vygularny, respirant un mélange d'hélium, atteignirent une profondeur de 157 mètres. Il aura fallu dix ans pour atteindre la barre des 200 mètres. Deux autres plongeurs soviétiques, B. Ivanov et I. Vyskrebentsev, sont descendus à cette profondeur en 1949.

En 1958, un scientifique dont la spécialité était loin de la plongée sous-marine s'intéresse à la plongée. C'était un jeune mathématicien, alors âgé de 26 ans, qui avait déjà le titre de professeur à l'Université de Zurich, Hans Keller. Agissant secrètement avec d'autres spécialistes, il a conçu l'équipement, calculé la composition des mélanges gazeux et les temps de décompression et a commencé la formation. Un an plus tard, à l'aide d'un appareil en forme de cloche de plongée, il coule au fond du lac de Zurich à une profondeur de 120 mètres. G. Keller a atteint des temps de décompression record. Comment il y était parvenu était son secret. Il rêvait d'un record du monde de profondeur de plongée.

L'US Navy s'intéresse aux travaux de G. Keller et la prochaine plongée est prévue pour le 4 décembre 1962 dans le golfe de Californie. Il était prévu de faire descendre G. Keller et le journaliste anglais Peter Small du navire américain «Eureka» à l'aide d'un ascenseur sous-marin spécialement conçu jusqu'à une profondeur de 300 mètres, où ils hisseraient les drapeaux nationaux suisse et américain. Depuis l'Eureka, la plongée était surveillée à l'aide de caméras de télévision. Peu de temps après la descente de l'ascenseur, une seule personne est apparue à l'écran. Il est devenu clair que quelque chose d’inattendu s’était produit. Il a ensuite été déterminé qu'il y avait une fuite dans l'ascenseur sous-marin et les deux aquanautes ont perdu connaissance. Lorsque l'ascenseur a été soulevé à bord du navire, G. Keller a rapidement repris ses esprits et P. Small était déjà mort avant que l'ascenseur ne soit soulevé. En plus de lui, un autre plongeur du groupe de soutien, l'étudiant K. Whittaker, est décédé. Les recherches pour retrouver son corps ont été vaines. Ce sont les tristes résultats des violations des règles de sécurité en plongée.

À propos, G. Keller a ensuite poursuivi en vain le record : déjà en 1956, trois plongeurs soviétiques - D. Limbens, V. Shalaev et V. Kurochkin - ont visité une profondeur de trois cents mètres.

Les années suivantes, les plongées les plus profondes allaient jusqu'à 600 mètres ! ont été réalisés par des plongeurs de la société française Comex, qui réalise des travaux techniques dans l'industrie pétrolière sur le plateau océanique.

Un plongeur vêtu d’une combinaison souple et doté de l’équipement de plongée le plus avancé peut rester à une telle profondeur en quelques minutes. Nous ne savons pas quelle urgence, quelles raisons ont poussé les dirigeants de la société française mentionnée à risquer la vie des plongeurs, en les envoyant dans des profondeurs extrêmes. Nous soupçonnons cependant que la raison ici est la plus triviale : le même amour désintéressé de l’argent et du profit.

Probablement, une profondeur de 600 mètres dépasse déjà la limite physiologique de plongée pour une personne en scaphandre souple. Il n’est guère nécessaire de tester davantage les capacités du corps humain ; elles ne sont pas illimitées. De plus, la personne a déjà pénétré à une profondeur dépassant largement la ligne des 600 mètres, mais pas en scaphandre, mais dans des appareils isolés de l'environnement extérieur. Il est devenu clair pour les chercheurs depuis longtemps qu'une personne ne peut être descendue à de grandes profondeurs sans risque pour sa vie que dans des chambres métalliques solides, où la pression de l'air correspond à la pression atmosphérique normale. Cela signifie qu'il faut avant tout assurer la solidité et l'étanchéité de ces chambres et créer une alimentation en air avec la possibilité d'évacuer l'air évacué ou de le régénérer. En fin de compte, de tels dispositifs ont été inventés et les chercheurs y sont descendus à de grandes profondeurs, jusqu'aux profondeurs extrêmes de l'océan mondial. Ces appareils sont appelés bathysphères et bathyscaphes. Avant de se familiariser avec ces appareils, nous demandons aux lecteurs d'être patients et de lire notre bref historique de ce problème sur la page suivante du site Knowledge is Power.

© Vladimir Kalanov,
"La connaissance, c'est le pouvoir"

>>Pression au fond des mers et des océans. Exploration des fonds marins

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Bonjour chers lecteurs ! Dans cet article, le sujet principal sera l'exploration des océans du monde. L'océan est très beau et tentant, il abrite de nombreuses espèces de poissons différentes et plus encore, l'océan aide également notre Terre à produire de l'oxygène et joue un rôle important dans son climat. Mais les gens, relativement récemment, ont commencé à l'étudier en détail et ont été surpris par les résultats... En savoir plus à ce sujet...

est une science associée à l’étude. Cela nous aide également à approfondir considérablement nos connaissances sur les forces naturelles, notamment la formation des montagnes, les tremblements de terre et les éruptions volcaniques.

Les premiers explorateurs pensaient que l’océan était un obstacle pour atteindre des terres lointaines. Ils ne s'intéressaient guère à ce qu'il y avait dans les profondeurs des océans, malgré le fait que les océans du monde occupent plus de 70 % de la surface de la Terre.

