1/ Petit historique des recherches

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1 MODELES DE DECOMPRESSION ET ELABORATION DES TABLES D'OU VIENNENT ET COMMENT ONT ETE ELABOREES LES MN 90 Modéliser : calculs mathématiques qui rend compte d'un phénomène. Décompression : en plongée on va s'occuper de l'azote. Comment il se dissout dans le corps en descente, au fond, en remontant, en surface. But recherché : déterminer un modèle mathématique qui permette au plongeur d'éliminer l'azote = dessaturer sans dommage pour son organisme. 1/ Petit historique des recherches 1861 M. Bucquoy il écrit l'hypothèse que les gaz présents dans le sang repassent à l'état libre sous l'influence de la baisse de la pression, ce qui créent des accidents comparables à une injection d'air dans le sang Travaux de Paul Bert ( ) Il a déterminé que c'était l'azote qui était responsable des accidents de décompression. Que ces accidents de décompression étaient liés à la vitesse de remontée. Il préconise une remontée lente. En 1900, les expériences de plongée sont faites à une vitesse de remontée de 0,5 mètres par minute! Les temps de remontée sont trop longs et les accidents persistent. La Marine Anglaise demande a un physicien John Scott Haldane- d'étudier des procédures de sécurité qui limiteraient les accidents. Marine anglaise / John Scott Haldane ( ) En 1908, John Scott Haldane et son équipe élaborent une table de remontée par paliers. Ces tables seront ensuite utilisées dans de nombreux pays, certains pays établiront leur propres tables. Exemples : US NAVY (Etats-unis), Tables Groupe d'etudes et de Recherches Sous-marine- GERS- (France 1965)... 2/ MODELE HALDANIEN 2.1 Rappels sur les notions entrants dans l'élaboration du modèle Loi de Dalton : la pression partielle d'un gaz dans un mélange est la pression qu'aurait ce gaz s'il occupait seul le volume du mélange. Dans un mélange gazeux, la somme des pressions partielles des composants de ce mélange est égale à la pression de ce mélange. 24 février

2 Pp = P absolue X % du gaz Pabsolue = Pressions partielles présentes loi de Henry: A température constante et à saturation, la concentration de gaz dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression qu'exerce ce gaz sur le liquide. La quantité de gaz dissous dans un liquide est appelée tension. A saturation et au niveau de la mer (pression atmosphérique = 1 bar) la PpN2 alvéolaire est de 0,8 bar et la tension d'azote tissulaire est de 0,8 bar. A saturation et à une profondeur de 40 mètres la pression absolue est de 5 bars la PpN2 alvéolaire est de 4 bars (5x0,8) et la tension d'azote est de 4 bars. 24 février

3 Ce schéma représente la dissolution de l'azote dans le corps du plongeur soumis à la pression. L'azote va se dissoudre dans un liquide : le sang du plongeur. Il est important de savoir que la dissolution de l'azote dans le corps n'est pas instantanée. 2.2 Les 4 hypothèses du modèle haldanien : H1 : L'équilibre des pressions au niveau alvéolaire (poumons / sang) est instantané. H2 : L'équilibre des pressions au niveau des tissus (sang / tissus) est instantané. H3 : Le corps humain est représenté par des compartiments (5 compartiments à l'origine). H4 : Chaque compartiment a un comportement homogène vis à vis de la charge et de la décharge d'azote. Haldane n'a prévu qu'une table pour les plongées simples, pas de plongées successives. Le modèle haldanien est un modèle par perfusion c'est à dire qu'il suppose que la diffusion du gaz dans un tissu est instantanée, comme si rien ne s'interposait entre le gaz (azote) et les liquides qui le dissolvent (sang et eau). Le modèle ne prend pas en compte ni la vitesse d'écoulement du sang ni la résistance des parois que les gaz doivent traverser. La vitesse de remontée utilisée dans son modèle est de 10 m / min. Les compartiments n'ont pas d'interactions entre eux. Haldane a défini un seuil unique de sursaturation critique valable pour tous les compartiments. Les seuils de sursaturation critique sont indépendants de la profondeur atteinte. Pour Haldane si l'on respecte ces seuils il n'y a pas de bulles d'azote qui se forment. 2.3 Explications du modèle haldanien Par exemple, un plongeur venant d'arriver à 40m ( pression partielle d'azote de 4 bars ) présente une tension d'azote de 0,8 bar. TN2 finale 4bars Gradient 3,2 bars Quantité d'azote à dissoudre TN2 d'origine 0,8 bar Gradient : la différence entre la tension d'origine (= tension initiale) et la tension finale à saturation. Tension d'origine = 0,8 bar c'est 24 février

