Bouteille de plongée en acier ou en aluminium | Laquelle choisir

Les blocs en acier de la catégorie 12L / 232 bar contiennent davantage de gaz et restent à flottabilité négative pendant toute la plongée. Un bloc en aluminium AL80 (11.1L / 207 bar) est plus léger, mais devient à flottabilité positive vers la fin de la plongée. Si la capacité en gaz est le critère principal, choisissez l’acier. Pour la plongée loisir occasionnelle, l’aluminium est l’option la plus facile.

Flottabilité

Blocs en aluminium

Le bloc de plongée en aluminium le plus connu est l’AL80, fabriqué en alliage d’aluminium 6061-T6. Son volume d’eau interne est fixé à 11.1 litres. Vide sur la terre ferme, le bloc lui-même pèse environ 14.3 kg.

Comme cet alliage a une masse volumique de seulement 2.70 g/cm³, les parois doivent être assez épaisses pour résister à une pression de service de 207 bar. Avec une épaisseur de paroi de 12.2 mm, le bloc devient plus volumineux et son déplacement d’eau atteint 15.6 litres.

La robinetterie est généralement fabriquée en laiton C36000 avec une finition chromée. La robinetterie elle-même pèse environ 0.6 kg. Ajoutez les 2.15 kg d’air comprimé à l’intérieur d’un bloc plein : une fois immergé, le bloc exerce une force vers le bas d’environ 1.1 kg.

• Diamètre du bloc : 184 mm
• Longueur du bloc : 658 mm
• Masse d’air à pleine charge : 2.15 kg
• Matériau : alliage d’aluminium 6061-T6
• Spécification du filetage : 0.750-14 NPSM
• Pression de service maximale : 3000 psi (207 bar)

À mesure que vous consommez le gaz, la masse à l’intérieur du bloc diminue. Vers 100 bar, le bloc atteint progressivement une flottabilité neutre et ne tend plus à couler ni à flotter.

Vers la fin de la plongée, lorsque la pression tombe à 50 bar, le bloc a déjà perdu environ 1.5 kg d’air. À ce stade, il exerce une poussée vers le haut d’environ 1.9 kg. Bien que l’épaisseur du fond soit de 15.7 mm, supérieure à celle de la paroi latérale, la majeure partie de la flottabilité positive s’exerce dans la partie centrale et inférieure du bloc.

Cette différence tend à soulever les hanches du plongeur et à perturber son équilibre horizontal. De nombreux plongeurs ajoutent 2 à 3 kg de plomb à la ceinture de lest, spécifiquement pour compenser la flottabilité positive que prend un bloc en aluminium vers la fin de la plongée.

L’eau de mer a une masse volumique de 1.025 kg/L, tandis que l’eau douce est à 1.0 kg/L. Dans un lac, un bloc en aluminium produit environ 0.4 kg de flottabilité positive en moins que dans l’océan. En eau douce, vous pouvez généralement porter environ 1 kg de lest en moins, ce qui facilite les choses.

L’alliage d’aluminium 6061 contient environ 1,0 % de magnésium et 0,6 % de silicium. Cette combinaison confère au bloc une bonne résistance à la corrosion à grande échelle dans l’eau salée. Une couche d’oxyde naturelle d’environ 10 microns d’épaisseur se forme sur la paroi intérieure et contribue à bloquer les dégradations dues à l’humidité.

Si le bloc est rempli trop rapidement - à plus de 15 bar par minute -, la température de la paroi peut atteindre 45°C. La dilatation thermique augmente le déplacement d’environ 0,03 litre. Une fois le bloc refroidi dans l’eau, la pression interne peut diminuer d’environ 10%.

• Teneur en magnésium : 0.8%–1.2%
• Teneur en silicium : 0.4%–0.8%
• Teneur en cuivre : 0.15%–0.4%
• Résistance à la traction : 310 MPa
• Conductivité thermique : 167 W/m·K
• Densité : 2,70 g/cm³

Lors d’un palier de sécurité à 5 mètres, une combinaison humide de 5 mm se dilate à mesure que la pression diminue, générant environ 1,5 kg de flottabilité. Ajoutez-y les 1,9 kg de flottabilité positive du bloc en aluminium : le plongeur est alors tiré vers le haut par une force totale de 3,4 kg.

Si vous n’avez pas assez de lest, il devient très facile de faire une remontée incontrôlée dans les derniers mètres. Les blocs en aluminium ont généralement un sabot à fond plat en polyéthylène haute densité. Il protège la base des chocs, mais ajoute aussi une petite quantité de déplacement supplémentaire.