C’est pour cette raison qu’il y a 150 ans déjà, l’idée dominante était que le fond océanique était une immense plaine dépourvue de tout élément de relief.

L'exploration scientifique de l'océan a commencé au XXe siècle. En 1872 - 1876 Le premier voyage sérieux à des fins scientifiques a eu lieu à bord du navire britannique Challenger, doté d'un équipement spécial et dont l'équipage était composé de scientifiques et de marins.

À bien des égards, les résultats de cette expédition océanographique ont enrichi les connaissances humaines sur les océans, leur flore et leur faune.

Dans les profondeurs de l'océan.

Sur le Challenger, pour mesurer les profondeurs de l'océan, il y avait des lignes spéciales, constituées de boules de plomb pesant 91 kg, ces boules étaient attachées à une corde de chanvre.

Il fallait plusieurs heures pour qu'une telle ligne soit abaissée jusqu'au fond d'une tranchée sous-marine et, de plus, cette méthode n'offrait bien souvent pas la précision requise pour mesurer de grandes profondeurs.

Dans les années 1920, les échosondeurs font leur apparition. Cela a permis de déterminer la profondeur de l'océan en quelques secondes seulement, à partir du temps écoulé entre l'envoi de l'impulsion sonore et la réception du signal réfléchi par le fond.

Les navires, équipés d'échosondeurs, ont mesuré la profondeur tout au long de la route et ont obtenu un profil du fond océanique. Le tout dernier système de sondage en haute mer, Gloria, est installé sur les navires depuis 1987. Ce système a permis de scanner les fonds marins par bandes de 60 m de large.

Auparavant utilisées pour mesurer les profondeurs des océans, les lignes de levé lestées étaient souvent équipées de petits tubes de sol permettant de prélever des échantillons de sol au fond de l'océan. Les échantillonneurs modernes sont lourds et volumineux et peuvent plonger jusqu'à une profondeur de 50 m dans les sédiments mous des fonds.

Découvertes majeures.

L'exploration intensive des océans a commencé après la Seconde Guerre mondiale. Les découvertes des années 1950 et 1960 liées aux roches de la croûte océanique ont révolutionné les géosciences.

Ces découvertes ont prouvé que les océans sont relativement jeunes et ont également confirmé que le mouvement des plaques lithosphériques qui les a donnés se poursuit aujourd'hui, modifiant lentement l'apparence de la Terre.

Le mouvement des plaques lithosphériques provoque des éruptions volcaniques et des tremblements de terre, et conduit également à la formation de montagnes. L'étude de la croûte océanique se poursuit.

Le navire "Glomar Challenger" dans la période 1968 - 1983. faisait un tour du monde. Il a fourni aux géologues des informations précieuses en forant des trous dans le fond océanique.

Le navire Resolution de la United Oceanographic Deep Drilling Society a effectué cette tâche dans les années 1980. Ce navire était capable d'effectuer des forages sous-marins à des profondeurs allant jusqu'à 8 300 m.

Les études sismiques fournissent également des données sur les roches des fonds marins : les ondes de choc envoyées depuis la surface de l’eau sont réfléchies différemment par les différentes couches de roches.

En conséquence, les scientifiques reçoivent des informations très précieuses sur d’éventuels gisements de pétrole et sur la structure des roches.

D D'autres instruments automatiques sont utilisés pour mesurer la vitesse et la température du courant à différentes profondeurs, ainsi que pour prélever des échantillons d'eau.

Les satellites artificiels jouent également un rôle important : ils surveillent les courants océaniques et les températures qui affectent .

C'est grâce à cela que nous recevons des informations très importantes sur le changement climatique et le réchauffement climatique.

Les plongeurs dans les eaux côtières peuvent facilement plonger jusqu'à 100 m de profondeur, mais vers des profondeurs plus grandes, ils plongent en augmentant et en relâchant progressivement la pression.

Cette méthode de plongée est utilisée avec succès pour détecter les navires coulés et dans les champs pétrolifères offshore.

Cette méthode donne beaucoup plus de flexibilité lors de la plongée qu'une cloche de plongée ou des combinaisons de plongée lourdes.

Submersibles.

Le moyen idéal pour explorer les océans est le sous-marin. Mais la plupart d’entre eux appartiennent aux militaires. C’est pour cette raison que les scientifiques ont créé leurs appareils.

Les premiers appareils de ce type sont apparus dans les années 1930-1940. Le lieutenant américain Donald Walsh et le scientifique suisse Jacques Piccard ont établi en 1960 un record du monde de plongée dans la zone la plus profonde du monde - dans la fosse des Mariannes de l'océan Pacifique (tranchée Challenger).

Sur le bathyscaphe "Trieste", ils sont descendus à une profondeur de 10 917 m et ont découvert dans les profondeurs de l'océan des poissons inhabituels.

Mais les événements les plus impressionnants dans un passé plus récent ont peut-être été ceux associés au petit bathyscaphe "Alvin", utilisé en 1985-1986. L'épave du Titanic a été étudiée à environ 4 000 m de profondeur.

Nous concluons : le vaste océan mondial a été très peu étudié et nous devons l’étudier de plus en plus en profondeur. Et qui sait quelles découvertes nous attendent dans le futur... C'est un grand mystère qui s'ouvre peu à peu à l'humanité grâce à l'exploration des océans du monde.