Baert P. Intensité lumineuse à bord des sous

Médecine en conditions extrêmes
Intensité lumineuse à bord des sous-marins nucléaires
lanceurs d’engins.
P. Baerta, M. Trousselardb, C. du Retail, A. Delhommea, J.-L. Caylaa, O. Costec.
a BCRM de Brest, Centre médical de base militaire de Défense de Brest, Département Forces sous-marines, CC 500 – 29240 Brest Cedex 9.
b Département des facteurs humains, pôle de neurophysiologie du stress, IRBA, Antenne de Grenoble, BP 87 – 38702 la Tronche cedex.
c IRBA, Antenne de Toulon, BP 20548 – 83041 Toulon Cedex 09.
Article reçu le 25 mars 2009, accepté le 8 février 2010.
Résumé
Le métier de sous-marinier s’exerce dans un environnement extrême. Au cours des patrouilles des Sous-marins nucléaires
lanceurs d’engins, des troubles psycho-cognitifs sont parfois observés. La privation de lumière naturelle pourrait être à
l’origine de phénomènes de désynchronisation des rythmes circadiens et par conséquent d’une perturbation des états de
vigilance des équipages. La lumière étant le principal synchroniseur de l’horloge circadienne humaine, des mesures
d’éclairement ont été effectuées à bord d’un sous-marin nucléaire lanceur d’engin afin d’évaluer l’exposition lumineuse
des sous-mariniers français. Les auteurs insistent sur la nécessité de réaliser des études de terrain pour quantifier l’impact
sur la vigilance de la vie en espace confiné.
D
O
S
S
I
E
R
Mots-clés : Intensité lumineuse. Rythmes circadiens. Sous-marin. Vigilance.
Abstract
LIGHT LEVEL ONBOARD SUBMARINE SHIP BALLISTIC NUCLEAR.
Working onboard submarines is a tough environment job. Psychological and cognitive disorders are sometimes observed
during Ballistic missile Nuclear powered Submarine (SSBN) patrols. Natural light deprivation may induce circadian rhythm
de-synchronization and thus alter the crew’s state of awareness. Being Light the main human circadian clock synchronizer;
enlightenment levels have been measured onboard an SSBN in order to assess French submariners light exposure levels.
The authors insist on the need for ground studies to quantify the impact on awareness levels in confined space life.
Keywords: Alertness. Circadian rhythms. Light intensity. Submarine.
Introduction.
L’exercice du métier de sous-marinier est soumis à
des contraintes multiformes sur des durées parfois
prolongées, tout particulièrement lors des patrouilles
opérationnelles des sous-marins nucléaires lanceurs
d’engins (SNLE). L’une d’elles est la privation totale de
lumière naturelle dès la prise de plongée. L’environnement lumineux à bord devient dès lors artif iciel,
P. BAERT, médecin en chef, praticien confirmé. M. TROUSSELARD, médecin en
chef, praticien certifié. C. DU RETAIL, médecin principal. A. DELHOMME,
médecin principal. J.-L. CAYLA, médecin en chef. O. COSTE, médecin en chef,
praticien certifié.
Correspondance : P. BAERT, BCRM de Brest, Centre médical de Base militaire
de Défense de Brest. Département Forces sous-marines, CC 500 – 29240 Brest
Cedex 9.
E-mail : [email protected]
médecine et armées, 2010, 38, 4, 291-298
avec maintien d’une alternance jour-nuit, qui place
l’équipage dans un cycle lumineux inhabituel pour une
durée de l’ordre de 9 à 11 semaines. À cette contrainte
environnementale, s’ajoute celle opérationnelle de
la perturbation du cycle veille-sommeil pour les
marins assujettis aux quarts tournants. La combinaison
de cette organisation du travail et de l’absence de
lumière naturelle est actuellement une des hypothèses
étudiées pour expliquer l'émoussement psychoaffectif
rencontré chez certains sous-mariniers en patrouille.
Malgré le maintien de synchroniseurs sociaux, comme
les heures régulières des repas, de lever et de coucher,
une désynchronisation des rythmes circadiens
est suspectée. En l’absence de données précises
sur l’intensité lumineuse à bord des SNLE, nous avons
réalisé une cartographie lumineuse complète d’un
sous-marin du type Le Triomphant. Après un rappel
sur les conditions de vie à bord des SNLE en patrouille,
291
sur les rythmes circadiens et les effets biologiques des
faibles ambiances lumineuses, nous présentons les
résultats des mesures effectuées et discutons des
implications possibles sur les sous-mariniers en les
comparant à d’autres environnements confinés.
Données fondamentales.
Conditions de vie à bord des SNLE
en patrouille.
Contraintes environnementales.
Un SNLE de type Le Triomphant est un bâtiment à
propulsion nucléaire de 138 mètres de long, 12,5 mètres
de diamètre déplaçant 14 300 tonnes en plongée (fig. 1).
