Niveau 4

LA DISSOLUTION DE N2 DANS LE CORPS

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La loi de Henry

A température donnée, la quantité de gaz dissout à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz au-dessus du liquide.

Soit PP la Pression Partielle d'un gaz :

Dissolution, sousaturation   Equilibre, saturation   Dégazage, sursaturation

Sursaturation critique dépassée = Quand vous servez du champagne, la PP du gaz est très importante. Il y a dégazage anarchique !

Suivant la différence de pression partielle du gaz entre les deux milieux (air / liquide); le gaz va passer de l'air vers le liquide ou du liquide vers le gaz. Ce phénomène dure jusqu'à l'équilibre des pressions partielles.

Ce phénomène est valable pour tous les gaz :

• Azote (N₂)
• Oxygène (O₂)
• Gaz carbonique (CO₂)

Remarque : lorsque l'on évoquera la pression partielle dans un liquide, on emploiera le terme tension. Pour le corps humain, on utilisera le terme tissu pour caractériser sa composition.

Les facteurs de dissolution d'un gaz

Facteurs fixe :	nature du gaz (azote) nature du liquide (tissus) surface de contact (vascularisation alvéolaire) température (meilleur dissolution quand la température diminue), n'intervient pas en plongée car la température du corps reste constante sauf cas exceptionnel.
Facteurs variables :	pression (profondeur) temps (durée de la plongée) agitation (effort excessif)

La saturation (concerne uniquement l'azote)

On constate que la saturation d'un tissu en azote évolue suivant une loi logarithmique (modèle de Haldane):

Evolution de la saturation d'un tissu

Ti : Tension initiale d'azote Ti = PP N2 en surface Tf : Tension finale d'azote Tf = PP N2 à la prof. maxi

Le gradient : c'est une différence de tension

G = Tf - Ti

La durée est décomposée en différentes périodes (P1, P2, P3, …P6).
On associe à chaque période une tension (T1, T2, T3, ...T6). Ces tensions reflètent les pressions partielles d'azote dans l'organisme.
On considère qu'à la 6ème période (12h/120), le tissu est complètement saturé en azote.
Le corps est modélisé par 12 types de tissu (ou compartiment) qui ont les durées de période suivantes :

5

7

10

15

20

30

40

50

60

80

100

120

Ces périodes sont exprimées en minutes

 

Exemple :

courbe du tissu 5 min :

courbe du tissu 60 min :

La dessaturation

Lors de la remontée, on rencontre le même phénomène en sens inverse. Il faudra donc un certain temps pour dessaturer qui sera fonction du tissu et de la profondeur à laquelle on est descendu.

Courbes de saturation des différents tissus pour une plongée de 40 minutes :
On constate que :

• les tissus rapides sont très rapidement saturés et dessaturés.
• les tissus lents sont très lents à se saturer, mais encore plus lents à se dessaturer.

Calcul de la tension (Tn) en fin de plongée

Cette tension va nous donner l'état de saturation en azote d'un tissu

• A partir des caractéristiques de la plongée (profondeur maxi), on détermine la Pression Partielle de N2 maxi (PPN2 maxi), et donc par la même la tension finale (Tf).

Tf = PPN2 maxi

Exemple :

Profondeur maxi : 40 m donc P max = 5 b PPN2 maxi = 5 x 80% = 4 b donc Tf = 4 b

• A partir du type de tissu et de la durée de la plongée on détermine le nombre de période (n). Il nous servira de référence pour le reste des calculs.

Exemple :

Durée 30 min Tissu 30 n= 30/30 = 1

• Calculer la tension dans le tissu en fin de plongée (Tn) :

Tn = Ti + (Tf - Ti) x %

Ti : Tension initiale = PPN2 en surface Tf : Tension finale = PPN2 maxi Tn : Tension dans le tissu en fin de plongée % : pourcentage de saturation du tissu n 1 2 3 4 5 6 % 1/2 3/4 7/8 15/16 31/32 63/64

    Exemple :  n=1 => %=1/2     Tn = 0,8+(4-0,8)x0,5 = 2,4

Détermination de la profondeur critique lors de la remontée

• A partir du tableau, rechercher le seuil de sursaturation critique (SC) correspondant au type de tissus :

Compartiment	120	100	80	60	50	40	30	20	15	10	7	5
SC	1,54	1,55	1,56	1,58	1,61	1,68	1,82	2,04	2,20	2,38	2,54	2,72

Ce SC est la limite de dégazage anarchique

• A partir de la tension du tissu et du SC, calculer la pression critique

Pcrit : Pression critique, Pression à ne pas dépasser sans faire de palier Tn : Tension dans le tissu SC : Sursaturation critique

exemple :

Tissu 30 ' => SC = 1,82 Pcrit = 2,4/1,82 = 1,31 b Phyd = 0,31 b => prof = 3,1 m prof palier : 6 m

• En déduire la profondeur correspondant.
  Arrondir au palier inférieur;
• si Pcrit < 1 il n'y a pas de palier à faire.

Le tissu qui donne le palier le plus bas est appelé tissu directeur.

