Les modèles de décompression

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1 Les modèles de décompression
Emmanuel Bernier (rév. 16/2/17) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

2 Approfondissement théorie MF2
Plan La « préhistoire » Notion de modèle Le modèle de Haldane Les modèles post-haldaniens Conclusion 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

3 Approfondissement théorie MF2
La préhistoire (1) 1670 : R. Boyle observe un ADD sur une vipère brutalement dépressurisée (présence de bulles de « gaz ») XIXe siècle : travail au sec en milieu hyperbare (piles de ponts, mines)  « mal des caissons », bends (traitement à l’alcool : frictions et ingestion !...) 1854 : la recompression soulage les symptômes 1861 : Bucquoy formule l’hypothèse que le gaz dissous dans le sang repasse en phase gazeuse quand la pression ambiante chute 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

4 Approfondissement théorie MF2
La préhistoire (2) Paul Bert (physiologiste et homme politique français) : Physiologie de la respiration : effets de l’altitude et de la plongée  rôle de la pression partielle d’oxygène 1878 : « La pression barométrique » Rôle des bulles d’azote dans l’ADD : Décompression lente (vitesse constante) Respiration d’O2 pour améliorer la déco 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

5 Approfondissement théorie MF2
La préhistoire (3) John Scott Haldane (physiologiste écossais) : Rôle du CO2 sanguin dans la respiration 1906 : chargé par l’amirauté britannique d’établir un protocole de déco expérimentation animale  modélisation 1908 : premières tables de déco basées sur un modèle 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

6 Approfondissement théorie MF2
Notion de « modèle » « Une façon d’organiser l’ignorance » Représentation simplifiée de la réalité : ≠ réalité Hypothèses (simplificatrices)  théorie Limites d’utilisation (validité des hypothèses) Calibration Validation expérimentale Simulation (plus facile et moins dangereux à mettre en œuvre que la réalité) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

7 Structure d’un modèle de déco (d’après JP. Imbert)
Données plongée Échanges gazeux Critère de sécurité de la remontée Profil de remontée Paramètres échanges Paramètres sécurité 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

8 Approfondissement théorie MF2
Approche de Haldane Modèle d’échanges gazeux Approche théorique (solubilité de l’azote dans le sang et dans la graisse, % de gras dans un marin britannique) Modèle de critères de remontée Approche expérimentale (marin britannique analogue à une chèvre) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

9 Approfondissement théorie MF2
Hypothèses de Haldane Diffusion alvéolaire instantanée Diffusion tissulaire instantanée Tissus anatomiques représentés par des compartiments indépendants (pas de transferts entre eux) Charge et décharge symétriques Taux de perfusion constant Tout le gaz est dissout, les bulles sont pathogènes Perfusion limitante 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

10 Aparté : perfusion / diffusion
(cinétique de dissolution) Perfusion (cinétique de remplissage d’un tissu) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

11 Paramètres en jeu Diffusion : Taux de perfusion : Surface de contact
Taille des molécules Gradient Taux de perfusion : Capacité du tissu en azote Irrigation du tissu en azote Solubilité gaz-sang x débit sanguin Solubilité gaz-tissu x volume tissu 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

12 Approfondissement théorie MF2
Les compartiments Ils représentent un ensemble de tissus anatomiques Ces tissus sont plus ou moins perfusés Ils ont une certaine capacité à stocker de l’azote (en fonction de leur volume et de la solubilité de l’azote dans le tissu) Q = Q0 x Vr Q Vr (gradient) Vi (tension initiale) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

13 Compartiments courts et compartiments longs
T = ln2 / perf Compartiment court Compartiment long 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

14 Que nous dit le modèle de Haldane ?
Tissus représentés par des compartiments (5) Chaque compartiment caractérisé par sa période représentative de sa perfusion (5, 10, 20, 40, 75min)  vitesse de charge et de décharge En 1 période, le compartiment échange la moitié du gradient (pression partielle – tension)  charge et décharge exponentielles Remontée possible si P2 / P1 ≤ 2 (Sc = 1,58 pour tous les compartiments)  critère imposant les paliers (tous les 10ft) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

