4. Saturation GP 2021 (C.Soubitez) - ffessm67.fr

Aspects théoriques de l’activité

SATURATION

Claire SOUBITEZ

Cours GP 2021-2022

OBJECTIFS DU COURS

´ Comprendre les phénomènes de dissolution des gaz et de saturation afin de mieux appréhender et expliquer les moyens de désaturation mis à disposition des plongeurs

´ Base : modèle de Haldane

´ Autres modèles de désaturation

´ En tant que GP:´ Etre attentif au moyen de désaturation de votre palanquée

´ Mettre en place la prévention des ADD pour votre palanquée et vous même

DISSOLUTION DES GAZ – phénomène physique

´ Les gaz inertes ont la capacité de se dissoudre dans les liquides (bière, coca, champagne…)

´ Notre corps, nos tissus, sont principalement constitués de liquide (env. 65 %)

´ Ventilation : gaz entrent et sortent par le filtre pulmonaire puis sont véhiculés par le sang et dissous dans l’organisme

´ En plongée, nous subissons des changements de pression des gaz respirés à la descente et à la remontée. Un déséquilibre va s’installer entre ce que l’on respire et ce qui va se dissoudre dans notre corps

´ Si déséquilibre, les gaz vont diffuser du milieu le plus concentré vers le moins concentré -> tend vers l’équilibre, non instantané

´ Composition de l’air : 80 % N2 = diluant, gaz inerte, non consommé20 % O2 = carburant, consommé

´ Pp = P absolue x % du gaz (loi de Dalton)P. abs % gaz

P. Partielle

(Pp)

x

PRESSION PARTIELLE / TENSION

´ PRESSION PARTIELLE : Concerne les gaz à l’état gazeux (poumons)Exprimée en bar

´ TENSION : Concerne les gaz inertes dissous dans notre organismeExprimée en bar

Même gaz, même notion

Gaz concerné dans le cadre de la saturation, désaturation en tant que plongeur : N2

DIFFERENTS ETATS DE SATURATION

Liquide (organisme)

Gaz (poumons) Pression stable

Pp N2 = T N2

EQUILIBREEquilibre des échanges entre phase gazeuse et phase dissoute

´ A la surface


´ A la descente

Pp N2

Pp N2 > T N2

SOUS SATURATIONN2 se dissout dans les tissus


´ Au fond

Pression stable

Pp N2 = T N2

TEND VERS SATURATION / EQUILIBRE


´ A la remontée (respect des procédures)´ Après la plongée

Pp N2

Pp N2 < T N2

SUR SATURATIONN2 est éliminé progressivement par la ventilation sous forme gazeuse

Pression stable

Pp N2 = T N2

EQUILIBREAprès 12 h


´ A la remontée :

´ Vitesse trop rapide´ Non respect des paliers

Pp N2Pp N2 <<< T N2

SURSATURATION CRITIQUE

N2 reprend sa forme gazeuse dans les tissus avant d’atteindre les poumons. Augmentation du nombre et du volume des bulles Dégazage incontrôlé, anarchique

4 ETATS DE SATURATION

PHASES DE PLONGEE PRESSION ETAT DE SATURATION GAZ

Descente Augmente Sous saturation Se dissout dans les liquides

Au fond Stable Saturation Equilibre

Remontée Diminue Sursaturation Microbulles dans lesliquides

Remontée trop rapide Diminution trop rapide de la pression

Sursaturation critique Dégazage incontrôlé = DANGER

12 h après la plongée Stable Saturation Equilibre

LOI DE HENRY – physicien 1803

A TEMPERATURE CONSTANTE ET A SATURATION,

LA QUANTITE DE GAZ DISSOUS DANS UN LIQUIDE EST PROPORTIONNELLE

A LA PRESSION PARTIELLE QU’EXERCE CE GAZ SUR CE LIQUIDE

´ Loi physique sur laquelle se basent le modèle de Haldane

´ Echange entre liquide et gaz permanents

´ Concerne les gaz qui ne réagissent pas avec les liquides : gaz inerte

LOI DE HENRY – physicien 1803

Facteurs qui influencent la dissolution des gaz :