Blocs en acier

L’acier chrome-molybdène 34CrMo4 a une densité de 7,85 g/cm³. Comme ce matériau est très résistant, l’épaisseur de la paroi d’un bloc en acier peut rester comprise entre 4 mm et 5 mm. Prenons le HP100 comme exemple : son diamètre extérieur de 184 mm renferme un volume intérieur de 12,9 litres.

Un HP100 vide pèse 15,4 kg sur terre. Ajoutez une robinetterie DIN de 0,6 kg, et le poids total atteint 16 kg. Le bloc déplace environ 17,5 litres d’eau de mer, ce qui, dans une eau d’une densité de 1,025 kg/L, produit une force de flottabilité de 17,9 kg.

Soustrayez 17,9 kg de poussée d’Archimède aux 16 kg de poids : même vide, un bloc en acier conserve une poussée négative d’environ 1,9 kg. Même sans gaz, il continue de couler. Le plongeur peut donc généralement retirer plus de 3,5 kg de lest à la taille.

• Matériau : acier chrome-molybdène 34CrMo4
• Pression de service : 232 bar
• Épaisseur de paroi : 4,8 mm
• Épaisseur du revêtement en zinc : 60 microns
• Filetage du col : M25x2
• Poids à vide : 15,4 kg

À 232 bar, l’air comprimé à l’intérieur pèse 3,2 kg. Complètement immergée, la bouteille pèse au total 19,2 kg, et sa flottabilité négative sous l’eau augmente pour atteindre environ 5,1 kg. Cela rapproche le centre de lestage de la colonne vertébrale.

Le centre de gravité d’une bouteille en acier se situe environ 4 cm plus près de la robinetterie que celui d’une bouteille en aluminium. Sous l’eau, cela lui confère naturellement une position horizontale. À 20 mètres, lorsqu’une combinaison en néoprène de 7 mm perd environ 4 kg de flottabilité, la flottabilité négative de la bouteille en acier compense très efficacement cette variation.

La bouteille en acier basse pression LP85 est courante en eaux froides. Elle est homologuée à 184 bar et possède un volume intérieur de 13 litres. Vide, sa flottabilité n’est que d’environ -0,1 kg. Vers la fin de la plongée, elle est presque neutre.

• Hauteur de la LP85 : 660 mm
• Poids à vide : 14,1 kg
• Masse d’air : 2,5 kg
• Flottabilité bouteille pleine : -2,6 kg
• Flottabilité à 50 bar : -0,7 kg
• Diamètre : 178 mm

Un bi-bouteille technique composé de deux bouteilles HP100 a un volume intérieur combiné de 25,8 litres et peut contenir 5160 litres de gaz. Sous l’eau, cette configuration produit une flottabilité négative constante de 10 kg, ce qui signifie que le plongeur n’a souvent pas besoin de ceinture de lest séparée.

Une connexion DIN peut supporter des pressions supérieures à 230 bar. En comparaison, le joint torique d’une connexion étrier peut se déformer d’environ 0,2 mm sous haute pression. Le système DIN reste étanche au gaz même à 300 bar.

Un test hydrostatique exige de pressuriser la bouteille à 348 bar. La bouteille se dilate légèrement sous pression. Si la dilatation permanente après dépressurisation dépasse 10 %, la bouteille doit être mise au rebut. Chaque test exerce une contrainte d’étirement sur les fibres métalliques.

Les bouteilles en acier résolvent également le problème classique des pieds du plongeur qui s’enfoncent. Lors d’un palier de sécurité à 3 mètres, une fois le gilet stabilisateur purgé, les 1,5 kg de flottabilité négative restants aident à maintenir le plongeur stable dans l’eau. Cela élimine la sensation de flottement en fin de plongée, fréquente avec les bouteilles en aluminium.

La plongée en combinaison étanche est généralement associée aux bouteilles en acier. L’air présent dans une combinaison étanche peut créer environ 6 kg de portance. Une bouteille en acier de 16 kg aide à compenser cette portance, ce qui permet de réduire le poids de la ceinture de lest de 8 kg à environ 4 kg.

• Lestage avec combinaison étanche : 4 kg (acier) contre 8 kg (aluminium)
• Lestage avec combinaison humide : 2 kg (acier) contre 5 kg (aluminium)
• Base : fond arrondi nécessitant un culot
• Efficacité : 15 % supérieure

Tableau comparatif de la flottabilité

L’eau douce a une densité de 1,0 kg/L, tandis que l’eau de mer a une densité de 1,025 kg/L. En eau douce, une bouteille en acier aura une flottabilité négative d’environ 0,45 kg supplémentaire par rapport à l’eau de mer. En plongée en lac, cela permet généralement de réduire le lest de ceinture de 1 kg supplémentaire.

