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Haldane : le point sur ses travaux …

The Prevention of Compressed-air Illness, 1908

Haldane : le point sur ses travaux

La publication de 1908 établissait le premier modèle de désaturation et les premières tables de plongée en créant le concept des paliers de désaturation fonction de la profondeur maximum atteinte et du temps de plongée (qui s’opposaient à l’époque à une remontée lente et uniforme, indépendante de la profondeur et du temps de plongée).

Table des matières
  1. Haldane : le point sur ses travaux

Haldane : souvent cité … mais visiblement peu lu !

Une simple consultation sur le web permet de se rendre compte que Haldane est souvent cité à tort ou de manière imprécise, ce qui pose des difficultés aux moniteurs de plongée (Que croire ?), difficultés encore accrues pour les candidats au MF2 dans le cadre de leur préparation à l’examen (Que faut-il apprendre ?) :

Faisons le point sur la question.

À commencer par les auteurs de cet article fondateur (extrait de leur biographie publiée dans la traduction française : Prévention de la maladie de décompression, 2008.). Connaître leur histoire et leur parcours est essentiel à la compréhension de leurs travaux et des raisons qui ont fait qu’ils se sont retrouvés dans “l’aventure des premières tables de plongée“.

Par Alain FORET (BEES2/DESJEPS), traducteur de The Prevention of Compressed-air Illness, article scientifique de 100 pages écrit par A. E. BOYCOTT, G. C. C. DAMANT et J. S. HALDANE, publié en anglais en 1908 dans The Journal of Hygiene (Cambridge University Press).

Biographie résumée des auteurs

Tableau André Leclerc, collection A. Foret

John Scott HALDANE (1860-1936) est issu d’une grande famille écossaise. Son frère aîné, Richard, était membre de l’Académie des Sciences, philosophe, avocat, Secrétaire d’Etat à la Guerre – nous dirions aujourd’hui ministre de la Défense – et Lord Chancelier, fait Vicomte Haldane of Cloan en 1911 pour services rendus à la Nation. Haldane étudie la médecine à l’Université d’Edimbourg ainsi qu’à l’Université de Jena et débute une carrière d’enseignant-chercheur en se spécialisant sur la composition chimique et bactériologique de l’air, dans différents environnements : maisons, écoles, usines, etc.

En 1890, il entre au laboratoire de physiologie de son oncle J.S. Burdon Sanderson à Oxford pour se spécialiser dans la recherche sur la respiration, domaine dans lequel il excellera et obtiendra de nombreuses récompenses, dont la Royal Medal en 1916. 

Les travaux qu’il mène sur les effets physiologiques de l’air vicié, en collaboration avec Lorrain Smith (connu par la suite pour « l’Effet Lorrain Smith »), débouchent en 1892 sur la mise en évidence du rôle primordial du CO2 dans l’hyperpnée (exagération de l’amplitude et du rythme des mouvements respiratoires) et de l’importance du CO2 comme stimulus de la ventilation.

Il travaille également avec l’industrie minière, pour mieux comprendre les phénomènes gazeux pouvant conduire à la suffocation des mineurs. En particulier, il étudie les phénomènes d’empoisonnement au monoxyde de carbone (CO), allant même jusqu’à subir volontairement et personnellement les effets de ce gaz :

  1. Il démontre ainsi que l’hémoglobine a une affinité plus faible pour l’O2 lorsque la concentration en CO augmente (« effet Haldane »).
  2. Dans le même temps, il propose une méthode permettant d’estimer le niveau sanguin de carboxyhémoglobine en mesurant la pression partielle de CO dans l’air expiré (« relation de Haldane »).

Toujours en collaboration avec Lorrain Smith, Haldane propose, à la suite d’une visite à Christian Bohr à Copenhague, une méthode permettant de déterminer la tension d’oxygène dans le sang artériel partant des poumons.