Il embarque 16 missiles type M45 chacun capable de
délivrer six têtes nucléaires à plusieurs milliers de
kilomètres. L’équipage, constitué de 111 hommes
(16 officiers, 88 officiers mariniers et 7 quartiers maîtres
et matelots), effectue des patrouilles de neuf à onze
semaines sans jamais remonter à la surface ni faire
d’escales. À ce conf inement physique total vient
s’ajouter la promiscuité, puisque la surface habitable
des locaux vie ne dépasse pas 800 m2.
effectuant ainsi deux quarts par jour. Dans la Marine
nationale, la durée des quarts est un peu différente
puisque chaque poste peut être occupé par un tiers
pendant 4, 3 ou 2 heures. Ce rythme de travail irrégulier
a pour particularité de ne pas spécialiser les personnels
sur certaines tranches horaires tout en préservant
chaque nuit une durée minimum de sommeil de quelques
heures (tab. II).
Cependant une partie de l’équipage ne fonctionne pas
en travail posté. Ces personnels dits « Hors Quart » (HQ)
appartiennent à l’état-major (commandant, commandant
en second, commandants adjoints opération et navire), au
service commissariat (cuisiniers, maîtres d’hôtel,
boulanger), au service hygiène et santé (médecin et
infirmiers) ou à d’autres services où ils exercent des
fonctions de supervision.
Tableau II. Quarts par tiers – type « Marine nationale ».
Horaires de Quart
00:0004:00
04:0008:00
08:0012:00
Organisation du travail.
L’activité permanente d’un bâtiment à la mer impose
une organisation dite en « travail posté continu » où trois
équipes (appelées « tiers ») se succèdent à un même poste
de travail 24/24 h et 7/7 jours. Traditionnellement, dans la
plupart des Marines occidentales, cette répartition du
travail posté est celle dite du « quart maritime » (tab. I)
où chaque poste dure quatre heures, chaque tiers
Tableau I. Quarts par tiers – type « Quart maritime ».
Horaires de Quart
00:0004:00
04:0008:00
08:0012:00
12:0016:00
16:0020:00
20:0024:00
J1
18:0020:00
20:0024:00
J2
J3
2e tiers
3e tiers
Éclairage à bord des sous-marins.
À bord des sous-marins français, l’éclairage des locaux
est déterminé par une instruction technique fixant des
valeurs moyennes ne dépassant pas 200 lux (1). Il est
constitué de lampes fixes à incandescence (ampoules
claires ou opalisées de 10 à 100 Watts (W)) ou
fluorescentes (8, 16 ou 20 W). Seuls certains locaux
opérationnels présentent un niveau d’éclairement
volontairement plus bas pour favoriser la perception
sur écran et éviter une diminution de l’acuité visuelle en
cas d’observation par le périscope la nuit. Enfin, à la
tombée de la nuit, un éclairage rouge d’adaptation à
l’obscurité est mis en place dans toutes les coursives de
passage et échappées. Cet éclairage rouge est obtenu
grâce à des ampoules à incandescence disposées dans
des lampes munies de diffuseurs en verre rouge. La valeur
moyenne d’éclairement recherchée est alors de 1 à 2 lux
af in de préserver de l’éblouissement les personnels
prenant leur quart de nuit.
En 1995 le Naval Health Research Center (NHRC) de
San Diego a effectué une campagne de mesure
d’éclairement à bord de l’USS Asheville, un sous-marin
d’attaque de la classe Los Angeles. Les résultats révélaient
une forte hétérogénéité de l’éclairement avec des valeurs
ne dépassant que très rarement 200 lux dans le plan
horizontal du regard (2).
Rythmes circadiens.
J2
J3
1er tiers
292
15:0018:00
J1
1er tiers
Figure 1. SNLE type Le Triomphant. Photo CPAR Cherbourg.
12:0015:00
2e tiers
3e tiers
Chez les vertébrés, certains phénomènes biologiques
connaissent une régulation qui permet à l’organisme
de s’adapter aux variations périodiques de son
environnement terrestre, liées à la rotation de la Terre sur
p. baert
elle-même (alternance jour/nuit) et autour du Soleil
(saisons). Il en est ainsi des rythmes dont la périodicité
correspond approximativement à la durée d’une journée
et qui sont appelés rythmes circadiens (du latin circa :
environ et dien : jour). L’alternance veille-sommeil, la
température corporelle, la sécrétion de cortisol et un
certain nombre d’autres fonctions physiologiques,
cognitives, hormonales ou enzymatiques, sont régis par
ce type de cycle qui peut être représenté et quantifié par
une fonction périodique avec un sommet (acrophase, Ø),
un creux (bathyphase) situés à des moments précis et
reproductibles d’une période (τ) proche de 24 heures.
Chez l’homme, ces rythmes sont gouvernés par
une «horloge biologique endogène» localisée récemment
dans une zone cérébrale appelée noyau suprachiasmatique (NSC) (3). Situé dans l’hypothalamus près du
chiasma optique, les neurones du NSC possèdent une
activité électrique rythmique d’origine génétique
indépendante des facteurs environnementaux (4).
