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Comprendre la Compression et la Saturation

et corolaire : Comprendre la Décompression et la Désaturation

Note : cette page est en cours d'écriture.

Les niveaux atteints par le plongeur des niveaux N3 - PA40 - PE60 entrainent des vraies contraintes dans la gestion de la plongée. Et ces contraintes sont à gérer par le plongeur.

 

 Compression - Décompression

          Depuis notre première plongée, nous savons que l'eau exerce une pression sur le corps. Cette pression est d'autant plus importante que la plongée est profonde.
          Cette pression induit des risques barotraumatiques, tels « les oreilles qui ne passent pas », la surpression pulmonaire ou le plaquage de masque.
          Ces risques sont immédiatement conséquents à la pression ambiante, donc à la profondeur atteinte par le plongeur :
- dès qu'on descent, on ressent plus de pression dans les oreilles ;
- dès qu'on remonte, on ressent que la douleur diminue.
 
           Ces effets de la compression sont immédiats. C'est les barotraumatismes.
 
           Mais, des effets de la compression sont pérènes dans le temps, notamment la saturation
 

 Saturation - Désaturation

         Dans le milieu où le corps est soumis à des pressions inhabituelles, des fonctionnements physiologiques sont bouleversés.
         Notamment, le corps du plongeur subit une modification notoire de la concentration d'azote qu'il contient : alors qu'à la pression atmosphérique, l'azote n'intervient pas dans le principe de la respiration, si la pression augmente, ce gaz intervient.
         Cette intervention n'est pas sensible immédiatement. L'azote pénètre lentement dans les tissus :
- il sature les tissus de plus en plus au fur et à mesure du temps et de la profondeur atteinte ;
- quand la pression diminue, il se libère des tissus : c'est la désaturation.
 

        Simplement dit : si la saturation dure le temps de la plongée, la désaturation s'effectue jusqu'à plusieurs heures après la plongée.

 

 Pour visualiser les vidéos : cliquer les images ou les maillons

 Un peu d'histoire

- 1803 : la loi de Henry définit la relation entre la saturation d'un gaz dans un liquide en fonction de la pression.
- A partir de 1850 : utilisation d'enceintes closes pour travailler au sec, donc sous pression : apparition de problèmes grave de santé des ouvriers.
- Vers 1878, le médecin Paul Bert découvre que le mal des caissons était provoqué par l'azone qui sature les tissus humains. C'est devenu « l'effet Paul Bert »
- Fin 19° siècle : apparition du scaphandre.
- Débur 20° siècle : le physiologiste Scott Haldane construit un modèle mathématique pour prendre en compte des effets de la saturation en azote des tissus humains.
- 1908 : première table de décompression qui est à l'origine des tables MN90 actuelles
 
   

De la saturation et de la désaturation

 - Si la loi de Henry montre comment se comporte un gaz neutre dans un liquide,
- Que se passe-t-il quand on descend ?
- Que se passe-t-il quand on remonte ?
 
            Il convient maintenant de quantifier le phénomène. Si Haldane s'est rendu compte que si on remonte de la moitié de la profondeur atteinte, il n'y a jamais de création de bulles d'air. D'où les questions :
- Quelle quantité d'azote un tissu accepte-t-il ?
- Combien de temps faut-il à un tissu pour être saturé, donc pour fabriquer des bulles ?
- Combien de temps faut-il à un tissu pour être désaturé, donc pour ne plus contenir que la quantité d'azote commune à la pression atmosphérique ?
Les réponses étant trop complexes pour être mises en équation, Haldane a inventé un modèle.
 
 

 

 

Loi de la saturation

Comment représentons-nous le phénomène de la saturation ?
Objectif : si un corps A se dissoud dans un autre corps B, on cherche à savoir :
- Quelle quantité du corps A est assimilée par le corps B avant que la dissolution ne se fasse plus ? On dit alors qu'il y a saturation.
- Dans quelles conditions s'effectue la dissolution :
         - La saturation dépend-elle d'une ou plusieurs données extérieures ?
         - Combien de temps pour atteindre la saturation ?
Une loi générale peut ainsi être mise à jour :
- on fige la ou les données extérieures ;
- on représente en fonction du temps la quantité de corps dissoud.
 On trace une courbe de saturation en notant la quantité de corps dissoute à intervals de temps régulier.

 

 

Le modèle de Haldane

- La quantité d'azote qui se dissoud dans les tissus n'est pas quantifiable facilement ;
- En revanche, le temps qu'un tissu met pour saturer peut être appréhendé.
           Haldane a eu l'idée
- de mesurer le temps de saturation d'un tissu ;
- de mesurer la progression de cette saturation dans le temps ;
- poser des critères simples pour rendre compte du phénomène :
         - la désaturation se fait à la même vitesse que la saturation ;
         - les lois de transition de l'azote d'un tissu à un autre sont négligées ;
         - tous les tissus ne saturent pas dans le même temps.
         - les tissus qui saturent pendant le même temps sont regroupés dans un compartiment
         - pour simplifier: on pose que tous les tissus peuvent se classer dans 12 compartiments.