De 1897 à 1902, Haldane se consacre principalement au perfectionnement des méthodes d’analyse de l’air (il propose un appareil d’analyse dès 1898), des gaz du sang et des dérivés de l’hémoglobine. A cette époque, Haldane est également membre de la commission de la Chambre de Commerce concernée par la composition de l’air dans le métro et les tunnels ferroviaires (1897), ainsi que de la commission du ministère de l’Intérieur sur les dangers de la fabrication et de l’utilisation du gaz à l’eau, comme par exemple pour l’éclairage des maisons (The use of carburetted water gas for domestic lighting purposes, British med. Journ., 24 février 1900, p. 466).

A partir de 1903, Haldane s’attache, à la demande du ministère de l’Intérieur, à rechercher l’origine d’incidents pathologiques observés chez les mineurs. Alors que les autorités suspectent une mauvaise ventilation, Haldane (Boycott et Haldane, Journal of Hygiene, 1904) prouve qu’il s’agit d’une ankylostomiase, affection provoquée par un ver parasite de l’homme (Ankylostoma duodenale).

En 1905, en collaboration avec John Gillies Priestley, Haldane publie un article fondamental, considéré aujourd’hui comme l’une de ses principales contributions à la physiologie. En s’appuyant sur les précédents travaux réalisés avec Lorrain Smith qui mettaient en évidence le rôle du CO2 comme stimulus de la respiration, les auteurs présentent les mécanismes de régulation de la ventilation pulmonaire.

C’est dans ce contexte que l’Amirauté, qui vient de créer une commission sur la plongée profonde (Admiralty Committee on Deep Diving), décide de faire appel aux services de John Scott Haldane. Par ses compétences professionnelles (physiologiste de renom, spécialiste de la respiration) et la réputation de sa famille (frère ministre), il réunit tous les atouts pour se voir confier une mission confidentiel-défense : effectuer des recherches dans le domaine de la plongée avec scaphandre lourd et proposer une méthode permettant de réduire les risques à la remontée pour les plongeurs de la Royal Navy.

Sources : 
Douglas C. G., Obituary notices of fellows of the Royal society, Harrison & Sons, pp. 115-139.
Haldane J. B. S., The scientific work of J. S. Haldane (1860-1936), Nature, 9 juillet 1960.
Encyclopaedia Britannica.

Arthur Edwin BOYCOTT (1877-1938) manifeste, dès sont enfance, un goût pour les sciences naturelles (l’étude des escargots en particulier). Après une scolarité à la Hereford Cathedral School, il intègre le Oriel College de Oxford et obtient, en 1898, un premier prix en physiologie.
Burdon Sanderson, John Scott Haldane et Ritchie sont les trois professeurs qui auront une grande influence sur sa carrière. Burdon Sanderson l’incite à se lancer dans la recherche scientifique ; John Scott Haldane l’amène sur le terrain de la physiologie humaine ; Ritchie lui enseigne la pathologie.

Boycott intègre en octobre 1900 la Medical school of St Thomas’s Hospital et en sort diplômé en 1902, après avoir obtenu de nombreux prix.

En 1904, il accepte le poste d’assistant en bactériologie au Lister Institute où il travaille avec J.-S. Haldane, en particulier sur l’ankylostome (ver parasite responsable de l’anémie des mineurs) et la maladie des caissons.

C’est donc parce qu’il était l’assistant de Haldane que A. E. Boycott s’est vu tout naturellement associé aux recherches sur la désaturation (décompression).

Guybon Chesney Castell DAMANT (1882-1963) intègre la Royal Navy en 1895. Sous-Lieutenant en 1902 puis Lieutenant en 1903, il sert comme officier instructeur dans le corps des canonniers marins à Portsmouth. Il s’ennuie à mourir dans ces fonctions et se consacre le plus possible à la biologie, une passion découverte tardivement à laquelle il consacre tout son temps libre. Il a même installé un mini laboratoire dans la maison de ses parents sur l’île de Wight.

