 |
|
 |
Respirer de l'air… et vivre dans l'eau |
Avec des temps d'apnée dépassant les 8 minutes et des profondeurs atteintes allant jusqu'à 170 mètres, l'homme affiche certes un bon score pour un animal terrestre, mais reste très loin derrière les espèces marines respirant de l'air. Le cachalot pulvérise tous les records de profondeur avec des immersions estimées à 3000 mètres, alors que les tortues et les serpents marins peuvent se laisser aller à dormir sous l'eau pendant 6 heures. Ces performances sont rendues possibles par une adaptation du métabolisme et du comportement de ces animaux à la vie aquatique, qui, non seulement leur permet de réduire et d'optimiser leur consommation d'oxygène, mais aussi de se prémunir des risques que les incursions sous-marines font courir à ceux qui respirent de l'air. En effet, s'aventurer sous la mer, c'est s'exposer à une pression qui augmente de 1 bar tous les 10 mètres. A 1000 mètres, la pression ambiante est donc 100 fois plus importante que celle qui règne à la surface de l'eau. Les conséquences de cette augmentation de pression sont bien connues des plongeurs en scaphandre autonome. L'azote (l'air en contient 79%) devient toxique à partir de 40 mètres (ivresse des profondeurs), l'oxygène à partir de 60 mètres (crise hyperoxyque connue sous le nom "d'effet Paul Bert") et, si l'azote n'a pas rendu fou notre plongeur, le mélange respiré engendre une crise neurologique (Syndrome Neurologique des Hautes Pressions) au-delà de 100 mètres (180 mètres pour des mélanges hélium/azote/oxygène). Une fois au fond, remonter à la surface pose encore un autre problème : durant l'exposition à la pression (le temps du séjour en profondeur), l'azote contenu dans l'air se dissout dans le corps de l'animal. En remontant vers la surface (la pression diminue), les tissus vont alors restituer cet azote accumulé. Si la remontée est trop rapide, l'azote retourne dans le sang sous forme de bulles qui vont circuler, et risquent de bloquer dans le réseau artériel, entraînant en embolie gazeuse. Les cellules en aval ne sont alors plus approvisionnées en oxygène et meurent avec des conséquences pouvant être graves lorsqu'il s'agit, par exemple, de centres nerveux. C'est l'accident de décompression bien connu des plongeurs. Pour éviter cela, ces derniers effectuent des paliers de décompression et réalisent des remontées à vitesse lente et contrôlée pour laisser leur corps restituer l'azote en sursaturation. Contre l'accident de décompression, une seule solution pour les animaux apnéistes : emporter dans leurs poumons le moins possible d'air, et donc d'azote ! Ainsi, pas ou peu d'ivresse des profondeurs et un risque d'accident de décompression moindre. De nombreux mammifères marins choisissent donc la quantité d'air qu'ils emportent dans leurs poumons en fonction de la profondeur qu'ils cherchent à atteindre. Le phoque qui plonge profond limitera son inspiration. Ceux qui ont l'habitude de côtoyer ces animaux à plus de 70 mètres de fond, constatent que ces derniers expirent à cette profondeur afin de pouvoir continuer leur descente sans s'encombrer d'un air chargé d'azote indésirable. Les cachalots, eux, sont suspectés de produire un revêtement lipidique qui tapisse leurs voies aériennes. Cette "huile " aurait pour fonction de capturer l'azote de l'air et ainsi l'empêcher de se dissoudre dans les tissus de l'animal, les préservant ainsi de l'ivresse des profondeurs et des dangers de la décompression. Quant aux serpents de mers, leur peau est un organe qui intervient dans les échanges gazeux avec l'extérieur. Elle permettrait 20% des échanges d'oxygène (ça aide en apnée), la presque totalité de l'élimination du gaz carbonique, ainsi que l'évacuation de l'azote. 
De manière générale, chez les mammifères marins, les poumons sont proportionnellement plus petits que ceux des humains, et leurs cages thoraciques plus souples et plus musclées. Ils peuvent donc minimiser la quantité d'air qu'ils emmènent dans leurs poumons, et, pendant la plongée, faire remonter le volume d'air restant vers les bronches afin d'éviter que les gaz sous pression ne soient dissous dans le sang. Les bronches n'étant pas une zone où s'opère les échanges gazeux avec l'organisme, peu de gaz sous pression sera ainsi récupéré par l'organisme. Par ce biais, ces animaux se prémunissent des effets toxiques des gaz sous pression, ainsi que de l'accumulation d'azote dans leurs tissus durant la plongée et des risques d'accident de décompression qui en découlent. Néanmoins, une étude menée en 2004 sur des cachalots a montré que, malgré les dires de nombreuses personnes, ces derniers sont aussi sujets aux accidents de décompression . Les cétacés sont victimes d'accidents ostéoarticulaires appelés "bends" par les Anglo-saxons. Ces "bends" sont causés par la formation de bulles d'azote au niveau des articulations qui, sur le long terme, va entraîner des nécroses et déformations du tissu osseux. Ces séquelles ont été observées chez seize individus montrant que la présence d'ostéonécroses augmentait avec l'âge, donc avec l'expérience de plongeur de l'animal. Il semblerait que les cachalots observent naturellement un protocole de décompression (remontée lente, arrêt et "paliers" avant de remonter en surface). Néanmoins, des facteurs de stress pourraient parfois les pousser à faire surface trop rapidement, les exposant ainsi à un