Durabilité et corrosion

Comparaison de la durabilité et de l’entretien

L’acier 4130 chrome-moly présente une dureté Brinell d’environ 200 à 240, ce qui le rend très résistant aux déformations dues aux impacts. En comparaison, l’alliage d’aluminium 6061-T6 n’a qu’une dureté d’environ 95. Lors du chargement sur un quai ou de la plongée depuis un bateau, une bouteille en aluminium est bien plus susceptible de subir des rayures ou des bosses atteignant 0,5 mm de profondeur.

Comme l’acier présente une résistance à la traction pouvant atteindre 100 000 PSI, l’épaisseur de la paroi d’une bouteille en acier se situe généralement entre 4 mm et 5 mm. L’aluminium étant moins résistant, l’épaisseur de sa paroi doit atteindre environ 11 mm à 12 mm. Cette différence structurelle signifie qu’en cas de choc avec un objet tranchant, l’aluminium est bien plus susceptible de subir une déformation visible de sa surface.

Selon les normes CGA C-6.1, si une rayure sur une bouteille en aluminium dépasse 10 % de l’épaisseur de la paroi, soit environ 1,2 mm, la bouteille échouera à l’inspection visuelle annuelle (VIP). La profondeur d’usure admissible pour l’acier est moindre, mais l’acier est également beaucoup plus difficile à endommager au départ.

Dans des conditions humides, l'acier forme du Fe鈧侽鈧?(oxyde de fer), qui se présente sous la forme d'une couche écailleuse rouge-brun qui se détache facilement. Cette rouille continue de ronger le métal en profondeur et peut créer des piqûres de plus de 1 mm de profondeur en seulement un an. Une fois que les piqûres internes se sont généralisées, la capacité de la bouteille à résister à la pression diminue rapidement.

En revanche, l'aluminium forme une couche passive d'Al鈧侽鈧?(oxyde d'aluminium) lorsqu'il est exposé à l'oxygène. Ce film ne fait qu'environ 0,01 micron d'épaisseur, mais il adhère fortement à la surface du métal. Même dans un brouillard salin, il bloque l'oxydation en profondeur ; la corrosion de l'aluminium reste donc généralement une poudre blanche superficielle.

La protection en caoutchouc à la base d'une bouteille en acier est l'un de ses points faibles en matière d'entretien. De l'eau de mer résiduelle peut s'accumuler entre la protection et le métal, créant un micro-environnement fermé. Lorsque l'eau s'évapore, des cristaux de sel subsistent et, combinés aux différences de potentiel électrochimique, peuvent créer un anneau de rouille profonde au fond de la bouteille en l'espace de six mois.

Bien que l'aluminium résiste beaucoup mieux à l'eau salée, il présente un risque de SLC (fissuration sous charge prolongée). Après environ 10 000 cycles de remplissage, la zone filetée du col peut développer une fatigue microscopique du métal sous l'effet de contraintes répétées. Ces dommages ne sont pas visibles à l'œil nu et nécessitent généralement un contrôle par courants de Foucault pour être détectés.

Les bouteilles en aluminium fabriquées après 1989 en alliage 6061 sont beaucoup plus sûres. Les bouteilles plus anciennes en alliage 6351 étaient davantage sujettes aux fissures du col sous l'effet d'une pression élevée prolongée, en raison de leur microstructure et de leur teneur en plomb. Toute personne achetant une bouteille en aluminium d'occasion doit vérifier le code de l'alliage estampé sur l'épaulement.

La sécheresse interne d'une bouteille en acier a un effet considérable sur sa durée de vie. Si une station de remplissage ne remplace pas les filtres à temps et que l'air comprimé contient plus de 50 mg/m³ de vapeur d'eau, de la rouille interne visible peut apparaître en environ 3 mois. Les magasins de plongée professionnels maintiennent généralement un point de rosée inférieur à -40°C.

L’épreuve hydraulique est la mesure ultime de la durabilité d’une bouteille. La pression d’essai est portée à 1,5 fois la pression de service. Pour une bouteille en acier de 300 bar, cela signifie 450 bar pendant l’essai. L’essai mesure si l’expansion permanente dépasse 10 % du volume initial.