En 1906, Damant suit un stage de plongée de 15 jours destiné aux officiers, simple initiation leur permettant dans le cadre de leurs fonctions, de superviser des opérations en plongée. Les autres officiers stagiaires ne voient là qu’un passage obligé et laissent s’autogérer les marins plongeurs, par ailleurs réputés pour leur indiscipline et leur allure négligée.
Damant est dans un tout autre état d’esprit. Il est très intéressé à la fois par le matériel employé et par les possibilités offertes pour l’observation de la faune et de la flore, d’ailleurs très riches dans les eaux de Portsmouth.

C’est dans ce contexte que, passant par la place d’armes de la caserne, il remarque un groupe de marins plongeurs tirés à quatre épingles. Sa curiosité piquée au vif, il les interroge sur les raisons de leur présence et, surtout, de leurs tenues rutilantes. Damant apprend alors qu’ils attendent d’être inspectés par un éminent professeur, venu effectuer des expériences visant à rendre les plongées plus sûres.

Intéressé, Damant écrit à Haldane pour proposer ses services. Il n’y croit guère tant Haldane est alors un personnage renommé et influent, alors que lui, jeune officier, est parfaitement inconnu.
C’est donc avec surprise qu’il reçoit la réponse de Haldane qui s’empresse d’accepter son offre et va même jusqu’à obtenir de son frère que Damant soit attaché à son service.

En fait Haldane avait un besoin urgent de cobaye humain et la proposition de Damant tombait à point nommé.

À quand remonte la demande de la Royal Navy ?

La lettre de l’Amirauté britannique demandant à Haldane de travailler sur le sujet de la décompression date du 8 août 1905. Elle est reproduite ci-dessous, ce qui lève toute ambiguïté et clos tout débat sur la question.

pp4-haldane-amiraute

Quelle est la date de publication des tables de Haldane : 1907 ou 1908 ?

Le rapport (confidentiel) à l’Amirauté date d’août 1907. La première publication officielle, accessible à tous, date de 1908 dans le Journal of Hygiene. De ce fait, la date retenue est 1908, celle de 1907 faisant référence à un document confidentiel.

Tables de Haldane, quelle profondeur max. ?

Haldane n’a jamais publié de tables à 100 m.

Deux tables ont été publiées, l’une pour les plongées d’une durée « normale » [temps total maximum de remontée : 33 min.], l’autre pour les plongées « au-delà d’une durée normale » [temps total de remontée : de 42 à 238 min.]

Ces tables calculent une désaturation jusqu’à 62 m. Cette limite de 60 m n’est pas imposée à Haldane par la narcose mais par la limite de puissance des pompes alimentant les scaphandriers et par la lettre de mission de la Royal Navy de 1905 (« (a) Improvements to enable men to dive in 30 fathoms of water … » – 30 fathoms [brasses] = 55 m, il est allé jusqu’à 34 ftm = 62 m).

Fausse information sur les tables de Haldane à 100 m, à qui la faute ?

Nos recherches ont permis de retrouver le texte à l’origine de cette erreur, reproduite ensuite d’auteur en auteur sans vérification, y compris dans des revues de plongée prestigieuses nord-américaines.

Le chapitre en cause (tout le monde peut faire des erreurs) est écrit par H. V. HEMPLEMAN dans The Physician’s Guide To Diving Medicine, Plenum Press, New-York, 1984.
L’auteur y écrit, page 237, que Haldane a publié trois tables différentes dont une pour les plongées profondes jusqu’à 100 m de profondeur : “Haldane issue three seperate air diving tables. The first table was for all those dives requiring a decompression time of less than 30 min. The second table was for all air dives requiring a decompression time of more than 30,min. and the third table was for deep air to depths of 330 ft (100 m).” On s’attend alors à la publication de ces 3 tables dans les pages suivantes. Mais l’auteur n’en publie que deux, en pages 239 et 240, celles de Haldane que nous connaissons. Et pour cause : Haldane n’a jamais publié de tables à 100 m.

