Lorsque les Navy SEALs effectuent des plongées dans les eaux arctiques, ou lorsque les équipes de secours plongent sous des rivières ou des étangs couverts de glace, le temps de survie même dans les meilleures combinaisons est très limité - aussi peu que des dizaines de minutes, et l'expérience peut être au mieux extrêmement douloureuse. Trouver des moyens de prolonger ce temps de survie sans entraver la mobilité a été une priorité pour la marine américaine et les plongeurs scientifiques, comme deux professeurs d'ingénierie du MIT l'ont appris au cours d'un récent programme qui les a emmenés dans diverses installations navales.

Cette visite a conduit à une collaboration de deux ans qui a maintenant donné un résultat spectaculaire :un traitement simple qui peut améliorer le temps de survie d'une combinaison conventionnelle par un facteur de trois, disent les scientifiques.

Les résultats, qui pourrait être appliqué essentiellement immédiatement, sont rapportés cette semaine dans le journal Avances RSC , dans un article de Michael Strano, le professeur Carbon P. Dubbs de génie chimique; Jacopo Buongiorno, le professeur TEPCO et directeur associé du Département des sciences et de l'ingénierie nucléaires; et cinq autres au MIT et à l'Université George Mason.

Le processus qu'ils ont découvert fonctionne en plaçant simplement la combinaison en néoprène standard à l'intérieur d'un autoclave à réservoir sous pression pas plus gros qu'un fût de bière, rempli d'un gaz inerte lourd, pendant environ une journée. Le traitement dure alors environ 20 heures, bien plus longtemps que quiconque passerait en plongée, explique Buongiorno, qui est lui-même un fervent utilisateur de combinaisons de plongée. (Il a participé à un triathlon la semaine dernière.) Le processus pourrait également être fait à l'avance, avec la combinaison placée dans un sac scellé à ouvrir juste avant utilisation, il dit.

Bien que Buongiorno et Strano fassent tous deux partie de la faculté du MIT, ils ne s'étaient jamais rencontrés jusqu'à ce qu'ils fassent tous deux partie du groupe d'étude des sciences de la défense pour le ministère de la Défense. "Nous avons visité beaucoup de bases, et rencontré toutes sortes de militaires jusqu'à des généraux quatre étoiles, " dit Buongiorno, dont la spécialité en génie nucléaire concerne le transfert de chaleur, surtout par l'eau. Ils ont pris connaissance des besoins particuliers de l'armée et ont été invités à concevoir un projet technologique pour répondre à l'un de ces besoins. Après avoir rencontré un groupe de Navy SEALs, le corps de plongée d'élite des opérations spéciales, ils ont décidé qu'ils pouvaient assumer le besoin d'une protection plus durable dans les eaux glacées.

Ils ont examiné les différentes stratégies utilisées par divers animaux pour survivre dans ces eaux glaciales, et trouvé trois types :poches d'air emprisonnées dans la fourrure ou les plumes, comme avec les loutres et les pingouins; chaleur générée en interne, comme certains animaux et poissons (notamment les grands requins blancs, lequel, étonnamment, sont à sang chaud); ou une couche de matériau isolant qui ralentit fortement les déperditions thermiques du corps, comme pour la graisse de phoque et de baleine.

À la fin, après simulations et tests en laboratoire, ils se sont retrouvés avec une combinaison de deux d'entre eux - un matériau isolant semblable à de la graisse qui utilise également des poches de gaz piégées, bien que dans ce cas le gaz ne soit pas de l'air mais un gaz inerte lourd, à savoir le xénon ou le krypton.

Le matériau devenu standard pour les combinaisons est le néoprène, un matériau peu coûteux qui est un mélange de matériaux de caoutchouc synthétique transformés en une sorte de mousse, produisant une structure à cellules fermées semblable à la mousse de polystyrène. Pris au piège dans cette structure, occupant plus des deux tiers du volume et représentant la moitié de la chaleur qui y est transférée, sont des poches d'air.

Strano et Buongiorno ont découvert que si l'air piégé est remplacé par du xénon ou du krypton, les propriétés isolantes du matériau augmentent considérablement. Le résultat, ils disent, est un matériau avec le transfert de chaleur le plus bas de toutes les combinaisons jamais fabriquées. "Nous avons établi un record du monde pour la combinaison de plongée à conductivité thermique la plus basse au monde, " Strano dit - conductivité presque aussi faible que l'air lui-même. " C'est comme porter un manteau d'air. "

Ils ont découvert que cela pourrait améliorer la capacité de survie dans des eaux plus froides que 10 degrés Celsius, le faire passer de moins d'une heure à deux ou trois heures.

Le résultat pourrait être une aubaine non seulement pour ceux qui vivent dans les environnements les plus extrêmes, mais à quiconque utilise des combinaisons en eaux froides, y compris les nageurs, les athlètes, et surfeurs, ainsi que des plongeurs professionnels de toutes sortes.

Actuellement, les seules alternatives viables pour l'eau froide aux combinaisons sont les combinaisons étanches, qui ont une couche d'air entre la combinaison et la peau qui doit être maintenue à l'aide d'un tuyau et d'une pompe, ou une combinaison d'eau chaude, qui nécessite également un raccord de tuyau et de pompe. Dans tous les cas, une défaillance de la pompe ou une coupure ou une déchirure dans la combinaison peut entraîner une perte rapide d'isolation qui peut mettre la vie en danger en quelques minutes.

Mais le néoprène infusé au xénon ou au krypton ne nécessite pas un tel système de support et n'a aucun moyen de perdre rapidement ses propriétés isolantes, et ne comporte donc pas ce risque. "Nous pouvons prendre la combinaison néoprène de n'importe qui et la pressuriser avec du xénon pour des opérations performantes, " dit Strano.

Une autre possibilité, ils disent, est de produire une combinaison avec les mêmes propriétés isolantes que celles actuelles, mais avec une petite fraction de l'épaisseur, permettant plus de confort et de liberté de mouvement qui pourraient plaire aux athlètes.

Une prochaine étape de leur recherche consiste à chercher des moyens de créer un version stable d'un néoprène infusé au xénon, peut-être en collant une couche protectrice dessus, ils disent.