 

   

Petit rappel : loi de Dalton

Une loi qui a toute son importance pour les plongeurs, aussi bien pour comprendre les effets de l'oxygène (O2) que pour les effets de l'azote (N2). 
« Quand des gaz sont en équilibre dans une enceinte, chacun exerce une pression sur les parois de l'enceinte égale à la pression qu'il exercerait s'il était seul cette enceinte. »
Plus simplement dit : la pression totale est égale à la pression partielle de chacun des gaz.
Exemple, pour l'air : O2 : 21%, N2 : 79%. Donc, à la pression atmosphérique de 1 bar :
Pression air  1 bar  =  Pression partielle O2  0.21bar + Pression partielle N2 0.79 bar.
Patm = PpO2 + PpN2 
Si la pression est différente de la pression atmosphérique, la pression subie devient la
Pression absolue   :  Pabs = PpO2 + PpN2

 

 

                                                                                                        

 

Notion de gradian de pression

Ce qui nous importe, c'est la pression de l'azote qui pose problème.
Nous savons qu'à pression atmosphérique, la pression d'azote dissoud dans les tissus est de 0.8 Bar.
A une profondeur donnée, la pression d'azote qui agit est :
la pression absolue - 0.8 bar.

 

On appelle cette grandeur : le gradian de pression .
Il s'exprime en Bar.

 

 
 

Notion de taux de saturation

 On dit qu'un tissu est saturé à partir du moment où l'azote qu'il contient n'arrive plus à se dissoudre.
Haldane a émis l'idée que l'azote pénètre dans les tissus à raison de la moitié de « l'espace » disponible par période de saturation.
Donc : pendant la première période, la saturation sera de 50% de la saturation totale, puisqu'on part « de zéro » pour aller à 100%.
Pendant la deuxième heure, l'espace restant étant de 50%, la saturation sera alors de 25% de plus, etc, jusqu'à la fin de la 6° oériode, moment où on considère que la saturation est atteinte à 100%
 
Le taux de saturation est le pourcentage de la pression d'azote à un moment donné de la saturation.
Le graphique ci-contre  donne donc le taux de saturation à la fin de chaque période.
 
 
   

Notion de tension finale d'Azote

On ne sait pas mesurer la quantité d'azote retenue dans les tissus.
En revanche, on sait que la pression de cet azote rend compte exactement de la quantité.
Et, la pression, on sait la mesurer.
On appelle cette notion : la tension finale d'azote.

 

A quoi sert toute cette théorie ?

- Si on sait mesurer les effets de la saturation,
- Si on sait mettre en équation les règles qui régissent cette saturation,
- Si on dit que la désaturation suit les mêmes règles que la saturation,
On va pouvoir mettre en oeuvre des moyens de désaturation et de contrôle de la qualité de cette désaturation.
   

 

Résumons : la saturation du plongeur

L'augmentation de la quantité d'azote contenu dans les tissus dépend :
- de la pression, donc de la profondeur atteinte par le plongeur ;
- du temps pendant lequel le plongeur est soumis à cette pression, donc du temps de plongée.

Et, au vu du modèle de Haldane, les tissus du plongeur ne réagissent pas de la même façon.

Haldane a aussi donnée une notion de la désaturation : les tissus désaturent dans les mêmes conditions qu'ils saturent, compartiment par compartiment :

Au plus rapide :
les tissus du compartiment 5mn saturent en 6 x 5 mn = 30 mn
Au plus lent :
les tissus du compartiment 120mn saturent en 6x 120mn = 12 heures
 

 Envisageons la désaturation :

C'est en analysant les phénomènes de saturation que Haldane a établi le modèle de désaturation. Il a posé comme préalable, après ses études et constatations :
- que la désaturation suit les lois de la saturation ;
- que les accidents de désaturation n'arrivaient que au delà de la demi-profondeur ;
- qu'il n'y avait pas de problèmes sur une immersion à moins de 12 mètres ;
- que les problèmes adviennent quand le rapport des pressions est supérieur à 2 ;
- que, si ce rapport était supérieur, il fallait envisager des paliers tous les 10 mètres ;

 

Donc  :
- Si un tissus sature en 30 mn, il désature aussi en 30 mn.
 
- Si un tissu sature en 12 heures, il désature aussi en 12 heures.

 

 Principe de calcul de la remontée

Nous connaissons deux grandeurs capables de renseigner efficacement sur la teneur en azote des tissus :
- la pression absolue de l'azote
- la tension d'azote.
 
Une troisième grandeur apparait : le seuil de saturation critiqueSc.
 
Haldane avait d'abord donné la valeur : Sc = 2.
En fait, depuis les premiers calculs et les premières epérimentations, on sait que chaque compartiment a un Seuil de Saturation critique propre.
Pour pouvoir rejoindre la surface, il faut que, pour chaque compartiment :
le rapport TN2 sur Sc soit Inférieur ou égal à 1 :
 
Exemple :  Pabs = TN2 / Sc = 1.85 / 2.38 = 0.78 bar

 

   

 Comment calcule-t-on les paliers ?

 Si le rapport TN2/Sc est supérieur à 1, exemple : 1.07 :
- Nous sommes en cours de remontée. Donc, la pression diminue.
- Le plongeur atteindra une pression absolue de 1,07 bar  à 0,7 mètres de la surface.

Il ne peut donc pas dépasser cette limite avant d'avoir provoqué une désaturation par un palier.

La règle est de faire un palier « tous les 3 mètres » (3 m = 10 pieds)

Conclusion : il faut donc faire un palier à 3 mètres dont la durée dépendra du temps de désaturation pour que le rapport TN2/Sc repasse en dessous de 1 bar.