Cours ASVLB section plongée Les effets mécaniques de la pression : les barotraumatismes

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1 1. Objectif 2. Rappel sur les notions de pression 3. Loi de Mariotte-Boyle 3.1. Mise en évidence 3.2. Expérience 3.3. La loi physique 3.4. La température 3.5. Exercices d application 4. Les Barotraumatismes 4.1. Mécanisme général 4.2. Placage du masque 4.3. Barotraumatisme des sinus 4.4. Barotraumatisme des oreilles 4.5. Barotraumatisme des dents 4.6. Barotraumatisme des poumons «Surpression pulmonaire» 4.7. Tableau récapitulatif des barotraumatismes 5 Autres applications 5.1 Profondimétre à capillaire 5.2 Flottabilité 5.3 Gonflage 5.4 Autonomie Page 1 sur 9

2 1. Objectif du cours Connaître la loi physique qui contrôle les variations de volume en particulier en fonction de la pression (loi de Mariotte) pour comprendre le mécanisme des accidents barotraumatiques. Ceci pour : -réduire par la prévention la probabilité de voir apparaître un accident du à la pression -savoir reconnaître les principaux symptômes sur soi ou sur un autre membre de la palanquée, -prévenir sous l eau par les signes et réagir sans l intervention du moniteur puisque vous aller être en autonomie sous la direction du directeur de plongée. - sur le bateau prévenir le directeur de plongée et aider le moniteur qui fera les gestes nécessaires.. 2. Rappel sur les notions de pression Une force c est une action susceptible de créer ou de modifier un mouvement. L eau et l air appliquent une force. Pour une force exercée de manière uniforme et perpendiculairement à une surface, la pression est la force par unité de surface : Pression = Force / Surface Exemple de pression : pression des pneus, pression atmosphérique, L unité de mesure de la pression en plongée est le bar. Sur terre, nous sommes soumis à la pression atmosphérique on la considère égale à 1 bar. Sous l eau, nous subissons, en plus de cette pression, la pression hydrostatique ou pression relative. C est la pression exercée par le poids d une colonne d eau s élevant jusqu à la surface sur une surface de 1 cm². La pression totale ou pression absolue subit par le plongeur est la somme de la pression atmosphérique et de la pression de l eau à la profondeur considérée (pression hydrostatique ou pression relative) Pression absolue = pression atmosphérique + pression relative Les variations de volume sont plus importants près de la surface : la pression double entre la surface et 10m puis entre - 10m et 30m. 3. Loi de Mariotte-Boyle Mise en évidence Quand on exerce une force sur le piston d une seringue on remarque que plus la force est importante et plus le piston s enfonce. La pression a un effet sur les gaz qui sont compressibles (et pas sur les liquides) : sous l effet de la pression leur volume diminue. Page 2 sur 9

3 Expérience 3.3 La loi physique La loi de Boyle - Mariote dit que pour un système déformable (ballon), le produit de la pression (P) par le volume (V) est constant. PV = Constante ou P1*V1 = P2*V2 P1 : pression de départ et V1 : volume de départ P2 : pression d arrivée et V2 : volume d arrivée Une autres manière d écrire cette loi : P1*V1 = P2*V2 donc P1 = P2*V2/V1 A la descente, la profondeur augmente, donc la pression augmente le volume des gaz diminue A la remontée, la profondeur diminue, donc la pression diminue le volume des gaz augmente 3.4 La température La température agit aussi dans cette loi. Par exemple si on chauffe une «cocotte minute» la pression augmente elle siffle ; si on gonfle un bloc il devient plus chaud c est donc que la température augmente. La pression et la température varient dans le même sens. Dans le détendeur l air retourne à la pression ambiante, la pression diminue donc l air se refroidit (voir le cours sur le froid). Après avoir pris le soleil sur le bateau le bloc dans l eau froide se refroidit, la pression au manomètre diminue ( cela ne veut pas dire que vous avez une fuite d air). 3.5 Exercices d application Exercice 1 : Une bouée d un volume de 20 litres est remplie de 5 litres à 20 m de profondeur. Quel sera son volume en surface? Exercice 2 : Dans un gilet d un volume maximum de 10 litres un plongeur introduit 4 litres d air à 20 mètres. Il descend à 40 mètres. Quel est le volume d air dans le gilet? Il remonte ensuite en surface, quel est le volume d air en surface? Que se passe t il? Correction exercice 1 : Volume de la bouée à 20m => V1 = 5litres, Pression à 20m => P1=3 bars Pression en surface =>P2= 1 bar, V2 Loi de Mariotte => P1V1=P2V2 Donc V2 = (3 * 5) / 1 = 15 litres Page 3 sur 9