´ La pression du gaz Plus la pression partielle du gaz augmente, plus la quantité de gaz dissous augmente = profondeur

´ La durée d’expositionLa dissolution du gaz dans le liquide n’est pas instantané. Plus le gaz reste en contact avec le liquide plus il dissout = temps d’immersion

´ La températurePlus la température diminue, plus les gaz se dissolvent rapidement, et inversement

´ La nature du liquide (tissus)

´ La nature du gaz

´ L’agitation : augmentation du rythme respiratoire, débit sanguin

MODELE DE HALDANE

´ Haldane : physiologiste qui a modélisé la saturation et désaturation en s’appuyant sur la loi de Henry (1905 - 1908)

´ Modèle : outil mathématique « simplifiée » d’un processus physiologique complexe

MODELE DE HALDANE

10 hypothèses dont :

´ Modèle à perfusion

Gaz transportés par le sang par perfusion pénètrent dans les tissus par diffusion

Equilibre des pressions au niveau alvéolaire (poumons/sang) est instantané

Equilibre des pressions au niveau tissulaire (sang/tissus) est instantané

Transmission instantanée de l’azote en excès du sang vers les poumons

= considère diffusion instantanée (non prise en compte)

´ Regroupement des tissus de l’organisme en 5 compartiments théoriques, qui se comporteraient de façon

similaire face à la saturation

´ Courbe de désaturation, miroir de la courbe de saturation

´ Le rapport de pression ne doit pas dépasser 2:1

´ …

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12

% d

e s

atu

rati

on

Période

Courbe de saturation / désaturation

MODELE DE HALDANE

´ GRADIENT (G) Représente la différence entre la tension d’azote finale (TN2 finale) à l’équilibre dans les tissus à une profondeur donnée et la tension d’azote initiale (TN2 initiale)

G = T N2 finale – T N2 initiale

Exemple plongée à 40 m

MODELE DE HALDANE´ PERIODE

Une période est le temps nécessaire à la dissolution ou à l’élimination de la moitié du gradient

Equilibre non instantané, donc saturation dépend du temps

La saturation ou désaturation en azote est exponentielle. A la fin d’une période, la moitié (50%) du gradient est dissous. A la fin de la deuxième période, le compartiment a dissous 50 % du gradient restant donc 75 %...

On considère la saturation complète au bout de 6 périodes

1ère période 2ème période 3ème période50 % saturation 75 % saturation 87,5 % saturation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6

% sa

tura

tion

Nb de période

COURBE DE SATURATION4 b

0,8 b

50 %

Gra

dien

t N2

= 3,

2 b

–pl

ongé

e 40

m

75 %

87,5 %

93,75 % 96,87 %98,43 %

50 %à dissoudre

50 %dissous

50 % 25%

25% Gradient :quantité de gaz à dissoudre

12,5%

MODELE DE HALDANE

´ COMPARTIMENT

Tout l’organisme ne se comporte pas de manière homogène vis à vis de la dissolution ou l’élimination de l’azote.

Le corps humain est représenté par un regroupement de différentes régions anatomiques fictives appelées compartiments, qui se comportent de manière identique vis à vis de la saturation et la désaturation

Haldane a résumé le corps humains à 5 compartiments (régions fictives) dont les périodes sont : 5, 10, 20, 40 et 75 minutes

Les tables MN 90 sont calculées avec 12 compartiments de période de 5 à 120 min

Les ordinateurs peuvent effectuer leurs calculs sur un nombre supérieur de compartiments

La période est caractéristique du compartiment

MODELE DE HALDANE

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

% s

atur

atio

n

Temps en min0,8 b

Grad

ient

N2

= 3,

2 b

–pl

ongé

e 40

m

4 b

Illustration de la saturation pour un compartiment C5 et C20

C5A saturation au bout de 30 min

C20Sera à saturation à120 min

MODELE DE HALDANE

Illustration de la saturation / désaturation pour un compartiment C5 et C20

MODELE DE HALDANE

´ SEUIL DE SURSATURATION CRITIQUE

´ Chaque compartiment du fait de sa composition et ses

caractéristiques possède un seuil au-delà duquel il sera

en sursaturation critique.

