Voici le quatrième article de la série Sciences & Parks. Contrairement aux trois premiers qui traitaient de physique appliquée aux attractions, celui-là présente les aspects de la Biologie.

Cet article se subdivise en deux parties principales :
- La première met en évidence les limites physiologiques de l'être humain vis-à-vis de l'accélération.
- La seconde donne une idée simplifiée des mécanismes de la peur. 

I. Physiologie appliquée aux Accélérations

Comme vous avez pu le constater sur des attractions dites à sensations, notre organisme réagit aux contraintes de façons différentes, nous allons donc voir les effets de ces contraintes sur notre organisme ainsi que nos limites.

Prenons le cas d'une accélération verticale positive (un looping simple par exemple), lorsqu'il arrive en bas du looping l'accéleration verticale se fait brusquement ressentir à son maximum, et s'applique donc sur lui et donc sur son organisme au complet. Concrètement le danger vient de la circulation sanguine, en effet le sang irrigue tous nos organes, dans le cas d'une accélération verticale positive (AVP) celà va se traduire par une force normale à la voie au point considéré, soit en bas du looping à une force dirigée vers le bas. Le sang aura donc plus de mal à monter au cerveau, bien que le cœur puisse compenser en modifiant nottament la pression sanguine et son rythme (voir plus bas : système de régulation), il existe une accélération-limite au-delà de laquelle le cerveau ne peut plus être irrigué entraînant une perte de conscience voire même des séquelles où la mort si l'oxygénation neuronale n'est pas rétablie rapidement.

Dans le cas d'un roller coaster, ces paramètres sont pris en compte et si, sur les plus extrêmes d'entre eux, il est possible d'avoir un léger voile noir (voir plus bas), le danger est quasi nul, mis à part des antécédents cardiaques (mais dans ce cas là, il vaut mieux suivre les indications de sécurité à l'entrée de toute attraction de ce type !).

Mise en situation pratique :

Nous allons considérer le cas suivant :

Après avoir grimpé le lift, la rame d'un roller coaster contenant un passager test entre dans une longue descente qui se termine par un looping, en arrivant dans ce looping l' AVP se fait de plus en plus élevée, à partir de 7G le passager n'est plus capable de distinguer les couleurs et voit en noir et blanc, l'accélération grandissant encore, son champ de vision retrécit en cône, pour ne plus voir que quelques points devant soi, puis une image noire, c'est le "black out", le cerveau ne recevant plus d'oxygène par l'intermédiaire du sang n'est plus capable physiologiquement de tenir son rôle, le passager perd donc conscience momentanément.
Puis, lorsque l'AVP diminue, il revient à lui, son champ de vision et sa vue redeviennent normal.

Cas de l'accélération verticale négative (AVN) :

L'AVN peut se traduire par une accélération verticale qui nous pousse vers le haut, ce type d'accélération est très recherché par les amateurs de roller coasters, mais notre organisme est bien moins tolérant.

Concrètement, si l'accélération est dirigée vers le haut, le sang va monter beaucoup plus facilement au cerveau, donc la pression sanguine intra-encéphalique va devenir très élevée, ce qui peut causer la rupture de vaisseaux et donc la mort par hémorragie cérébrale.
Contrairement à l'AVP, le cœur peu difficillement agir sur cet afflux de pression, notre organisme étant "construit" sur le fait de conserver et protéger les organes vitaux et donc de pouvoir les oxygéner en continu, la réaction neuro-hormonale sera donc beaucoup plus faible que pour l'AVP.

La limite supérieure (qui peut varier suivant les personnes) est de 3G. Mais dans la majorité des attractions (même celle qui sont très intenses), les AVN sont largement inférieures à 1G.

Il nous reste un dernier petit détail à éclaircir : où trouver de telles accélérations?
La réponse est sur les petites collines, en effet une rame arrive avec une certaine vitesse, le wagon avant sera poussé par le reste de la rame, il franchira donc le sommet de la colline avec une vitesse légèrement supérieure à la vitesse théorique (AVN = 0G) calculée à partir du centre d'inertie de la rame, c'est à dire en règle général la rangée du milieu du wagon central.
De même, le wagon arrière sera tirée par le reste de la rame est passera lui aussi plus rapidement au sommet du hill.
Ces AVN sont bien sur très très faibles et ne présentent absolument aucun danger.
Pour ceux qui demeurent sceptiques, c'est comme passer sur un dos d'âne en voiture !

Quelques données théoriques sur les limites physiologiques :

Accélération Verticale Positive : 7G
Accélération Verticale Négative : 3G
Accélération Linéaire : 8G

II. Physiologie de la Peur - Système Biologique

La physiologie est l'étude des mécanismes (neuraux, hormonaux, …) qui permettent le métabolisme de tout être vivant, c'est à dire les mécanismes qui permettent toutes actions au sens large d'un organisme vivant.
Nous allons nous intéresser à la physiologie de la peur appliquée au cas d'un roller coaster, soit l'étude des mécanismes qui nous font ressentir la peur à la vue ou sur un roller coaster.

