Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 LOIS PHYSIQUES appliquées à la PHYSIOLOGIE DANS LE CADRE DE LA PRATIQUE DE LA PLONGEE SOUS-MARINE * rappel & approfondissement *

Archimède Mariotte Dalton Henry Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Archimède Mariotte Dalton Henry

Pression & variation de pression Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Pression & variation de pression Poids & Variation de poids le lestage, le relevage, Théorème d’Archimède : tout corps … Volume & Variation de volume les barotraumatismes, le gonflage, le relevage .. Loi de Mariotte PV = constante Pressions partielles Les accidents toxiques, Loi de Dalton : P = Pp1 + Pp2 …..+ Ppn Saturation et désaturation Les accidents de décompressions Loi de Henry : à t° cst la quantité de gaz …..

Pression & variation de pression Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Pression & variation de pression Rappel : Pression = Force / Surface Colonne d’air (Pression atmosphérique) surface : 1 cm² hauteur: l’infini ? pression non linéaire : => 750 mm Hg au niveau de la mer = 1 bar Colonne d’eau : surface : 1 cm² (0.01 dm²) hauteur 10 m (100 dm) volume : 1 dm3 (1litre) => poids : 1 kg 1kg/cm² = 1 bar Tous les 10 mètres

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POIDS ET VARIATION DE POIDS Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 POIDS ET VARIATION DE POIDS Théorème d’Archimède : Tout corps immergé partiellement ou totalement dans un fluide (liquide ou gaz) subit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée vers le haut, appelée poussée d'Archimède, dont l'intensité est égale au poids de fluide déplacé. Le point d 'application de cette force est le centre de poussée ; il est différent, en général, du centre de gravité. Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010/11

POIDS ET VARIATION DE POIDS Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 POIDS ET VARIATION DE POIDS Théorème d’Archimède : V1 P réel P archi Je flotte V2 < V1 P réel inchangé P archi plus faible Je coule La flottabilité est, en quelque sorte, égale au poids réel moins la poussée d’Archimède

POIDS ET VARIATION DE POIDS Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 POIDS ET VARIATION DE POIDS INCIDENCES I) Sur la technique Flottabilité => immersion en ’’phoque’’’ => immersion en ’’canard’’ => parachute (à 6m, à 20 m, à 40 m …..) => choix de la combinaison => choix du lestage => aisance => maitrise de la bouée (pour soi, pour assist. bouée, sauv.) => consommation II) Sur la physiologie => Efforts divers, palmage => CO2 , fatigue, …… => Habileté(s), adaptation

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Pression & variation de pression Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Pression & variation de pression Volume & Variation de volume Loi de Mariotte PV = constante A température constante, le produit du volume par la pression est constant. Ou : P1 x V1 = P2 x V2 Quand la température change : PV = KT Loi de Charles P=K1T Loi de Gay-Lussac : V = K2T P1V1 /T1 = P2V2/T2 Ou T, la température, est exprimé en ° Kelvin 1 ° K = 1° C + 273 Une élévation de température de 10° donne une augmentation de pression dans une bouteille d'environ 7 bars.

Pression & variation de pression Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Pression & variation de pression Volume & Variation de volume Exemples d’application Mon bloc sort du gonflage à 200bars, avec une température de 40°. Je pars plonger dans une eau à 8 °. Sa pression sera de : P2 = P1 x T2 / T1 , avec T1 = 273 + 40 = 313° et T2 = 273 + 8 = 281° P2 = 200 x 281 / 313 = 179 bars Si P1 = 180 bars, P2 sera = 162 bars Mon bloc sort du gonflage, à 230 bars et une température de 10°. Je le stocke au soleil dans ma voiture en plein mois d’aout. Il montre à 60 ° Sa pression devient : P2 = P1 x T2 / T1 Avec T1 = 273 +10 = 283° et T2 = 273 + 60 = 330° P2 = 230 x 330 / 283 = 268 bars (avec la règle des 7b/10° = 265 b)