Tant qu’une oxydation profonde ne se produit pas, les bouteilles en acier ont une durée de vie en fatigue extrêmement longue. Certaines restent en service pendant 40 ans avec des taux d’expansion très faibles. L’aluminium, en revanche, tend à échouer à l’épreuve hydraulique avec le temps en raison du fluage et de la fatigue du matériau. De nombreuses bouteilles en aluminium ne sont pas retirées à cause de la corrosion, mais simplement parce que le métal arrive en fin de vie.

Il existe une différence de potentiel électrochimique entre une bouteille en aluminium et un robinet en laiton. Dans l’eau salée, cela peut déclencher une corrosion galvanique. Si un lubrifiant compatible avec l’oxygène n’est pas utilisé lors de l’installation du robinet, les filetages en aluminium peuvent se comporter comme une anode sacrificielle, ce qui peut entraîner le grippage des robinets ou des fuites.

La réparation du revêtement extérieur est particulièrement importante pour l’acier. Une couche de galvanisation à chaud offre environ 80 microns de protection. Si le métal nu et sombre devient exposé, il doit être repeint immédiatement avec un apprêt riche en zinc contenant au moins 90 % de zinc. Sur l’aluminium, même si toute la peinture s’use, le métal exposé se repassive en quelques millisecondes et n’a généralement pas besoin d’être repeint fréquemment.

La meilleure conductivité thermique de l’acier est également utile lors du remplissage. La chaleur de compression se dissipe plus rapidement à travers la paroi en acier, ce qui réduit la perte de pression après refroidissement. Une bouteille en aluminium remplie rapidement à 200 bar dans un environnement chaud peut refroidir et se stabiliser à seulement environ 180 bar.

En termes de valeur résiduelle, l’acier se comporte davantage comme un actif à long terme. Une bouteille en acier bien entretenue conserve souvent environ 70 % de son prix d’achat initial sur le marché de l’occasion. L’aluminium a une durée de retrait clairement déterminée par la fatigue du matériau : une fois qu’il a dépassé 15 ans de service, sa valeur résiduelle réelle chute rapidement vers zéro.

Lors d’un stockage prolongé, une bouteille en acier doit conserver au moins 20 bar de pression résiduelle. Cela maintient la pression interne au-dessus de la pression atmosphérique et empêche l’air humide d’entrer. Une pression résiduelle est également recommandée pour l’aluminium, mais celui-ci est beaucoup moins sensible à une humidité interne occasionnelle.

Pour les plongeurs vivant dans des climats secs et plongeant principalement dans des lacs d’eau douce, l’entretien des bouteilles en acier est relativement limité. En revanche, dans les environnements insulaires tropicaux, le faible besoin d’entretien de l’aluminium devient un véritable avantage.

Comment choisir

Une Aluminum 80 (11,1 litres) se comporte comme un poids qui varie dynamiquement dans l’eau. À 200 bar, elle présente environ 0,73 kg de flottabilité négative. Lorsque la pression résiduelle descend à 35 bar, elle produit environ 1,9 kg de flottabilité positive. Pour rester stable pendant le palier de sécurité, il vous faut environ 2,6 kg de lest supplémentaire rien que pour compenser cette poussée.

Une bouteille haute pression en acier de 12 litres (HP100) se comporte très différemment. Pleine, elle génère environ 3,8 kg de flottabilité négative et, même presque vide, elle reste à environ 0,3 kg négative. Elle aide à vous maintenir immergé pendant toute la plongée, au lieu de vous obliger à emporter du lest supplémentaire pour contrôler une bouteille flottante.

L’aluminium 6061-T6 a une densité de 2,7 g/cm³ ; pour résister à 207 bar, ses parois font généralement environ 12,2 mm d’épaisseur. L’acier chrome-molybdène 4130, d’une densité de 7,8 g/cm³, n’a besoin que d’une épaisseur de paroi d’environ 4,8 mm. Une bouteille en acier a ainsi un diamètre inférieur de 10 à 15 mm à celui d’une bouteille en aluminium équivalente.

Choisir l’acier permet d’emporter davantage de gaz sans augmenter l’encombrement extérieur. Une bouteille en acier de 10 litres est environ 50 mm plus courte qu’une bouteille en aluminium de 11 litres. Cette taille compacte contribue à empêcher le fond de la bouteille de heurter l’arrière de vos jambes. Dans les épaves ou les grottes, le profil plus étroit facilite également les déplacements.

Une bouteille en acier à 300 bar d’un volume interne de 12 litres peut contenir environ 3300 litres de gaz. Une bouteille en aluminium classique à 200 bar de catégorie similaire ne contient qu’environ 2200 litres. Cette différence de 1100 litres peut offrir à un plongeur ayant une consommation moyenne 15 à 20 minutes supplémentaires à 20 mètres.

