LES MELANGES GAZEUX LES ACCIDENTS BIOCHIMIQUES

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1 LES MELANGES GAZEUX LES ACCIDENTS BIOCHIMIQUES Dalton est le nom du Physicien ( ) qui a découvert la relation entre la pression d'un gaz et sa concentration dans un mélange. Le plongeur respire un mélange gazeux : l'air. Chaque gaz le constituant peut devenir toxique à partir d'une certaine profondeur. A. COMPOSITION DE L AIR L air que nous respirons est un mélange constitué de : Oxygène (O2) : 21% Azote (N2) : 78% Gaz carbonique (CO2): 0.03% Gaz rares : 0.97% Le gaz carbonique est, dans les conditions normales, présent en très petite quantité, on peut «l oublier» pour l instant Les autres gaz n'interviennent pour ainsi dire pas dans la physiologie du plongeur. Pour des raisons de commodité, on "arrondit" souvent la composition de l'air à : O2 : 20% N2 : 80% B. LOI DE DALTON : 1. Mise en évidence : Prenons 2 bouteilles de 1 litre reliées par un tuyau avec robinet - Dans la première bouteille il y a 100% O2 sous 1 bar de pression - Dans la deuxième bouteille il y a 100% N2 sous 1 bar de pression On ouvre le robinet et on referme : analysons maintenant le contenu qui se trouve dans chaque bouteille. On constate qu 'elles ont toutes les deux le même contenu : - ce n'est plus un gaz seul mais un mélange gazeux constitué de 50%O2 et 50%N2 - la pression interne de la bouteille n'a pas changé : elle est toujours de 1 bar. 1

2 Prenons ensuite une de ces bouteilles : on élimine les 50% N2 L'analyse nous révèle qu'il reste 100% O2 à une pression 0,5 bar. Ainsi, on peut dire qu'au départ : - en volume : chaque gaz représentait la moitié du volume total - en pression : chaque gaz représentait la moitié de la pression totale : on parle de la pression partielle d'un gaz (P.p) - si on additionne les pressions partielles, on retrouve la pression totale Remarque : on peut retrouver la valeur de pression partielle par la loi de Mariotte, en considérant que l'oxygène qui occupait au départ la moitié du volume 0,5 l à une pression de 1 bar, occupe au final le volume total donc 1 l soit une pression partielle de 0,5 bar. 2. Enoncé de la loi : De cette expérience, Dalton en a déduit que : A température donnée, la pression d un mélange gazeux est égale à la somme de pressions partielles des différents gaz le constituant Pour l air, on a : P.Abs = P.p (N2) + P.p (O2) La Pression partielle d un gaz dans un mélange est égale à la pression qu aurait ce gaz s il occupait seul le volume total du mélange Calcul de la P.p d un gaz dans un mélange : Pp : pression partielle Pp = Pabs x C% Pabs : pression absolue C% : concentration du gaz en % Exemples : Profondeur Pression absolue P. partielle d'azote P. partielle d'oxygène En surface 1 bar 1 x 80/100 = 0,8 bar 1 x 20/100 = 0,2 bars A - 10 mètres 2 bars 2 x 80/100 = 1,6 bar 2 x 20/100=0.4 bars A - 25 mètres 3,5 bars 3,5 x 80/100 = 2,8 bars 3,5 x 20/100 = 0,7 bar 2

3 On constate que : - la somme des pressions partielles est toujours égale à la pression absolue. - lorsque la pression absolue augmente (donc quand la profondeur augmente), la pression partielle de chacun des gaz constituant l'air augmente également. C. APPLICATIONS : LES ACCIDENTS BIOCHIMIQUES En fonction de la profondeur, les différents gaz composant l'air vont, arrivés à un certain seuil, devenir toxiques pour l'organisme. On appelle cela les accidents biochimiques. 1. Effet de l'azote : la narcose (ivresse des profondeurs) : La narcose est liée à l augmentation de la pression partielle d'azote qui entraîne des troubles neurologiques. On ne connaît pas exactement le mécanisme de la narcose. Une hypothèse l'expliquerait par le fait que l'azote se fixe facilement sur les lipides. Or, le système nerveux central est enveloppé de myéline, une substance composée essentiellement de lipides. Le seuil d apparition de la narcose est variable : certains font une narcose à 30 m, d'autres à 40 m, d'autres supportent 50 mètres. Mais à 60 mètres, tout le monde est narcosé. On peut être narcosé un jour donné à 40 m par exemple et ne pas l'être le lendemain. D'après l'arrêté du 28/08/00 sur les mélanges, le seuil légal est Pp N2 = 5,6 bar ce qui explique que la plongée loisir à l air est limitée à 60 m. Cependant la narcose peut arriver pour une Pp N2 = 4 bar et moins. Cet accident n'est pas dangereux en soi mais peut entraîner des comportements extrêmement dangereux, voire suicidaires. Symptômes : Il est important de distinguer les symptômes ressentis par le plongeur lui-même de ceux vus par les autres. 3

