Dissolution – saturation Modèle de désaturation Jacques@charreyron.fr

Sommaire La saturation en plongée La dissolution des gaz Loi de Henri Notion de gradient Le modèle Haldane Généralités Tissus et compartiments Saturation et désaturation Sursaturation critique et pallier de désaturation Les autres modèles de décompression

Saturation / désaturation Pendant la plongée Altitude Sous-saturation et saturation en azote en cours Saturation et équilibre Sur saturation et désaturation en azote cours Profondeur Temps

Saturation / désaturation Vitesse de remontée Remontée trop rapide => différence trop importante => Dégazage anarchique => ADD Sur saturation critique Altitude Différence acceptable : pas de dégazage anarchique MAIS on repart pas de « zéro » Azote dissout dans le corps (tension) Elimination progressive par les poumons de l’azote dissout Pression partielle de l’azote Equilibre Profondeur Temps

Saturation / désaturation Apres la plongée Montée en altitude => différence trop importante => Dégazage anarchique => accident Différence acceptable : pas de dégazage anarchique MAIS on repart pas de « zéro »

Saturation / désaturation Corps humain simplifié Azote dissout Poumons Tissus 1b 1.75b 1.5b 1.25b 1b 2b Désaturation lente = Elimination de l’azote possible par les poumons 1b 1b 2b Désaturation rapide = formation de grosses bulles Elimination de l’azote impossible par les poumons = = danger !!! (cf. cours sur les ADD) Loi de Henry (1803)

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Loi de William Henri (1803) « A température constante et à l’équilibre, la quantité de gaz dissoute dans un liquide (tension) est proportionnelle à la pression partielle qu’exerce ce gaz au-dessus du liquide. » Pp = T Pp > T Pp < T Pp << T

Loi de Henri : Remarques et conséquences Elément de la loi Conséquences en plongée « … température constante …» La température à donc un rôle sur la quantité de gaz dissoute : T  Q  ; T  Q  « … équilibre … » Etat au repos : si agitation A  Q  L’équilibre n’est pas instantané : La durée de plongée et le profil est donc directement lié à la quantité de gaz dissoute « … pression partielle … » La profondeur augmente donc la quantité de gaz dissoute

Loi de Henri : Vocabulaire Dans les gaz on parle de pression dans les liquide de tension Sous – saturation : Pression > Tension Saturation : La pression = la tension Sur saturation : Pression < Tension Sur saturation critique : Pression << Tension (risque de dégazage anarchique)

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Loi de Henri : Notion de Gradient Le gradient : l’écart entre la pression et la tension Gradient = Pression - Tension G = 0 G > 0 G < 0 G << 0

Loi de Henri : Pour le plongeur Azote assez soluble dans l’eau et les graisses

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Modèle de Haldane : Généralités En 1907, Haldane élabore un modèle basé sur la loi de Henry. Le corps humain est assimilé à cinq compartiments distincts, caractérisés par des temps de saturation différents (périodes) C’est un modèle par perfusion

Modèle de Haldane : perfusion et diffusion Diffusion : Passage du N2 d’un milieu à l’autre Perfusion : alimentation d’un tissus en N2 par le sang Haldane : Diffusion instantanée Perfusion à vitesse variable

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Modèle de Haldane : Compartiments Décomposition du corps humains Pas de lien direct avec les tissus : objets théoriques du modèle Imperméables entre eux A taux de perfusion constant (vitesse de saturation) on parle de période. Période : temps que met le compartiment pour absorber la moitié du gradient

Tissus ≠ compartiments Les tissus sont assez bien représentés par des compartiments de différentes périodes. Tissus peu perfusés : bonne représentation par les compartiments longs Tissus très perfusés : bonne représentation par les compartiments courts + perfusé Système nerveux Oreille interne Peau Muscles Articulations Os - perfusé

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Modèle de Haldane : Saturation des Compartiments Période : temps que met le compartiment pour absorber la moitié du gradient 100% 96,875% 98,438% 93,75% 87,5% Après 6 périodes : on considère une saturation totale 75 % Période Taux saturation 1 50 2 75 3 87,5 4 93,75 5 96,875 6 98,4375 50 % 1 2 3 4 5 6