Ainsi, lorsqu’on isole un individu de son environnement,
l’horloge biologique finit au bout de quelques jours
par adopter une périodicité légèrement supérieure à
24 heures (~24,2 h) (5, 6). On dit dans ces conditions
que l’horloge est en libre cours. Cela signifie donc qu’en
conditions naturelles, la périodicité de l’horloge
biologique est constamment ramenée à 24 heures
par des signaux extérieurs, qualifiés de « synchroniseurs » ou « zeitgebers ». Chez l’homme, le principal
synchroniseur est l’alternance lumière/obscurité (7).
Le NSC, reçoit en effet via la rétine et le faisceau
rétinohypothalamique des informations sur le niveau
d’éclairement ambiant et les retransmet par voie afférente
à la glande pinéale (épiphyse) qui synthétise et sécrète
la mélatonine (fig. 2). Cette mélatonine (N-acétyl-5méthoxytryptamine) est une neuro-hormone dérivée
de la sérotonine qui favorise le sommeil, la diminution de
Figure 2. Relations nerveuses entre rétine, Noyau Supra-Chiasmatique
(NSC) et épiphyse.
intensité lumineuse à bord des sous-marins nucléaires lanceurs d’engins
la température corporelle et des performances cognitives.
Pour certains auteurs, un seuil d’intensité supérieur
à 2 500 lux serait nécessaire pour inhiber la sécrétion
de mélatonine (8).
Cependant d’autres synchroniseurs non photiques
pourraient jouer un rôle. Ainsi, les comportements
sociaux, l’activité physique et d’une façon générale
toutes les tâches qui peuvent être répétées régulièrement
au cours d’un cycle de 24 heures participeraient
également, mais à un degré plus faible, à la régulation
chronobiologique d’un individu (9).
Effets biologiques de la lumière.
Désynchronisation.
Si l’on expose un individu à une lumière de forte
intensité (de l’ordre de 10 000 lux) pendant plusieurs
heures au début de la nuit, on observe un retard de
l’heure habituelle du début de sécrétion de la mélatonine.
À l’inverse une même intensité lumineuse appliquée
en fin de nuit aura pour effet d’avancer l’arrêt de sécrétion
de la mélatonine (8). La lumière est donc capable
de d’avancer ou de retarder l’horloge interne en
fonction de son intensité, de la durée et de la période
pendant laquelle elle est appliquée (10-13). Or les
différents rythmes biologiques circadiens sont liés les
uns aux autres et lorsque ceux-ci sont harmonieusement
synchronisés ou en phase on parle d’euchronisme.
Lorsque l’intensité lumineuse produit un décalage
de l’horloge interne, les rythmes circadiens que celle-ci
commande ne vont pas s’adapter à la même vitesse
au nouvel horaire. Il se produit alors une rupture de
relation de phase entre certains paramètres physiologiques appelée désynchronisation (ou dyschronisme)
(3). Cet état de désynchronisation qui peut apparaître
chez les sujets soumis au travail posté durant lequel
les horaires sont tantôt diurnes, tantôt nocturnes, se
traduit par des symptômes tels que somnolence, fatigue,
trouble du sommeil, et dégradation des performances
cognitives (14, 15).
Dépression saisonnière.
Les Troubles affectifs saisonniers (TAS) ou seasonal
affective disorders (SAD), aussi appelés dépression
saisonnière, ont été décrits au début des années 1980
par Rosenthal et al. (16). Ils se caractérisent par un état
dépressif, débutant à l’automne et se dissipant au
printemps, accompagné d’une fatigue persistante,
d’une hypersomnie et d’une hyperphagie avec prise
de poids. Les études d’incidence révèlent que les SAD
toucheraient 4 % à 10 % de la population générale,
mais cumulés avec ses formes frustres (subsyndromal
seasonal affective disorder (S-SAD)), ils pourraient
toucher un nombre plus important de sujets avec un
sex ratio de quatre femmes pour un homme (17). La
physiopathologie des SAD n’est pas encore parfaitement
expliquée, plusieurs hypothèses cohabitent, mais celle
dite « du retard de phase » (phase-shift hypothesis (PSH))
s’avère ici particulièrement intéressante. En effet, les
SAD seraient la conséquence d’un déphasage des cycles
veille-sommeil, de la sécrétion de mélatonine et de la
293
D
O
S
S
I
E
R
température centrale, lui-même induit par la réduction du
niveau d’ensoleillement (18, 19). De nombreuses études
et méta-analyses ont depuis confirmé la pertinence de la
PSH (20, 21), en particulier celles prouvant la
remarquable efficacité de la photothérapie matinale (22)
ou l’administration d’une faible dose de mélatonine en
fin d’après-midi (19).
Risque de cancers.
De nombreuses publications se sont intéressées ces
dernières années aux relations entre cancers et travail
posté de nuit. Un excès de risque de survenue de cancer du
sein a ainsi été mis en évidence parmi les femmes
travaillant en horaires décalés (23). Pour certains auteurs,
la suppression du pic nocturne de la mélatonine par la
lumière artificielle favoriserait la promotion tumorale
(24). La mélatonine est en effet un inhibiteur potentiel des
radicaux libres et exerce une activité inhibitrice sur les
cellules du cancer du sein in vitro (15). Un risque relatif de
cancers colorectaux plus important chez les travailleurs
en rythme posté de nuit semble également avoir
récemment été identifié (25).
