COMPRENDRE UN ORDINATEUR DE PLONGÉE

Transcription

1 COMPRENDRE UN ORDINATEUR DE PLONGÉE by S. Angelini, Ph.D. Mares S.p.A.

2 Ordinateur de plongée COMPRENDRE UN ORDINATEUR DE PLONGÉE L algorithme de décompression d un ordinateur de plongée tente de reproduire les effets d une plongée sur le corps humain à l aide de formules mathématiques. L accumulation et le rejet de l azote sont simulés à l aide de ce qu on appelle des compartiments, chacun d entre eux représente un groupe de tissus du corps. Par exemple, nous avons un compartiment qui représente les muscles, un autre les os, etc. Les tissus sont identifiés par leur période 1, un paramètre qui indique la vitesse à laquelle ils accumulent l azote. L algorithme Mares utilise dix tissus, avec les périodes suivantes en minutes : 2,5, 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 120 et 240. Les tissus ayant des périodes courtes sont appelés «rapides», ceux qui ont des périodes longues sont dits «lents». Chaque tissu est également identifié par un second paramètre, la valeur M 2. Elle représente la proportion de la pression maximale (également appelée tension) par rapport à la pression ambiante, qu un tissu donné peut tolérer. Le terme utilisé pour décrire un excès de pression par rapport à la pression ambiante, dans un tissu, est la «sursaturation». En substance, un ordinateur de plongée suit l absorption et le rejet de l azote dans chaque tissu, sur la base du profil temps-profondeur et de la période de chaque tissu. Le critère qui commande une remontée sûre est qu aucun tissu ne dépasse la valeur M au cours de la plongée ou après avoir rejoint la surface. Si ce critère n est pas respecté, la remontée est interrompue par un ou plusieurs paliers de décompression au cours desquels l azote peut être rejeté pendant que le plongeur reste à une pression ambiante pour laquelle le critère est respecté. Dans ce document, nous décrivons comment la pression d azote (aussi nommée tension des tissus) évolue au cours d une plongée, et comment cela affecte le calcul de décompression. Pour cela, nous utilisons la nouvelle fonction de graphique des tissus du micro-logiciel 4.0 de l Icon HD Net Ready, qui permet de suivre l évolution de la tension dans chaque tissu «en direct» au cours de la plongée. La même évolution de la tension dans les tissus peut être revue ultérieurement sur un PC ou un Mac (avec les logiciels Dive Organizer ou Divers Diary respectivement) après avoir téléchargé les données de n importe quel ordinateur de plongée compatible Mares. Les dix tissus sont présentés sur un axe horizontal, avec leurs périodes qui augmentent de la gauche vers la droite. Chaque tissu est représenté par deux barres verticales. La hauteur de la barre de gauche représente la charge instantanée à tout moment donné. La hauteur de la barre de droite reflète la valeur projetée après une remontée à la surface à 10 m par minute à partir de la profondeur actuelle. Cela est très important du fait que lors d une remontée, les échanges d azote continuent à se faire et doivent être comptabilisés (cela est évident lorsque l on pense qu une remontée depuis une profondeur de 40 mètres dure au moins 4 minutes, presque le double de la période du tissu le plus rapide et presque la totalité de la période du deuxième tissu le plus rapide). En fonction du statut du tissu à un moment donné, la barre de gauche peut être un peu plus haute ou plus basse que la barre de droite. Si elle est plus haute, le tissu est imprégné d azote et au cours de la remontée il va rejeter du gaz du fait de la pression qui diminue. Si elle est plus basse, le tissu est encore plutôt exempt d azote, et en dépit du fait que la pression va diminuer au cours de la remontée, il va absorber plus de gaz qu il ne va en rejeter (évidemment, tous les tissus rejetteront du gaz s ils sont suffisamment proches de la surface). Notez que pour les tissus les plus lents situés à droite, du fait de leurs longues périodes la différence au cours de la remontée est imperceptible et les deux barres qui représentent un même tissu auront la même hauteur. L axe vertical du graphique est normalisé, de manière à ce que pour chaque tissu, la valeur M soit à la même hauteur. Nous tirons alors une ligne horizontale à cette valeur sur toute la largeur du graphique. Nous l appellerons «ligne zéro», signifiant zéro mètre, c est-à-dire la surface. Elle permet une visualisation rapide : si l une des barres de droite devait dépasser cette ligne au cours de la plongée, cela signifie qu une remontée commencée à ce moment précis provoquerait le dépassement du critère de contrôle du tissu correspondant (celui-ci aurait dépassé la valeur M). Cela implique par conséquent des obligations de décompression, c està-dire qu il faudra passer un certain temps au-dessous de la surface (à une profondeur à laquelle la pression ambiante est supérieure à celle de la surface, et à laquelle le critère de contrôle est toutefois respecté) afin de rejeter de l azote pour réduire la hauteur de la barre, jusqu à ce qu elle redescende au-dessous de la ligne zéro. Pour que ce graphique soit instantanément compréhensible, les barres de droite passent du BLEU au ROUGE lorsqu elles dépassent la ligne zéro. Par conséquent une barre de droite ROUGE indique un palier de décompression obligatoire. Lorsqu une quantité d azote suffisante a été rejetée pour que la barre descende de nouveau au-dessous de la ligne zéro, sa couleur revient au bleu. Le graphe possède une deuxième ligne horizontale, que nous appellerons la «ligne des 3 m». Elle représente le critère de contrôle appliqué à une profondeur de 3 m. De la même façon que ce que nous avons 1 Le terme vient du fait que pendant ce temps, un tissu réduira de moitié la différence entre son état initial et son nouvel état. Au cours de deux périodes, un tissu réduit la différence de 75 % (50 % des 50 % restants au cours de la deuxième période), de 87,5 % au cours de trois périodes, de 93,75 % au cours de quatre périodes, de 96,875 % au cours de cinq périodes et de 98,44 % au cours de six périodes. 2 Dans l algorithme Mares RGBM, les valeurs M sont dynamiques et s adaptent au profil. 2

