Quels sont les principaux appareils respiratoires pour la plongée sous-marine ?
Appareil respiratoire
Article principal : Ensemble de plongée

Plongeur récréatif enfilant son scaphandre avant de plonger
L'équipement de base utilisé par un plongeur sous-marin est le scaphandre éponyme, l'appareil respiratoire sous-marin autonome qui permet au plongeur de respirer pendant la plongée et qui est transporté par le plongeur. Il est aussi communément appelé scuba set.

Lors de la descente, en plus de la pression atmosphérique normale à la surface, l'eau exerce une pression hydrostatique croissante d'environ 1 bar (14,7 livres par pouce carré) pour chaque 10 m de profondeur. La pression de la respiration doit être équilibrée par rapport à la pression ambiante pour permettre un gonflement contrôlé des poumons. Il devient pratiquement impossible de respirer de l'air à la pression atmosphérique normale dans un tube à moins d'un mètre sous l'eau.

La plupart des plongées de loisir se font à l'aide d'un demi-masque qui couvre les yeux et le nez du plongeur, et d'un embout buccal qui fournit le gaz respiratoire à partir de la soupape à la demande ou du recycleur. Inspirer à partir de l'embout d'un détendeur devient très vite une seconde nature. L'autre dispositif courant est le masque intégral, qui couvre les yeux, le nez et la bouche, et permet souvent au plongeur de respirer par le nez. Les plongeurs professionnels sont plus susceptibles d'utiliser des masques complets, qui protègent les voies respiratoires du plongeur en cas de perte de conscience.

Circuit ouvert
Article principal : Détendeur de plongée

Détendeur Aqualung Legend deuxième étage (valve à la demande)

Détendeur Aqualung premier étage

Ordinateur de plongée Gekko avec manomètre et compas.

Affichage du manomètre submersible Suunto
Le gaz inhalé par l'équipement de plongée est expiré dans l'environnement ou, occasionnellement, dans un autre équipement à des fins particulières, généralement pour augmenter la flottabilité d'un dispositif de levage tel qu'un compensateur de flottabilité, une bouée gonflable de repérage en surface ou un petit sac de levage. Le gaz respiratoire est généralement fourni par une bouteille de plongée à haute pression via un détendeur de plongée. En fournissant toujours le gaz respiratoire approprié à la pression ambiante, les détendeurs à la demande permettent au plongeur d'inspirer et d'expirer naturellement et sans effort excessif, quelle que soit la profondeur, en fonction des besoins.

L'ensemble de plongée le plus couramment utilisé utilise un détendeur à la demande à deux étages, à circuit ouvert et à tuyau unique, connecté à une seule bouteille de gaz haute pression montée à l'arrière, le premier étage étant connecté au robinet de la bouteille et le second à l'embout.[Cette disposition diffère de la conception originale d'Émile Gagnan et de Jacques Cousteau de 1942, connue sous le nom d'Aqua-lung, dans laquelle la pression de la bouteille était réduite à la pression ambiante en un ou deux étages qui se trouvaient tous dans le boîtier monté sur le robinet ou le collecteur de la bouteille. Le système à " tuyau unique " présente des avantages significatifs par rapport au système original pour la plupart des applications.

Dans la conception à deux étages du " tuyau unique ", le détendeur du premier étage réduit la pression de la bouteille jusqu'à environ 300 bars (4 400 psi) à une pression intermédiaire (PI) d'environ 8 à 10 bars (120 à 150 psi) au-dessus de la pression ambiante. Le détendeur à soupape à la demande du deuxième étage, alimenté par un tuyau basse pression provenant du premier étage, délivre le gaz respiratoire à la pression ambiante à la bouche du plongeur. Les gaz expirés sont évacués directement dans l'environnement sous forme de déchets par un clapet anti-retour situé sur le boîtier du deuxième étage. Le premier étage possède généralement au moins un orifice de sortie délivrant le gaz à la pression totale de la bouteille, qui est relié au manomètre submersible du plongeur ou à l'ordinateur de plongée, afin d'indiquer la quantité de gaz respirable restant dans la bouteille.

