Saturation Désaturation & Eléments de calcul de Table : Niveau 4

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1 Justification Rappels Dalton Henry Historique Les compartiments Le Gradient : la tension Courbe de saturation / désaturation d un tissu Coefficient de sursaturation Profondeur 1 ier palier La Formule Après le retour en surface Conclusion Prochain cours Saturation Désaturation & Eléments de calcul de Table : Niveau 4 Jean-Luc Hurtel E4 Justification Ce cours sur les éléments de tables permet de faire le lien entre trois cours fondamentaux vu ou revu dans le cadre du niveau N4 et finalement de justifier les hauteurs et les durées de paliers existant dans les tables MN90. Les prérequis nécessaire correspondent à la loi de Henry (dissolution des gaz), la connaissance approfondie des tables de plongée et les conséquences éventuelles d une mauvaise utilisation de ces dernières avec l accident de décompression. Lois Physique Dalton Henry Les tables MN 90 Accidents ADD ELEMENTS CALCUL DE TABLES Rappels Loi de Dalton A température donnée la pression absolue d un mélange est égale à la somme des pressions partielles des gaz constituant le mélange. Pp = Pabs X % gaz Pression PpN2 (bar) PpO2 (bar) Surface (1 bar) 0,8 0,2 10 m (2 bars) 1,6 0,4 20 m (3 bars) 2,4 0,6 30 m (4 bars) 3,2 0,8 35 m (4,5 bars) 3,6 0,9 Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 1 sur 9

2 Loi de Henry L air respiré est constitué de plusieurs gaz dont certains se dissolvent dans les tissus de notre organisme (sang, peau, muscles, organes, os etc.) qui sont constitués en grandes parties par des liquide. Lors de la plongée, le mélange gazeux introduit dans les poumons lors de la respiration est donné à la pression ambiante (principe de l équipression) et va se dissoudre dans le corps humain. Le principe énoncé par Henry correspond à la quantité de gaz dissous dans un liquide (ici tissus) qui est directement proportionnelle principalement à la pression exercée, et à d autres phénomène comme : la nature du gaz et de la nature du liquide, la température, la surface d exposition, de la durée de l exposition. Dans l exemple précédent ce principe est illustré avec un liquide dont la tension initiale est de 1 bar. Puis, La pression en surface de ce liquide est augmentée de 2 bars, et est maintenue. La différence entre la pression de surface et la tension du liquide provoque un état instable (sous saturation). Cette différence va progressivement diminuer jusqu'à ce que la pression du gaz et la tension du liquide soit équivalente : saturation du liquide. Cela correspond, de manière schématique, au phénomène de dissolution des gaz de respiration lors de la descente en profondeur du plongeur. Ensuite la pression en surface du liquide est ramenée à 1 bar, et est maintenue. La différence en la pression de surface et la tension du liquide provoque un second état instable (sur saturation). Cette différence va progressivement diminuer de la même manière que précédemment. Cela correspondra aux phénomènes se produisant lors de la remontée du plongeur. Ces transitions plus ou moins longue de passage des états sous saturé vers saturé ou sur saturé vers saturé vont correspondre à l absorption ou la restitution des gaz dissolus dans les différents tissus composant notre corps (encore appelé : compartiments). Le corps humain est composé de 70% d eau. L air respiré sous pression par le plongeur est composé d azote, il se dissout dans Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 2 sur 9

3 l organisme Historique Au 19iéme sicleau 19éme, les ouvriers travaillant sur les grands ouvrages, en milieux hyperbare, souffrent du «mal des caissons», plusieurs accidents sont à déplorer, de la simple fatigue, paralysies, jusqu à la mort. BUCQUOY met en évidence le principe de la saturation et désaturation Paul BERT en 1878 met en évidence le rôle de l azote et préconise une remontée lente 7m/min mais les accidents persistent. John Scott HALDANE mandaté par la Royal NAVY, établit des règles de sécurité en plongée (jusqu à 65 m) pour un retour en surface. Il conçoit le premier modèle de décompression, en s appuyant sur la loi de Henry Les Tables militaires GER65 puis MN90 sont issues de ses travaux Les compartiments Selon Haldane «le corps humain» est composé d une liste fictive de régions anatomiques appelées compartiments Les compartiments définissent les différents liquides qui composent le corps humain. Bien que notre corps soit composé à 70 % d eau, l ensemble des tissus ne se comportent pas de la même manière vis à vis de la dissolution des gaz. En plongée à l air c est l azote qui se dissoudra dans les tissus (ou compartiments). Le corps humains est donc divisé en compartiment caractérisé chacun par une période qui définit la vitesse de saturation et de désaturation. Il existe différents types de tissus, ceux qui se saturent vite comme le sang, la graisse etc. qui sont appelés "tissus courts" dont la période peut être de quelques minutes, ceux qui se saturent plus lentement appelés les "tissus longs" comme les os, les tendons et ont des périodes pouvant atteindre plusieurs heures. Les tables de plongées MN 90 utilisée comportent 12 compartiments. D autres modèles de tables utilisent un nombre de compartiments différents. Un compartiment représente un ensemble de tissus du corps humain qui réagissent de la même manière à la saturation et à la désaturation min 7 min 10 min 15 min 20 min 30 min 40 min 50 min 60 min 80 min 100 min 120 min Chaque compartiment est caractérisé par sa période Le gradient Le gradient est la différence entre la tension initiale (To) du gaz et la tension finale (Tf) à la profondeur Ex. pour une plongée à 40m : Tension initiale de N2 = Pabs x %N2 = 1 x 0.8 = 0.8 bar Tension finale de N2 = 5 x 0.8 = 4 bar Gradient: = 3.2 bar La tension Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 3 sur 9