Pression & variation de pression Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Pression & variation de pression INCIDENCES I) Sur le matériel Flottabilité => écrasement de la combinaison => gonflage des gilets stabilisateurs => parachute (à 6m, à 20 m, à 40 m …..) => choix du bloc (consommation) Echauffement ou refroidissement => gonflage ou dégonflage des bouteilles = > T° de l’air inspiré , givrage des détendeurs Qui a une influence sur : la stabilisation la vitesse de descente (et temps passé au fond) la vitesse de remontée (paliers, procédures) Les efforts (CO2, ’’équation de la vie’’ ….) la consommation (efforts, déperdition diverses) la sécurité (mélange du tout)

Pression & variation de pression Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Pression & variation de pression INCIDENCES II ) Sur la physiologie Les barotraumatismes => oreilles => sinus => yeux (plaquage de masque) => dents => estomac => poumons ° hyperpression pulmonaire (Vasalva, échange d’embout , tenue des paliers) - Shunt pulmonaire - Shunt cardiaque ° surpression pulmonaire

Pression & variation de pression Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Pression & variation de pression INCIDENCES III) Sur la respiration Poids d’un litre d’air respiré (au niveau de la mer) => à la surface = 1 litre => 1,3 g => à 10 m = 2 litres => 2,6 g => à 20 m = 3 litres => 3,9 g => à 40 m = 5 litres => 6,5 g => à 60 m = 7 litres => 9,1 g A 60 m l’effort inspiratoire est multiplié par 7 Capacité ventilatoire (volume courant) : 7 à 9 ml par Kg (0,6 l ) Ce qui correspond à 60 m au poids du volume de 4,2 l : 5,46 g. Pour être agréable l’effort insp. ne doit pas excéder 2 g/cm². Un détendeur nécessite un effort compris entre 1,5 à 1,8 g/cm². D’où le principe de la sur-compensation des détendeurs, qui palie l’augmentation de densité de l’air respiré par une augmentation du débit qui amènera une diminution de l’effort inspiratoire.

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Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 PRESSIONS PARTIELLES Loi de DALTON : Dans le cas d'un gaz parfait, la pression totale exercée par un mélange est égale à la somme des pressions partielles des gaz constituant ce mélange. Nous pourrons donc obtenir la pression de chaque composé de l’air (O2 et N2 principalement) à n’importe quelle profondeur grâce aux formules suivantes : PpN2 = Pabs x % N2 PpO2 = Pabs x % O2

Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 PRESSIONS PARTIELLES Exemples 1 : PpN2 = Pabs x % N2 A 40 m la pression partielle de N2 est de : 5 x 79% = 3,95 bars PpO2 = Pabs x % O2 A 60 m la pression partielle d’O2 est de : 7 x 21% = 1.47 bars

Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 PRESSIONS PARTIELLES Exemples 2 : Nous pouvons aussi prendre les choses dans un autres sens : Jusqu’à quelle profondeur puis-je respirer de l’O2 pur ? PpO2 = Pabs x % O2 devient : Pabs = PpO2 / % O2 Pabs = 1,6 / 100% = 1,6 ……. Soit 6 m

Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 PRESSIONS PARTIELLES Contre(?) exemple 1 : l’essoufflement. Le plus souvent du au stress (effet rapide), ou/et à l’augmentation de la densité de l’air respiré avec la profondeur (effet progressif),et/ou à la production de CO2 liée à des efforts et non compensée par une adaptation de la ventilation . Lien PpCO2/profondeur Air inspiré : 0.2 mm Hg Soit 0,00026 bars A 60 m : 0,00182 b Gaz Alvéolaire et sang artériel : 40 mm Hg Soit 0,053 bars L’augmentation de la PpCO2 artérielle due à la profondeur est peu significative

Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 PRESSIONS PARTIELLES Quelques valeurs clefs (?) : Hypoxie : 0,16 bars (arrêté du 9/07/04) Hyperoxie : de 1.4 à 1.6 bars Narcose : de 3.2 à 4 bars

