Cours ATPL performances humaines 040 : 14 chapitres illustrés

L'air sec est un mélange de gaz dont les proportions restent constantes dans toute la couche où volent les avions (et bien au-delà, jusque vers 80 à 100 km) :

Les deux gaz importants pour la physiologie sont l'oxygène (consommé par les cellules) et le dioxyde de carbone (produit par elles, il règle la respiration).

À 18 000 ft comme à 34 000 ft ou 50 000 ft, l'air contient donc toujours 21 % d'oxygène : ce qui change, c'est la pression.

La pression atmosphérique décroît de façon approximativement exponentielle avec l'altitude : chaque tranche d'air supporte le poids de celles qui sont au-dessus.

La variation n'est donc pas proportionnelle : pour une même tranche de 5 000 ft, la chute de pression est la plus forte près du sol (≈ 170 hPa entre 0 et 5 000 ft, à peine 30 hPa entre 45 000 et 50 000 ft).

Tous les troubles physiologiques de l'altitude viennent de cette baisse de la pression ambiante, et non d'un changement de composition de l'air.

L'atmosphère type de l'OACI (ISA) fixe des valeurs de référence :

La couche d'ozone se trouve dans la stratosphère : elle absorbe les UVB beaucoup mieux que les UVA (les UVA, moins énergétiques, pénètrent plus profondément dans la peau).

Loi de Dalton : la pression totale d'un mélange gazeux est égale à la somme des pressions partielles des gaz qui le composent. La pression partielle d'un gaz est proportionnelle à sa fraction dans le mélange :

PO₂ = 0,21 × P

En montée, la fraction reste 21 % mais la pression totale baisse : la pression partielle d'oxygène diminue dans la même proportion que la pression atmosphérique. À 18 000 ft, la pression est divisée par deux, la PO₂ aussi.

Exemple : à 33 700 ft, P = 253 hPa, donc PO₂ = 0,21 × 253 ≈ 53 hPa.

C'est la loi de Dalton qui explique l'hypoxie d'altitude : c'est la pression partielle, et non le pourcentage, qui fait passer l'oxygène dans le sang.

Loi de Boyle-Mariotte : à température constante, le volume d'un gaz est inversement proportionnel à sa pression (P × V = constante). C'est la loi qu'on illustre avec un ballon.

Dans le corps, un gaz humide (saturé de vapeur d'eau, comme les gaz intestinaux à 37 °C) se dilate encore plus qu'un gaz sec, car la pression de vapeur d'eau (≈ 63 hPa) reste constante.

Conséquence : les gaz enfermés dans les cavités (oreille moyenne, sinus, dents, tube digestif) se dilatent en montée et se contractent en descente : ce sont les barotraumatismes.

Loi de Henry : à température constante, la quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle de ce gaz au-dessus du liquide.

C'est la bouteille de boisson gazeuse : fermée, le gaz reste dissous ; à l'ouverture, la pression chute et des bulles apparaissent.

Dans le corps, les tissus et le sang contiennent de l'azote dissous en équilibre avec la pression ambiante. Si la pression baisse fortement et rapidement (décompression, montée cabine au-dessus de 18 000 ft, vol après plongée), les tissus sont sursaturés et l'azote repasse à l'état gazeux : des bulles se forment.

La loi de Henry explique la maladie de décompression (aéroembolisme) : bends, chokes, creeps.

Loi de Charles (ou de Gay-Lussac) : à pression constante, le volume d'un gaz est proportionnel à sa température absolue (en kelvins). Pour chaque degré de plus, le volume augmente de 1/273 de son volume à 0 °C.

Loi générale des gaz parfaits : P × V / T = constante. Elle regroupe Boyle-Mariotte et Charles.

Loi de la diffusion : un gaz passe d'une zone de forte pression partielle vers une zone de faible pression partielle, à travers une membrane perméable. C'est elle qui décrit le passage de l'oxygène des alvéoles vers le sang, puis du sang vers les cellules, et le trajet inverse du CO₂. La quantité échangée dépend du gradient de pression partielle.

Une cabine pressurisée protège contre les trois familles de troubles : hypoxie (Dalton), dilatation des gaz (Boyle-Mariotte) et décompression (Henry).

L'humidité relative est le rapport entre la vapeur d'eau présente et la quantité maximale que l'air pourrait contenir à cette température (saturation).

L'air pris dehors en croisière est très froid, donc presque sec : en cabine, l'humidité moyenne est d'environ 5 à 15 %, contre 40 à 60 % pour le confort. En dessous de 40 %, l'organisme perd de l'eau, surtout par la respiration. Conséquences : yeux, nez et gorge secs, peau irritée, déshydratation discrète, fatigue. La soif est un signal tardif : il faut boire régulièrement avant d'avoir soif.

L'ozone (O₃, molécule formée de trois atomes d'oxygène) est abondant à haute altitude, surtout aux hautes latitudes. En cabine, il provoque irritation des yeux et de la gorge, toux, gêne respiratoire, maux de tête et fatigue. Il est éliminé par des convertisseurs d'ozone (catalytiques) sur l'air de prélèvement.

Les équipages sont exposés à deux sources de rayonnement ionisant :

Le champ magnétique terrestre dévie les particules chargées près de l'équateur ; elles pénètrent mieux près des pôles. La dose augmente donc avec l'altitude et avec la latitude (routes polaires) ainsi qu'avec le temps de vol.

Risques à long terme : cancers et, pour une grossesse, malformations congénitales. Selon la réglementation européenne de radioprotection, les exploitants doivent évaluer et suivre l'exposition des navigants susceptibles de recevoir plus de 1 mSv par an, en adaptant les plannings. Pour les avions exploités au-dessus de 15 000 m (49 000 ft), l'OACI (annexe 6) impose un instrument qui mesure et affiche en continu le débit de dose et la dose cumulée de chaque vol, et l'exploitant conserve un enregistrement des doses reçues par chaque membre d'équipage.