4 Correction exercice 2 : A40 mètres V2 = (3*4)/5= 2,4 litres En surface V3 = (3*4)/1 = 12 litres Le volume d air dépasse le volume maximum du gilet sans les purges de sécurité le gilet explose. 4. Les Barotraumatisme 4.1 Mécanisme général Le corps humain contient des cavités naturelles remplies d air (en plongée, le masque s y ajoute). Lors des variations de pression extérieure il faut que la pression dans la cavité subissent la même variation pour que la cavité ne se déforme pas. Si une cavité du corps ne communique plus avec l extérieur et ne peux donc plus s équilibrer à la même pression que la pression ambiante, elle se déforme et on ressent une gène. Si ce déséquilibre persiste on ressent une douleur : c est un barotraumatisme. Un barotraumatisme est donc une lésion provoquée par l effet mécanique d une variation de pression, il est directement causé par la loi de Mariotte. Quand on descend, la pression augmente et le volume d air dans la cavité diminue (en attirant les parois souple : dépression) Quand on remonte, la pression diminue et le volume de l air dans la cavité augmente (forçant sur les tissus : surpression) Les variations de volume sont plus importants près de la surface : le volume de gaz double entre 10m et la surface. C est la raison pour laquelle les barotraumatismes sont plus nombreux et plus grave dans cette zone. 4.2Placage du masque La pression augmentant à la descente, le volume d air dans le masque diminue. La jupe du masque se déforme et le masque se rapproche du visage. La pression autour et dans les yeux n est plus compensée. Page 4 sur 9

5 On ressent une sensation d aspiration une gène, puis une douleur; peuvent venir des saignements de nez, l œil devient rouge puis au «beurre noir». Souffler dans le masque par le nez et ne surtout pas essayer de décoller le masque du visage ou de l enlever!. 4.3 Barotraumatisme des sinus Les sinus sont des cavités creusées dans les os, qui communiquent avec les fosses nasales par des canaux très étroits, assurant ainsi l équilibre des pressions Lorsque ces canaux sont bouchés, lorsque l on est enrhumé (rhinite) l équilibre ne se fait plus. Si cela arrive à la descente, la pression augmentant, le volume d air dans les sinus diminue et les muqueuses sont attirées vers l intérieur. Au contraire, à la remontée, la pression décroît, le volume d air dans les sinus augmente et les muqueuses sont écrasées. On ressent d abord une gêne, puis une douleur au front et aux maxillaires selon les sinus touchés Arrêter la descente remontée de quelques mètres et retourner tranquillement en surface! Replonger plus tard! Si le problème arrive à la remontée remonter le plus lentement possible pour que l équilibre des pressions puisse se faire. Ce qu il ne faut pas faire : Plonger lorsque l on est enrhumé. Forcer à la descente. 4.4Barotraumatisme des oreilles Page 5 sur 9

