Les variations de volume et leurs conséquences en plongée

Les variations de volume et leurs conséquences en plongée (Loi de Mariotte & barotraumatismes)

Plan du cours Rappel sur les notions de pression Loi de Mariotte Mise en évidence Définition Expérience Exercices d application Les barotraumatismes Mécanisme général Placage du masque Barotraumatisme des sinus Barotraumatisme des oreilles Barotraumatisme des dents Barotraumatisme des poumons : «surpression pulmonaire» Tableau récapitulatif r des barotraumatismes Les autres applications

Rappel sur les notions de pression Pression Atmosphérique = 1 Bar Pression Absolue Pression Relative (hydrostatique) +1 bar tous les 10 m P. absolue = P. atmosphérique + P. relative

Loi de Boyle Mariotte (1/4) Mise en évidence Force exercée sur le piston d une pompe à vélo ; plus la force est importante et plus le piston s enfonce. Les gaz sont compressibles, sous l effet de la pression, leur volume diminue. L air respiré dans un volume clos se met à la pression environnante ou ambiante.. Le volume d air respiré au cours de la plongée varie donc lorsque la pression varie. Définition Pour un volume fermé,, le produit de la pression (P) par le volume (V) est constant, donc le volume d un d gaz est inversement proportionnel à la pression qu il reçoit oit. P * V = Constante ou P2 = P1 * V1 / V2 ou P1 * V1 = P2 * V2 donc V2 = P1 * V1 / P2 A la descente, la profondeur augmente, donc P => l air est comprimé et le volume des gaz diminue donc V A la remontée, la profondeur diminue, donc P => l air se détend et le volume des gaz augmente donc V

Expérience Loi de Boyle Mariotte (2/4) Les variations de volume sont plus importantes près de la surface : le volume de gaz double entre 10m et la surface. C est la raison pour laquelle les s barotraumatismes sont plus nombreux et plus grave dans cette zone.

Loi de Boyle Mariotte (3/4) Exercices d application Exercice 1 : Une bouée d un volume de 20 litres est remplie au quart à 20 m de d profondeur. Quel sera son volume en surface? Correction exercice 1 : Volume de la bouée à 20m = 20 litres / 4 = 5 litres. Pression à 20m = 3 bars. Pression en surface = 1 bar. Cherchons le volume de la bouée en surface. Loi de Mariotte => P20m * V20m = PSurf * VSurf donc 3 (bars) * 5 (litres) = 1 (bar) * VSurf (litres) Donc VSurf = 3*5/1 = 15 litres

Loi de Boyle Mariotte (4/4) Exercices d application 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 dans le gilet? Que se passe-t-il? Correction exercice 2 : A 20 mètres V1 = 4 litres et P1 = 3 bars A 40 mètres P2 = 5 bars => V2 = 3*4/5 = 2,4 litres En surface V2 = 3*4/1 = 12 litres Le volume d air dépasse le volume maximum du gilet. Sans les purges de sécurité le gilet explose.

Barotraumatismes (1/8) Le corps humain contient de nombreuses cavités naturelles remplies es d air. En plongée, le masque s y ajoute. En cas de non équilibre avec la pression ambiante lors des variations de pression, on ressent une gène. Si ce déséquilibre persiste, on ressent une douleur. Un barotraumatisme est donc une lésion provoquée par une variation de pression et est directement lié à la loi de Mariotte. Mécanisme général Une cavité du corps ne communique plus avec l extérieur (et ne peux p donc plus équilibrer) 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)

Barotraumatismes (2/8) Placage du masque Cause : 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 dans les capillaires sanguins autour et dans les yeux n est plus compensée. e. Symptômes : On ressent une gène, puis une douleur, une sensation d aspiration ; peuvent venir des saignements de nez, l œil devient rouge puis au «beurre noir». Ce qu il faut faire : Souffler dans le masque par le nez. Ce qu il ne faut pas faire : Surtout ne pas essayer de décoller le masque du visage ou de l enlever!