4 Tension finale = 4 bars Valeur du gradient = 4-0,8 = 3,2 bars La tension finale n'est pas atteinte immédiatement et la vitesse de dissolution n'est pas uniforme. Le temps, jusqu'à la saturation complète, est séquencé en plusieurs périodes de même durée, chaque période dissolvant la moitié de la quantité restant à dissoudre. La dissolution est donc très rapide au début, puis se ralentit de plus en plus. Le temps pour dissoudre la moitié du gradient de pression ou atteindre la demi- saturation s'appelle une période (P). Méthode à gradient constant Dans le modèle haldanien on considère qu'au bout de 6 périodes nous sommes en état de saturation. Nous avons atteint 100 % de gaz dissous. 24 février

5 Exemple : Soit un tissu de période P saturé en azote en surface à une pression de 1 bar. Ce tissu est brutalement exposé à une pression ambiante de 5 bars. Quelle sera sa saturation au bout de 4 périodes? T0 = 1 X 0,8 = 0,8 Bar T Finale = 5 X 0,8 = 4 bars Pour 1ère période TN2 = T0 + G x 50 % = 0,8 + 3,2 / 2 = 2,4 b Pour 2ème période TN2 = T0 + G x 75 % = 0,8 + 3,2 x 75 % = 3,2 b Pour 3ème période TN2 = T0 + G x 87,5 % = 0,8 + 3,2 x 87,5 % = 3,6 b Pour 4 ème période TN2 = T0 + G x 93,75 % = 0,8 + 3,2 x 93,75 % = 3,8 b Période TN2 1 2,4 b 2 3,2 b 3 3,6 b 4 3,8 b 24 février

6 Courbe d'élimination de l'azote (désaturation) jusqu'au retour à la saturation d'origine Pour Haldane, l'élimination de l'azote suit le même processus que lors de la dissolution. Attention lorsque la dissolution n'atteint pas 100 % de la saturation, le temps nécessaire à l'élimination d'une quantité de gaz dissous est nettement supérieur à celui nécessaire à la dissolution Dissolution Elimination Haldane constate que les différentes parties du corps humain ne se comportent pas de la même manière vis à vis de la saturation en azote. Il divise le corps humain en 5 compartiments de périodes 24 février

7 différentes suivant leur facilité à charger l'azote. Compartiment : découpage théorique du corps humain. Régions anatomiques regroupées car se comportant de manière homogène vis à vis de la saturation et dessaturation d'azote. Compartiments choisis par Haldane Période 5 minutes 10 minutes 20 minutes 40 minutes 75 minutes Plus le compartiment à une période courte plus il se charge / décharge rapidement en azote, car plus son temps pour dissoudre la moitié du gradient de pression est court. Par exemple on peut dire que le sang sera classé dans un compartiment de période 5 minutes et un os dans un compartiment de période 75. Exemple : un plongeur s'immerge sur un fond de 40 mètres pendant 20 minutes et remonte en surface directement. On analyse le compartiment de période 10 minutes (C10) saturé à la pression ambiante en surface. Pendant la plongée T0 = 0,8 bars TF = PpN2 x Pabs soit 0,8 x 5 = 4 bars Gradient = TF-T0 = 3,2 Bars Au bout de 10 minutes La tension d'azote du compartiment (point A)est T0 + (TF- T0) x 0,5 = 2,4 bars Au bout de 20 minutes T0 = 2,4 bars TF = 4 bars Gradient = TF-T0 = 1,6 La tension d'azote du tissus (point B) est 2,4 + (4-2,4) x 0,5 = 3,2 Ou si on veut obtenir directement le point B T0 + (TF-T0) x 75 % 0,8 + (4-0,8) x 75 % = 3,2 De retour en surface T0 = 3,2 Bars TF = PpN2 x Pabs soit 0,8 x1 = 0,8 Au bout de 10 minutes la tension d'azote du compartiment C10 La tension d'azote du compartiment (point C)est T0 + (TF-T0) x0,5 = 3,2 + (0,8-3,2) x 0,5 3,2-1,2 = 2 Au bout de 20 minutes TN2 C10 T0 + (TF-T0) x75 % 3,2 + (0,8 3,2) x 75 % = 1,4 La tension d'azote du tissus (point D) est de 1,4 Au bout de 30 minutes TN2 C10 T0 + (TF-T0) x87,5 % = 1,1 La tension d'azote du tissus (point E) est de 1,1 Au bout de 40 minutes TN2 C10 T0 + (TF-T0) x 93,75 % La tension d'azote du tissus (point F) est de 0,95 On remarque qu'au bout de 40 minutes de dessaturation nous ne sommes pas encore revenu à la tension d'azote de départ (0,8)! 24 février