´ Ce seuil est une valeur à ne pas dépasser afin d’éviter

toute situation de dégazage anarchique

´ Ce seuil est donné par un coefficient de sursaturation

critique :

CSC = TN2 / Pabs

´ Haldane avait défini un coefficient de saturation critique

= 2 pour tous les compartiments

´ Par expérimentation et accumulation connaissances, il a

été constaté que tous les compartiments, du fait de leur

composition, n’ont pas le même seuil de tolérance donc

le même Sc

Tables MN90

Coefficient de saturation critique

en fonction des compartiments

Compartiment Périodes en min

Sc

C5 5 2,72

C7 7 2,54

C10 10 2,38

C15 15 2,2

C20 20 2,04

C30 30 1,82

C40 40 1,68

C50 50 1,61

C60 60 1,58

C80 80 1,56

C100 100 1,55

C120 120 1,54

MODELE DE HALDANE

COEFFICIENT DE SURSATURATION CRITIQUE

´ Coefficient de sursaturation critique est donné par le rapport :

Sc = TN2 / Pabs

Pabs = TN2 / Sc

Correspond à la profondeur à laquelle le compartiment peut théoriquement remonter sans risque d’ADD, sans dégazage anarchique

´ Lorsque Le rapport TN2 / Sc est > à 1, cela impose un palier

´ Lorsque plusieurs compartiments ont un rapport > à 1, c’est le compartiment ayant la valeur la plus élevée qui impose le palier et sa profondeur : on parle alors de compartiment directeur.

´ Le compartiment directeur est celui qui impose un arrêt pour réaliser le palier

MODELE DE HALDANE´ EXEMPLE : Plongée 25 m – 40 min

C10 C20 C40A TN2 initiale 0, 8 b

B Pression absolue 3,5 b

C Pp N2 (80% azote) 3,5 x 0,8 = 2,8 b

D Gradient (C – A) 2,8 – 0,8 = 2 b

E Temps de fond en min 40

F Période 10

G Nb de période (E / F) 40 / 10 = 4

H Taux de saturation 93,75 %

I N2 dissout (D x H) 2 x 0,9375 = 1,875 b

J TN2 finale (A + I ) 0,8 + 1,875 = 2,675

K Sc 2,38

L Pabs = T N2 / Sc 2,67 / 2,38 = 1, 122 b

M Profondeur min 1,23 m

N Palier 3 m

MODELE DE HALDANE´ EXEMPLE : Plongée 25 m – 40 min

C20 = compartiment directeur

C10 C20 C40A TN2 initiale 0, 8 b 0,8 b 0,8 b

B Pression absolue 3,5 b 3,5 b 3,5 b

C Pp N2 (80% azote) 3,5 x 0,8 = 2,8 b 2,8 b 2,8 b

D Gradient (C – A) 2,8 – 0,8 = 2 b 2 b 2 b

E Temps de fond en min 40 40 40

F Période 10 20 40

G Nb de période (E / F) 40 / 10 = 4 40 / 20 = 2 40 / 40 = 1

H Taux de saturation 93,75 % 75 % 50 %

I N2 dissout (D x H) 2 x 0,9375 = 1,875 b 2 x 0,75 = 1,5 b 2 x 0,5 = 1 b

J TN2 finale (A + I ) 0,8 + 1,875 = 2,675 2,3 b 1,8 b

K Sc 2,38 2,04 1,68

L Pabs = T N2 / Sc 2,67 / 2,38 = 1, 122 b 1,127 b 1,07 b

M Profondeur min 1,23 m 1,27 m 0,7 m

N Palier 3 m 3 m 3 m

AUTRES MODELES DE DESATURATION

BASE HALDANIENNE

´ WORKMAN (1965)Définit pour chaque compartiment des Sc dépendants de la profondeur = M ValuesSc non fixes : dépendent de la profondeurM values : valeurs maximales de TN2 acceptées par chaque compartiment à différentes profondeurs