Recycleur

Recycleur électronique à circuit fermé Inspiration
Article principal : Recycleur de plongée
Moins courants, les recycleurs à circuit fermé (CCR) et semi-fermé (SCR) qui, contrairement aux appareils à circuit ouvert qui évacuent tous les gaz expirés, traitent tout ou partie de chaque souffle expiré pour le réutiliser en éliminant le dioxyde de carbone et en remplaçant l'oxygène utilisé par le plongeur. Les recycleurs rejettent peu ou pas de bulles de gaz dans l'eau et utilisent beaucoup moins de volume de gaz stocké, pour une profondeur et une durée équivalentes, car l'oxygène expiré est récupéré ; cela présente des avantages pour la recherche, l'armée, la photographie et d'autres applications. Les recycleurs sont plus complexes et plus chers que les scaphandres à circuit ouvert, et une formation spéciale et un entretien correct sont nécessaires pour les utiliser en toute sécurité, en raison de la plus grande variété de modes de défaillance potentiels.

Dans un recycleur à circuit fermé, la pression partielle d'oxygène dans le recycleur est contrôlée, de sorte qu'elle peut être maintenue à un maximum continu sûr, ce qui réduit la pression partielle de gaz inerte (azote et/ou hélium) dans la boucle respiratoire. Minimiser la charge en gaz inerte des tissus du plongeur pour un profil de plongée donné réduit l'obligation de décompression. Cela nécessite une surveillance continue des pressions partielles réelles en fonction du temps et, pour une efficacité maximale, un traitement informatique en temps réel par l'ordinateur de décompression du plongeur. La décompression peut être considérablement réduite par rapport aux mélanges de gaz à rapport fixe utilisés dans d'autres systèmes de plongée et, par conséquent, les plongeurs peuvent rester plus longtemps au sol ou avoir besoin de moins de temps pour décompresser. Un recycleur à circuit semi-fermé injecte un débit massique constant d'un mélange gazeux fixe dans la boucle respiratoire, ou remplace un pourcentage spécifique du volume respiré, de sorte que la pression partielle d'oxygène à tout moment de la plongée dépend de la consommation d'oxygène du plongeur et/ou de sa fréquence respiratoire. La planification des besoins en décompression nécessite une approche plus conservatrice pour un SCR que pour un CCR, mais les ordinateurs de décompression avec une entrée en temps réel de la pression partielle d'oxygène peuvent optimiser la décompression pour ces systèmes. Les recycleurs produisant très peu de bulles, ils ne perturbent pas la vie marine et ne font pas connaître la présence d'un plongeur à la surface, ce qui est utile pour la photographie sous-marine et le travail clandestin.
L'appareil respiratoire le plus courant pour la plongée sous-marine est un détendeur à la demande à circuit ouvert, à un seul tuyau et à deux étages, relié à une seule bouteille de gaz.  Un appareil moins courant est un recycleur à circuit fermé ou semi-fermé.
What are the primary breathing apparatuses for scuba
Breathing apparatus
Main article: Scuba set

Recreational diver putting on his scuba set before diving
The defining equipment used by a scuba diver is the eponymous scuba, the self-contained underwater breathing apparatus which allows the diver to breathe while diving, and is transported by the diver. It is also commonly referred to as the scuba set.

As one descends, in addition to the normal atmospheric pressure at the surface, the water exerts increasing hydrostatic pressure of approximately 1 bar (14.7 pounds per square inch) for every 10 m (33 feet) of depth. The pressure of the inhaled breath must balance the surrounding or ambient pressure to allow controlled inflation of the lungs. It becomes virtually impossible to breathe air at normal atmospheric pressure through a tube below three feet under the water.[2]

Most recreational scuba diving is done using a half mask which covers the diver's eyes and nose, and a mouthpiece to supply the breathing gas from the demand valve or rebreather. Inhaling from a regulator's mouthpiece becomes second nature very quickly. The other common arrangement is a full face mask which covers the eyes, nose and mouth, and often allows the diver to breathe through the nose. Professional scuba divers are more likely to use full face masks, which protect the diver's airway if the diver loses consciousness.[43]