Barotraumatismes (3/8) Barotraumatisme des sinus Cause : Les sinus sont des cavités creusées dans les os de la face et du crâne, 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) ou dans le cas d une déviation de la cloison nasale, l équilibre l 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 r dans les sinus augmente et les muqueuses sont écrasées. Symptômes : On ressent d abord une gêne, puis une douleur au front et aux maxillaires selon les sinus touchés ; viennent finalement les hémorragies. Ce qu il faut faire : Arrêter la descente, remonter 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.

Barotraumatismes (4/8) Barotraumatisme des oreilles Cause : L oreille est isolée de l extérieur par une membrane souple, le tympan. Derrière le tympan, l oreille moyenne est relié aux fosses nasales par un minuscule conduit, la trompe d Eustache assurant l équilibre des pressions. 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. Symptômes : Une gêne ou une douleur apparaît, puis une douleur violente et plus bas, dans le cas d une rupture, une hémorragie peut s ajouter à la douleur. Ce qu il faut faire : Manœuvre de Vasalva, de Frenzel ou BTV. Arrêter la descente, remonter de quelques mètres et essayer de nouveau de descendre lentement. Si le problème ne se résoud pas, 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. 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.

Barotraumatismes (5/8) Barotraumatisme des dents Cause : L air peut s infiltrer tout doucement à l intérieur d un trou (mauvais plombage, carie) dans une dent pendant la plongée. En remontant, l air se dilate, mais n a pas le temps de s échapper. Symptômes : 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 + ++ 20m ++ +++ Ce qu il faut faire : Arrêter la plongée, retourner tranquillement en surface! Attention la douleur peut être très forte. Il faut prendre en charge la personne! Surface 10m +++ + ++ + Au cours de la REMONTEE, l air emprisonné se détend. Douleur violente 20m + +

Barotraumatismes (6/8) 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 dans laquelle évoluent les débutants. Barotraumatisme des poumons : «Surpression pulmonaire» Cause : Le plongeur respire de l air à la pression ambiante délivrée par le détendeur. Il y a alors équipression entre la pression extérieure et la pression intérieure aux poumons. ons. 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 pour obtenir l équipression équipression,, or les poumons ne sont pas extensibles à l infini Symptômes : Selon l avancée des atteintes, on ressent d abord une douleur aux poumons, une difficulté à inspirer, puis à respirer, viennent ensuite la toux et des crachats sanguins, des emphysèmes sous-cutanés (bulles d air autour du cou), puis des troubles des sens, céphalées, convulsions, le tout pouvant aller jusqu à l arrêt respiratoire puis cardiaque!

Barotraumatismes (6/8) Surface 5m P=1.5 bars 10m P=2 bars 4 L 20m P=3 bars Ce qu il faut faire : Arrêter la remontée et faire souffler ; le moniteur va placer la personne sous oxygène et la diriger très rapidement vers un hôpital.

Barotraumatismes (7/8) Tableau récapitulatif r des barotraumatismes 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 ophtalmologiste avant de reprendre la plongée. Oreilles : Gêne puis douleur jusqu à rupture du tympan. Vertiges. Saignements. Descente le plus souvent. Montée parfois. Revenir en arrière et reprendre la progression lentement (ou renoncer à la plongée pour cette fois). Manœuvre de Vasalva ou BTV. Equilibrer régulièrement à la descente, surtout dans l espace proche (manœuvre de Vasalva ou BTV). Ne pas plonger si on est enrhumé. Ne pas forcer à la descente. Consulter un ORL périodiquement ou en cas d incidents répétitifs. Pas de goutte sans prescription de l ORL. Pas de coton tige. Sinus : Douleurs au front et/ou sous les yeux. Saignements. Descente et montée. Revenir en arrière et reprendre la progression lentement (ou renoncer à la plongée pour cette fois). Ne pas plonger en cas de sinusite ou rhume. Se rincer les sinus à l eau de mer. Ne pas forcer à la descente.