8 Seuil de sursaturation critique(sc) / compartiment directeur /paliers Haldane découvre par expérimentation qu'au cours de la remontée, le rapport entre la tension d'azote (TN2) de chaque compartiment et la pression absolue (Pabs) ne doit jamais dépasser un certain seuil. Ce seuil est appelé seuil de sursaturation critique(sc). Pour éviter que les compartiments ne dépassent leur coefficient de sursaturation critique, il imagine de faire respecter pendant la remontée des paliers de 10 pieds en 10 pieds (soit 3 mètres en 3 mètres) pour attendre que la tension de gaz dissous diminue suffisamment et permette de remonter au palier suivant ou à la surface. Si TN2 Pabs > Seuil de sursaturation critique Paliers Pour savoir à quelle profondeur, un compartiment doit être arrêté pour qu'il ne dépasse pas son coefficient de sursaturation critique, il suffit de connaître la valeur du rapport entre la tension d'azote et son coefficient de sursaturation critique TN2 Pour pouvoir rejoindre directement la surface il faut que le rapport pour chaque SC compartiment soit inférieur ou égal à 1 (cela correspond à 1 bar de pression atmosphérique au niveau de la mer). S'il est supérieur à 1 pour au moins un compartiment, cela impose des paliers. Lorsque plusieurs compartiments ont un résultat supérieur à 1, c'est le compartiment ayant la valeur de rapport la plus élevée qui s'impose. On parle de compartiment directeur. Exemple : un compartiment de période 20' et de coefficient SC 2,04 ayant une tension de 4 bars peut-il être remonté directement en surface? 24 février

9 TN2 = 2,4 SC = 2,04 P abs = 1 TN2 =2,4 Pabs=1 = 2,4 > 2,04 Le résultat étant supérieur à la valeur du coefficient de sursaturation critique du compartiment, un palier est nécessaire pour attendre que la tension d'azote diminue suffisamment et atteigne une valeur inférieure à 2,04 Pour connaître le palier on a TN2=2,4 Pabs = = 1,17 bar =1,7 mètre SC=2,04 Les paliers s'effectuant de 3m en 3m la remontée de ce compartiment sera arrêtée à 3 mètres Valeurs des seuils critiques (SC) des différents compartiments des MN90 Compartiments Périodes Seuil Critique C5 5 min 2,72 C7 7 min 2,54 C10 10 min 2,38 C15 15 min 2,2 C20 20 min 2,04 C30 30 min 1,82 C40 40 min 1,68 C50 50 min 1,61 C60 60 min 1,58 C80 80 min 1,56 C min 1,55 C min 1,54 3/ EVOLUTION DES PROCEDURES DE DECOMPRESSION ET AUTRES MOSELES 3.1 Azote résiduel Le modèle haldanien n'est prévu que pour une plongée simple. Or dans la pratique de la plongée loisir nous faisons souvent des plongées successives. Lors de la première plongée nous avons vu que malgré les paliers lorsque nous arrivons en surface les compartiments ne sont pas revenus à une tension d'azote de 0,8 bar. Ce retour à la tension de départ se fera après un intervalle plus ou moins long. Dans le cadre d'une plongée successive l'azote résiduel dans l'organisme doit être pris en compte pour la deuxième plongée. Il est difficile de connaître d'une manière formelle la quantité d'azote restant dans l'organisme à 24 février

10 chaque moment de l'intervalle de surface. C'est la raison pour la quelle les risques d'accidents de décompression sont plus importants lors de plongées successives. Les tables MN 90 -FFESSM considèrent que le compartiment C120 permet de déterminer ce taux d'azote résiduel. Sa valeur en sortie de plongée est traduite par le GPS. 3.2 Evolution des modèles haldaniens Les tables MN 90, Comex, US NAVY... sont issues du modèle haldanien. Les évolutions ont portées sur : -augmentation du nombre de compartiments : exemple MN compartiments, MN compartiments -compartiments à période plus longue : exemple MN compartiments de 7 à 120 minutes, MN compatiments de période 5 à 120 minutes, -coefficients de sursaturation critique rendus plus sévères -coefficients de sursaturation critique variable selon la profondeur Modèles non haldanien - modèles par diffusion ou slab model :développé par Hempleman en 1952, ce modèle prend en compte la manière dont les gaz se diffusent dans l'organisme, par opposition au modèle haldanien dit «par perfusion».dérivent de ce modèle les tables British Sub Aqua Club (BS-AC) - modèles avec compartiments en série (DCIEM) : prend en compte les échanges gazeux entre les compartiments. Tables DCIEM utilisées au Canada. - modèles noyaux gazeux et microbulles : ces modèles prennent en compte l'azote dissous mais aussi la présence de noyaux gazeux, bulles microscopiques qui serviraient d'amorce à la formation de bulles plus importants lors de la décompression. 24 février

11 Conclusion : Depuis les travaux d'haldane en 1908, jusqu'à nos jours il y a eu un peu plus d'un siècle de travaux scientifiques. Ces travaux ont permis d'améliorer grandement les modèles et de rendre notre pratique de la plongée plus sûre. Pourtant quelque soit le modèle de décompression utilisé les accidents de décompression existent toujours. Nous devons nous rappeler que le risque 0 n'existe pas, qu'il y a de grandes disparités entre les individus face à la charge et à la décharge d'azote, que les facteurs favorisants l'accident de décompression sont variés et souvent combinés (fatigue physique ou psychique, froid, efforts importants...). 24 février