Pourquoi ne peut-on pas retenir son souffle une minute ?
― Ce n'est pas l'oxygène qui crée la sensation de suffocation
Quand on retient son souffle, la poitrine devient peu à peu oppressée, jusqu'à devenir insupportable. Beaucoup pensent que c'est parce que l'oxygène vient à manquer. Pourtant, à ce moment-là, il reste encore plus de 80 % de l'oxygène du corps. La vraie cause de cette gêne, c'est le dioxyde de carbone qui s'accumule faute de pouvoir sortir. Et cette confusion peut coûter la vie dans l'eau.
Enfant, avez-vous déjà fait un concours avec des amis pour voir qui pouvait retenir son souffle le plus longtemps ?
Passé les 30 secondes, la poitrine commence à s'agiter et le fond de la gorge se met à bouger tout seul. Avant même d'atteindre une minute, la plupart des gens reprennent leur respiration.
Mais à ce moment-là, l'oxygène était-il vraiment épuisé ? En réalité, il en reste énormément.
Le corps ne surveille que deux choses
Les poumons et le sang contiennent une réserve d'oxygène qui suffit pour plusieurs minutes au repos. En retenant son souffle une minute, on n'en consomme presque rien. Le manque d'oxygène n'a donc pas encore lieu.
Le corps continue de produire du dioxyde de carbone même au repos. En retenant son souffle, la sortie se bouche et il s'accumule dans le sang. Le cerveau surveille ce niveau d'accumulation et déclenche la sensation de gêne.
Autrement dit, la gêne n'est pas une alerte de panne sèche, mais une alerte de débordement des déchets. Voyons ces deux points dans l'ordre.
L'oxygène diminue à peine en une minute
Le corps d'un adulte stockerait, en comptant l'air des poumons et celui dissous dans le sang, plus d'un litre d'oxygène. Or, au repos assis, le corps consomme environ 0,25 litre d'oxygène par minute.
Une simple division montre qu'il reste plusieurs minutes de marge. En effet, même après une minute d'apnée, plus de 80 % de la réserve subsiste. Et pourtant, nous ne tenons pas une minute.
La figure 1 résume cette évolution dans le temps. Comparez la ligne qui descend et celle qui monte.
Le dioxyde de carbone rend le sang légèrement acide
Le corps brûle ce qu'il mange pour en tirer de l'énergie. Cette réaction produit toujours du dioxyde de carbone. Même en apnée, cette production ne s'arrête pas.
Le dioxyde de carbone accumulé se dissout dans l'eau du sang et forme de l'acide carbonique. Cet acide, bien que faible, fait pencher le sang légèrement vers l'acidité. Des cellules sentinelles situées à la base du cerveau détectent ce basculement avec une extrême sensibilité.
Elles émettent alors un ordre : « expirer immédiatement ». La sensation d'oppression dans la poitrine, ou celle de la gorge qui bouge toute seule, ne sont rien d'autre que cet ordre en action. On considère aussi que ce n'est pas le taux d'oxygène, mais bien la concentration de dioxyde de carbone, qui règle habituellement le rythme de la respiration.
À l'endroit où les grosses artères du cou se divisent se trouvent également des sentinelles sensibles au manque d'oxygène. Mais celles-ci n'entrent fortement en action qu'après une baisse importante de l'oxygène. C'est leur travail qui accélère la respiration en haute montagne. Dans la vie quotidienne, ce sont les sentinelles du dioxyde de carbone qui réagissent bien avant.
Cette confusion devient dangereuse dans l'eau
Voici le point le plus important. Certaines personnes respirent volontairement plusieurs fois, profondément et vite, avant de retenir leur souffle. Une croyance répandue veut que cela permette de plonger plus longtemps.
Il est vrai que l'on peut retenir son souffle plus longtemps ainsi. Mais ce n'est pas parce que l'oxygène a augmenté. Cette respiration profonde et rapide chasse surtout le dioxyde de carbone ; la réserve d'oxygène, elle, n'augmente quasiment pas.
Résultat : seule l'alarme qui signale la gêne cesse de sonner. Comme le montre la figure 2, l'oxygène vient à manquer avant même que le dioxyde de carbone n'atteigne sa limite. Et la personne peut alors perdre connaissance dans l'eau, sans avoir ressenti aucune gêne.
Alors, que faire ?
- Ne pas jouer à retenir longtemps son souffle dans l'eauSur terre, même en cas d'évanouissement, on ne fait que tomber. Dans l'eau, c'est tout autre chose
- Ne pas respirer plusieurs fois profondément et vite avant de plongerCela ne fait qu'effacer le signal de gêne, sans augmenter l'oxygène
- Ne pas faire de concours entre amis pour voir qui plonge le plus longtempsUne personne qui coule en silence ne se débat pas. L'entourage a du mal à s'en rendre compte
Appelez d'abord fortement à l'aide et prévenez les secours (en France, le 112 ou le 18/15). Ne vous jetez pas vous-même à l'eau. Chaque année, des accidents surviennent où le sauveteur se met lui aussi en danger. Si vous n'êtes pas à portée de main depuis la rive, jetez d'abord un objet flottant (bouteille en plastique, glacière, bouée...). Ne vous approchez pas des zones à fort courant ou profondes, et suivez les consignes des maîtres-nageurs ou des pompiers.