Modèle de Haldane : DéSsaturation des Compartiments Miroir de la saturation 100% Après 6 périodes : on considère une désaturation totale Période Taux saturation 1 50 2 75 3 87,5 4 93,75 5 96,875 6 98,4375 50 % 75 % 93,75% 96,875% 87,5% 98,438% 1 2 3 4 5 6

Modèle de Haldane : Saturation des Compartiments Haldane utilise 5 compartiments de périodes : 5, 10, 20, 40 et 75 De nos jour, le nombre de compartiments pour le calcul est variables Les tables MN90 utilisent 12 compartiments Les tables de la Comex utilisent 20 compartiments

Modèle de Haldane : DésSaturation des Compartiments Courbes de saturation des différents tissus pour une plongée de 40 minutes : On constate que : les tissus rapides sont très rapidement saturés et dessaturés. les tissus lents sont très lents à se saturer, mais encore plus lents à se dessaturer.

Modèle de Haldane : Saturation des Compartiments On peut calculer la tension finale d’un compartiment au bout de n périodes : TN2 Finale = TN2 initiale + (gradient * % saturation)

Exercice Quelle est la tension dans le compartiment de période 10 min au bout de 30 min à 40m ?

Compartiment 10 min au bout de 30 min : 3 périodes => 87,5 % Correction Compartiment 10 min au bout de 30 min : 3 périodes => 87,5 % à 40m : Ppn2 = 5 *0,8 = 4b Gradient = PpN2 – TN2 = 4 - 0.8 =3,2b TN2 Finale = TN2 initiale + (gradient * % saturation) TN2 Finale = 0,8 + (3,2*0,875) = 3,6 b Période Taux saturation 1 50 2 75 3 87,5 4 93,75 5 96,875 6 98,4375

Exercice Plongée 40m / 35 min => GPS L : Calculer la TN2 au bout de 2, 4 , 6, 12h pour le compartiment 120 en surface ?

Correction GPS L : TN2 1,33 Au bout de 2h => 1 période TN2 Finale = TN2 initiale + (gradient * % saturation) TN2(2h)= 1,33 + (0,8 - 1,33) * 0,5 = 1,065 Les tables MN90 donnent 1,07 Au bout de 4h => 2 périodes TN2(4h)= 1,33 + (0,8 - 1,33 ) * 0,75 = 0,9325 Les tables MN90 donnent 0,93 Au bout de 12h => 6 périodes TN2(12h) = 1,33 + (0,8 - 1,33 ) * 0,9843 = 0,808 Les tables MN90 donnent 0,81 Période Taux saturation 1 50 2 75 3 87,5 4 93,75 5 96,875 6 98,4375

Impacts pour le GP : Lien avec les outils de désaturations Les tables MN 90 utilisent donc le compartiment 120 pour leurs calculs d’azote résiduel Pour PADI c’est le 60 Pour RGBM c’est le 720

Impacts pour le GP : Lien avec les outils de désaturations Attention : Les ordinateurs n’implémentent pas tous le même modèle Le GP doit donc homogénéiser la désaturation de sa palanquée en prenant le plus sécuritaire

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Modèle de Haldane Sursaturation Critique Haldane expérimente sur des chèvres que: Pas d’effets indésirables si l’on effectue une décompression inférieur à la moitié à la moitié de la tension d’où : TN2 / 2 < P Ce facteur 2 est appelé coefficient de sur saturation critique noté sc D’où TN2/P < sc Cela lui permet de calculer la pression absolue min à laquelle on peut remonter « sans risque ».

Modèle de Haldane Sursaturation Critique Compartiment Période Sc C5 5 2,72 C7 7 2,54 C10 10 2,38 C15 15 2,2 C20 20 2,04 C30 30 1,82 C40 40 1,68 C50 50 1,61 C60 60 1,58 C80 80 1,56 C100 100 1,55 C120 120 1,54 Les tables utilisent un sc par compartiment : Peut on rejoindre la surface sans risques ? Au cours de la remontée : TN2/Pabs < Sc pour chaque compartiment La profondeur mini donnée par: Pabs= TN2/Sc

Exercice Plongée 35m pendant 40 min Pour C10, C20, C40 calculer le N2 dissous et la profondeur min atteignable ?