Les robinets DIN sont courants sur les bouteilles en acier et prennent en charge les raccords filetés haute pression à 300 bar. Les bouteilles en aluminium sont plus souvent équipées de robinets à étrier, généralement limités à 232 bar. Dans un système DIN, le joint torique est protégé à l’intérieur du corps du robinet, ce qui réduit fortement le risque de défaillance du joint en cas de choc.

L’aluminium présente toujours un risque de SLC. Bien que l’alliage 6061 soit plus stable que l’ancien 6351, des fissures microscopiques peuvent encore apparaître autour des filetages du col après environ 10 000 cycles de remplissage. L’acier possède un module d’élasticité plus élevé et peut supporter sans danger les mêmes cycles d’expansion et de contraction pendant 40 ans ou plus.

L’eau salée est l’ennemi naturel de l’acier. Une fois que la couche galvanisée de 80–100 microns est endommagée, l’acier nu commence à former de la rouille rouge. L’aluminium, en revanche, forme en quelques millisecondes une couche d’oxyde d’aluminium autoréparatrice au niveau des rayures, ce qui réduit la fréquence d’entretien dans les environnements tropicaux salins.

L’oxyde de fer (Fe鈧侽鈧?/strong>) qui se forme à l’intérieur d’une bouteille en acier est pulvérulent et peut se détacher, risquant d’obstruer le filtre de 20 microns situé dans le premier étage du détendeur. La poudre d’oxydation blanche qui se forme à l’intérieur d’une bouteille en aluminium adhère plus fortement et ne passe généralement pas avec le flux d’air dans le système respiratoire.

La teneur en eau de l’air comprimé a un effet majeur sur la durée de vie. Si les filtres du compresseur sont saturés et que l’humidité dépasse 50 mg/m³, une corrosion par piqûres visible peut commencer à l’intérieur d’une bouteille en acier en seulement 90 jours. Les stations de gonflage professionnelles maintiennent l’humidité sous 20 mg/m³ grâce au contrôle du point de rosée.

Une nouvelle bouteille en acier coûte généralement 450 à 600 $. Une bouteille standard en aluminium se vend généralement entre 200 et 280 $. Si vous plongez 50 fois par an, l’acier présente un coût total de possession inférieur à long terme, car il peut rester en service pendant un demi-siècle, tandis que de nombreuses bouteilles en aluminium sont retirées après 15 à 20 ans lorsqu’elles échouent aux tests liés à la fatigue.

L’épreuve hydraulique est réalisée tous les 60 mois. La bouteille est remplie d’eau et mise sous pression à 1,5 fois la pression de service. Si l’expansion permanente dépasse 10% du volume initial, la bouteille doit être condamnée.

L’élévation de température pendant le remplissage affecte également la quantité de gaz utilisable. L’acier dissipe mieux la chaleur que l’aluminium, de sorte que la baisse de pression après refroidissement est moindre. Une bouteille en aluminium rapidement remplie à 200 bar peut atteindre 45°C, puis refroidir dans l’eau et se stabiliser à seulement 175 bar, perdant environ 12% de son gaz utilisable.

Les plongeurs en eau froide portant des combinaisons de 7 mm ou des combinaisons étanches font face à d’importants problèmes de flottabilité. Une combinaison de 7 mm épaisse peut ajouter environ 5 kg de poussée. Une bouteille en acier de 15 litres peut fournir environ 4 kg de poids négatif sous l’eau, ce qui permet de retirer deux plombs de la ceinture et d’améliorer considérablement l’équilibre.

Les bouteilles en aluminium usagées fabriquées avant 1989 doivent être utilisées avec prudence. Beaucoup étaient fabriquées en alliage 6351 et nécessitent un contrôle annuel par courants de Foucault pour détecter les fissures du col. Les bouteilles modernes en acier nécessitent généralement seulement une inspection annuelle VIP.

Un sabot en caoutchouc sur une bouteille en acier permet à une bouteille de 14,5 kg de rester solidement debout. Les bouteilles en aluminium ont plus souvent un fond arrondi et peuvent basculer plus facilement sur le pont d’un bateau en mouvement. Une fois tombée, la lourde enveloppe de la bouteille peut exercer une forte contrainte de cisaillement sur la robinetterie et endommager les composants de précision.