3 vu au sujet de la ligne zéro, toute barre de droite qui dépasse cette ligne implique que si nous devions remonter à ce moment précis, nous serions déjà en situation d infraction par rapport au critère de contrôle à 3 m. En d autres mots, dès qu une barre de droite dépasse cette ligne, nous avons une obligation de décompression à 6 m. 3 Cette méthode de raisonnement peut aussi être étendue à un palier à 9 m, mais nous limitons notre représentation à ces deux lignes de manière à ne pas surcharger le graphique. Puisque les valeurs M ne sont pas les mêmes pour chaque tissu (les tissus les plus rapides tolèrent plus de sursaturation que les tissus lents), et puisque tous les tissus commencent la première plongée avec une pression partielle d azote de 0,79 atm (tissus à l équilibre dans l air aux conditions atmosphériques du niveau de la mer 4 ), il en résulte qu au début de la première plongée les tissus situés sur la gauche sont à un niveau plus bas que ceux situés sur la droite 5. Nous utilisons le terme «première plongée» pour se référer à une plongée non successive, il n y a alors pas d azote résiduel pouvant altérer les paramètres, qui serait la conséquence d une plongée précédente. Tout ce qui est décrit ci-après s applique également aux plongées répétitives bien entendu, avec la seule différence qu au point de départ tous les tissus ne sont pas à 0,79 atm d azote mais à un niveau plus haut, qui tient en compte ce qui reste de la précédente plongée et l intervalle de surface qui a suivi. Il est cependant évident, lorsqu on voit le graphique, qu une plongée répétitive est plus restrictive qu une plongée non répétitive : s il reste de l azote d une plongée précédente, chaque barre sera plus proche de la ligne zéro dès le début de la plongée, et par conséquent pour une profondeur donnée il y a moins de temps disponible avant que l une des barres dépasse la limite. Pour chaque tissu, le graphique présente également un petit segment horizontal superposé à la barre gauche. La position de ce segment le long de l axe vertical représente la pression partielle d azote dans le gaz inspiré. Au cours d une plongée, vous verrez ce segment monter et descendre au fur et à mesure que la profondeur augmente ou diminue. Dans le cas d un passage de gaz, par exemple de l air à un Nitrox 80 %, il y a une modification brutale de la position de ce segment. La position de ce segment le long de l axe vertical joue un rôle important dans la compréhension de la dynamique du tissu, puisque la distance entre celui-ci et le haut de la barre représente la différence de pression partielle d azote entre le tissu et le gaz inspiré, c est-à-dire l élément moteur des échanges de gaz. Cela est aussi appelé gradient de pression. Si ces deux choses sont éloignées, il y a une forte accumulation ou un fort rejet (dans les limites de la période). Si elles sont rapprochées, le tissu est presque à l équilibre. Notez que, pour une interprétation plus facile du graphique, lorsque le segment est AU- DESSUS de la barre et que par conséquent le tissu accumule du gaz (la pression partielle du gaz inspiré est plus forte que celle de la pression partielle dans le tissu) la barre ellemême est JAUNE ; lorsque le segment est À L INTÉRIEUR de la barre et que donc le tissu rejette du gaz (la pression partielle du gaz inspiré est plus basse que la pression partielle dans le tissu), la barre elle-même est VERTE. APPLICATION DU GRAPHIQUE DES TISSUS À UNE PLONGÉE À PROFIL CARRÉ Nous utilisons une plongée à profil carré à 30 m, d une durée de 30 min, parce que d un point de vue conceptuel c est le profil le plus facile pour décrire les divers aspects qui ont été présentés ci-dessus. Nous analysons l état de saturation de tous les tissus dans les 9 situations particulières de la plongée. Pour cela, nous utilisons les graphiques fournis par l Icon HD au cours de la plongée ellemême. Nous commençons avec la situation telle qu elle est au tout début de la plongée, présentée sur la figure 1. Nous voyons que tous les tissus sont bien au-dessous de la ligne zéro, et nous voyons aussi que le petit segment qui représente la pression partielle du gaz inspiré est aligné avec le haut de chaque barre (équilibre aux conditions atmosphériques). Dans le cas d une plongée Nitrox, le segment serait à l intérieur de la barre, indiquant le fait que le Nitrox respiré en surface provoquerait tout d abord un rejet de gaz. Fig. 1 : tension des tissus au début de la plongée. Sur la figure 2, nous voyons la situation à la fin de la descente : les barres ont légèrement augmenté de hauteur, puisque de l azote a été absorbé au cours de la descente d une minute et demie. Nous voyons également que les segments qui représentent la pression d azote dans le gaz inspiré ont augmenté de hauteur, indiquant que le gaz est poussé dans les tissus à une vitesse proportionnelle à la distance entre chaque segment et le haut de chaque barre. Fig. 2 : tension des tissus à la fin de la descente À profondeur constante, la vitesse à laquelle un tissu absorbe le gaz diminue avec le temps, puisque la différence entre la pression du gaz inspiré et la saturation du tissu diminue. Cela est visible sur le graphique parce que le 3 Un palier à 6 m ne signifie pas que nous devons nous arrêter à la profondeur de 6 m, mais que nous ne devons pas remonter jusqu à 3 m, de même qu un palier à 3 m ne signifie pas que nous devons nous arrêter à 3 m mais que nous ne pouvons pas remonter directement jusqu à la surface. L utilisation d incréments de 3 m pour définir les paliers de décompression implique que si notre charge en azote est incompatible avec la pression ambiante à 3 m, nous devons nous arrêter à 6 m jusqu à ce que nous ayons rejeté suffisamment d azote pour être compatibles avec la pression ambiante à 3 m. 4 Pour les plongées dans les lacs de montagne en haute altitude, la pression atmosphérique est plus faible que celle du niveau de la mer, et cela est automatiquement ajusté sur l ordinateur de plongée. Les valeurs M de ces plongées changent également, et doivent être ajustées manuellement en sélectionnant la plage d altitude correspondante sur l ordinateur de plongée. 5 Puisque la position de la valeur M sur l axe vertical a été réglée de façon identique pour tous les tissus, la hauteur initiale des barres de chaque tissu est la hauteur de la ligne zéro divisée par la valeur M du tissu lui-même. 3

