Détendeur
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Un détendeur est un mécanisme utilisé pour faire passer un gaz stocké dans un étage (bonbonne de gaz, bouteille de plongée, réserve à oxygène, accumulateur...) à une certaine pression, vers un étage où la pression est plus faible.
Un détendeur est présent dans le cycle suivi par un fluide, dans une pompe à chaleur.
Le détendeur est généralement utilisé en plongée sous-marine, il est le mécanisme qui permet à un plongeur de respirer l'air contenu dans sa bouteille de plongée à la pression à laquelle il évolue. L'arrivée du détendeur dans la pratique de la plongée sous-marine a aussi permit l'avènement du scaphandre autonome. Le détendeur d'un scaphandre autonome est à un tel point le principal élément qui le constitue que la plongée dite avec détendeur est synonyme de la plongée dite en scaphandre autonome. La seule différence entre ces deux termes est que le terme détendeur se réfère à un équipement en particulier et que le terme scaphandre autonome se référe aussi aux autres équipements nécessaires à la pratique de la plongée subaquatique (palmes, masque, ceinture de lest, combinaison etc).
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[modifier] Raisons de l'utilisation du détendeur en plongée
Un plongeur évolue, dans le cadre d'une plongée sportive, à une profondeur où la pression ambiante varie entre 1 et 7 bars (surface - 60 mètres) et les bouteilles de plongée contiennent de l'air (ou un mélange de gaz : nitrox) comprimé à 200 bars (soit 200 fois la pression atmosphérique).
Un détendeur a pour objet de ramener l'air comprimé à la pression ambiante pour pouvoir le respirer. En effet les poumons sont très sensibles aux différences de pression et peuvent subir des lésions circulatoires dès 0.25 bar de surpression, ou de sous-pression.
Un détendeur peut être à deux étages (modèle courant) ou à un étage (anciens modèles). Avec un détendeur à deux étages, l'air traverse le premier étage qui abaisse la pression de 200 bars à la pression ambiante plus 8 à 10 bars selon les modèles. Ce premier étage est fixé directement sur le robinet en haut de la bouteille. L'air circule ensuite via un tuyau jusqu'au deuxième étage qui délivre l'air à la pression ambiante. Ce deuxième étage se trouve sur l'embout au niveau de la bouche du plongeur. Les détendeurs à un étage réduisent directement la pression de 200 bars à la pression ambiante.
[modifier] Mécanisme
[modifier] Inventeurs
A l'état actuel des connaissances le plus ancien brevet de détendeur fut celui déposé le 14 novembre 1838 par le docteur Théodore Guillaumet[1], originaire d'Argentan. Ce premier détendeur était relié à la surface par une pompe et n'était donc pas autonome. Le détendeur de Guillaumet ne connut pas de suite, certainement à cause de l'absence d'un réservoir intermédiaire qui aurait assuré une réserve de sécurité en cas de rupture ou de séparation du tube fournisseur d'air. Cette invention fut à nouveau réalisée avec indépendance de celle de Guillaumet en 1860 par l'ingénieur des mines Benoit Rouquayrol (1826-1875). Son premier brevet, un « régulateur destiné à régulariser l'écoulement des gaz comprimés » fut déposé le 14 avril 1860[2], mais il était destiné aux sauvetage dans les mines en cas de « coup de grisou » ou de galeries inondées. Ce ne fut que lorsque Rouquayrol rencontra Auguste Denayrouze (1837-1883), lieutenant de vaisseau, que son invention fut appliquée à la plongée, selon une idée de ce dernier. Rouquayrol et Denayrouze déposèrent alors, le 11 mars 1864[3] un brevet de scaphandre autonome, l'« appareil plongeur Rouquayrol-Denayrouze ». D'autres brevets vinrent par la suite perfectionner leur invention. Dès son brevet de 1860 Rouquayrol incluait déjà un réservoir intermédiaire, en version alimentée par pompe ou en version autonome, avec réserve d'air comprimé, c'est pourquoi son « régulateur » pouvait fonctionner avec le minimum de sécurité requise, contrairement au détendeur de 1838 de Guillaumet. L'appareil plongeur Rouquayrol-Denayrouze fut homologué par la Marine Impériale Française dès 1864. En 1867 ses inventeurs le présentèrent à l'exposition universelle de Paris et remportèrent ainsi la médaille d'or. Cependant Rouquayrol et Denayrouze ne parvinrent tout de même pas à résoudre le problème d'une autonomie suffisante (une demie heure à 10 mètres de profondeur tout au plus) principalement à cause de la limite d'air comprimé que l'on pouvait faire contenir dans les réserves portatiles de l'époque (30 à 40 bars de pression, pas plus).