Les plongeurs qui voyagent à l’international toute l’année tirent généralement davantage profit des bouteilles en aluminium. Transporter une bouteille en acier de 15 kg dans les aéroports consomme beaucoup trop rapidement la franchise de bagages. Les plongeurs disposant d’un véhicule personnel et plongeant toujours sur le même site local ont plutôt intérêt à investir dans l’acier chrome-molybdène 4130, pour un lestage plus précis et une meilleure valeur à long terme.

Les limites des stations de gonflage sont également importantes. De nombreux compresseurs anciens des centres de plongée ne peuvent atteindre que 225 bar. Si vous apportez une bouteille en acier de 300 bar dans l’un de ces centres, la quantité réelle de gaz stocké peut être réduite à seulement 70 % de sa capacité nominale.

Pendant un stockage de longue durée, une bouteille en acier doit conserver une pression de 20 à 30 bar. Cette pression interne positive empêche l’air extérieur humide de pénétrer. Les bouteilles en aluminium doivent également conserver une pression résiduelle, mais grâce à leur meilleure résistance naturelle à la corrosion, elles sont beaucoup moins vulnérables lorsqu’elles sont stockées à basse pression.

Taille et capacité

Épaisseur et dimensions de la paroi

Sous une pression de service de 207 bar, l’aluminium 6061-T6 nécessite une épaisseur de paroi d’environ 12,3 mm pour répartir les contraintes internes en toute sécurité. L’acier chrome-molybdène possède une limite d’élasticité beaucoup plus élevée ; une bouteille haute pression en acier à 237 bar ne nécessite donc qu’une épaisseur de paroi d’environ 4,1 mm. Avec un diamètre extérieur standard de 184 mm, cette différence a un impact considérable sur le volume intérieur de gaz utilisable.

Une bouteille en aluminium AL80 a un volume intérieur réel de 11,1 litres et une longueur totale de 658 mm. En comparaison, une bouteille haute pression en acier HP100 contient intérieurement 12,9 litres tout en ne mesurant que 610 mm de long. Elle est 48 mm plus courte, tout en offrant 1,8 litre d’espace intérieur supplémentaire et environ 25 % de gaz en plus.

Comme l’aluminium est moins résistant, les fabricants doivent rendre le fond beaucoup plus épais. Le fond d’un AL80 dépasse souvent 25 mm. Les bouteilles en acier sont généralement fabriquées avec un fond arrondi obtenu par étirage à froid, ce qui répartit l’épaisseur plus uniformément. À capacité égale dans l’eau, l’acier peut contenir davantage de gaz comprimé.

• Diamètre de l’AL80 : 184 mm, capacité d’environ 15,5 litres
• Diamètre de l’HP100 : 184 mm, capacité d’environ 14,8 litres
• Diamètre du LP85 : 178 mm, déplacement d'eau d'environ 14,1 litres
• Diamètre de la bouteille de sidemount AL40 : 133 mm, longueur 625 mm
• Diamètre du HP120 : 184 mm, longueur 711 mm
• Facteur de remplissage d'une bouteille en aluminium à 3000 psi: 7,0 scf/L
• Facteur de remplissage d'une bouteille en acier à 3442 psi: 7,7 scf/L

La différence entre le poids de la bouteille et son déplacement d'eau détermine la charge sous l'eau. Un AL80 vide pèse 14,3 kg. En eau douce, le calcul de sa flottabilité indique environ 0,7 kg de flottabilité négative lorsqu'il est plein. À 35 bar, sa flottabilité devient positive, à environ 1,9 kg. Le plongeur doit emporter du lest supplémentaire pour compenser cette poussée.

Un HP100 pèse 15,4 kg à vide. Lorsqu'il est plein, sa flottabilité négative est de 3,8 kg. Même à 35 bar, il reste négatif d'environ 0,9 kg. Il ne présente jamais de tendance à remonter. Le plongeur peut ainsi réduire le lest de ceinture d'environ 2,8 kg, ce qui soulage le bas du dos.

La longueur de la bouteille affecte également l'équilibre. Avec 658 mm, une bouteille en aluminium peut être gênante pour les plongeurs mesurant moins de 170 cm. En palmant, l'arrière de la tête ou le deuxième étage peut facilement heurter la robinetterie. Une bouteille en acier de 610 mm relève le centre de gravité et le rapproche des poumons, ce qui facilite l'équilibre horizontal.