risque plus important d'accident de décompression. Les auteurs sur ce sujet incriminent d'ailleurs l'usage de sonars (entre autres les sonars basses fréquences utilisés par les militaires) qui seraient susceptibles de perturber l'animal, l'entraînant à adopter un comportement à risque, contraire à ses habitudes. Mais si les cétacés et autres espèces marines respirant de l'air minimisent la quantité d'air emportée dans leurs poumons pour se prémunir des effets toxiques et dangereux des gaz à haute pression, on peut se demander comment font ces derniers pour tenir d'aussi longues apnées. Le cachalot aligne des temps de plongée pouvant dépasser l'heure, les dauphins et les phoques sont coutumiers d'une vingtaine de minutes (qu'ils peuvent largement dépasser) et les tortues et serpents marins sont routiniers de la demi-heure en se laissant parfois aller à 2 heures et dépassant les 6 heures au repos. Chez les animaux, les deux grands consommateurs d'oxygène sont la régulation thermique et l'effort musculaire. Pour lutter contre le froid, les mammifères marins disposent (pour leur malheur car c'est pour cette graisse qu'ils sont chassés) d'un pannicule adipeux très épais qui leur fournit une protection thermique que nos combinaisons en néoprène sont loin d'égaler. Quant aux reptiles (serpents et tortues), la solution est simple : ce sont des animaux à sang froid. Ces animaux n'ont donc qu'un besoin minimal pour leur thermorégulation. Reste la consommation due à l'effort musculaire. Puisque ces animaux ne comptent pas sur leurs poumons pour emporter l'air dont ils ont besoin, ils doivent le stocker ailleurs. Une première solution consiste à augmenter le volume sanguin. La quantité de sang est deux fois plus importante chez le dauphin que chez l'homme (à poids équivalent). Ce sang est aussi surchargé en hémoglobine (deux fois plus chez le phoque), ce qui permet à un même volume de fixer plus d'oxygène. Ensuite, la quantité d'hémoglobine musculaire (la myoglobine) est accrue chez ces animaux marins, ce qui permet aux muscles eux-mêmes de transporter leur propre réserve d'oxygène. Après, il s'agit pour l'animal de maximiser l'utilisation de ce sang. Lors de l'apnée, il ralentit son rythme cardiaque (bradycardie) et augmente sa vasoconstriction afin de concentrer la circulation sanguine vers les organes essentiels (poumon, cœur, cerveau) et laisser le reste du corps se suffire de l'oxygène qu'il a stocké. Dernière invention de la nature, les réseaux admirables ou retia mirabilia. Il s'agit de ramifications sanguines intercalées sur le chemin des artères qui permettent de réguler la pression sanguine, de maintenir le débit constant et de fournir encore une réserve d'oxygène supplémentaire à l'animal. L'homme n'est donc que faiblement équipé pour rivaliser avec ces animaux marins en ce qui concerne les excursions sous-marines. Néanmoins, ces mêmes phénomènes (bradycardie, vasoconstriction) sont retrouvés chez les apnéistes humains ainsi qu'une accoutumance à l'élévation du taux de CO2 dans le sang, premier déclencheur du réflexe inspiratoire. On remarquera que chez les animaux marins, ce réflexe semble très amoindri, permettant à ces derniers de rester sous l'eau jusqu'à l'épuisement total de l'oxygène disponible. D'autres acclimatations sont encore nécessaires pour vivre dans la mer en respirant de l'air. Régulièrement, il faut dormir. Alors que certains serpents (du genre Laticauda) n'hésitent pas à revenir sur terre pour dormir, les autres espèces marines à respiration aérienne choisissent de dormir soit en surface, soit au fond de l'eau. Pour les cétacés, l'option surface semble généralisée. Mais comment dormir quand l'animal est obligé de continuer à se mouvoir pour ne pas couler ? Pour ces espèces, pas de sommeil profond possible. Le sommeil du dauphin, s'accompagne d'un mouvement constant pour ramener son évent hors de l'eau, respirer, se laisser couler, fermer l'évent… et ainsi de suite. L'animal montre une activité cérébrale marquée et sort automatiquement de son sommeil à la moindre alerte. Le procédé utilisé par les tortues luths est sans doute similaire puisque ces dernières passent la majorité de leur vie en haute mer, ne se rendant près des côtes que lors de la reproduction et de la nidification. Cependant, des papilles allongées présentes dans sa gorge leurs permettent d'extraire un peu d'oxygène de l'eau ce qui pourrait faciliter leur sommeil en surface. Le même phénomène se retrouve chez les autres reptiles qui eux, dorment au fond de l'eau (serpents marins, tortues vertes…). Néanmoins, les reptiles ont l'avantage de ne pas avoir à consommer d'oxygène pour maintenir la température de leur corps ce qui leur permet au repos une consommation très faible d'oxygène, et donc, de dormir sous l'eau. D'autres adaptations des animaux respirant de l'air à la vie marine sont encore à élucider. Par exemple, la façon dont certains mammifères assurent leur flottabilité à toutes profondeurs, ou encore, comment fonctionnent les échanges gazeux cutanés chez les serpents marins. On se contentera d'admirer la nature pour ses capacités d'adaptation qui ont permis à des espèces acclimatées à la terre et à l'air libre de regagner le milieu marin et d'y trouver leur place sans apparaître handicapés. L'homme-grenouille a sans doute encore beaucoup à évoluer. François Rebufat (2006) |
 ©ScaphInfo
|
Scaphinfo Contact |