Méthodologie.
L’éclairement correspond à la quantité de lumière
reçue, par seconde, par unité de surface. Il est le résultat
visible de l’éclairage, c’est ce que perçoit l’œil. L’unité
d’éclairement est le lux (lx) qui représente un flux
lumineux de un lumen (lm) couvrant uniformément
une surface de un mètre carré. Le niveau d’éclairement
se mesure à l’aide d’un luxmètre. Des mesures
d’éclairement ont été réalisées à bord du SNLE
Le Terrible. Le luxmètre utilisé était un Testo 545 (Testo
AG, Lenzkirch, Allemagne) possédant une plage de
mesure de 0 à 100 000 Lux.
Pour comparer les valeurs d’éclairement obtenues avec
celles de l’étude américaine de 1995, le protocole du
NHRC a été appliqué: Les mesures d’éclairement ont
donc été réalisées sous chaque source lumineuse, en
position assise ou debout, à hauteur des yeux dans le plan
horizontal du regard, puis en visant directement cette
source lumineuse. Les principaux postes de quart et les
locaux destinés à la détente et au séjour ont été retenus
pour réaliser les mesures en raison de la plus grande
fréquentation de ces lieux par l’équipage.
Compte tenu des écarts parfois très importants des
valeurs d’éclairement entre les différents locaux, un
traitement logarithmique selon la formule 10xlog(I) (où
(I) représente l’éclairement du local considéré) a été
appliqué afin d’obtenir une représentation graphique
exploitable des résultats (fig. 3).
Résultats.
Les résultats des mesures effectuées sont présentés
dans le tableau III avec celles du NHRC. Le tableau IV
présente des intensités lumineuses de la vie courante à
titre de comparaison. Les sous-marins américain et
français n’étant pas identiques, certaines mesures n’ont
pas de correspondance sur l’USS Asheville, c’est le cas,
par exemple, de l’infirmerie qui est beaucoup plus vaste
294
et mieux équipée sur SNLE. D’autres localisations
n’ont pas été mesurées dans l’étude du NHRC alors
qu’elles présentent un intérêt opérationnel. Les postes
de l’ingénieur de quart, des opérateurs machine, du
maître de central ou du barreur sont particulièrement
importants en terme de vigilance et méritaient donc
d’être inclus dans cette étude.
Il existe des variations considérables entre l’éclairement
de certains locaux. Ces écarts s’expliquent par la
disposition des équipements, par la couleur des parois,
le type et le nombre des sources lumineuses présentent
dans chaque local ainsi que sa fonction opérationnelle.
Les valeurs d’éclairement à bord d’un SNLE sont
globalement peu élevées, même si elles correspondent aux spécif ications de l’instruction technique
de référence (1). Aucun local ou poste de quart ne
permet de recevoir une intensité lumineuse supérieure
à 2 000 lux dans le plan horizontal du regard. Cependant,
en dehors du central opération (CO), l’éclairement
est globalement plus élevé que celui des SNA américains
où la plus forte valeur enregistrée est de 324 lux (office
off iciers). Cette différence ne peut s’expliquer par
le vieillissement des lampes de l’USS Asheville
puisque celles-ci venaient d’être intégralement changées
lors de la réalisation des mesures par le NHRC. Il est en
revanche très surprenant de constater une différence si
peu élevée sur le sous-marin américain entre certaines
valeurs mesurées dans le plan horizontal et celles
obtenues en visant directement la source lumineuse.
Quoiqu’il en soit, si l’on considère ici uniquement les
lieux où le personnel passe un temps significatif et en
retenant les valeurs dans le plan horizontal (puisqu’il
est rare de f ixer directement une source lumineuse
pendant des heures), l’intensité lumineuse ne dépasse
jamais les 300 lux (chambres officiers assis, carrés,
couchette lampe allumée, boulangerie, mess et postes de
quart PCP et du CO). Seule la cuisine et le bloc opératoire
présentent un niveau d’éclairement significativement
plus élevé (844 et 810 lux) en raison de la présence
de revêtements de paroi clairs et/ou en inox possédant
un fort pouvoir réfléchissant.
Discussion.
Depuis 1971, plus de 400 patrouilles de SNLE ont
été effectuées. Au cours de ces missions, un état
de fatigue s’installe progressivement, avec pour
certains marins des perturbations du sommeil
qui ne disparaitront que trois à sept jours après le
retour à terre. Cependant, pour quelques individus,
des modif ications du comportement peuvent apparaître de façon plus ou moins marquées au cours
de la patrouille. Décrites sous le nom de « syndrome
de J-40 ». Ce tableau regroupe des troubles de
l’humeur (repli sur soi, tristesse, anhédonie) et une
sensation de ralentissement psycho-cognitif. Une
appétence accrue pour les produits sucrés, pouvant
générer une prise de poids, y est généralement
associée. La particularité de ce syndrome est de
survenir dans les jours qui suivent la fête de mi-patrouille
ou « cabane » (vers le quarantième jour), d’où le
nom de « syndrome de J-40 ».
