Que ce soit pour l’exercice, le sommeil ou l’acclimatation, l’altitude est généralement simulée en réduisant la quantité d’oxygène dans l’air que respire le sujet. C’est ce qui est appelé l’hypoxie normobarique, car la pression barométrique reste inchangée (voir l’article Hypoxie, Entraînement et Performance).

Bien que certains générateurs hypoxiques fonctionnent par dilution d’azote dans l’air afin d’obtenir la fraction d’O₂ souhaitée, ces générateurs sont peu courants, car ils sont coûteux et nécessitent un consommable lors de l’utilisation : l’azote.

Les générateurs d’hypoxie utilisant la technologie à membrane reposent sur un principe appelé perméation sélective des gaz. L’air ambiant, composé d’environ 21 % d’oxygène et 78 % d’azote, est d’abord aspiré par l’appareil puis filtré afin d’éliminer les particules et une partie de l’humidité. Il est ensuite légèrement compressé, ce qui permet de faciliter la séparation des gaz.

Dans ce processus, l’oxygène, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau diffusent plus facilement à travers la membrane, tandis que l’azote traverse beaucoup plus lentement et reste majoritairement dans le flux principal d’air. Une partie des gaz qui passent à travers la membrane, appelée perméat, est évacuée vers l’extérieur de l’appareil. L’air restant dans les fibres, le rétentat, devient progressivement enrichi en azote et appauvri en oxygène.

Cette technologie présente plusieurs avantages pour l’entraînement en hypoxie : elle fonctionne en continu, ne nécessite pas de cycles mécaniques complexes et permet de produire un flux d’air hypoxique relativement stable et silencieux, ce qui explique son utilisation fréquente dans les systèmes d’altitude destinés aux athlètes.

Le perméat évacué, enrichi en O₂, peut ainsi être utilisé dans des protocoles d’hyperoxie. À l’inverse, le rétentat, dont la fraction d’O₂ est réduite, est expulsé par un tuyau : il constitue l’air hypoxique utilisé au masque ou pour simuler une altitude dans un environnement clos, comme une tente ou une chambre. En ajustant le débit d’air et la pression dans le système, le générateur peut modifier la proportion d’oxygène dans l’air, ce qui permet de simuler différentes altitudes d’entraînement.

Par exemple, sur le générateur V100 de Biolaster, la fraction d’O₂ peut être ajustée de 19,8 %, équivalent à 450 m d’altitude, jusqu’à 8,5 %, équivalent à 7 000 m d’altitude. Cependant, au débit maximum du générateur, c’est-à-dire 100 L/min, la fraction d’O₂ atteinte est de 15,5 %, soit l’équivalent d’environ 2 400 m d’altitude. Pour atteindre les fractions d’O₂ les plus faibles, le débit du générateur doit être réglé au minimum et la pression au maximum.

Utilisation des générateurs hypoxiques

Dans le cas d’une utilisation dans une tente hypoxique, le tuyau par lequel l’air hypoxique du générateur est expulsé est placé à l’intérieur de la tente. Une fois mis en route, l’air expulsé par le générateur va progressivement se mélanger à l’air de la tente jusqu’à l’obtention de la concentration d’oxygène cible. Cette durée dépend du volume de la tente, de la perméabilité de cette dernière et de la concentration d’O₂ cible souhaitée.

Pour une tente gonflable (volume d’environ 9 m³), il faut environ 3 heures pour atteindre une fraction d’O₂ de 14 % avec le générateur V100 réglé sur la fraction d’O₂ la plus faible, contre environ 1,5 heure avec une tente de lit (volume d’environ 4,5 m³).

La majorité des générateurs ne disposent pas de système intégré de mesure ou de contrôle du niveau d’O₂. Il est donc nécessaire d’utiliser un capteur externe afin de mesurer la fraction d’O₂ en sortie de générateur et s’assurer que celui-ci est bien réglé sur la fraction cible. De plus, le contrôle de la concentration d’oxygène dans la tente est indispensable afin de s’assurer que l’altitude simulée cible est respectée et de déterminer un réglage du générateur pour que celle-ci ne dérive pas tout au long de la nuit.

Récemment, la marque Box Altitude a commercialisé un générateur hypoxique connecté. Cette nouvelle génération de générateurs permet un rétro-contrôle via un capteur d’O₂. Ce dernier va indiquer la fraction d’O₂ via Wi-Fi au générateur, permettant l’allumage et l’extinction automatiques du générateur afin de stabiliser une concentration cible d’O₂ dans l’environnement. L’ensemble peut être contrôlé et programmé via une application dédiée, permettant également le recueil de données physiologiques complémentaires, comme la saturation en oxygène du sujet.

Ces générateurs permettent également la réalisation de chambres hypoxiques. Box Altitude commercialise deux types de générateurs : le F10, destiné à simuler une altitude pour un volume jusqu’à 10 m³, et le F20 pour un volume jusqu’à 20 m³. Ces générateurs ont été conçus pour être combinés et branchés en série afin d’appauvrir l’air en oxygène dans de grands volumes. Ils peuvent être installés de manière fixe à distance de la pièce hypoxique. Ils sont raccordés via des tuyaux de plomberie puis une gaine de ventilation se terminant dans la pièce, assurant un fonctionnement silencieux et un confort optimal dans l’environnement.

Pour une utilisation directement au masque, l’air hypoxique expulsé par le générateur est envoyé dans un sac d’expansion, également appelé ballon tampon. Ce sac constitue la réserve d’air hypoxique que le sujet va inspirer via un masque. Ce sac doit être suffisamment dimensionné en fonction de la ventilation du sujet, donc de son intensité d’exercice et du niveau d’altitude simulé souhaité. En effet, si la ventilation est plus importante que le débit du générateur, le volume du sac va être réduit au fur et à mesure de l’exercice.

Sur des exercices de longue durée à haute intensité, il est possible de mettre plusieurs sacs en série afin d’avoir une réserve d’air hypoxique suffisamment importante. Si l’exercice est intermittent, à l’instar des exercices de répétitions de sprints en hypoxie (RSH), le sac d’expansion peut être rempli durant la phase de récupération en normoxie. Cette méthode de travail en hypoxie présente l’avantage d’être mise en place rapidement, sans engendrer d’augmentation importante de la température et de l’humidité dans un environnement clos comme une tente.

Lucas Garbellotto. Phd Avide de découvertes, technophile en herbe !