Open-circuit
Main article: Diving regulator

Aqualung Legend second stage (demand valve) regulator

Aqualung first stage regulator

Gekko dive computer with attached pressure gauge and compass

Suunto submersible pressure gauge display
Open circuit scuba has no provision for using the breathing gas more than once for respiration.[1] The gas inhaled from the scuba equipment is exhaled to the environment, or occasionally into another item of equipment for a special purpose, usually to increase the buoyancy of a lifting device such as a buoyancy compensator, inflatable surface marker buoy or small lifting bag. The breathing gas is generally provided from a high-pressure diving cylinder through a scuba regulator. By always providing the appropriate breathing gas at ambient pressure, demand valve regulators ensure the diver can inhale and exhale naturally and without excessive effort, regardless of depth, as and when needed.[23]

The most commonly used scuba set uses a "single-hose" open circuit 2-stage demand regulator, connected to a single back-mounted high-pressure gas cylinder, with the first stage connected to the cylinder valve and the second stage at the mouthpiece.[1] This arrangement differs from Émile Gagnan's and Jacques Cousteau's original 1942 "twin-hose" design, known as the Aqua-lung, in which the cylinder pressure was reduced to ambient pressure in one or two stages which were all in the housing mounted to the cylinder valve or manifold.[23] The "single-hose" system has significant advantages over the original system for most applications.[44]

In the "single-hose" two-stage design, the first stage regulator reduces the cylinder pressure of up to about 300 bars (4,400 psi) to an intermediate pressure (IP) of about 8 to 10 bars (120 to 150 psi) above ambient pressure. The second stage demand valve regulator, supplied by a low-pressure hose from the first stage, delivers the breathing gas at ambient pressure to the diver's mouth. The exhaled gases are exhausted directly to the environment as waste through a non-return valve on the second stage housing. The first stage typically has at least one outlet port delivering gas at full tank pressure which is connected to the diver's submersible pressure gauge or dive computer, to show how much breathing gas remains in the cylinder.[44]

Rebreather

An Inspiration electronic fully closed circuit rebreather
Main article: Diving rebreather
Less common are closed circuit (CCR) and semi-closed (SCR) rebreathers which, unlike open-circuit sets that vent off all exhaled gases, process all or part of each exhaled breath for re-use by removing the carbon dioxide and replacing the oxygen used by the diver.[45] Rebreathers release few or no gas bubbles into the water, and use much less stored gas volume, for an equivalent depth and time because exhaled oxygen is recovered; this has advantages for research, military,[1] photography, and other applications. Rebreathers are more complex and more expensive than open-circuit scuba, and special training and correct maintenance are required for them to be safely used, due to the larger variety of potential failure modes.[45]

In a closed-circuit rebreather the oxygen partial pressure in the rebreather is controlled, so it can be maintained at a safe continuous maximum, which reduces the inert gas (nitrogen and/or helium) partial pressure in the breathing loop. Minimising the inert gas loading of the diver's tissues for a given dive profile reduces the decompression obligation. This requires continuous monitoring of actual partial pressures with time and for maximum effectiveness requires real-time computer processing by the diver's decompression computer. Decompression can be much reduced compared to fixed ratio gas mixes used in other scuba systems and, as a result, divers can stay down longer or require less time to decompress. A semi-closed circuit rebreather injects a constant mass flow of a fixed breathing gas mixture into the breathing loop, or replaces a specific percentage of the respired volume, so the partial pressure of oxygen at any time during the dive depends on the diver's oxygen consumption and/or breathing rate. Planning decompression requirements requires a more conservative approach for a SCR than for a CCR, but decompression computers with a real-time oxygen partial pressure input can optimise decompression for these systems. Because rebreathers produce very few bubbles, they do not disturb marine life or make a diver's presence known at the surface; this is useful for underwater photography, and for covert work.[36]
The most common breathing apparatus for Scuba Diving is an open circuit single hose 2-stage demand regulator connected to a single gas cylinder.  A less common apparatus is a Closed Circuit or Semi-Closed rebreather.