p. baert
Chambre Officier, debout
Chambre Officier, assis au bureau
Maitre de Central (assis)
2000
Poste pilotage (assis)
CO, debout
Chambre Officier, passage
Chambre Officier, lavabo
Sonar room, devant la console
Tête Officier, Toilette
200
Periscope
Office Officier, debout sous la lampe
20
Control room
Carré Officier à table
2
Table navigation
Carré Officier, assis au salon
0,
Opérateur Km-Mécanicien
Carré Officiers Mariniers Supérieurs
Opérateur Kr-Réacteur (assis)
Dortoir, debout
Ingénieur de quart (assis)
Couchette, cache lampe en place
Mess équipage (assis)
Couchette sans cache lampe
Mess équipage, 2e localisation
Soute Torpille
Mess équipage
Souillarde
Terrible horizontal / ref
Espace médical
Boulangerie Cuisine
Asheville horizontal / ref
Bloc opératoire
Réf : 200 lux
Réf : 2000 lux
Figure 3. Expression logarithmique des valeurs d’éclairement de l’USS Asheville et du SNLE type Le Triomphant dans l’axe horizontal du regard (lux).
intensité lumineuse à bord des sous-marins nucléaires lanceurs d’engins
295
D
O
S
S
I
E
R
Tableau III. Comparaison des valeurs d’éclairement entre l’USS Asheville et le
SNLE type Le Triomphant (lux).
Tableau IV. Intensités lumineuses de la vie courante (lux).
Lux
USS ASHEVILLE SNLE LE TERRIBLE
Localisation
Horizontal Vertical
Horizontal
Vertical
Chambre Officier, debout
81
108
592
2 497
Chambre Officier,
assis au bureau
108
432
88
450
Chambre Officier,
passage
194
270
235
620
Chambre Officier, lavabo
140
248
763
2 075
Tête Officier, Toilette
162
378
93
171
Office Officier, debout
324
1 188
216
2 388
Carré Officier à table
184
346
220
650
Carré Officier,
assis au salon
-
-
62
213
Carré Officiers Mariniers
-
-
60
375
Dortoir, debout
65
486
324
2 564
Couchette, cache lampe
en place
54
248
70
111
Couchette sans cache
lampe
119
227
198
396
Soute Torpille
80
151
93
215
Espace médical
54
140
336
2 448
Bloc opératoire
-
-
844
3 573
Cuisine
162
347
810
1 803
Boulangerie
-
-
367
1 036
230
1 676
Souillarde
Mess équipage
184
324
235
2 470
Mess équipage,
2e localisation
108
270
151
950
Mess équipage (assis)
-
-
217
336
Ingénieur de quart (assis)
-
-
17
260
Opérateur Kr-Réacteur
(assis)
-
-
55
100
Opérateur KmMécanicien
-
-
75
143
Table navigation
86
216
1
1
Central-Opération
5
81
5
36
Poste Commande
Propulsion (PCP)
Central opération (CO)
Périscope
11
151
1
1
Console détection
sous-marine
0
5
4
10
CO, debout
43
194
5
36
Poste pilotage (assis)
-
-
2
5
Maitre de Central (assis)
-
-
5
12
296
Nuit étoilée
0,01
Nuit de pleine lune
0,5 - 1
Rue bien éclairée
20 - 70
Pièce éclairée (habitation)
100 - 300
Bureau, pièce de travail
200 - 1 000
Lever/coucher du Soleil
1 000 - 5 000
Journée ensoleillée
50 000 - 100 000
La prévalence de ces plaintes et leur objectivation
n’ont jamais été réalisées. Il n’existe, à ce jour en France,
qu’une seule étude portant sur l’optimisation des
conditions de vie à bord des SNLE en rapport avec les
conditions de travail. En 1996, l’Institut de médecine
navale du Service de santé des armées (IMNSSA)
a effectué une enquête sur les rythmes circadiens des
sous-mariniers en patrouille (26). Celle-ci a permis de
montrer que la rythmicité de sécrétion de mélatonine
des personnels à bord d’un SNLE en patrouille ne
semblait pas fondamentalement altérée. Quelle que
soit la catégorie de personnels (quart tournant ou hors
quart), la sécrétion maximale se situait globalement
pendant la phase nocturne. En revanche, la sécrétion de
la mélatonine semblait plus faible en mer, en particulier
chez les personnels du PCP qui rapportaient en outre
un niveau de fatigue plus élevé que les autres catégories
étudiées (personnels du CO et HQ). Malheureusement,
la rythmicité de la sécrétion de mélatonine était
évaluée ici par le niveau d’excrétion de son métabolite
urinaire, la sulfate-oxy-mélatonine, obtenu grâce à
un protocole de recueil relativement contraignant pour
les sujets. Par conséquent, une proportion assez
importante d’échantillons douteux n’a pas permis
une analyse informatisée destinée à extraire des
paramètres chronobiologiques comme la période τ et
l’horaire de l’acrophase.