15 Compartiments et tissus
1 compartiment ne représente pas 1 tissu Les différents tissus (dans leur ensemble) semblent se comporter comme un ensemble de compartiments Perfusion  (compnts courts  longs) : SNC, OI – Peau – Muscles – Os 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

16 Méthodologie de calcul
Tension initiale (Ti) Pression partielle d’azote respirée = PN2 Gradient : G = PN2 – Ti Durée  nombre de périodes  pourcentage de saturation (%sat) Tension finale : Tf = Ti + %sat x G Nb T 1 2 3 4 %sat 50% 75% 87,5% 93,75% 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

17 Stratégie de décompression
Minimiser la durée de déco Maximiser le gradient d’azote Remonter à la profondeur minimale admissible pour effectuer un palier : Accélère la décharge des tissus courts Minimise la charge des tissus longs 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

18 Application : les tables MN90
12 compartiments 5 à 120min 13ème compartiment 240min pour la respiration d’O2 en surface 1 Sc par compartiment : TN2 / Sc ≤ Pabs Population test : 1095 plongeurs d’âge moyen de 32 ans 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

19 MN90 : les coefficients Sc
(min) 5 7 10 15 20 30 40 50 60 80 100 120 Sc 2,72 2,54 2,38 2,20 2,04 1,82 1,68 1,61 1,58 1,56 1,55 1,54 Signification des Sc ? En surface : TN2 / Sc < 1 bar TN2 < Sc en surface Sc = TN2 maximale admissible en surface C120 moins tolérant que C5… 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

20 MN90 : Compartiment directeur
1,0 b 1,2 b 1,4 b 1,6 b 1,8 b 2,0 b TN2 / Sc Pour chaque compartiment on calcule TN2 / Sc qui représente la Pabs minimum autorisée Le compartiment directeur est celui qui impose le premier stop  valeur Pabs la plus grande TN2 ≤ Sc x Pabs TN2 ≤ Sc x (1 + Prof/10) TN2 ≤ Sc + (Sc / 10) x Prof TN2 / Sc TN2 / Sc TN2 / Sc 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

21 MN90 : Compartiment directeur
En pratique : Plongée profonde mais courte : compartiment court Plongée peu profonde et longue : compartiment long Plongée longue et profonde : compartiment court  long Plongées répétitives : compartiment très long ! 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

22 Application à la majoration
N2 = 0,95 (AR) N2 = 0,8 N2 = 0,8 N2 = 0,95 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

23 Application à la majoration
C120 (directeur après 15 min d’IS) Tf = AR Ti = 0,8 PN2 = PN2 à la prof. de la plongée successive %sat = (Tf – Ti) / (PN2 – Ti) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

24 Approfondissement théorie MF2
Un modèle à succès Flexibilité : Nb compartiments (6 à 16) Périodes choisies (3min à 700min) Sc ou M-values Paramétrable Simplicité : un seul paramètre, facile à mesurer = pression Facilité de mise en œuvre : ordinateurs 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

25 Approfondissement théorie MF2
Mais aussi des limites !... Présence de µ-bulles circulantes à la décharge (gaz gazeux) Équilibre alvéolaire ralenti par les µ-bulles « silencieuses » Décharge plus lente que la charge du fait des micro-bulles ( modèle sigmoïde, modèle à décharge linéaire) Équilibre tissulaire non instantané dans les tissus lents (cartilages articulaires) Taux de perfusion variable à effort (augmentation de la température et de la perfusion) Composition du gaz alvéolaire différente de celle du gaz respiré (H2O et CO2 indépendants de la pression) Développé pour des plongées « carrées » (yoyo, remontée rapide,…) Approfondissement de la recherche (militaires, plongée tek) Utilisation d’He (plus diffusible que l’N2, 2 gaz neutres) Nouveaux modèles 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

26 Approfondissement théorie MF2
Hempleman (1952) Bends consécutifs aux plongées courtes et profondes ou longues et peu profondes Cartilage : tissu non vascularisé entouré d’une membrane synoviale très vascularisée  diffusion limitante TN2 = k . prof . t (Fick) NDL : prof . t ≤ 500 ft.min1/2 Critère de remontée : TN2 – Pabs ≤ 30 fsw Tables BSAC (adaptation Hennessy) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