4 Symptômes ressentis par l'intéressé : - Troubles de l humeur: euphorie ou au contraire anxiété, agressivité (un peu comme ceux qui ont le vin triste), désintéressement. - Altération des sensations visuelles et auditives (vision tunnel, bruits déformés, sons de cloches) - Accentuation du dialogue intérieur. Symptômes vus de l'extérieur: Baisse de l'attention, de la mémoire, des capacités mentales, par exemple le plongeur est focalisé sur un objet (profondimètre, coquillage...) - Pupilles écarquillées (Mydriase) - Manque de coordination dans les gestes (par exemple ne trouve plus les commandes de son gilet) - Manque d'attention, se laisse couler. Tout comportement anormal en profondeur peut être interprété comme de la narcose Conduite à tenir : - Dès les premiers symptômes, il faut faire baisser la PpN2 c'est à dire remonter. La narcose peut passer en quelques mètres (la narcose ne signifie pas forcément fin de plongée mais il faut remonter suffisamment pour ne plus être sujet à la narcose). - Surtout stopper la descente (valable pour tous les accidents toxiques). La Narcose peut donc nécessiter une assistance. Prévention : - Chaque plongeur doit connaître ses limites en matière de profondeur. - La plongée profonde demande une accoutumance progressive - Ne pas faire de plongée profonde si l'on est fatigué, stressé ou si l'on n'a pas envie (facteurs favorisants) - Ne pas descendre trop vite - Observer les autres membres de la palanquée car souvent on ne se rend pas compte que l'on est narcosé et en surface, on peut ne pas s'en souvenir. 2. Effet de l'oxygène : L'oxygène peut devenir toxique si sa pression partielle est trop forte. Un des accidents toxiques lié à l'oxygène est l'effet Paul Bert Hyperoxie si PpO2 > 1,6 bar Prenons notre mélange 20/80 classique : jusqu'à quelle profondeur peut-on l'utiliser? 4

5 Pabs. = Pp / C% = 1,6 / 0,2 = 8 bar soit 70 m Pas de problème puisque de toute manière nous savons que la plongée est limitée à 60 m! Les Niveaux 2, limités à 40 m, ne sont pas concernés. Symptômes : Symptômes vus par l'intéressé : Il n'y a pas de symptômes avertisseurs. La crise est brutale. Symptômes vus de l'extérieur : Convulsions et perte de connaissance. 3. Effet du gaz carbonique : l essoufflement Le mécanisme de l essoufflement est différent de celui de la narcose et de l hyperoxie puisqu il ne fait pas intervenir l augmentation de la P.p des gaz respirés. En effet, l'air pur ne contient que 0,03% de CO2 et même à très grande profondeur la PP du CO2 n atteindrait pas un niveau toxique. Par contre l'organisme en produit en permanence. Ce gaz est normalement éliminé par l'expiration. L effort entraîne une production rapide de CO2. Tant que la production de CO2 reste dans des limites raisonnables, l'expiration peut continuer à se faire normalement, et la ventilation s'adapte automatiquement et efficacement à l'effort. Dans le cas d'un effort violent, la production de CO2 est très rapide. Lorsque le CO2 atteint un certain taux dans l'organisme, le réflexe inspiratoire est stimulé. Les inspirations deviennent très rapides et saccadées, et les expirations très courtes donc inefficaces. Le CO2 produit par l'organisme est mal éliminé. Le phénomène est cumulatif. C'est le mécanisme de l'essoufflement. Si le plongeur n est pas rapidement assisté, il peut arracher son embout dans un réflexe de survie. Il inspire alors de l eau et se noie. Symptômes : Symptômes ressentis par l'intéressé : - Le plongeur a l'impression de manquer d'air - Maux de tête, nausées, angoisse, panique... Symptômes vus de l'extérieur : - Augmentation du rythme respiratoire - Syncope - Noyade 5

6 Conduite à tenir : - Prévenir le moniteur ou un autre plongeur - Forcer sur l'expiration - Cesser tout effort (ne plus palmer) - Surtout stopper la descente - Remonter, ce qui peut nécessiter une assistance Prévention : - S'équilibrer correctement - Eviter les efforts en plongée surtout en profondeur - Avoir un matériel adapté (pas trop lesté, palmes efficaces, combinaison pas trop serrée, détendeur pas trop dur...) - Attention au froid, à la fatigue (facteurs favorisants) Remarque : Plus rarement l augmentation du CO2 peut provenir d un air vicie lors du gonflage de la bouteille. Dans ce cas la concentration de CO2 est plus importante, la Pp va augmenter avec la profondeur et le mélange peut devenir rapidement toxique. 4. Notions sur les mélanges (pour info) : Il est parfois utile, voire indispensable de plonger avec certains mélanges. On entend de plus en plus souvent parler nitrox, mélange enrichi en oxygène par rapport à notre air classique 20/80 (par convention, on met toujours le pourcentage d'oxygène en premier). Prenons un mélange 40/60 Nitrox (le plus courant) Jusqu'à quelle profondeur peut-on l'utiliser? Pabs = Pp / C% = 1,6 / 0,4 = 4 bar soit 30 m A 30 m (40/60) Pp N2 = 2,4 bar Quelle serait la profondeur à l'air 20/80 pour avoir la même Pp N2? Pabs = 2,4 / 0,8 = 3 bar soit 20 m Conclusion : Quand on plonge à 30 m avec du nitrox 40/60, cela correspondrait à plonger à 20 m avec notre air classique 20/80. Toutefois, on ne peut dépasser les 30 m. Cela veut donc dire que le nitrox ne permet pas de plonger plus profond contrairement à ce que certains disent, mais il permet en fait de plonger plus longtemps sans faire de paliers. Il permet aussi d'augmenter les marges de sécurité lorsque cela est nécessaire. Imaginons que l'on respire 100% O2 (utilisé par exemple par les plongeurs de combat en recycleur ou en plongée loisir lors des paliers à l oxygène pur) Jusqu'à quelle profondeur peut-on l'utiliser? Pabs = Pp / C% = 1,6 / 1 = 1,6 bar soit 6 m 6