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SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Loi de HENRY: À température constante et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la surface de contact liquide/gaz et à la pression partielle qu'exerce ce gaz sur le liquide.. Paramètres influents de la loi de HENRY Correspondance en plongée Type de gaz Type de liquide Surface exposée Temps d'exposition Température 6) Pression   Air , mélanges O2N2, Trimix, Liquides et tissus du corps humain Surface des alvéoles pulmonaires Durée de la plongée Constante ; celle du corps Variable ; celle de la plongée

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Diverses notions : Pression absolue : P, ou Pabs, à l’extérieur du plongeur, en bars; Pression : PN = Pression partielle N2, à l’extérieur du plongeur, en bars; Tension : TN = pression partielle N2 à l’intérieur du plongeur, en bar Coefficient de saturation : SC = T / P; ou encore SC= TN/Pabs Compartiment : Ensemble de tissus se saturant de la même façon; Gradient : écart entre TN2 origine et TN2 max arrivée; - Période : temps nécessaire pour saturer (ou désat) d’un ½ gradient; - Equilibre : Saturation : quand PN2 = TN2; - Déséquilibre Sous saturation : quand PN2 > TN2; Sur saturation : quand PN2 < TN2; Sur saturation critique : valeur max du rapport T/P défini pour chaque compartiment;

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION SCc : MValues ou Valeur à ne pas dépasser pour chaque compartiment afin d’éviter un dégazage local (bulles pathogènes). Ce non-dépassement impose une vitesse de remontée et peut imposer un arrêt lors de la remontée (palier) On a alors SCc >= TN2 / Pabs ou, pour trouver la profondeur max à ne pas dépasser : Pabs inférieure ou égale à TN2 / SCc

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION - Gradient : C’est l’écart, en pression partielle N2, entre le point de départ (0,8 bars en surface) et le point d’arrivée (3,2 bars à 30 m)

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION - Période : c’est un ½ Gradient, elle permet de caractériser un compartiment , et d’évaluer les saturations et désaturations

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Exemple 1 de recherche d’un palier : le compartiment 20 ‘ Plongée de 20 minutes à 40 mètres. Saturation de départ des compartiments 20 min : 0.8 bars Saturation totale : 40 m => 5 bars x 80% = 4 bars Gradient : 4 – 0.8 = 3.2 bars, ½ gradient : 1.6 bars Saturation au bout d’une période (20 minutes) = 0.8 + 1.6 = 2.4 bars SCc pour le compartiment 20’ : 2.04 Pabs à laquelle on peut remonter ce compartiment au bout de 20 min : TN2 / SCc = 2.4 / 2.04 = 1.176 bars soit 1.76 m Nous ferons donc un palier à 3 m pour ce compartiment

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Exemple 2 de recherche d’un palier : le compartiment 10 ‘ Plongée de 20 minutes à 40 mètres. Saturation de départ des compartiments 10 min : 0.8 bars Saturation totale : 40 m => 5 bars x 80% = 4 bars 1er période (soit 10‘) Gradient : 4 – 0.8 = 3.2 bars, ½ gradient : 1.6 bars Saturation au bout d’une période (10 minutes) = 0.8 + 1.6 = 2.4 bars 2nd période (soit 20‘) Gradient: 4 – 2.4 = 1.6 bars, ½ gradient : 0.8 bars Saturation au bout de 2 périodes (20 minutes) = 2.4 + 0.8 = 3.2 bars SCc pour le compartiment 10 min : 2.38 Pabs à laquelle on peut remonter ce compartiment au bout de 20 min : TN2 / SCc = 3.2 / 2.38 = 1.345 bars soit 3.45 m Nous ferons donc un palier à 6 m pour ce compartiment