La Marine des États-Unis (US Navy) a cherché à
évaluer dès la fin des années 70 l’impact de la privation de
lumière naturelle sur ses sous-mariniers. À l’inverse des
résultats de l’IMNSSA, toutes les études réalisées ont
conf irmé l’existence de désynchronisations et de
phénomènes de libre-cours parmi leurs équipages,
malgré la persistance de synchroniseurs sociaux et
la connaissance des horaires (2, 27-31). Notons
cependant que les personnels à bord des sous-marins
de l’US Navy sont soumis à des rythmes de quarts
sensiblement différents de ceux de la Marine nationale,
p. baert
puisqu’ils sont organisés sur une journée de 18 heures.
Chacun des quarts de six heures est suivi de 12 heures
de récupération (6-on/12-off), pendant lesquelles
les sous-mariniers prennent leurs repas, se reposent,
mais effectuent aussi diverses activités au prof it
du sous-marin ou de leur formation personnelle.
Or pour certains auteurs, l’entraînement de la plupart
des rythmes biologiques des mammifères n’est
possible que si la période imposée par les synchroniseurs se situe entre 20 et 28 heures (3). Les rythmes
circadiens ne pourraient donc être synchronisés
et suivraient leur période propre, ce qui aboutirait
à ce phénomène de libre-cours constaté chez ces
sous-mariniers.
Des perturbations similaires des rythmes circadiens
et du cycle veille-sommeil ont été observées et évalués
à l’occasion de séjours dans des milieux extrêmes
comparables aux sous-marins nucléaires : les vols
spatiaux et les bases polaires. Dans le cadre de
la préparation des futurs voyages de longue durée
vers la Lune et Mars, la National aeronautics and
space administration (NASA) a réalisé de nombreuses recherches au sol comme dans l’espace (32-34).
Celles-ci ont pu mettre en évidence l’existence de
perturbations des rythmes circadiens que ce soit chez
les cosmonautes de la station MIR (35, 36) ou plus
récemment encore, lors de deux vols de navettes
américaines. Dans cette dernière étude, il a été
démontré que la détérioration de l’humeur et des
performances des astronautes était corrélée à la
diminution progressive de l’amplitude du rythme
circadien, de la température centrale et du retard de
phase de sécrétion du cortisol (37). Pour les auteurs,
l’organisation d’un rythme de travail d’une durée de
23,5 heures et une exposition à des niveaux d’éclairement
pouvant varier de 93 à 80 000 lux pourraient expliquer
ces perturbations et leurs conséquences, même si d’autres
variables environnementales telles que la microgravité,
le bruit, l’exercice physique, l’isolation ou le « mal de
l’espace » ont été évoquées.
Dans les bases polaires, les températures souvent
inférieures à -60 °C et l’absence de lumière du jour
pendant six mois imposent aux personnels un
hivernage dans leur base-vie éclairée par une lumière
artificielle qui n’excédent pas 300 lux. À l’occasion
d’une expédition en antarctique de 13 mois, Yoneyama
et al. ont mesuré les variations des rythmes circadiens
et du cycle veille-sommeil chez neuf sujets en les
analysant en fonction de leur activité et de leur exposition
à la lumière (38). Les résultats obtenus suggèrent
qu’en fonction du contexte environnemental, trois
situations sont envisageables : en l’absence de
synchroniseurs sociaux forts et réguliers, l’entraînement
des rythmes circadiens et du cycle veille-sommeil
dépendraient exclusivement de l’exposition lumineuse. À l’inverse, une organisation sociale fortement
régulée et structurée, serait capable d’entraîner à
elle seule ces rythmes. Entre les deux, le cycle veille
sommeil serait influencé par les synchroniseurs
sociaux et les horaires de travail, alors que les variations
circadiennes de la mélatonine et de la température
centrale dépendraient de la photopériode.
intensité lumineuse à bord des sous-marins nucléaires lanceurs d’engins
Cependant, une autre explication des troubles
psycho-cognitifs rencontrés chez le personnel des
expéditions polaires a été avancée en 1971 par Strange
et Youngman. Le winter-over syndrome, qui n’est pas
une entité clinique au sens du DSM-IV, serait un état
subdépressif associant des perturbations du sommeil,
un ralentissement cognitif et des tensions voire des
conflits interpersonnels. Une des caractéristiques
importante de ce tableau est son évolution en deux
phases au décours de la mission avec une apparition
dans le troisième quart du séjour suivie d’une amélioration d’autant plus importante que le terme de la
mission se rapproche. En réalisant que seule la moitié de
la mission s’est à peine écoulée, les individus ne
parviendraient plus à s’en représenter une issue, ne
percevant dès lors qu’une succession de contraintes
insurmontables (39). L’origine des troubles serait ici plus
psychosociale qu’environnementale, ce qui expliquerait
que ceux-ci n’apparaissent pas à chaque mission et ne
dépendent pas de sa durée (40).
Conclusion.
Les mesures d’éclairement réalisées dans cette
étude permettent d’aff irmer que les sous-mariniers
français sont exposés à des intensités lumineuses
très inférieures à celles susceptibles d’avoir une
action sur l’horloge biologique. Au regard de la
revue bibliographique présentée ici, il est intéressant
de constater que les modifications psycho-cognitives
décrites chez certains sous-mariniers lors des patrouilles
de SNLE sont très proches de celles observées au
sein de microsociétés évoluant en environnement
confiné. À ce jour aucune étude ne permet de savoir
si le « syndrome de J-40 » serait une désynchronisation
des rythmes circadiens liée au travail posté, une forme
fruste du SAD ou un équivalent du winter-over syndrome
et surtout s’il entrainerait des conséquences sur les
niveaux de performance des personnels.