En résumé
La gêne ressentie en retenant son souffle n'est pas le signal d'un manque d'oxygène. C'est le dioxyde de carbone, incapable de sortir, qui fait légèrement pencher le sang vers l'acidité ; le cerveau le détecte et déclenche cette alarme. C'est pourquoi il est possible de faire taire l'alarme avant tout le reste. Une alarme éteinte ne signifie pas que le danger a disparu.
La gêne n'est pas le signal d'une panne d'oxygène.
C'est le signal d'un débordement de « déchets » : le dioxyde de carbone.
Sur le thème des gaz dans le corps, vous pouvez aussi lire Pourquoi les baleines peuvent-elles plonger une heure, alors que l'humain ne peut remonter que lentement ? ou Pourquoi le mal des montagnes survient-il simplement en prenant de l'altitude ?, pour mieux saisir l'ensemble du mécanisme de la respiration.
- Asseyez-vous, expirez normalement, puis retenez votre souffle, et comptez les secondes jusqu'à la gêne. Ce sera probablement entre 30 et 60 secondes.
- Reposez-vous environ 1 minute. Refaites l'essai en bougeant légèrement bras et jambes. Le temps change à peine. La gêne dépend de l'état du sang, pas des muscles.
- Reposez-vous à nouveau. Enfin, inspirez profondément avant de retenir votre souffle. Même si l'air des poumons a augmenté, le temps gagné ne dépasse guère quelques dizaines de secondes. On sent bien qu'ajouter de l'oxygène n'allonge que très peu le temps.
Ne tentez jamais l'expérience consistant à respirer plusieurs fois profondément et vite avant de retenir son souffle. Même sur terre, on peut s'évanouir et tomber. Les personnes en mauvaise condition physique ou souffrant d'une maladie cardiaque ou pulmonaire ne doivent pas du tout procéder à cette observation.
Pour aller plus loin ― vocabulaire, formules et liens avec les manuels scolairesDu collège à l'université, le niveau de chaque partie est indiqué explicitement
- CollègeNiveau des sciences au collège
- LycéeNiveau du tronc commun lycée (biologie/chimie de base)
- Lycée +Contenu d'approfondissement au lycée, ou encadré des manuels
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, propre aux filières universitaires (physiologie, biochimie)
- RechercheSujet non encore établi comme « acquis » même à l'université, activement étudié par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène porte un nom
- Acide carbonique : acide faible formé quand le dioxyde de carbone se dissout dans l'eau. Le même phénomène se produit dans le sang.
- Chémorécepteur : cellule sentinelle qui détecte les variations de composition du sang. On en trouve à la base du cerveau et à la bifurcation des artères du cou.
- Hyperventilation : état où l'on respire plus que nécessaire, expulsant trop de dioxyde de carbone. Peut provoquer des fourmillements dans les mains et les pieds.
- Syncope : perte de connaissance brève due à un manque d'oxygène atteignant le cerveau. Survenant dans l'eau, elle réduit fortement les chances de survie.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien d'oxygène reste-t-il après une minute d'apnée ?
L'idée reçue « gêne = manque d'oxygène » peut être vérifiée par une simple soustraction. Voici la signification des symboles utilisés. Les unités sont uniquement le litre (volume) et la minute (temps).
| V | Volume d'oxygène stocké dans le corps. Unité : litre |
| R | Volume d'oxygène consommé par le corps par minute. Unité : litre par minute |
| T | Durée de l'apnée. Unité : minute |
| Oxygène stocké dans les poumons et le sang V | environ 1,5 litre |
| Oxygène consommé par minute au repos R | environ 0,25 litre par minute |
| Durée habituelle d'apnée T | environ 1 minute |
| Oxygène consommé en 1 minute | 0,25 × 1 ＝ 0,25 |
| Oxygène restant après 1 minute | 1,5 － 0,25 ＝ 1,25 |
| Proportion restante | 1,25 ÷ 1,5 ≒ 0,83 |
| Temps avant épuisement total de la réserve | 1,5 ÷ 0,25 ＝ 6 |
Après une minute, il reste encore plus de 80 % de l'oxygène. Un simple calcul donne une marge théorique de 6 minutes. Pourtant, on abandonne au bout d'une minute : la cause de la gêne n'est donc clairement pas l'oxygène. Notons que ceci n'est qu'une estimation au repos assis ; en mouvement, la consommation peut être plusieurs fois supérieure.