Correction C10 C20 C40 Temps de plongée 40 Périodes 4 2 1 Compartiment Période Sc C5 5 2,72 C7 7 2,54 C10 10 2,38 C15 15 2,2 C20 20 2,04 C30 30 1,82 C40 40 1,68 C50 50 1,61 C60 60 1,58 C80 80 1,56 C100 100 1,55 C120 120 1,54 C10 C20 C40 Temps de plongée 40 Périodes 4 2 1 Sat=Taux de saturation 93,75% 75% 50% Pression à 35m 4,5 b PpN2 4,5 * 0,8= 3,6 b 4,5 * 0,8 = 3,6b 4,5 * 0,8 = 3,6 b G= Gradient 3,6 - 0,8= 2,8b 3,6 - 0,8 = 2,8 3,6 - 0,8 = 2,8b TN2 = TN2i + G*Sat 0,8 + (2,8 * 0,9375)= 3,425 0,8 + (2,8 * 0,75) = 2,9 0,8 + (2,8 * 0,5)= 2,2 Sc 2,38 2,04 1,68 Pabs = TN2/Sc 1,44 1,42 1,31 P min 4,4m 4,2 m 3,1 m Période Taux saturation 1 50 2 75 3 87,5 4 93,75 5 96,875 6 98,4375 Compartiment directeur

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Autres modèles de décompression Les modèles non haldaniens Hempleman (1952) : modèle par diffusion ou «slab model» considère la résistance mécanique des tissus lors des phases d’absorption et d’élimination de l’azote Nishi (1983) : Compartiments en série et non en parallèle Intégrer des échanges gazeux entre compartiments. Association de perfusion et diffusion Wienke (1990): RGBM (Reduced Gradient Bubble Model), prise en compte des micro bulles (ou noyaux gazeux) Qui entraine la production de bulles plus importantes lors de la remontée Utilisé par les ordinateurs SUUNTO Modèle probabiliste : propose différentes procédures de décompression en fonction du taux de risques accepté par le plongeur

Quiz Dans le cas d’une plongée courte mais profonde quels sont les compartiments directeurs ?

Quiz Dans le cas d’une plongée longue mais peu profonde quels sont les compartiments directeurs ?

Quel est le problème des plongées répétitives ? Quiz Quel est le problème des plongées répétitives ?

Quel est le problème des plongées répétitives ? Quiz Quel est le problème des plongées répétitives ? Les compartiments longs ne déssaturent jamais. Certains ordinateurs utilisent des compartiments 600’ pour prendre en compte ces nouvelles « pratiques » Jour 1 Jour 2 Jour 3 1.6 1.2 0.8

Annexe: Modèle de Haldane les Hypothèses Au niveau des poumons, l’excès d’azote est transmis instantanément au sang Au niveau des poumons, lors de la décompression, à chaque cycle circulatoire, le sang transmet instantanément aux poumons la proportion d’azote en excès qu’il contient Au niveau des tissus, l’excès d’azote est transmis instantanément La pression partielle d’azote dans l’air alvéolaire est la même que dans l’air inspiré Les tissus ont tous une constitution similaire à celle du sang hormis la graisse, qu’il traite différemment Un cycle circulatoire a lieu en 1 minute La courbe de désaturation est miroir de la courbe de Le rapport de pression ne doit pas dépasser 2 :1 . Ce qui correspondrait aujourd’hui à fixer un Sc=2. Haldane fixe un Sc unique pour tous les compartiments. Les phénomènes de charge et de décharge en azote dans le corps humains peuvent se résumer à 5 compartiments (régions anatomiques factices) dont les périodes (demi-vie) sont : 5, 10, 20, 40 et 75 minutes Le temps de descente est inclus dans le temps de plongée. La durée d’exposition virtuelle considérée est la durée d’exposition fond réelle, augmentée de la moitié du temps de descente.