La prise en compte des facteurs favorisant la fatigue
des équipages de sous-marin et de ses effets sur la
santé et la capacité opérationnelle est fondamentale.
Cette préoccupation a d’ailleurs récemment été
réaff irmée dans les conclusions de l’audit « facteur
humain » présentées à l’été 2007 par le Service de
santé des armées (41). Plusieurs Marine étrangères
et entreprises « off-shore » ont déjà entamé des
programmes de réflexion sur les rythmes de travail
posté et sur l’utilisation de programmes d’exposition
lumineuse pour tenter de réduire les troubles
circadiens de leur personnel (42-45). En raison des
enjeux opérationnels potentiels, il paraît donc
nécessaire de mener des études de terrain au cours de
patrouilles de SNLE af in d’évaluer et de quantif ier
un éventuel impact psychophysiologique et cognitif
mais aussi de recueillir des données biologiques
permettant d'étudier les troubles circadiens suspectés.
297
D
O
S
S
I
E
R
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
1. DGA. Instruction technique 8 400 DTCN/STCAN/RT/80/50
du 23 juin 1980 relative à l’éclairage des bâtiments de surface
et des sous-marins.
2. Hunt PD, Kelly TL. Light levels aboard a submarine: Results of
a survey with a discussion of the implications for circadian
rhythms. (NHRC Tech. Doc. No. 95-1A). San Diego, CA: Naval
Health Research Center.
3. Reinberg AE. Chronobiologie médicale, chrono-thérapeutique. 2e
édition. Éditions Flammarion, Médecine-Sciences. Paris 2003.
4. Rusak B, Zucker I. Neural regulation of circadian rhythms. Physiol
Rev 1979; 59: 449-526.
5. Czeisler CA, Duffy JF, Shanahan TL, Brown EN, Mitchell JF, Emens
JS, et al. Stability, precision, and near-24-hour period of the human
circadian pacemaker. Science 1999; 284:2177-81.
6. Wright KP, Hughes RJ, Kronauer RE, Dijk DJ, Czeisler CA. Intrinsic
near-24-h pacemaker period determines limits of circadian
entrainment to a weak synchronizer in humans.
7. Duffy JF, Kronauer RE, Czeisler CA. Phase-shifting human circadian
rhythms: influence of sleep timing, social contact and light exposure.
Journal of Physiology 1996;495(1):289-97.
8. Lewy AJ, Wehr TA, Goodwin FK, Newsome DA, Markey SP.
Light suppresses melatonin secretion in humans. Science
1980;10:1267-69.
9. Barger LK, Wright KP, Hughes RJ, Czeisler CA. Daily exercise
facilitates phase delays of circadian melatonin rhythm in very
dim light. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 2004;286:
R1077-R1084.
10. Boivin DB, Duffy JF, Kronauer RE, Czeisler CA. Sensitivity of the
human circadian pacemaker to moderately bright light. J Biol
Rhythms 1994;9(3):315-31.
11. McIntyre IM, Norman TR, Burrows GD, Armstrong SM. Quantal
melatonin suppression by exposure to low intensity light in man. Life
Sci 1989;45(4):327-32.
12. McIntyre IM, Norman TR, Burrows GD, Armstrong SM. Human
melatonin suppression by light is intensity dependent. J Pineal Res
1989;6(2):149-56.
13. Zeitzer JM, Dijk DJ, Kronauer RE, Brown EM, Czeisler CA.
Sensitivity of the human circadian pacemaker to nocturnal light:
melatonin resetting and suppression. Journal of Physiology
2000;526(3):695-702.
14. Gronfier C. Le rôle et les effets physiologiques de la lumière: sommeil
et horloge biologique dans le travail de nuit et posté. Archives des
Maladies Professionnelles et de l’Environnement 2009;70:253-61.
15. Léger D, Bayon V, Metlaine A, Prevot E, Didier-Marsac C, Choudat
D. Horloge biologique, sommeil et conséquences médicales du travail
posté. Archives des Maladies Professionnelles et de l’Environnement
2009;70:246-52.
16. Rosenthal NE, Sack DA, Gilin JC, Lewy AJ, Goodwin FK, Davenport
Y, et al. Seasonal affective disorder: a description of the syndrome and
preliminary findings with light therapy. Arch Gen Psychiatry
1984;41:72-80.
17. Miller AL. Epidemiology, etiology and natural treatment of seasonal
affective disorder. Altern Med Rev 2005;10(1):5-13.
18. Lewy AJ, Lefler BJ, Emens JS, Bauer VK. The circadian basis of
winter depression. ? 2006;103(19):7414-19.
19. Lewy AJ, Rough JN Songer JB, Mishra N, Yuhas K, Emens JS. The
phase shift hypothesis for the circadian component of winter
depression. Dialogues Clin Neurosci 2007;9(3):291-300.
