- Eléments de calcul des tables de plongée -

Application directe de la loi de Henry

PLAN:

1. Introduction & Rappel

2. Définitions

2.1. Le gradient

2.2. La période

2.3. Le compartiment

2.4. La courbe de saturation

3. Application à la plongée

3.1. Evolution de la courbe de saturation d’un compartiment

3.2. Coefficient de sursaturation

3.3. Coefficient de sursaturation critique

3.4. Paliers

4. Exercices

 

1. Introduction & Rappel

L’azote dissous dans le sang peut, dans certaines conditions, former des bulles qui pourront créer des troubles graves dans l’organisme. Il est donc nécessaire d’étudier l’évolution de la tension du gaz dissous en fonction du temps qui s’écoule et des paramètres extérieurs, comme la pression ambiante. C’est donc l’application directe de la loi de Henry dont voici le rappel :

«A température donnée et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression exercée par ce gaz sur le liquide».

 

2. Définitions

Ce cours introduit quatre nouvelles notions qui sont le gradient, la période, le compartiment, et la courbe de saturation. Voici l’explication de ces trois notions :

 

2.1 Le gradient

Nous avons vu que le liquide possède un état de saturation lorsqu’il est soumis à la pression d’un gaz. Mais cet état n’apparaît pas instantanément. Il faut un certain temps d’exposition pour atteindre l’état de saturation. Ce temps dépend de nombreux facteurs dont le principal est la différence entre la pression du gaz exercé à la surface du liquide et la tension du gaz dissous dans le liquide.

On appelle cette différence le gradient de pression. Plus ce gradient est élevé, plus la vitesse de dissolution du gaz dans le liquide est grande. Puisque la tension du gaz dissous se rapproche de la pression extérieure, le gradient diminue et la vitesse de dissolution baisse. Donc plus on se rapproche de la saturation, plus il faut de temps pour l’atteindre. La vitesse de dissolution n’est donc pas constante. Elle baisse avec le temps plus on se rapproche de l’équilibre. Il en est de même pour la désaturation.

 

2.2 La période (gradient/2)

La période est une constante de temps qui est définie pour un couple liquide-gaz. Cette constante a pour valeur la durée nécessaire à la dissolution ou à l’élimination de la moitié de la différence entre la pression ambiante et la tension, soit la moitié du gradient. Pour clarifier cette notion voici un schéma explicatif :

Nous noterons P la pression exercée par le gaz sur le liquide, p la tension de ce gaz dans le liquide et T la période.

 

 

Nous considérerons que l’état de saturation est atteint au bout de 7 périodes. En effet, si nous prenons 0 pour tension initiale et 100 pour la pression exercée par le gaz, on obtient le pourcentage de gaz dissous à chaque nouvelle période, soit en pourcentage du gradient initial :

Période T

Pourcentage du gradient initial

1

50%

2

75%

3

87.5%

4

93.75%

5

96.875%

6

98.4375%

7

99.21875%

Remarque:

2.3 Le compartiment

La période dépend uniquement du couple liquide-gaz. Dans la plongée à l’air, le gaz étudié est toujours l’azote. Par contre, les liquides sont différents. Car bien que 70% du corps humain soit composé d’eau, toutes les parties du corps ne se comportent pas de la même manière vis à vis de la dissolution de l’azote. Notre corps a été modélisé en compartiments (appelés auparavant tissus comme on peut encore le lire sur la documentation de certains ordinateurs de plongée). Chaque compartiment est caractérisé par une période qui détermine la vitesse de saturation ou de désaturation de cette partie du corps.

Les tables MN 90, utilisées par la F.F.E.S.S.M. prennent en compte 12 compartiments dont voici les périodes :

Périodes (mn) : 5 7 10 15 20 30 40 50 60 80 100 120

2.4 La courbe de saturation

Nous avons vu qu’à chaque période le liquide absorbe la moitié du gradient restant. La courbe de saturation est la représentation graphique de la quantité de gaz emmagasinée ou éliminée en fonction du temps. Voici son allure générale :

Durée d’exposition pour un liquide donné dont la période est T.

 

3. Application à la plongée

3.1 Evolution de la courbe de saturation d’un compartiment

L’air est constitué approximativement de 80% d’azote et de 20% d’oxygène. A la surface de la mer, la pression initiale d’azote n’est donc pas 1 bar mais 0.8 bar, ce qui correspond à sa pression partielle. N’oubliez jamais ceci lorsque vous calculez des gradients.

Prenons le compartiment ayant une période 10 minutes et regardons son comportement lors d’une plongée de 30 minutes à 20 mètres. La pression initiale d’azote est de 0.8 bar. La pression d’azote à 20 mètres est de :

Nous avons donc comme gradient 1,6 (le gradient étant la différence entre la pression (2,4) et la tension (0,8) de l’azote, ce qui nous donne le calcul suivant : 2,4-0,8=1,6).

Nous avons sur l’axe des ordonnées la tension d’azote dissous (en bar). A la remontée, la pression partielle en azote va diminuer et le compartiment sera alors dans un état de sursaturation. Il va donc restituer l’azote excédentaire plus ou moins rapidement en fonction de la vitesse de remontée.

3.2 Coefficient de sursaturation

Lors de la remontée, la tension d’azote dissous dans le compartiment est supérieure à la pression partielle en azote. On appelle coefficient de sursaturation (Cs) le rapport entre cette tension et la pression totale absolue :

3.3 Coefficient de sursaturation critique

Le coefficient de sursaturation augment pendant la remontée, mais il ne doit pas dépasser une certaine valeur limite qui est propre à chaque compartiment et que l’on appelle coefficient de sursaturation critique (Csc). Au-dessus de cette valeur il y a formation de bulles. Cette valeur est empirique, elle dépend de nombreux facteurs physiologiques. Voici le coefficient de sursaturation critique des 12 compartiments des tables MN 90 :

Compartiment (mn)

5

7

10

15

20

30

40

50

60

80

100

120

Csc 2.72 2.54 2.38 2.20 2.04 1.82 1.68 1.61 1.58 1.56 1.55 1.54

 

3.4 Paliers

Lors de la remontée, si un des compartiments atteint sa limite de sursaturation, c’est-à-dire que son Cs est égal à son Csc, il faut arrêter la diminution de la pression partielle en azote. Il faut donc stopper la remontée. On effectue dons un palier de manière à faire baisser la tension d’azote dissous dans le compartiment et donc de diminuer le Cs. Le compartiment qui a causé le palier est appelé compartiment directeur.

 

Exercices

 

Auteur: Stéphane ROCHON