Adaptation de la ventilation à la phonation

Pendant la phonation, le mouvement respiratoire doit s'adapter d'une manière très particulière :
- Le rythme respiratoire est profondément modifié : l'inspiration se raccourcit alors que la phase expiratoire, qui correspond à la phonation, est considérablement allongée
- Les volumes d'air mobilisés dépendent du type d'activité vocale mais sont nettement supérieurs au volume courant de la respiration calme
- Les pressions pulmonaires expiratoires sont supérieures à celles observées dans la respiration normale : pendant la phonation, l'affrontement des cordes vocales crée un obstacle entraînant une élévation de la pression en amont de la glotte, ce qu'on appelle la pression sous glottique.

Les muscles respiratoires doivent s'adapter pour produire cette élévation de pression, pour la maintenir pendant toute la durée de l'émission sonore, et surtout pour la moduler en fonction des variations d'intensité, de tonalité et de timbre de la voix.
La phase expiratoire prend donc une valeur tout à fait particulière pendant la phonation.

Voici la consigne : « gonfler au maximum les poumons, puis dire un /a/ le plus longtemps possible ».

Zone 1: Inspiration ventilatoire

Nous sommes dans la ventilation de repos, ventilation qui ne sert qu’à apporter l’oxygène en quantité suffisante pour faire fonctionner l’ensemble des métabolismes de notre organisme quand nous n’avons aucune activité physique et quand nous ne parlons pas.

Nous inspirons 0,5L d’air: il s’agit du volume courant. Pour inspirer, il faut créer un gradient de pression entre l’extérieur de notre corps (pression atmosphérique) et l’intérieur (pression de l’air à l’intérieur des poumons). L’air se déplace de la zone de forte pression vers la zone de faible pression. Pour diminuer la pression à l’intérieur des poumons, nous en agrandissons le volume, en contractant le diaphragme, de telle manière qu’il s’abaisse en s’aplatissant vers la cavité abdominale. La dimension verticale des poumons s’agrandit. Par ailleurs, la contraction du diaphragme écarte et élève les côtes inférieures, ce qui a pour conséquence d’agrandir le diamètre transversal et antéro-postérieur de la cage thoracique.

La dilatation de la cage thoracique éloigne cette dernière de sa position de repos (position dans laquelle l’ensemble des forces élastiques agissant sur le système thoraco-pulmonaire se compensent parfaitement, donc que leur somme est nulle: le système thoraco-pulmonaire est alors en équilibre, immobile, sans force musculaire nécessaire pour le maintenir dans cet état). Ainsi, la dilatation liée à l’inspiration fait naître des forces élastiques qui ont tendance à rétracter la cage thoracique pour la ramener dans sa position de repos.

Dans la respiration ventilatoire (ou ventilation de repos), l’inspiration est liée à la contraction du diaphragme. Son travail fait naître des forces élastiques de rétraction de la cage thoracique, d’autant plus fortes que l’on s’éloigne de la position d’équilibre du système thoraco-pulmonaire.

Zone 2: Expiration ventilatoire

L’arrêt de la contraction du diaphragme, allié à la puissance des forces élastiques, suffit à rétracter la cage thoracique: la diminution de son volume a pour conséquence une élévation de la pression d’air à l’intérieur du poumon, qui devient supérieure à la pression atmosphérique. L’air est déplacé de la zone de forte pression vers la zone de faible pression au cours de l’expiration.

L’expiration lors de la ventilation de repos est passive, sans aucune activité musculaire. Les forces élastiques suffisent à rétracter la cage thoracique. Elles sont d’autant moins fortes que l’on se rapproche de la position de repos de la cage thoracique.

Zone 3: Inspiration forcée

La consigne consiste à inspirer le plus d’air possible, le plus rapidement possible. Il faut dilater au maximum la cage thoracique pour abaisser la pression de l’air dans les poumons afin qu’elle soit très inférieure à la pression atmosphérique. L’air est déplacé de la zone de forte pression vers la zone de faible pression dans un temps très rapide en raison de la différence de pression entre l’intérieur des poumons et l’extérieur du corps.

Pour obtenir l’agrandissement maximal et rapide de la cage thoracique, tous les muscles inspirateurs sont sollicités: le diaphragme (muscle inspirateur obligatoire) et les muscles inspirateurs accessoires (les muscles du cou, les muscles du thorax et du dos). L’air pénètre dans les voies aériennes, remplissant le volume courant puis le volume de réserve inspiratoire.

Plus la cage thoracique se dilate, plus elle s’éloigne de sa position de repos, et plus les forces élastiques de rétraction sont puissantes. Elles sont maximales lorsque la dilatation de la cage thoracique est maximale, c’est à dire que l’on a atteint le maximum du volume de réserve inspiratoire.

Zone 4: Apnée inspiratoire

Cette zone correspond au moment de blocage de la cage thoracique dilatée au maximum à la fin d’une inspiration forcée, avant le démarrage de l’expiration.