LycéeLycée +Pourquoi le dioxyde de carbone agit-il plus « vite » ?
LycéeL'oxygène se lie solidement à l'hémoglobine des globules rouges pour être transporté. Le sang peut ainsi en stocker une grande quantité. Le dioxyde de carbone, lui, se dissout en grande partie dans l'eau sous forme d'acide carbonique, puis se sépare en ions hydrogène et ions hydrogénocarbonate pour être transporté.
Lycée +Les ions hydrogène ainsi libérés influencent directement le degré d'acidité du sang. Cette acidité est normalement maintenue dans une plage extrêmement étroite. La moindre variation représente donc, pour le corps, un signal d'anomalie majeur. Quant à l'oxygène, même quand sa réserve baisse de près de moitié, la quantité livrée aux tissus ne diminue guère, grâce aux propriétés de l'hémoglobine. C'est aussi pour cela qu'on le ressent moins.
UniversitéC'est une sentinelle à la base du cerveau qui règle la respiration
À la base du cerveau se trouvent des chémorécepteurs centraux qui détectent l'acidité du liquide environnant. Le dioxyde de carbone, très soluble dans les graisses, traverse rapidement la barrière protectrice du cerveau. Une fois passé, il se transforme en acide carbonique et acidifie son environnement. Les récepteurs détectent ce changement et déclenchent un ordre pour renforcer la respiration. Les chémorécepteurs périphériques, situés à la bifurcation des artères du cou, réagissent au manque d'oxygène, mais n'entrent fortement en action qu'après une baisse importante de celui-ci. Ce double dispositif joue habituellement en faveur de la sécurité. La respiration profonde et rapide peut être vue comme un moyen d'endormir uniquement la sentinelle placée en second rang.
RechercheCe qui n'est pas encore parfaitement compris
- La sensation même de « manque d'air » On pense que cette sensation ne dépend pas seulement des signaux des récepteurs, mais résulte d'une perception complexe impliquant plusieurs régions du cerveau. Les raisons pour lesquelles, à état sanguin identique, la sensation varie d'une personne à l'autre, restent mal comprises.
- Les adaptations du corps chez les plongeurs en apnée Les personnes qui pratiquent la plongée en apnée, par métier ou en compétition, peuvent retenir leur souffle bien plus longtemps que la moyenne. On étudie encore si c'est la sensibilité même des sentinelles qui change avec l'entraînement, ou plutôt la capacité à supporter la gêne.
- Les effets d'un manque d'oxygène répété Les conséquences à long terme, sur le cerveau et le cœur, d'épisodes courts et répétés de manque d'oxygène ne sont pas clairement établies. Par précaution, il est jugé préférable d'éviter de les répéter volontairement.
Autrement dit, le contenu de cet article reflète « ce que l'on comprend aujourd'hui ». En revanche, le danger des jeux d'apnée dans l'eau est, lui, déjà démontré par de nombreux accidents connus.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / unité | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences・Respiration et circulation sanguine | L'échange entre oxygène et dioxyde de carbone |
| Lycée | Biologie de base・Maintien du milieu intérieur／Chimie de base・Acides et bases | La transformation du CO2 en acide carbonique et l'acidification du sang |
| Lycée + | Biologie・Liaison de l'hémoglobine à l'oxygène | Pourquoi on sent peu la baisse d'oxygène |
| Université | Physiologie・Régulation respiratoire／Équilibre acido-basique | Répartition des rôles entre chémorécepteurs centraux et périphériques |
| Recherche | Physiologie respiratoire・Neurosciences de la perception | La formation de la sensation de manque d'air |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Éviter les jeux d'apnée près de l'eau, ne pas plonger pour porter secours |
- Croix-Rouge japonaise, « Sécurité et prévention des accidents aquatiques » (日本赤十字社「安全法・水の事故の防止」)
- Agence de gestion des incendies et catastrophes du Japon (総務省消防庁) — documents d'information sur les secours et accidents aquatiques
- Guyton & Hall, Textbook of Medical Physiology, chapitre sur la régulation de la respiration (chémorécepteurs et régulation respiratoire par le dioxyde de carbone)
- Honma Ken.ichi (dir.), Standard Physiology (『標準生理学』), chapitre sur la régulation respiratoire et l'équilibre acido-basique
- Conseil japonais de réanimation (日本蘇生協議会), Guide des techniques de réanimation d'urgence (『救急蘇生法の指針』) — prise en charge et procédure d'alerte en cas d'accident aquatique
※Cet article est une vulgarisation scientifique à destination du grand public. Les valeurs indiquées sont des repères et des approximations destinés à faciliter la compréhension des mécanismes. Pour la prévention des accidents aquatiques et les procédures de secours, suivez les consignes des pompiers, des collectivités locales et des maîtres-nageurs. Les personnes ayant des inquiétudes concernant leur état de santé ne doivent pas réaliser les observations décrites dans cet article.