´ BÜHLMAN (1983)Reprise des travaux de WorkmanPrise en compte :

de la composition de l’air alvéolaire des M-Values

Base utilisée dans les algorithmes des ordinateurs : Uwatec, OSTC, Beuchat (Voyager 2G), Galileo Luna ou Sol (dernière version ZHL-16C ADT), Sherwater

´ Tables MN90 (1990)Développé par la Marine Nationale12 compartiments avec un seuil de sursaturation critique propre


Non haldaniens

´ Modèle à diffusion : considère que le facteur limitant est la manière dont les gaz diffusent dans l‘organisme.La diffusion n’est pas instantanée ni homogène dans les cellules (résistance des parois cellulaires et tissulaires, proximité des vaisseaux, …)

Hill (1908)Hempleman (1952)

1 seul compartiment.Le palier le moins profond se déroule à 5 m

´ Compartiments en sérieTables DCIEM utilisées au CanadaPrise en compte des échanges gazeux entre compartiments


MODELE A MICROBULLES

´ VPM: Varying permeability model (1986) - YOUNT

Prise en compte, en plus, de l’azote dissous de :

´ La présence de noyaux gazeux (gaz nucléi) : bulles microscopiques existantes naturellement (avant la plongée) qui servent d’amorces à la formation de bulles N2

´ Calcule le nb maxi de bulles « saines » que le corps peut tolérer

´ Taille critique de bulles saines à ne pas atteindre

´ Déterminé par Doppler

´ Impose des paliers plus profonds et remontée plus lente


MODELE A MICROBULLES

´ RGBM : Reduced Gradient Bubble Model (1991) - WIENKE

´ Modèle breveté : peu d’informations précises

´ A priori : mix entre VPM et Bühlman

´ Retrouvé dans les modèles : Suunto, Mares, Cressi


MODELE A MICROBULLES et HALDANIENS

´ Base Haldanienne avec possibilité de durcissement

Durcissement qui prend en compte l’existence de microbulles : L1, L2 jusqu’à L10 pour le dernier

Sensible aux remontées rapides

Permet des paliers profonds

Ordinateur SCUBAPRO (Galileo) , UWATEC

PALIERS PROFONDS OU INTERMEDIAIRES

La Marine Nationale, l’US Navy et les publications de la dernière décennie, ont démontré qu’ils sont dangereux et augmentent le risque d ’ADD dans le cadre de la plongée à l’air

« Les résultats indiquent que l’élimination plus lente des gaz ou le fait que certains tissus continuent à se charger vient annuler les bénéfices de la réduction de croissance des microbulles par des paliers profonds »

Pour les plongées à l’air, la pratique des paliers profonds génèrerait plus de bulles que la pratique des paliers classiques.

Elle semble dangereuse en l’état actuel des recherches

CONSEIL : Désactiver le mode « deep-stop » des ordinateurs de plongée pour les plongées à l’air.En parler au sein de votre palanquée

MODELES DE DESATURATION

´ LIMITES

´ Modèles mathématiques occultent un certain nombre d’aspects physiologiques individuels

´ Différence entre 2 organismes ou au sein d’un même organisme´ Déshydratation´ Fatigue, stress, anxiété´ Effort (selon les modèles)´ Condition physique´ Hygiène de vie : tabac, alcool´ Manque de pratique récente :

´ Nécessite plongée de réadaptation peu profonde´ Nécessite une réadaptation progressive à la profondeur

LE RESPECT SCRUPULEUX DES PROCEDURES DE DESATURATION NE PEUT PAS GARANTIR

UNE SECURITE TOTALE NI L’ABSENCE D’ADD

Ils ne sont qu’une aide a la désaturation

IMPORTANCE DE L’ACCUEIL DU PLONGEUR pour cerner +/- ces facteurs et vous adapter en tant que GP

MERCI DE VOTRE ATTENTION

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