Barotraumatismes (8/8) Tableau récapitulatif r des barotraumatismes symptômes sens Conduite à tenir Prévention Commentaire Dents : Douleur qui peut aller jusqu à la syncope si éclatement. Descente et montée. Remonter le plus lentement possible. Consulter un dentiste (ou renoncer à la plongée pour cette fois). Faire vérifier par un dentiste le bon état des dents. Bonne hygiène dentaire. Intestins / estomac : Douleur abdominale pouvant aller jusqu à une syncope (rare). Montée. Centre hyperbare (dans les cas extrêmes). Eviter les boissons gazeuses et les féculents. Eviter les déglutitions pendant la plongée. Eviter les combinaisons trop serrées. Laisser faire la nature Poumons (surpression pulmonaire) : Douleurs au thorax, sensation d étouffement, respiration superficielle, toux, crachat sanguin, signes neurologiques hauts (hémiplégie, troubles vision, etc.. jusqu à perte de connaissance), coma, mort. Montée. Ceci n est évidemment pas du ressort du N2 qui n est pas secouriste. (Mise sous O 2, évacuation d urgence) 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 (essoufflement). Accident très grave. Plus fréquent chez les débutants. On ne donne pas d air à un apnéiste.

Barotraumatismes Ne pas donner d air à un plongeur en apnée! Pourquoi?

Autres applications (1/6) Remplissage des bouteilles Exercice : Un plongeur dispose d un bloc de 12 litres gonflé à 200 bars. Quel est le volume d air qu il contient s il est ouvert à la pression atmosphérique? Correction exercice : Pression disponible dans la bouteille : 200 bars Volume du bloc : 12 l Loi de Mariotte => PSurf * VSurf = PBloc * VBloc => 1 (bar) * VSurf (litres) = 200 (bar) * 12 (litres) Volume disponible dans la bouteille en surface : 200*12/1 = 2400 litres

Autonomie Autres applications (2/6) Notre autonomie en air diminue avec la profondeur,, proportionnellement à la pression. Ainsi, un plongeur ayant une autonomie de 1 heure en surface verra ra celle-ci ci divisée par 2 à 10 m (30min) et par 4 à 30 m (15min).

Autres applications (3/6) Exercices d application Exercice 1 : 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. 1) Quelle est son autonomie à 20 m sans tenir compte de la réserve? 2) Quelle est son autonomie à 30 m en tenant compte de la réserve? Correction 1)

Autres applications (4/6) Exercices d application Correction 2)

Autres applications (5/6) Exercices d application Exercice 2 : En supposant que nous restions à la même profondeur de 20m, combien de temps pouvons nous plonger avec un bloc de 12 litres gonflé à 200 0 bars, si on décide d interrompre la plongée lorsqu il ne reste que 50 bars, sachant que la consommation moyenne d un plongeur est de 20 l / min? Correction exercice 2 : Pression disponible dans la bouteille : 200 bars 50 bars (réserve) = 150 bars, pression absolue à 20m = 3 bars Loi de Mariotte => PBloc * VBloc = P20m * V20m => 150 (bar) * 12 (litres) = 3 (bars) * V20m donc V20m = 150*12/3 = 600 litres L autonomie sera de 600 (litres) / 20 (l/min) soit 30 mn

Autres applications (6/6) Exercices d application Exercice 3 : 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 dans lequel on introduit 5 litres d air. 1) L ancre remonte-t-elle elle toute seule? 2) Quel sera le volume du parachute en surface? Correction exercice 3: 1) C est une application du principe d Archimède : Papp = Préel Parch Papp = 10 5 = 5 Kg Si on insuffle 5 litres dans le parachute, le poids apparent devient nul et la flottabilité devient donc nulle. L ancre ne remonte pas toute seule. 2) C est une application de la loi de Mariotte : P40m * V40m = PSurf * VSurf 5 (bars) * 5 (litres) = 1 (bar) * VSurf => VSurf = 5*5/1 = 25 litres