27 Workman (1965) – Bühlmann (1983)
Généralisation Haldane incluant l’He (US Navy) Le seuil de tension d’N2 dépend du compartiment et de la profondeur : M = M0 + ΔM . Prof M : valeur Maxi d’azote tolérable à la profondeur courante (M0  Sc) Bühlmann : composition de l’air alvéolaire (PCO2 et PH2O constantes)  altitude M-values de surface = plongées sans déco (PADI) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

28 Les M-values « Une ligne noire dans une zone grise »
Bulles symptomatiques Symptômes massifs Bulles silencieuses Symptômes limités Droite des M-values 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

29 Les facteurs de gradient (GF)
Application d’un %age permettant d’abaisser les M-values  sécurisation Ce %age varie au cours de la déco entre 2 valeurs GFlo fixe la profondeur du 1er palier GFhi fixe la durée de la déco 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Utilisation des GF Plongée 60m, 15min à l’air MN90 100/100 50/100 50/50 6m 19 17 16 134 9m 4 3 9 12m 1 2 6 15m 18m 21m Run time 44 40 42 174 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Spencer (1971) Bulles circulantes détectées par doppler : veinous gas emboli (VGE) Corrélation VGE / bends Déco humide ≠ déco sèche  validation Modèle d’échanges gazeux haldanien Critère de remontée sans déco inspiré d’Hempleman (objectif 20% de VGE) : prof . t ≤ 465 ft.min1/2 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

32 Volume critique de bulle (1977)
Hemplemann, Hennessy : Compression à saturation Décompression jusqu’à l’apparition de bends Relation linéaire entre les 2 profondeurs  Mariotte !… La taille des bulles est responsable des bends Calcul de la croissance des bulles (pression, tension superficielle, échanges bulle-tissu)  critère de remontée type Workmann (M-values) Application aux modèles haldaniens : MT92 (JP. Imbert), base statistique COMEX ZH-L8 ADT (Buhlmann) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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DCIEM (1979) Kidd & Stubbs ( ) durcissent la table US Navy Hypothèse des compartiments en série 5000 plongées expérimentales de validation Réévaluation du modèle K&S sous surveillance doppler NDL proche MN90 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Thalmann (1985) Projet US Navy d’ordinateur de déco Test : 850 plongées humides, exercice modéré Nécessité d’augmenter jusqu’à 3x la déco donnée par la table US navy Thalmann propose une décharge linéaire plus lente 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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VPM (1986) Saturation haldanienne (ZH-L16) Préexistence de bulles dans les compartiments : échanges gaz gazeux  gaz dissout Prise en compte d’autres gaz dissous : O2, CO2, H2O Modélisation du comportement des µ-bulles (tension superficielle, effet du surfactant, forces électrostatiques) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

36 Effet de la tension de surface
Fluide Pression interne Pamb = 2,0 atm PS = 0,5 atm PS = K / r Pbulle = 2,5 atm Start with a gas bubble within fluid If the ambient pressure surrounding the fluid is 2 atm, then this pressure would act on the bubble and you would expect the gas pressure inside the bubble to also be 2 atm. However, the white margin represents the surface of the bubble, and this surface has surface tension. The effect of this surface tension is to squeeze the bubble, as represented by the blue arrows. As mentioned previously, for a bubble with a radius of 4 µm, this surface tension effect is about half an atm. Thus, the internal pressure inside the bubble is the sum of these pressures, which in this case is 2.5 atm. Because of surface tension, the pressure inside the bubble is always greater than the ambient pressure surrounding the bubble. Gaz 4 µm 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Tensio-actifs Hydrophile Hydrophobe Gaz  Perméabilité variable Fluide 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

38 Approfondissement théorie MF2
Que dit VPM ? La taille des « grosses » bulles tend à  par diffusion car Pbulle > Pamb La diffusion bulle-tissu n’est pas constante (perméabilité variable) : elle augmente avec la taille (écartement des molécules tensio-actives) L’aptitude des bulles à grossir ou à se contracter dépend de leur taille et de la sursaturation : équation de non croissance des bulles 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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VPM en pratique Adapté à la plongée profonde et multi-gaz Paliers profonds, vitesse lente : filtrage des bulles avant leur croissance, favorise l’élimination de l’He Applications : Ordinateurs plongée : RGBM (1991), V-Planner live Logiciels de déco : V-Planner, HLPlanner,… 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Profil de déco VPM 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