20. Lam RW, Levitan RD. Pathophysiology of seasonal affective
disorder: a review. Journal of Psychiatry & Neuroscience
2000;25(5):469-80.
21. Levitan RD. The chronobiology and neurobiology of winter seasonal
affective disorder. Dialogues Clin Neurosci 2007;9(3):315-24.
22. Terman JS, Terman M, Lo ES, Cooper TB. Circadian time of morning
light administration and therapeutic response in winter depression.
Arch Gen Psychiatry 2001;58:69-75.
298
23. Schernhammer ES, Kroenke CH, Laden F, et al. Night work and risk
of breast cancer. Epidemiology 2006;17:108-11.
24. Sanchez-Barcelo EJ, Cos S, Fernandez R, et al. Melatonin and
mammary cancer: a short review. Endocr Relat Cancer 2003;10:153-9.
25. Czeisler CA, Walsh JK, Roth T. Modiafinil for excessive sleepiness
associated with shift work sleep disorder. N Engl J Med 2005;
353:476-86.
26. Courtière A, Ravault JP, Panet JJ, Chaurin, Abiliou R. Étude des
rythmes de sécrétion de la mélatonine et des niveaux de fatigue chez
trois catégories de personnels au cours d’une patrouille sur SNLE.
Rapport IMNSSA N° 96-04/CD.
27. Colquhoun WP, Paine MW, Fort A. Circadian rhythm of body
temperature during prolonged undersea voyages. Aviat Space
Environ Med 1978;49(5):671-8.
28. Schaefer KE, Kerr CM, Buss D, Haus E. Effect of 18-h watch
schedules on circadian cycles of physiological functions during
submarine patrols. Undersea Biomed Res 1979;6:81-90.
29. Naitoh P, Beare AN, Biersner RJ, Englund CE. Altered circadian
periodicities in oral temperature and mood in men on an 18-hour
work-rest cycle during a nuclear submarine patrol. (NHRC Tech.
Doc. No. 81-8). San Diego, CA: Naval Health Research Center.
30. Kelly TL, Gill JT, Hunt PD, Neri DF. Submarines and 18-hours shift
work schedules. (NHRC Tech. Doc. No. 96-2). San Diego, CA: Naval
Health Research Center.
31. Kelly TL, Neri DF, Grill JT, Ryman D, Hunt PD, Djik DJ, Shanahan
TL, Czeisler CA. Nonentrained circadian rhythms of melatonin in
submariners scheduled to an 18-hour day. J Biol Rhythms
1999;14:190-6.
32. Pittendrigh CS. Circadian rhythms, space research and manned space
flight. Life Sci Space Res 1967;5:122-34.
33. Mallis MM, DeRoshia CW. Circadian rhythms, sleep, and performance
in space. Aviat Space Environ Med 2005;76(6):B94-107.
34. Gundel A, Polyakov VV, Zulley J. The alteration of human sleep and
circadian rhythms during spaceflight. J Sleep Res 1997;6:1-8.
35. Fuller CA, Hoban-Higgins TM, Klimovitsky VY, Griffin DW,
Alpatov AM. Primate circadian rhythms during spaceflight: results
from Cosmos 2044 and 2229. J. Appl. Physiol. 1996;81:188-93.
36. Gundel A, Drescher J, Polyakov VV. Quantity and quality of sleep
during the record manned space flight of 438 days. Hum Factors
Aerosp Safety 2001;1:87-98.
37. Dijk DJ, Neri DF, Wyatt JK, Ronda JM, Riel E, Ritz-De Cecco A, et al.
Sleep, performance, circadian rhythms, and light-dark cycles during
two space shuttle flights. Am J Regulatory Integrative Comp Physiol
2001;281:R1647-R1664.
38. Yoneyama S, Hashimoto S, Honma K. Seasonal changes of human
circadian rhythms in Antarctica. Am J Physiol 1999;277:1091-97.
39. Strange RE, Youngman SA. Emotional aspects of wintering over.
Antarct J US 1971;6:255-7.
40. Palinkas LA, Suedfeld P. Psychological effects of polar expeditions.
Lancet 2008;371:153-63.
41. Lettre n° 1652 IMNSSA/DIR/DR du 22 septembre 2008. Étude
facteur humain des forces sous-marines.
42. Duplessis CA, Miller JC, Crepeau LJ, Osborn CM, Dyche J.
Submarine watch schedules: Underway evaluation of rotating
(contemporary) and compressed (alternative) schedules. Undersea
and Hyperbaric Medical Society 2007;34(1):21-33.
43. Osborn CM. An analysis of the effectiveness of a new watchstanding
schedule for U.S. submariners. Monterey CA: Naval Postgraduate
School Thesis; 2004.
44. Paul MA, Gray GW, Nesthus TE, Miller JC. An assessment of the
Canadian Forces submarine watch schedule variants for impact on
modelled crew performance. DRDC Toronto. Technical Report
2008-007, March 2008.
45. Bjorvatn B, Kecklund G, Akerstedt T. Bright light treatment used for
adaptation to night work and re-adaptation back to day life. A field
study at an oil platform in the North Sea. J. Sleep Res 1999;8:105-12.
p. baert