4 La tension est la pression du gaz dissout dans le liquide La période d un tissu & courbe de saturation La période est le temps nécessaire pour que le compartiment se sature à moitié du gradient Cette valeur correspond au temps que va mettre un tissus pour atteindre la moitié de sa saturation (lors de la descente) ou de sa désaturation (lors de la remontée). En considérant une tension initiale dans un tissu (T0) et une tension finale (Tf) déterminée par une pression absolue. Au terme de la première période la tension du tissu (TP1) sera égale à : TP1 = T0 + 50% de (Tf-T0) De même, à la fin de la deuxième période, le tissu aura une tension équivalente à la tension de la première période à laquelle sera ajoutée la moitié de la différence de la tension actuelle et de la tension finale. TP2 = TP1 + 50% de (Tf- TP1) A la fin de la première période le compartiment à dissous 50% du gradient, a la fin de la deuxième période le compartiment à dissous 50% de la première période soit 75% ce pourcentage est appelé le taux de saturation Ex. pour une plongée à 40m : Gradient: = 3.2 bars 1 ier période = 3.2 bars x 50% = 1.6 bars 2 ième période = 1.6 bars x 50% = = 2.4 bars 3 ième période =0.8 x50% =0.4 bar =2.8 bars Tf 75% 50% To Périodes Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 4 sur 9

5 Ainsi de suite jusqu à la 6 ième période on 98,44% ou l on considère que le tissu est complètement saturé proche de 100% Nous obtenons la courbe de désaturation THEORIQUE d une manière équivalente Période Taux saturation 1 50% 50,00% 1/2 2 25% 75,00% 3/4 3 13% 87,50% 7/8 4 6% 93,75% 15/16 5 3% 96,88% 31/32 6 2% 98,44% 63/64 7 1% 99,22% 127/128 Pour calculer la tension à une période donnée, on peut utiliser la formule suivante : TN² = To+ (Tf - To) x coefficient (en %) Cas concret La tension d'azote d'un plongeur à 40 mètres pour le compartiment de période 15 après 30 minutes est de To = 0,8 bar ; Tf = 5 x 0,8 = 4 bar; Taux de saturation = 2 périodes écoulés = 75% T = 0,8 + [(4-0,8) x 0,75%] = 3,2 bars Peut-on remonter sans faire de paliers? Lorsque l on entame la remontée, nous plaçons nos différents tissus en état de sursaturation. C est inévitable car la Tension diminue plus lentement que la Pression de l eau. Pour atteindre ce but, il faut remonter à une vitesse donnée et observer des paliers de décompression si nécessaire Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 5 sur 9

6 Coefficient de sursaturation Critique (Sc) Les premières tables de plongées créées considéraient que les tous les tissus pouvaient supporter deux fois la TN2 par rapport à la pression ambiante. Avec l évolution et les études menées en s est aperçu que tous les tissus n avaient pas le même seuil de tolérance. Pour chaque compartiment un seuil critique a été établi en fonction de nombreux facteurs physiologique. Lors de la remontée ce seuil critique augmente, il faut veiller en permanence à ne pas l excéder sinon il y a formation de micro bulles dans le tissu considéré. Les tables NM90 utilisent les coefficients suivants min 7 min 10 min 15 min 20 min 30 min 40 min 50 min 60 min 80 min 100 min 120 min 2,72 2,54 2, ,04 1,82 1,68 1,61 1,58 1,56 1,55 1,54 Exemple : pour le compartiment 15 minutes, le Sc= 2,20 C est le seuil à ne pas dépasser pour ne pas être en dégazage anarchique. Alors que dans notre cas la tension était de 3.2 bars de TN² Profondeur du premier palier A la fin d une plongée, les différents compartiments sont saturés différemment et quand nous revenons à la surface, nous pouvons déterminer leur seuil de sursaturation. Deux cas se présentent: Aucun seuil n est supérieur au Sc il n y a donc pas besoin de faire de palier Il y a un ou plusieurs compartiments dont le seuil dépasse le Sc. Il va donc falloir limiter la pression absolue Pa pour que le seuil soit inférieur ou égal au Sc. Le premier palier se détermine en fonction du compartiment qui atteint le premier sa sursaturation critique et oblige à s arrêter durant la remontée. Il est appelé compartiment directeur TN 2 Pa TN2 Sc ou Pa = 1 Sc Dans notre exemple : Tissu de période 15 minutes. Il est à l origine en surface ou il règne une pression de 1 bar. On l immerge à 40 mètres pendant 30 minutes. La tension d azote calculée est de 3,2 bars. Peut-on le ramener directement en surface Sc = Tn = = 3. 2 bars > 2. 2 Pa Pa = = soit 4, 5 mètres 2. 2 On choisit une valeur supérieure multiple de 3, en l occurrence 6 mètres Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 6 sur 9