4 Ordinateur de plongée segment qui symbolise la pression de l azote inspiré ne bouge pas (puisque la profondeur est constante) alors que la barre monte au fur et à mesure que l azote est absorbé, ce qui fait que ces deux choses se rapprochent. Si on reste suffisamment longtemps à une profondeur constante, le tissu atteint le segment 6 et il n y a plus de transfert de gaz : le tissu est dit à l équilibre (ou saturé). Sur la figure 5 plus bas nous voyons qu après 30 minutes à 30 m, les tissus à 2,5 et 5 minutes sont saturés, alors que les plus lents sont d autant plus loin de l égalité de pression que leur période est longue. Sur la figure 3 nous voyons la situation à la 18e minute, juste avant la fin de la plongée sans décompression : le tissu le plus rapide est pratiquement saturé (le segment et le haut de la barre coïncident) alors que les tissus les plus lents n ont que très peu augmenté. Mais ce qui se remarque le plus est le fait que la barre droite du troisième segment est tout près de toucher la ligne horizontale. Effectivement, à la prochaine étape qui est montrée à la figure 4, elle dépasse cette limite. intéressant de noter que la barre de gauche du second tissu est également au-delà de la limite, mais ce tissu rejetterait suffisamment de gaz au cours d une remontée normale pour ne pas enfreindre le critère de contrôle. Fig. 5 : tension des tissus au début de la remontée. Fig. 3 : tension des tissus à la limite de plongée sans décompression. Fig. 4 : tension des tissus au début de l obligation de décompression. Regardons maintenant la fin de la section à 30 m sur la figure 5 : nous voyons que le critère de contrôle est en infraction sur 5 segments. Curieusement, les deux premiers tissus, qui sont maintenant saturés à une pression absolue de 4 atm, vont rejeter suffisamment de gaz au cours de la remontée pour ne jamais être en infraction du critère de contrôle. En d autres mots, pour les plongées allant jusqu à 30 m, les deux premiers tissus ne seront jamais le facteur limitant. Nous voyons aussi qu une diminution de profondeur de 0,5 m suffit à faire rejeter les gaz des deux premiers tissus, ce qui s explique puisqu ils étaient saturés à 30 m et que toute diminution de la pression ramène le petit segment en-dessous du haut de la barre. Remontons maintenant à la profondeur du palier profond, sur la figure 6 nous voyons que les quatre premiers tissus rejettent des gaz avec un gradient important (distance entre le haut de la barre et le segment horizontal). La cinquième barre absorbe toujours du gaz, mais avec un gradient très réduit. Ce n est qu à partir du 6e tissu qu il y a un gradient d absorption de gaz important. C est le tissu à 40 minutes, donc un palier profond de deux minutes à cette profondeur n affectera que très peu sa saturation. Ces deux minutes permettront par contre aux tissus rapides (et sensibles) de se débarrasser d une bonne quantité de gaz alors que la pression ambiante est relativement forte, contrôlant donc la formation de microbulles. Sur la figure 4, le troisième tissu a passé la ligne zéro. Comme cela est expliqué ci-dessus, cela signifie que si l on remonte jusqu à la surface à 10 m/min, ce tissu sera en infraction par rapport au critère de contrôle et par conséquent cela indique le début des obligations de décompression. Pour une interprétation graphique plus facile, la barre change du bleu au rouge. Il est aussi 6 L égalité de pression est atteinte asymptotiquement, mais en termes pratiques nous pouvons considérer que cela prend 6 périodes. 4