Tables de Haldane, vitesse de remontée rapide ?

Ceux qui disent que Haldane propose une vitesse de remontée rapide, sous-entendu : une vitesse plus rapide qu’aujourd’hui, n’intègrent pas le contexte historique (et n’ont probablement pas eu accès à ces tables).

En réalité, les tables de Haldane, en créant les remontées par palier, permettent de remonter plus vite qu’une remontée lente et uniforme à 0,5 m/min (Heller, Mager et von Schrötter ainsi que Paul Bert) ou à 1 m/min (Denayrouze). Cela correspond d’ailleurs à la commande de l’Amirauté, jugeant les vitesses de 0,5 à 1 m/min totalement inadaptées dans un cadre opérationnel. Songez que cela signifiait, à 0,5 m/min, un temps de remontée d’une heure depuis 30 m, indépendamment du temps passé au fond !

Chez Haldane, la vitesse de remontée est de l’ordre de 10 m/min avec une variation selon que l’on plonge plus ou moins profond (plus rapide pour les plongées profondes, plus lente à l’approche de la surface), ce qui est une approche toujours d’actualité de la vitesse de remontée :

Haldane a donc proposé des remontées à une vitesse supérieure aux vitesses en vigueur à l’époque (0,5 à 1 m/min), mais il ne propose pas une vitesse “rapide” au sens où on l’entend aujourd’hui. Bien au contraire, il propose une vitesse de l’ordre de 10 m/min, ralentie à 6/8 m/min à l’approche de la surface, ce qui correspond très exactement aux vitesses préconisées actuellement, en particulier depuis le symposium international organisé dans la ville Costa Mesa (Californie) en 1990 par l’American Academy of Underwater Sciences. Sous le titre Biomechanics of Safe Ascents, les conclusions préconisent, pour les plongées de loisir, une vitesse de remontée de l’ordre de 10 m/min, traduite sous forme opérationnelle comme une vitesse pouvant aller de 9 à 12 m/min (En savoir plus). Cette vitesse a été adoptée dans le monde entier.

Paul Bert n’a jamais publié de tables de plongée

Contrairement à ce que certains auteurs indiquent (nous ignorons leurs raisons car ils ne citent aucune source précise), Paul Bert n’a jamais publié de tables de plongée. La lecture de son ouvrage La pression barométrique de 1878 aux éditions Masson le démontre. En fait, Paul Bert se contente de proposer une remontée “suffisamment ralentie” et de donner quelques conseils après avoir mis en évidence le rôle de l’azote dans les accidents de désaturation.

Paul Bert préconise les mesures de prévention suivantes :
« Dès que la pression employée atteindra 2 atmosphères en pression totale, il sera bon de surveiller de près ; il n’y a pas encore de danger véritable, mais déjà les douleurs locales apparaissent, et il est utile, du reste, d’habituer de bonne heure les ouvriers aux précautions. Or, la grande précaution, c’est la lenteur dans la décompression. Je pense qu’entre 2 et 3 atmosphères, il faudra consacrer, pour être complètement à l’abri, une demi-heure à la décompression ; de 3 à 4, une heure […].
Quand [les scaphandriers] reviendront des grands fonds, par 30 mètres par exemple, il faut absolument, ou les remonter sur quelque siège qui permette de les retenir au moins un bon quart d’heure à moitié chemin, ou les contraindre à stationner pendant un temps suffisant sur quelque haut-fond, lorsqu’il s’en trouve dans l’étendue de leur terrain de pêche.
Si enfin, malgré ces diverses précautions, un accident survenait, que faire ? […] Si l’auscultation dévoile quelques gargouillements gazeux dans la région du cœur, se hâter de faire respirer de l’oxygène aussi pur que possible, qu’on devra toujours avoir dans un ballon de caoutchouc, ou mieux, comprimé en quantité dans quelque réservoir en acier. Puis, lorsque les gaz auront disparu du cœur, et que la mort ne sera plus imminente, soumettre aussitôt le malade à une pression supérieure à celle d’où il sortait, pour le décomprimer ensuite avec une lenteur extrême. Du reste, quand la pression atteint 4 atmosphères, il serait prudent de faire respirer de l’oxygène […] aussitôt après le retour à l’air libre, et sans attendre l’apparition d’aucun accident. Lorsque la dépression manifestera ses effets par la paraplégie, il faudra immédiatement recomprimer, sans perdre son temps à faire respirer l’oxygène, surtout quand l’accident n’est arrivé que quelque temps après le retour à l’air normal, car il ne s’agit plus là d’obstruction générale de la circulation pulmonaire, mais de quelque bulle de gaz arrêtée dans les vaisseaux de la moelle, et dont il faut réduire aussitôt le volume pour que le sang puisse l’entraîner. »