6 L oreille est isolée de l extérieur par une membrane souple, le tympan. Derrière le tympan, l oreille moyenne est responsable de l équilibre ; elle est relié aux fosses nasales par un minuscule conduit, la trompe d eustache assurant l équilibre de pression. Lorsque la trompe d eustache est obstruée, en cas de rhume par exemple, l équilibre ne se fait plus. Dans ce cas, à la descente, la pression augmente du côté extérieur du tympan, mais pas du côté intérieur. Le tympan se déforme alors vers l intérieur, éventuellement jusqu à la rupture. Une douleur apparaît, puis une douleur violente, dans le cas d une rupture l eau entre dans l oreille. Il y a aussi perte de l équilibre et de l orientation. Attention certaines personnes sont plus ou moins sensibles à la douleur pour eux une gène dans l oreille est le premier stade de l accident. Manœuvre de Vasalva, de Frenzel ou BTV(Voir annexe) Arrêter la descente remontée de quelques mètres et essayer de nouveau de descendre lentement. Si le problème n est pas résolue alors retourner tranquillement en surface! Replonger plus tard! Attention en cas de lésions de l oreille moyenne le plongeur a des problèmes d équilibre il faut le prendre en charge pour remonter. Prendre soin de ses oreilles : rinçage à l eau douce Ce qu il ne faut pas faire : Plonger lorsque l on est enrhumé. Forcer à la descente. Mettre des gouttes dans ses oreilles ou des bouchons d oreilles 4.5 Barotraumatisme des dents L air peut s infiltrer tout doucement à l intérieur d un trou (mauvais plombage, carie) dans une dent pendant la plongée et directement sur le nerf ce qui peut faire mal. En remontant, l air se dilate, mais n a pas le temps de s échapper. On ressent une gène, plus rarement une forte douleur au niveau du nerf. Surface + + Au cours de la DESCENTE, les pressions s équilibrent lentement entre la carie et l air respiré. Gène, petite douleur 10m m Surface m ++ + Au cours de la REMONTEE, l air emprisonné se détend. Douleur violente 20m + + Arrêter la plongée retourner tranquillement en surface! Attention la douleur peut être très forte il faut prendre en charge la personne! 4.6 Barotraumatisme des poumons «Surpression pulmonaire» La surpression pulmonaire est l accident le plus grave et le plus dangereux en plongée. Il est susceptible d arriver le plus fréquemment entre 0 et 10 mètres, zone où la pression varie beaucoup. Page 6 sur 9

7 Le plongeur respire de l air à la pression ambiante délivrée par le détendeur. Il y a alors égalité entre la pression extérieure et la pression intérieure aux poumons. Lors de la remontée, si l expiration est bloquée, la pression intérieure devient supérieure à la pression extérieure (qui elle diminue au fur et à mesure que l on remonte). Le volume d air dans les poumons augmente or les poumons ne sont pas extensibles à l infini Les causes de blocage de l expiration peuvent être : Blocage volontaire Blocage involontaire de la glotte Spasme consécutif à une irruption d eau dans le nez ou la gorge Obstruction des bronches (asthme, bronchite, ) Détendeur mal réglé Stress Remontée sans emboue ou à deux sur un seul détendeur Essoufflement Remontée incontrôlée suite à un problème de gilet de stabilisation. Selon l avancée des atteintes, on ressent d abord une douleur aux poumons, une difficulté à respirer, viennent ensuite la toux et des crachats sanguins, des emphysèmes sous-cutané (bulles d air autour du cou), puis des troubles des sens, céphalées, convulsions, le tout pouvant aller jusqu à l arrêt respiratoire puis cardiaque! Arrêter la remontée et faire souffler. Le moniteur va placer la personne sous oxygène et la diriger très rapidement vers un hôpital. 4.7 Tableau récapitulatif des barotraumatismes Page 7 sur 9