7 Remarque : Le calcul des temps de paliers n est pas au programme du N4. Il est à noter qu il n est pas question de vitesse de remontée. Cela est volontairement occulté afin d alléger les calculs et faciliter la compréhension. Néanmoins, dans une décompression réelle elle est bien sûr incontournable. Exemple avec 3 compartiments Soit une plongée de 20 minutes à 30 mètres. On considère les compartiments T5, T10 et T20. Quelle est la profondeur du premier palier? TN2 initiale Pression (30 mètres) PPN2 Gradient Temps de plongée 0,8 bars 4 bars 3,2 bars 2,4 bars 20 minutes Compartiment T5 T10 T20 Nombre de périodes Taux de saturation 93,75% 75% 50% TN2 finale 3,05 bars 2,6 bars 2 Sc du compartiment 2,72 2,38 2,04 Pabsolue = Tn2/Sc 1,12 bars 1,0999 0,98 bars Profondeur mini 1,2 mètres 0,9 mètres - Palier 3 mètres 3 mètres Sc > TN² Détermination à partir de la vrai formule Dans le cas où la durée d exposition ne correspond pas à un nombre entier de période ou utilise la formule suivante TN 2 = To + [(Tf To)x (1 0, 5 t T )] ( t)= la durée d exposition et (T) la période, il faut soit faire le calcul en utilisant le tableau suivant soit en calculant la valeur de (1 0, 5 t T ) Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 7 sur 9

8 Exemple : Plongée à 5 bars pendant 27 minutes et pour un tissu de 20mn Connaissant ( t) = 27 mn et la durée d exposition (T)=20 mn t/t=27/20=1,35 Dans le tableau ci-dessus, on recherche en ligne la valeur 1,3 puis dans la colonne 5 représentant la deuxième décimale à l intersection on trouve la valeur 0,608 qui représente 60,8% du taux de saturation La TN 2 = 0, 8 + [(4 0, 8)x0, 608] = 2, 745 bars Le résultat sera le même en utilisant la formule complète (1-05^27/20)=0,6077 Après le retour en surface Au retour en surface (P = 1 bar), de l azote est encore dissoute dans les tissus. Il faut bien sûr en tenir compte pour une éventuelle deuxième plongée. Ce taux d azote résiduel et son évolution en surface est symbolisé par une lettre le GPS (groupe plongée successive) Les tables NM90 appliquent là aussi les principes de Haldane avec la méthode du compartiment directeur et en utilisant le T12 avec une période 120 minutes. Rappel, l intervalle pour une plongée isolée est de 12 heures. Hypothèses Le modèle admet une désaturation complète au bout de 6 périodes. Le modèle suppose que le compartiment T12 reflète la désaturation complète du plongeur. Soit 6 périodes de 120 minutes = 12 heures Exemple pour une tension d azote du compartiment 120 égale à 1,29 à la sortie de la plongée, soit le coefficient K (TN2 entre 1,241 et 1,29). Conclusion Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 8 sur 9

9 Les éléments vus jusqu à présent permettent de simuler la remontée d un compartiment à condition que le temps de plongée soit un multiple de la période et que la remontée au premier palier ou en surface soit instantanée. Cela est suffisant pour bien comprendre " le pourquoi du comment " mais largement insuffisant pour une plongée réelle. Il serait illusoire et dangereux de vouloir recalculer ses tables. Des calculs plus complexes et surtout plus complets sont nécessaires mais ce n est pas le but de ce cours. Néanmoins, voici une liste non exhaustive de ce qui pourrait nous manquer : Nombres de tissus pris en compte (6?, 8?, 12?) Formule complète permettant le calcul de la TN2 à tout instant et non pas seulement à chaque période. Calcul de la TN2 exacte en fin de plongée en tenant compte du profil de plongée et de la vitesse de descente. Calcul de la TN2 exacte en début de palier ce qui tient compte de la vitesse de remontée. Calcul des temps de paliers Détermination du GPS Calcul de l évolution du taux d azote résiduel en surface et majoration associée Respiration d oxygène pur Prise en compte d autres facteurs (condition physique, stress, froid, ) De plus, n oubliez pas que tout ce que nous venons de voir est un modèle mathématique qui doit être vérifié par l expérimentation (cobaye). Il colle au mieux à la réalité mais ne la représente pas exactement (les spécialistes cherchent encore). Ce que nous avons vu est le modèle du physiologiste John Scott Haldane. Il est à la base de tous les calculs de table de plongée. Néanmoins ce modèle est régulièrement amélioré notamment pour les ordinateurs qui permettent un calcul complexe et rapide en temps réel. Prochain cours Une fois les éléments de calcul de tables au point et opérationnelles, on va pouvoir les utiliser. Jean-Luc E4 Éléments calcul de tables Page 9 sur 9