Paul Bert préconise ainsi de limiter le temps de séjour au fond et d’adopter une vitesse de décompression “suffisamment ralentie”. Il reste dans une logique de remontée lente et uniforme. Même s’il envisage un arrêt dans l’eau, par exemple à demi-profondeur, il ne formalise ni la notion de “paliers” ni celle de “tables de décompression”.

Défi posé à Haldane

Pour Haldane, le principal défi est de trouver un autre moyen qu’une “décompression lente et uniforme” afin d’éviter le risque de formation de bulles pathogènes à la remontée. En 1905, c’est la seule solution proposée :

Cette approche n’est pas satisfaisante car :

Or, le courrier de la Royal Navy de 1905 est sans ambigüité : en créant une commission sur la plongée profonde, elle souhaite qu’une solution fiable et opérationnelle soit trouvée pour les plongées jusqu’à 55/60 m. Haldane doit donc être innovant et trouver un autre procédé.

Analyse faite par Haldane

Dans un premier temps, Haldane combat, sur le plan scientifique, le principe même des remontées lentes et uniformes : « Pour éviter le risque de formation de bulles lors de la décompression, il était recommandé jusqu’ici que celle-ci soit aussi lente et uniforme que possible. »  Il démontre que, pour les plongées profondes, une « décompression uniforme à ce rythme, déjà dangereuse pour les chèvres, serait sans doute extrêmement dangereuse pour les hommes, qui désaturent nettement plus lentement que les chèvres ».

Ratio 2:1, une notion largement admise par tous à l’époque. Il l’a reprise et étendue, mais il ne l’a pas créée.

Haldane tente ensuite de trouver une nouvelle méthode de décompression (désaturation). Sa réflexion s’appuie sur un constat unanimement partagé à l’époque y compris par Paul Bert : « Ceux qui ont l’expérience du travail dans de l’air comprimé le savent bien, il n’y a pas de risque de mal des caissons, même avec une remontée très rapide, pourvu que la pression atteinte ne dépasse pas une certaine valeur. Il semble parfaitement clair qu’aucun symptôme n’apparaît lorsque la pression relative est inférieure à une atmosphère [10 mètres de profondeur], quelle que soit la durée d’exposition. » Dit autrement, Haldane constate qu’il est possible de passer de 2 bars (10 m de profondeur) à 1 bar (niveau de la mer) sans risque quelle que soit la durée d’exposition.