Dans cette position, l’air est présent en grande quantité alors que le volume du système thoraco-pulmonaire n’augmente plus : la pression de l’air à l’intérieur des poumons augmente et devient supérieur à la pression atmosphérique. Le flux d’air tend à se déplacer depuis l’intérieur des poumons vers l’extérieur du corps. Par ailleurs, la dilatation maximale de la cage thoracique au cours de l’inspiration forcée s’accompagne de forces élastiques de rétraction très puissantes, qui tendent à ramener le système thoraco-pulmonaire dans sa position de repos.

Pour maintenir l’apnée (c’est à dire l’absence de mouvement de la cage thoracique pour interdire la ventilation), des forces musculaires doivent contrer la forte pression de l’air intra-pulmonaire et les forces élastiques de rétraction. Ces forces sont de 2 types, utilisables ensemble ou non en fonction du projet expiratoire:

• Maintien de la contraction des muscles inspirateurs pour garder dilatée la cage thoracique et empêcher la rétraction du système thoraco-pulmonaire (et l’expiration)

• Blocage de la colonne d’air expiratoire par l’accolement des cordes vocales et éventuellement des bandes ventriculaires

Zone 5 et 6 : Expiration phonatoire prolongée (mobilisant le VRI, le VC puis le VRE)

Pour produire le son «A», il faut faire vibrer les cordes vocales: celles-ci doivent être rapprochées l’une de l’autre au cours de la mise en position phonatoire. Elles constituent un obstacle à l’écoulement de l’air dans les voies aériennes. Pour démarrer la vibration des cordes vocales, il faut que l’air expiré soit poussé avec suffisamment de force pour franchir l’obstacle des cordes vocales accolées. La force déplaçant la colonne d’air et venant la faire butter contre les cordes accolées représente la pression sous glottique. La pression sous glottique dépend ainsi de la pression expiratoire et de la pression d’accolement des cordes vocales.

Pour prononcer un «A», il faut expirer de l’air avec suffisamment de force pour que celui-ci puisse franchir l’obstacle des cordes accolées et déclencher la vibration des cordes vocales.

Pour prononcer un «A» le plus longtemps possible, il faut expirer le plus longtemps possible tout en le faisant avec une force expiratoire qui élève la pression sous glottique pour vaincre l’obstacle des cordes vocales et la maintenir pendant toute la durée de la phonation.

Au début de l’expiration phonatoire, les forces élastiques sont très puissantes: elles seraient capables, à elles-seules, de produire l’expiration avec suffisamment de force pour créer une pression sous glottique capable de déclencher la vibration des cordes vocales. Mais alors, le «A» serait de très courte durée. Il faut donc freiner la rétraction de la cage thoracique, tout en gardant une force expiratoire capable de maintenir une pression sous glottique suffisante pour entretenir la vibration cordale.

Les muscles inspiratoires vont se relâchent progressivement, mais plus rapidement que dans l’expiration prolongée sans phonation, afin de profiter des forces élastiques pour créer la pression sous glottique. Le relâchement total des muscles inspirateurs intervient avant même que la position d’équilibre de la cage thoracique ne soit atteinte. Il ne reste alors que les forces élastiques pour assurer l’expiration: elles peuvent assurer l’expiration en rétractant la cage thoracique, mais elles ne sont plus assez puissantes pour élever suffisamment la pression sous glottique pour assurer la phonation. Les muscles expirateurs doivent entrer en jeu pour compléter l’action des forces élastiques qui rétractent la cage thoracique. Celles-ci cessent d’agir quand le volume courant est expiré. Les muscles expirateurs vont poursuivre seuls le travail d’expiration phonatoire, c’est à dire à la fois l’expiration et l’élévation de la pression sous glottique. Leur travail va devenir de plus en plus difficile au fur et à mesure que le volume de réserve expiratoire va être mobilisé, car ils devront à la fois assurer l’expiration, assurer la pression sous glottique et lutter contre les forces élastiques de dilatation de la cage thoracique.

A la partie basse du volume de réserve expiratoire, l’expiration est impossible, la phonation cesse.

- Zone 6: Expiration prolongée (mobilisant le VRE)

A la partie basse du volume courant, la cage thoracique est dans sa position de repos et les muscles inspirateurs sont relâchés. Pour poursuivre l’expiration, il faut mobiliser le volume de réserve expiratoire en contractant les muscles expirateurs (muscles abdominaux et intercostaux internes). Mais leur contraction doit être progressive pour faire durer le plus longtemps possible l’expiration. La cage thoracique se rétractant sous l’action des muscles expirateurs voit naître de nouvelles forces élastiques (dont l’action est de dilater la cage thoracique pour lui faire reprendre sa position de repos). Plus le volume de réserve expiratoire est mobilisé, plus les forces élastiques sont puissantes et plus les muscles expirateurs doivent se contracter pour vider le poumons. Cet effort se poursuit jusqu’à la partie basse du VRE: il est impossible de mobiliser plus d’air que le VRE, le volume résiduel qui ne pouvant pas être vidé. L’expiration cesse lorsque le volume pulmonaire correspond au volume résiduel.

-Zones 7 et 8: Inspiration de reprise

L’expiration précédente ayant vidé le VRE, il faut le remplir, et tous les muscles inspirateurs agissent pour reconstituer cette réserve. L’expiration suivante est passive et sera suivie d’une inspiration ventilatoire comme en zone 1.