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Pour se faire une idée …….. De la quantité d’azote (N2) dissous dans le corps à saturation (soit 6 périodes du tissu le plus long, 12h) : Illustration de la quantité d’azote dissoute dans le corps d’un plongeur à différentes profondeurs (on admet que le plongeur est resté à la profondeur indiquée suffisamment longtemps pour atteindre la saturation d’azote. - À la surface (1 bar) le corps d’un humain adulte contient environ 1,5 l d’azote dissous, dont la plus grande partie est dissoute dans les tissus adipeux du corps. - À 10 m (2 bars), le volume d’azote dissous augmente à environ 3 l . - À 20 m (3 bars) ce volume augmente à environ 4,5 l. Tant que la pression est maintenue, l’azote est dans une solution, ce qui veut dire qu’il est dissous; il n’est pas sous forme gazeuse Le danger pour les plongeurs arrive lorsque la pression ambiante (locale) autour de la personne diminue trop rapidement. Ceci se produit généralement lorsqu’il remonte trop vite à la surface.

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Pour se faire une idée …….. De la quantité d’azote (N2) dissous dans le corps à 60 m ( saturation en 6 périodes du tissu le plus long ) Temps en périodes 1 2 3 4 5 6 Quantité N2 en litres 1,5 4,5 7,5 9 9,75 10,125 10,5

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Forme d’une courbe de saturation puis de désaturation (descente, puis remontée)

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Les limites Le modèle par perfusion (Haldanien du nom de son concepteur, le Dr Haldane) admet comme étant complète une saturation ou une désaturation ayant une durée de 6 périodes. Soit : Pour un compartiment 5 min : 30 minutes Pour un compartiment 120 min : 12 heures

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Les limites Le modèle par perfusion (Haldane) Introduction lente et continue d'une substance médicamenteuse ou de sang dans un organisme ou un organe (MN90) Le modèle par diffusion (Hempleman) Prise en compte de la résistance des tissus à la perfusion Gaz en phase gazeuse uniquement si accident Utilisation des équations de Fick (diffusion mathématiques) La décharge est 1 fois ½ plus lente que la charge Le modèle des bulles circulantes (Hempleman/Hennesy) Détermination d’une taille critique des bulles circulantes (Comex)

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION Les limites D’autres modèles : SPENCER, travail sur les gradients WORKMAN, travail sur les SC ou MValues (US Navy) BULHMANN, travail sur les compartiments et l’air alvéolaire Le progrès essentiel apporté par BULHMANN est qu'il tient compte de l'air alvéolaire comme référence du gaz respiré, et non celui du gaz contenu dans le bloc. Cette prise en compte est fondamentale car la composition de l'air alvéolaire ne suit pas la loi de DALTON. Lors d'une montée en altitude, la pression alvéolaire de la vapeur d'eau est une constante. Celle du CO2 est également pratiquement constante (sauf hyperventilation). Celle de L'O2 par contre chute beaucoup plus que ne le laisse prévoir la loi de DALTON. La pression alvéolaire de N2 est ce qu'il reste. C'est pourquoi BULHMANN a proposé différentes tables en fonction de l'altitude.

SATURATION ET DESATURATION Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 SATURATION ET DESATURATION La réalité est probablement un ensemble de tout ça Les limites Attention : Les tables, modèles mathématiques et expérimentaux, ne sont qu’un des éléments à prendre en compte pour réaliser une bonne désaturation. Il y en a bien d’autres : bulles circulantes, stress, fatigue, froid, vitesse de remontée, efforts … etc. Dans tous les cas les calculs de tables sont associées à une étude statistique

Pistes d’amélioration Formation plongeur P3 ASCIG / BBTB 2010 - 2011 Pistes d’amélioration Plonger aux mélanges c’est améliorer sa sécurité et son confort LE NITROX ( => 40 m ) Diminution du % N2 (diminution de la saturation) Augmentation du % O2 LE TRIMIX ( au delà de 40 m ) Diminution du % N2 (pas de narcose) Diminution du % O2 (pas d’hyperoxie) Ajout d’Hélium (évite l’essoufflement) Amélioration de la désaturation par le Nitrox associé Planification de la plongée Ceci étant dit ……….

BANZAÏÏÏÏ !!!!!!