• Épaisseur du revêtement intérieur en acier : environ 20 à 50 microns
• Épaisseur du film d'oxyde d'aluminium : environ 10 à 15 microns
• Chaque poids en plomb de 1 kg fournit environ 0,9 kg de flottabilité négative en eau de mer
• Les limites d'expansion hydraulique des bouteilles en acier sont généralement inférieures à 10%
• Les disques de rupture des bouteilles en aluminium sont réglés à environ 1,5 fois la pression de service
• L'inspection annuelle des bouteilles en acier porte notamment sur les piqûres d'oxydation dans les filets du col

Le procédé de fabrication détermine également la limite de capacité. Les bouteilles en aluminium sont extrudées à froid, ce qui concentre les contraintes près du col. Les bouteilles en acier sont fermées par repoussage à chaud, ce qui répartit les contraintes plus uniformément. C'est pourquoi l'acier peut supporter en toute sécurité 3442 psi ou davantage, et pourquoi il contient davantage de molécules de gaz dans un même volume extérieur.

Au même rythme respiratoire, un HP100 offre environ 15 minutes de temps de fond supplémentaires par rapport à un AL80. Cela provient des 22,6 pieds cubes de gaz supplémentaires. À profondeur importante, où la consommation de gaz par minute augmente rapidement, cette réserve réduit la pression et le stress lors de la remontée.

Le diamètre standard de 184 mm facilite également la logistique de location. La plupart des sangles à came de plaque dorsale de gilet stabilisateur sont conçues pour cette taille. Si vous passez à une grande bouteille en acier de 203 mm, il faut généralement ajuster la longueur de la sangle. La plupart des bi-bouteilles techniques utilisent des bouteilles en acier, car leur profil plus mince réduit la traînée latérale.

Les bouteilles en acier basse pression (série LP) reposent sur une philosophie de conception différente. Une LP85 fonctionne à seulement 2400 psi, mais comme son volume intérieur est plus important, elle fournit tout de même 85 pieds cubes de gaz à seulement 165 bar. Au lieu de s’appuyer sur une pression très élevée, elle utilise davantage d’espace intérieur pour compenser la différence.

• La capacité intérieure en eau est indiquée par WC
• Les bouteilles en aluminium indiquent généralement une épaisseur minimale de paroi
• Les bouteilles en acier indiquent souvent la REE (expansion élastique résiduelle) à la pression nominale
• Chaque 100 bar de gaz consommé réduit le poids d’une bouteille AL80 d’environ 1,3 kg
• À pression égale, la compressibilité du trimix diffère de celle de l’air pur
• Une connexion DIN 232 bar résiste mieux à la pression qu’un étrier 200 bar

Pression et densité

La pression de service standard d’une bouteille AL80 est de 3000 psi, soit 207 bar. Son volume intérieur en eau est de 11,1 litres. À pleine pression, elle contient environ 2297 litres d’air libre.

Une bouteille en acier haute pression HP100 fonctionne à 3442 psi, soit 237 bar. Bien que son corps paraisse compact, son véritable volume intérieur en eau est de 12,9 litres. À pleine charge, elle contient 3057 litres d’air, soit environ 33 % de plus.

Le gaz ne se comprime pas parfaitement de manière linéaire indéfiniment. Au-delà de 200 bar, l’efficacité du stockage commence à s’écarter légèrement de la linéarité. Comme les molécules d’air se repoussent sous une très forte compression, la quantité réelle de gaz à 237 bar est environ 1 % à 2 % inférieure à ce que suggèrent les calculs théoriques. Cette marge doit être incluse dans la planification des gaz pour les plongées profondes.

À 20 mètres, la pression ambiante atteint 3 bar. Chaque respiration utilise trois fois plus de molécules de gaz qu’en surface. Avec un AL80, un débit respiratoire de 20 litres par minute en surface devient 60 litres par minute à cette profondeur, ce qui laisse une autonomie totale inférieure à 38 minutes.

Avec une HP100 à la même profondeur, les 760 litres supplémentaires de gaz comprimé offrent environ 12 minutes supplémentaires. À 30 mètres, cette réserve devient une véritable marge de sécurité contre le courant et le stress. Mais un gaz plus dense impose également une charge plus importante aux performances du détendeur de premier étage.

• À 3 000 psi, la densité de l’air est d’environ 254 kg/m³
• À 3 442 psi, la densité de l’air atteint environ 291 kg/m³
• À partir de 20 °C, chaque hausse de température de 1 °C augmente la pression de la bouteille d’environ 0,6 %
• Les robinets DIN sont généralement homologués pour 232 bar ou 300 bar
• Dans les systèmes à étrier au-dessus de 232 bar, le risque d’éjection du joint torique augmente d’environ 40 %
• Prélever 1 000 litres de gaz d’une bouteille à 237 bar crée une très forte sollicitation interne du détendeur

Les compresseurs de gonflage haute vitesse génèrent beaucoup de chaleur. Juste après un gonflage à 3 000 psi, une bouteille peut atteindre 45 °C. Si vous la plongez directement dans une eau de mer à 25 °C, le refroidissement fera redescendre le manomètre à environ 2 750 psi, ce qui revient à perdre environ 8 % du gonflage.