5 Fig. 6 : tension des tissus au début du palier profond. Fig. 9 : tension des tissus à la fin du palier de décompression. Du point de vue de l algorithme, pour ce profil un palier profond peut donc être considéré comme avantageux au cours de la remontée. C est ce qu on peut conclure en regardant la figure 7, qui montre la saturation des tissus à la fin du palier profond : les barres vertes ont notablement diminué, alors que les barres jaunes n ont presque pas changé. APPLICATION DU GRAPHIQUE DES TISSUS À UN PROFIL DE PLONGÉE RÉEL, COMPRENANT UN PASSAGE À UN GAZ DE DÉCOMPRESSION AVEC FORTE PROPORTION D OXYGÈNE. Fig. 8 : tension des tissus au début du palier de décompression. Sur la figure 9, nous voyons la situation à la fin des obligations de décompression : toutes les barres bleues sont maintenant au-dessous de la ligne limite. Cependant, il n y a pas de marge de sécurité, les barres satisfont tout juste au critère de remontée sûre. C est pourquoi c est toujours une bonne chose que d effectuer un palier de sécurité de 3 à 5 minutes entre 3 et 5 mètres, même après la fin d une plongée avec décompression. Les figures 10 et 11 décrivent la situation au cours d une plongée réelle, au cours de laquelle un passage de l air à un Nitrox à 80 % a été effectué. En particulier, elles montrent la tension des tissus juste avant et après le changement de gaz. La raison pour laquelle il est si avantageux d utiliser un mélange de décompression à forte proportion de O 2 est évidente. La pression partielle d azote dans le gaz inspiré diminue notablement, et non seulement deux tissus de plus rejettent du gaz au lieu de l absorber, mais les gradients de pression de rejet ont significativement augmenté dans les tissus qui rejetaient déjà du gaz. Fig. 7 : tension des tissus à la fin du palier profond. Nous arrivons maintenant à la profondeur du palier de décompression, figure 8, et tous les tissus sauf le plus lent rejettent du gaz, alors que 5 d entre eux sont toujours en infraction par rapport au critère de contrôle. 5

6 Ordinateur de plongée Fig. 10 : tension des tissus juste avant un changement de gaz. Fig. 12 : saturation des tissus à la fin des obligations de décompression. Fig. 11 : tension des tissus juste après un changement de gaz. Pour la même plongée, la figure 12 affiche la saturation des tissus à la fin de la décompression obligatoire et la figure 13 affiche la saturation des tissus 5 minutes plus tard. La barre diminue encore plus et plus les barres sont loin de la ligne horizontale la plus basse, plus la plongée est sûre. Fig. 13 : La saturation du tissu 5 minutes après la fin des obligations de décompression. Mares S.p.A. - Salita Bonsen, RAPALLO - ITALY - Tel Fax /14 - Artbook 10337/14