8 Symptômes sens Conduite à tenir Prévention Commentaire Placage de masque : Douleur aux yeux Yeux injectés de sang Paupières gonflées et violacées (effet de ventouse) Descente Rééquilibrer les pressions en soufflant par le nez Souffler régulièrement par le nez à la descente surtout dans l espace proche. Ne pas trop serrer le masque. Pas de conséquence grave Voir un ophtalmo avant de reprendre la plongée Oreilles : Gêne puis douleur jusqu à rupture du tympan, vertiges, saignement. Sinus : Douleurs au front et/ou sous les yeux, saignements Dents : Douleur qui peut aller jusqu à la syncope si éclatement Descente le plus souvent. parfois Descente et et descente Revenir en arrière et reprendre la progression lentement. (ou renoncer à la plongée pour cette fois) Manœuvre de vasalva ou BTV Revenir en arrière et reprendre la progression lentement. (ou renoncer à la plongée pour cette fois) Remonter le plus lentement possible Consulter un dentiste. (ou renoncer à la plongée pour cette fois) Equilibrer régulièrement à la descente surtout dans l espace proche (manœuvre de vasalva ou BTV=béance tubulaire volontaire) Ne pas plongée si on est enrhumé. Ne pas forcer à la descente. Ne pas plongée en cas de sinusite ou rhumes. Se rincer les sinus à l eau de mer. Ne pas forcer à la descente. Faire vérifier par un dentiste le bon état des dents. Bonne hygiène dentaire. Consulter un ORL périodiquement ou en cas d incidents répétitifs. Pas de goutte sans prescription de l ORL. Pas de coton-tige Intestins / estomac : Douleur abdominale Poumons (surpression pulmonaire) : Douleurs au thorax, sensation d étouffement, respiration superficielle, toux, crachat sanguin, signes neurologiques haut (hémiplégie, troubles vision, etc.. jusqu à perte de connaissance), coma, mort. Centre hyperbare (dans les cas extrêmes). Ceci est évidemment du ressort d un secouriste (Mise sous O 2 Evacuation d urgence) Eviter les boissons gazeuses et les féculents. Eviter les combinaisons trop serrées Laisser faire le nature Insister sur l expiration à la remontée. bonne maîtrise technique, bien connaître son gilet et s entraîner régulièrement, contrôle de soi, remonter lentement, se méfier du froid, du courant (essouflement) Accident très grave plus fréquent chez les débutants. On ne donne pas d air à un apnéiste. Page 8 sur 9

9 5. Autres applications 5.1 Profondimètre à capillaire Les premiers profondimétres étaient formés d un fin tube ouvert à une extrémité rempli d air ; la profondeur était lu en fonction du niveau de liquide dans le capillaire. 5.2 la flottabilité Diminution du volume des bulles d air contenu dans le néoprène des combinaisons qui fait que la flottabilité du plongeur diminue avec la profondeur. Exercice : Une ancre de 10 kilos et d un volume de 5 dm3 (1 dm3 = 1 litre) est découverte à 40 m de profondeur, elle est accrochée à un parachute ou on introduit 5 litres d air. 1 ) Est-ce que l ancre remonte toute seule? 2 ) Quel sera le volume du parachute en surface? 5.3 Gonflage des bouteilles On utilise cette propriété pour remplir les bouteilles de plongée. Exercice : on dispose d une bouteille tampon de 100 litres à 300bars et on veux gonfler deux blocs de 12 litres. Pression finale? 5.4Autonomie Rappel : le détendeur fourni de l air à pression ambiante : 2 bars à 10m, 3 bars à 20m, etc.. Exercice : Un plongeur dispose d un bloc de 12 litres gonflé à 200 bars, sa réserve est de 30 bars et sa consommation de 15 l/min en surface. 1 ) Quelle est son autonomie à 20 m sans tenir compte de la réserve? Correction exercice : 1 ) Méthode n 1 Volume ramené à la pression de surface Pression disponible dans la bouteille : 200 bars, volume respirable de 15 l / min, pression à 20m de 3 bars Volume disponible dans la bouteille en surface : 200 * 12 = 2400 l Le plongeur a une consommation de 15 l/mn à 20 m, quelle serait sa consommation en surface? Loi de Mariotte => PSurf*VSurf = P20m*V20m => 1(bar)*VSurf (litres) = 3 *15 donc VSurf = 45 l Consommation en surface de 45 l/mn et 2400 l dans la bouteille l autonomie sera de 2400 l / 45 l/min = 53 mn OU 1 ) Méthode n 2 Volume ramené à la pression au fond Pression disponible dans la bouteille : 200 bars, volume respirable de 15 l / min, pression à 20m de 3 bars Volume disponible dans la bouteille en surface : 200 * 12 = 2400 l Loi de Mariotte => PSurf*VSurf = P20m*V20m => 1 (bar)*2400 (litres) = 3*V20m donc V20m = 2400 / 3 => V20m = 800 litres donc l autonomie sera de 800 l / 15 l/min soit 53 mn Méthode 1 : Volume ramené à la pression de surface Méthode 2 : Volume ramené à la pression au fond Page 9 sur 9