L’acier dissipe cette chaleur beaucoup plus rapidement, surtout lorsqu’il est refroidi dans l’eau pendant le remplissage. Il tend à entrer dans l’eau avec ses véritables 3 442 psi de pleine charge encore intacts. L’aluminium, avec ses parois de 12 mm d’épaisseur, se comporte davantage comme un isolant ; de nombreux opérateurs de gonflage remplissent donc légèrement au-delà de la pression prévue pour compenser la baisse de pression ultérieure.

La famille des bouteilles acier LP se comporte encore différemment. Une LP85, gonflée à seulement 2 400 psi ou 164 bar, contient tout de même 85 pieds cubes de gaz. Sur les îles d’Asie du Sud-Est où les anciens compresseurs peinent, cela compte : les bouteilles basse pression sont beaucoup plus faciles à remplir complètement.

• La LP85 a un volume interne de 13,8 litres, soit environ 24 % de plus qu’une AL80
• À 2 000 psi, une LP85 contient encore environ 1 700 litres
• À pression identique, une HP100 contient encore environ 1 770 litres
• Dans les stations de gonflage peu puissantes, une bouteille basse pression peut fournir 15 % de gaz utilisable en plus
• À 237 bar, la pression partielle de l’oxygène dans l’air reste d’environ 0,5 bar, toujours bien en dessous des limites de toxicité

Le poids du gaz compte également sur le plan physique. Un HP100 contenant 3057 litres d'air renferme environ 3,8 kg de gaz. À mesure que vous le respirez sous l'eau, cette charge disparaît progressivement. Si vous ne tenez pas compte de cette variation lors du lestage, le bloc peut commencer à vous tirer vers la surface comme un ballon pendant la remontée.

Au-delà de 40 mètres, le gaz dense rend la respiration sensiblement plus difficile. Les molécules d'air comprimées se précipitent dans le deuxième étage en créant un écoulement très turbulent. Les plongeurs expérimentés qui descendent profond préfèrent souvent des blocs en acier haute pression associés à des détendeurs à haut débit afin de réduire l'accumulation de dioxyde de carbone et la sensation de résistance respiratoire.

La fabrication d'un bloc en acier haute pression de 3442 psi nécessite de l'acier 34CrMo4 au chrome-molybdène. Sa résistance à la traction est environ trois fois supérieure à celle d'un alliage d'aluminium. Il peut maintenir l'expansion totale sous 10 %, même sous une pression interne extrême. Les blocs en aluminium contenant 3000 psi pendant des années sont beaucoup plus sujets à une déformation microscopique autour du filetage du col.

• Chaque 1000 litres d'air consommés ajoutent environ 1,2 kg de tendance à la flottabilité positive du plongeur
• Un AL80 à 50 bar peut exercer une poussée vers le haut d'environ 2 kg
• Un HP100 à la même pression résiduelle conserve encore environ 0,9 kg de poids apparent vers le bas
• Le gaz dense stocké dans un bloc en acier haute pression réduit la quantité de lest dont vous avez besoin
• À 3442 psi, chaque pied cube d'air contient environ 1,2 cent quadrillion de molécules de gaz

Lorsque vous choisissez un bloc, vous devez également tenir compte de la station de gonflage. Si un magasin de plongée ne gonfle les blocs qu'à 200 bar, l'avantage de la haute pression d'un HP100 est en grande partie perdu, et vous comptez surtout sur ses 1,8 litre supplémentaires de volume interne. Dans ce cas, un LP108 ou un grand bloc en aluminium peut en réalité offrir une meilleure autonomie pratique.

Regardez le marquage sur l'épaulement et trouvez la ligne indiquant Pression de service. Si elle indique 3442 et que vous l'associez à un détendeur performant, vous pouvez sans problème passer 10 minutes supplémentaires à 20 mètres à chercher des nudibranches.

Et si vous avez un bloc qui est resté inutilisé pendant longtemps, ne le remplissez jamais à l'aveugle. Vérifiez les dates estampillées. S'il s'est écoulé plus de 1 an depuis son dernier contrôle visuel, ou plus de 5 ans depuis son dernier test hydrostatique, envoyez-le dans un centre de contrôle agréé avant de l'utiliser.