41 Approfondissement théorie MF2
RGBM (1991) Modèle commercial  peu d’informations disponibles… 9 compartiments (std et tek), 15 pour la version « fused » (Suunto DX) RGBM vs VPM (B. Wienke) : Pas basé sur les propriétés de la gélatine !… Persistance des noyaux gazeux calculée (?) Taux d’accident plus faible que VPM !… 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Modèle sigmoïdal (1992) Expérimentation sur des lapins à 4 ATA Observation d’un retard de dégazage : Stabilité des micro-bulles Réinjection dans le versant artériel Impact sur la majoration (successives) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

43 Approche probabiliste
Pas de modèle déterministe : les valeurs des Sc (ou autres critères) ne sont pas valides dans 100% des cas Analyse statistique des profils et des accidents (bases de données) L’ADD est un événement aléatoire dont on quantifie la probabilité 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

44 Validation statistique d’un modèle
BDD de référence (profils) Analyse statistique sur la BDD de référence Extrapolation probabiliste avec un intervalle de confiance (indépendant de la BDD de réf.) : « Pour une plongée sans palier de 20 min à 40 m, il y a 95% de chances que le risque d’accident soit compris entre 1,57% et 6,43%. » Compromis risque accepté / durée déco 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

45 Les paliers profonds (Pyle stops)
Richard Pyle et la physiologie des poissons… 2 min à mi-distance entre le fond et le 1er palier « classique » Implémentation sur certains ordinateurs (Galileo,…) Paliers profonds « vrais » : VMP, GF 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Les paliers profonds En vert : décompression progressive Bühlmann GF En rouge : Pyle stop (sur Bühlmann) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Synthèse Haldaniens : Workman - Bülhmann (M-values) Spencer (bulles silencieuses) Thalmann Autres : Hempleman - Hennessy (diffusion) Modèle sigmoïdal DCIEM VPM, RGBM Probabilistes Critères de sécurité : Théories classiques : gestion de la quantité de gaz neutre Nouvelles théories : gestion des bulles 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

48 Approfondissement théorie MF2
Comparaison NDL (min) Prof (m) Hempl. Spencer RGBM VPM MN90 GF95/95 15 100 86 71 76 81 18 69 60 51 46 53 54 21 44 37 32 39 24 34 29 25 27 26 31 22 20 19 30 17 16 14 33 13 11 12 36 10 9 45 7 6 5 8 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

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Conclusion 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

50 Des facteurs non pris en compte (liste non limitative)
Comportementaux : Froid Efforts Remontée rapide Remontées multiples Physiologiques : Réaction inflammatoire Activation plaquettaire 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

51 Approfondissement théorie MF2
Et le futur ?... Individualisation de la déco Moyens de suivi individuels Modèles mixtes (perfusion / diffusion) Capteurs physiologiques embarqués … 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

52 Approfondissement théorie MF2
Logiciels de déco HL Planner (VPM) : V-Planner (VPM) : MultiDeco (VPM / Bühlmann GF) : MV-plan (Bühlmann GF) : Decoplanner (VPM / Bühlmann GF) : PastoDeco (VPM / Bühlmann GF) : Subsurface (logbook, VPM / Bühlman GF) : GAP (Bühlmann GF) : 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2

53 Références documentaires
La plongée sous-marine à l’air – Ph. Foster – PUG (1993) Dossiers de CTN Info – FFESSM (1994 et 1995) Modèles de décompression : une présentation des concepts – JL. Blanchard – Actualités Sport et Médecine n°50 (mai 1996) Éléments de calcul de tables – M. Goret (avril 2000) Les dessous de la décompression – JM. Belin (juin 2002) Contenu des connaissances en physique dans le cursus fédéral – L. Savariello (octobre 2003) Physiologie et médecine de la plongée – B. Broussolle – Ellipse (2006) Code Vagnon N4 – E. Bernier, N. Seksik – Vagnon (2014) 13/09/2019 Approfondissement théorie MF2