Exemple :

• Tracer la courbe de saturation pour une profondeur de 40 m

A 40 m, air respiré O2=20% N2=80% PPN2=4bars

T1=0,8+(4-0,8)x50%=2,4 T2=0,8+(4-0,8)x75%=3,2 T3=0,8+(4-0,8)x87,5%=3,6

• Calculer la profondeur des paliers nécessaires pour les tissus de période 5, 10,15 et 30 min après une plongée de 30 min à 40m

PPN2 en surface : 0,8 b

PPN2 à 40m 4 b

 

Tissu 30min
n=30/30=1		T1=0,8+(4-0,8)x50%=2,4	Pcrit=2,4/1,82=1,32b	prof=3,2 m
Tissu 15min
n=30/15=2		T2=0,8+(4-0,8)x75%=3,2	Pcrit=3,2/2,2=1,45b	prof=4,5 m
Tissu 10min
n=30/10=3		T3=0,8+(4-0,8)x87,5%=3,6	Pcrit=3,6/2,38=1,51b	prof=5,1 m
Tissu 5min
n=30/5=6		T6=0,8+(4-0,8)x98,44%=3,95	Pcrit=3,95/2,72=1,45b	prof=4,5 m

Le tissu directeur est un tissu de période 10 min qui impose un palier à 6m.

JUSTIFICATION DES TABLES MN90

Les arrondis

Courbe de saturation de la plongée

Courbe avec les arrondis

Dans le cas d'une plongée non prévue dans les tables, on arrondi à la profondeur et au temps supérieurs. Cette solution va dans le sens de la sécurité comme on peut le voir si contre. On considère ainsi que l'on est plus saturé que la réalité.

L'oxygène réduit l'intervalle

Avec un palier à l'oxygène pur, on augmente le gradient ce qui fait chuter rapidement la saturation

Courbe avec prise d'oxygène

Courbe normale

 

Majoration

Saturation de la 1ère plongée
Saturation plongée peu profonde
Saturation plongée profonde

L'azote résiduel donne l'état de saturation d'un tissus au moment de la remise à l'eau.
La majoration permet de tenir compte de la saturation dû à la première plongée.
On peut voir sur les courbes que suivant la la profondeur de la plongée la majoration de la plongée (M1 et M2) sera différente.
Plus la deuxième plongée est profonde, plus la majoration est faible.

Nécessité d'une profondeur fictive pour les plongée en altitude

Saturation d'une plongée mer à 10 m

Saturation d'une plongée en altitude à 10 m
(Patm = 0,5 b)

On constate que le gradient est identique pour les deux plongées.

Calcul du coefficient de saturation ( C. S. = PPN2max / PPN2init)

Plongée en mer CS = 1,4 / 0,8 = 2

Plongée en altitude pour une P atmos. de 0,5 b CS = 1.2 / 0,4 = 3

On constate que le coefficient de saturation est totalement différent ! Il faudra donc tenir compte de la pression atmosphérique lors des calculs de désaturation.

Relation entre une plongée "mer" et une "altitude"

CS = PPN2max/PPN2init   <=>  CS = (Patm x 0,8 + Phyd x 0,8) / Patm. x 0,8

CS = (Patm x 0,8) / (Patm x 0,8) + (Phyd x 0,8) / (Patm x 0,8)

CS = 1 + (Phyd / Patm)

Vérification de la démonstration : CS mer = 1 + 1 / 1 = 2         CS alt = 1+ 1 / 0,5 = 3

Pour trouver la relation, on considère que les deux plongées doivent avoir le même Coefficient de Saturation :

CS mer = CS alt

1 + (Phyd mer / Patm mer) = 1 + (Phyd mer / Patm alt)                  or Phyd = prof / 10

1 + ((Prof mer / 10) / Patm mer) = 1 + ((Prof alt / 10) / Patm alt)   

Si l'on simplifie on obtient : Prof mer / Patm mer = Prof alt / Patm alt   

On constate donc que la profondeur à prendre est plus petite et proportionnelle à la pression atmosphérique

Exemple :     8 m pour une Patm de 1 b = 4 m pour une Patm de 0,5 b

Justification de la modification de la procédure des tables pour le Nitrox

Saturation d'une plongée au Nitrox

Saturation d'une plongée à l'air

 

Les tables MN90 sont calculées pour de l'air, c'est à dire un mélange composé de 20% d'oxygène et 80 % d'azote. On appellera ce mélange un 20/80. Pour les Nitrox (mélanges différents de 20/80), La PPN2 étant différente, on va être obligé de calculer la profondeur équivalente pour pouvoir utiliser ces tables.

Recherche de la formule :

Pour de l'air (MN90)

PPN2(MN90) = Pabs(MN90) x 80%

Pour un mélange X/Y

PPN2(x/y) = Pabs(x/y) x Y%

Si l'on veut effectuer le même palier, il faut avoir la même PP_N2 :

PP_N2(MN90) = PP_N2(x/y)

Pabs_(MN90) x 80% = Pabs_(x/y) x Y%

Pabs_(MN90) = Pabs_(x/y) x Y% / 80%

Recalcul des tables à partir des Coefficients de Sursaturation Critique

Rappel : Si la pression critique est supérieure à 1, il faut réaliser un palier. On peut donc en déduire que la valeur de SC correspond à la tension limite si l'on ne veut pas faire de palier.

Evolution du tissus 10'

Evolution du tissus 5'
SC5' = 2,72         SC10' = 2,38      

Exemple : On va étudier l'évolution de deux tissus ( 5' et 10') pour une plongée de 10' à 40 m.

On constate qu'au bout de 10', le tissus 5' à une PPN2 supérieure à la PPSC5' ( 3,2b pour un SC de 2,72 ). Pour le tissus 10' on dépasse légèrement la limite ( 2,4b pour un SC de 2,38 ).
Il sera donc nécessaire de réaliser un palier à 3m.

On peut également constater qu'au bout de 2' de palier, la PPN2 du tissus 5' a atteint la PPSC5'. C'est la fin du palier

Auteur : Eric Maufront MF1

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