Le problème fut résolu en 1943, avec l'invention du détendeur moderne, à une époque où les bouteilles de gaz comprimés étaient devenues nettement plus solides que les réserves en cuivre ou en fer utilisées au XIXe siècle. L'invention du détendeur moderne est liée à la période de l'occupation allemande de la Seconde Guerre mondiale : la France connaissait alors une pénurie d'essence, constamment réquisitionnée par les Allemands. Émile Gagnan (ingénieur chez Air Liquide) obtint au début de la guerre, grâce à la société Piel (héritière de la société Rouquayrol-Denayrouze), un détendeur Rouquayrol-Denayrouze qu'il utilisait pour faire fonctionner des gazogènes de voiture. Il déposa alors son propre brevet de détendeur miniaturisé, en bakélite. Son patron, Henri Melchior, pensa que ce détendeur pouvait rendre service à son gendre, Jacques-Yves Cousteau, qui cherchait depuis déjà 1937 à mettre au point un scaphandre autonome efficace et à débit automatique (ou débit « à la demande »), car celui de l'époque devait être utilisé à la main (« manodétendeur » de Le Prieur). Melchior fit alors les présentations des deux hommes, qui se rencontrèrent à Paris en décembre 1942.
Cousteau adapta le détendeur de Gagnan à une réserve d'air comprimé et fit dans la Marne les premiers essais sub-aquatiques de son détendeur : quand le plongeur était à l’horizontale le détendeur fonctionnait correctement, mais quand il était debout il se mettait en débit continu et quand il était tête en bas il se bloquait. Cousteau et Gagnan apportèrent alors la même solution que Rouquayrol, Denayrouze et Commeinhes avaient apportée avant eux, ils ramenèrent l’expiration au niveau de la membrane du détendeur, qui équilibre l’air avec la pression ambiante et ferme le débit pendant l’expiration. Cela fonctionna. Cousteau partit alors pour Bandol, dans le Var, en ayant commandé à Gagnan de lui envoyer trois nouveaux prototypes, qu'il reçut le 28 juin 1943. Ces trois prototypes étaient destinés à Frédéric Dumas, Philippe Tailliez et Cousteau lui-même, afin de réaliser le premier essai en mer, en Méditérranée. L'essai eut lieu avec succès à la fin de juin, à la plage du Barry, dans la commune de Bandol, et en cette même année de 1943 Cousteau et Gagnan brevetèrent leur « scaphandre Cousteau Gagnan ». À la fin de la guerre quelques exemplaires de « Cousteau-Gagnan » furent construits, des prototypes, mais Cousteau et Gagnan brevetèrent le « CG-45 » en 1945 (« C » pour Cousteau, « G » pour Gagnan et « 45 » pour 1945), qui fut aussi commercialisé sous le nom de « Aqua-Lung » (terme anglais inventé par Cousteau à des fins de commercialisation et qui signifie « poumon aquatique »). Le CG-45 fut alors fabriqué en série à partir de 1946 et vendu dans le monde entier jusqu'à l'arrivée du Mistral (1955) et autres modèles toujours plus perfectionnés (Royal Mistral, Spiro 8, Cristal [1]...).
[modifier] Fonctionnement
Le mécanisme du détendeur repose sur un jeu de membranes et ressorts actionnant une arrivée d'air. Ce mécanisme est fait de telle manière qu'une dépression du côté de faible pression est nécessaire à l'ouverture de l'arrivée d'air. Cette dépression correspond à l'aspiration du plongeur. L'air arrive alors à un débit proportionnel à la dépression, ce qui donne, au final, et grâce à la membrane souple qui est en contact avec l'eau ambiante, un air décompressé avec la pression ambiante.
L'air ainsi distribué est froid, car le gaz refroidit lorsque sa pression diminue. Ce phénomène peut avoir des répercussions graves dans le cadre de plongée en eau très froide ou l'eau ambiante ne suffit plus à réchauffer le détendeur qui risque alors de givrer.
Film de démonstration Aqua Lung "Détendeurs eaux froides"