Il va alors étendre ce raisonnement à toutes les zones de profondeur : « Par conséquent, il semble probable que, si une décompression brusque de deux atmosphères de pression absolue à une est sans danger, il doit en être de même de quatre atmosphères absolues à deux, de six atmosphères absolues à trois, etc.  Nos expériences, décrites en détail plus loin, ont montré que c’était le cas. Le processus de désaturation peut, par conséquent, être très fortement accéléré en réduisant rapidement la pression absolue de moitié, et en faisant en sorte que, pour le reste de la décompression, la saturation ne puisse jamais atteindre, dans aucune partie du corps, plus du double de la pression de l’air. Le principal avantage de cette méthode est que, dès le début de la décompression, l’élimination d’azote par les tissus se fait à la vitesse la plus élevée possible sans danger. »

Haldane aboutit ainsi à la création de la remontée par paliers  avec la prise en compte de la pression et de la durée d’exposition pour déterminer la profondeur et le temps des paliers :

« Cette méthode simplifie grandement le problème de la sécurité de la décompression, et supprime de nombreuses difficultés pratiques, en particulier en ce qui concerne la plongée profonde. On peut la qualifier de méthode de décompression par paliers, et elle est décrite comme telle ci-après, bien que sa caractéristique essentielle ne réside pas dans le fait que la décompression est effectuée par paliers, mais en ce qu’elle est rapide jusqu’à ce que la pression absolue soit diminuée de moitié et poursuivie lentement ensuite. »

Tables de Haldane

HALDANE_TABLES

Présentation

Les 10 hypothèses retenues par Haldane

De nombreux sites web diffusent des informations approximatives (voire même fausses) concernant les hypothèses de Haldane. Afin de clarifier ce point, voici 10 hypothèses retenues par Haldane , avec en référence le numéro de page correspondant à la publication originale de 1908 dans The Journal of Hygiene.

  1. Au niveau des poumons, l’excès d’azote est transmis instantanément au sang (p. 345).
  2. Au niveau des poumons, lors de la décompression, à chaque cycle circulatoire, le sang transmet instantanément aux poumons la proportion d’azote en excès qu’il contient (p. 351).
  3. Au niveau des tissus, l’excès d’azote est transmis instantanément (p. 345).
  4. La pression partielle d’azote dans l’air alvéolaire est la même que dans l’air inspiré (p. 345).
  5. Les tissus ont tous une constitution similaire à celle du sang hormis la graisse, qu’il traite différemment (p. 346).
  6. Un cycle circulatoire a lieu en 1 minute (p. 348).
  7. La courbe de désaturation est miroir de la courbe de saturation (p. 350).
  8. Le rapport de pression ne doit pas dépasser 2 :1 (p. 357). Ce qui correspondrait aujourd’hui à fixer un Sc=2. Haldane fixe un Sc unique pour tous les compartiments.
  9. Les phénomènes de charge et de décharge en azote dans le corps humain peuvent se résumer à 5 compartiments (régions anatomiques factices) dont les périodes (demi-vie) sont : 5, 10, 20, 40 et 75 minutes (p 363).
  10. Le temps de descente est inclus dans le temps de plongée (p. 367). La durée d’exposition virtuelle considérée est la durée d’exposition fond réelle, augmentée de la moitié du temps de descente (p. 350).

Autres apports de Haldane

Au-delà de la création de la décompression par paliers, Haldane se livre, tout au long de la publication, à différents constats fort intéressants :

En conclusion

Les travaux de Haldane sont toujours d’actualité.
Il a posé les grands principes de la désaturation, toujours en vigueur. Sans enlever quoi que ce soit aux travaux de ses successeurs, ils ont amélioré le modèle initial dans ses modalités de calcul mais sans en changer les principes fondamentaux.

À ce titre, Haldane reste le fondateur de la théorie de la désaturation aux côtés de Paul Bert qui montra le rôle de l’azote dans le mécanisme des ADD.

Accès à la publication originale (Journal of Hygiène, 1908) en anglais : cliquez ici.
Accès à la page de présentation de la traduction en français (Alain FORET, 2008, pour les 100 ans de la publication originale) : cliquez ici.
Télécharger les tables originales de Haldane : cliquez ici.

Texte Copyright Alain Foret – Reproduction interdite sans autorisation écrite de l’auteur.

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