1) Signal Nerveux Afférent :

Vous êtes devant un roller coaster au demeurant assez intense, devant vous se dresse un looping et vous entendez des passagers crier, voici une liste des principaux stimuli nerveux que votre cerveau reçoit :

- Stimuli Visuels : la vue des éléments du roller coaster
- Stimuli Auditifs : le cri des passagers, le bruit des rames, l'éventuelle musique du ride.
- Stimuli Tactiles : éventuellement de légères vibrations du sol si vous êtes à proximité immédiate de l'attraction.
- Stimuli Cognitifs : très variés et dépendants de la personne, cela va pouvoir etre une forte motivation pour un amateur de roller coaster, comme une appréhension pour les guests hésitants.

Votre cerveau va réaliser une sommation de ces informations qui lui parviennent sous forme de potentiels d'actions, il est important de noter que les Stimuli Cognitifs ont un rôle primordial, car si la piste, le bruit et les vibrations font peur, la motivation est souvent le facteur déclenchant.

 

2) Intégration Neuronale et Message Nerveux Efférent :

La somation des différents stimuli et motivations effectués, vous décidez d'effectuer l'attraction tout en ayant une certaine appréhension, vous montez dans la rame, puis le lift est effectué et c'est la première descente, et là vous avez vraiment peur et vous sentez votre cœur s'accélerer et une certaine oppression.

Physiologiquement, la somation des informations afférentes à votre cortex, agrémenté de nouveaux stimuli, (les plus notables étant ici les stimuli physiques) donne un message (comprendre potentiel d'action efférent) traduisant un réflexe de défense au danger (Voie Réflexe).

Ce potentiel d'action ayant pris naissance dans le cortex va être transmis tout au long de la moelle épinière et arriver à deux petites glandes endocrines situées sur les reins : les glandes médullo surrénales.

 

3) Transformation du signal Nerveux en signal Hormonal :

Sous l'action du potentiel d'action, la glande va secréter une hormone : l'adrénaline et va la libérer dans le sang, cette hormone va avoir de nombreux effets sur de nombreux effecteurs et notamment :

- Sur le cœur : augmentation du rythme cardiaque.
- Sur les vaisseaux sanguins : vasoconstriction donc augmentation de la pression artérielle.

Les effets de l'adrénaline se ressentent donc très facilement, c'est d'ailleurs pour cela que dans le language quotidien on évoque facilement l'expression "poussée d'adrénaline" suite a une forte émotion.

 

4) Description de l'adrénaline :

L'adrénaline est une hormone secrétée par les glandes medullo-surrénales, il s'agit d'une protéine donc sa chaîne peptidique est codée par un gène bien précis. L'action de l'adrénaline est assez vaste, on notera cependant qu'elle se fixe aux récepteurs des cellules cardiaques et aux récepteurs des cellules tapissants les parois des vaisseaux sanguins.

 

5) Action de rétrocontrôle - Notion de Système Biologique réglé :

Le fait que de l'adrénaline soit libérée dans le sang entraîne certes des modifications physiologiques notables (cardioaccélération et vasoconstriction), mais la teneur en adrénaline du sang est aussi détectée par le cerveau aux travers de récepteurs membrannaires spécifiques.
Si notre intention est de maîtriser notre peur, l'adrénaline va pouvoir être détruite ou recyclée (donc retirée de la circulation sanguine, donc n'agissant plus sur les effecteurs), cette répression de la peur se traduit par un signal nerveux de l'hypothalamus (partie de l'encéphale située sous le cortex, en position sub-thalamique) qui va déclencher la secrétion de protéines de recyclage de l'adrénaline ou des protéines de destruction de l'adrénaline. Cette sécrétion va avoir lieu au niveau de glandes endocrines.
Il y a donc un effet de contrôle et une notion de système biologique réglé.

 

6) Remarques Importantes et Synthèse :

Cette description physiologique est très simplifiée, car les mécanismes de la peur ne s'expliquent pas qu'avec l'action de l'adrénaline, d'autres hormones sont mises en jeu, et le rôle du système nerveux n'est pas simplement de déclencher une secrétion (il est responsable des réflexes tels que le fait de fermer les yeux, de se recroqueviller, de tenter de fuir, de crier …).

Le fait que certains adorent les roller coasters à sensations, vient non pas du fait que l'adrénaline n'est plus secrétée (la voie réflexe existe toujours), mais simplement que l'adrénaline est reconnue comme "récompense" au niveau des récepteurs hypothalamiques, ce qui active donc ce que l'on apelle système de récompense. On peut donc assimiler d'une certaine façon l'adrénaline a une drogue dans ce cas !!!!

Ce qui est important de noter est que la peur est un phénomène physiologique mettant en jeu deux "systèmes de communications" majeurs (Neural et Hormonal) et que les réactions fonctionnent par voie reflexe (Stimuli - Système nerveux central - effecteurs), et que la "régulation" de la peur se fait ensuite en utilisant la cognition.

Récapitulation en fonction des paragraphes :

- Mécanisme de peur avec temps de réaction (= le roller coaster nous fait un peu peur, mais on n'est pas obligé de le faire : 1
- Mécanisme de peur et réaction par Voie Reflexe : 2 ; 3; 4
- Mécanisme de contrôle de la peur (après Voie Reflexe) : 5

Ce shéma récapitule les mécanismes physiologiques de la Peur

 

C'est sur cette cinquième partie que se termine notre série "Sciences & Parcs".Nous espèrons qu'elle vous aura appris de nouvelles choses sur les Sciences de manière plus ludique. Nous attirons également une dernière fois votre attention sur le fait que le contenu de ces articles est très simplifié par rapport à la réalité.

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à nous contacter.

Clément R.