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Les Gaz et leurs effets selon la pression Cours N2 – 22 Janvier 2007

Les gaz en plongée et leurs effets selon la pression

(Azote, Oxygène, CO, CO2)

Mariotte et Barotraumatismes Cours N2 – 17 Janvier 2007

Plan du cours

• Rappel sur les notions de pression• Rappel sur la Loi de mariotte• Les mélanges gazeux

– Composition de l’air

– Loi de Dalton

– Notion de pression partielle

– Exercice d’application

• Applications à la plongée: accidents biochimiques– Toxicité des gaz

– Intoxication à l’Oxygène

– Intoxication au CO2

– Intoxication au CO

– Intoxication à l’Azote : La Narcose


Rappel sur les notions de pression

P. absolue = P. atmosphérique + P. relative

P. Atmosphérique

1 Bar

P. Relative

+1 bar tous les 10 m


Rappel sur la Loi de Mariotte (1/2)

• Définition– Pour un volume fermé, le produit de la pression (P)

par le volume (V) est constant donc le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la pression qu’il reçoit.

�� P*V = Constante ou P1*V1 = P2*V2 donc P1 = P2*V2/V1

• 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

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 barotraumatismes sont plus nombreux et plus grave dans cette zone.

Rappel sur la Loi de Mariotte (2/2)


Les mélanges gazeux (1/4)• Composition de l’air

• L'air est composé essentiellement d'azote et d'oxygène. Le gaz carbonique est présenten très petite quantité. Quant aux autres gaz, ils n'interviennent pour ainsi dire pasdans la physiologie du plongeur.

– L'air que nous respirons est constitué d'un mélange de gaz. Ces différents gaz deviennent toxiques pour l'organisme à partir d'une certaine pression, qui est différente pour chacun d'eux.

– Ceci veut dire que chacun de ces gaz devient toxique à partir d'une certaine profondeur(profondeur différente pour chaque gaz).

Pour des raisons de commodité, on "arrondit" souvent la composition de l'air àOxygène O2 : 20% Azote N2 : 80%

Ce sont ces valeurs qui sont utilisées habituellement

– L’azote (N2) : est un gaz inerte qui n’est pas utilisé par l’organisme, mais sert de diluant à l’oxygène.

– L’Oxygène (O2) : est un gaz essentiel à l’ensemble des cellules de l’organisme pour vivre. Il est transporté des poumons aux tissus par le sang.

– Le gaz carbonique (CO2) : est un gaz toxique indispensable en faible quantité(résultat de notre combustion interne). Le CO2 est l'excitant des centres nerveux commandant les mouvements réflexes respiratoires.


Les mélanges gazeux (2/4)• Loi de Dalton

• A température donnée, la pression d'un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu'aurait chacun des gaz s'il occupait seul le volume total

• Notion de pression partielle• La pression partielle d'un gaz dans un mélange est égale à la

Pression absolue du mélange multiplié par la concentration (ou le pourcentage) du gaz dans le mélange.

⇒Pression Partielle Gaz = Pression Absolue du Mélange * %

Gaz

• A température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu’aurait chacun des gaz s’il occupait seul le volume total. La somme des pressions partielles est donc égale à la pression absolue du mélange.

Pression Absolue = P.P (N2) + P.P (O2)

P.P est la Pression Partielle (pression du gaz s'il occupait le volume total). A la pression atmosphérique : PpN2 = 0,8 bars et PpO2 = 0,2 bars (on a bien 0,8+0,2 = 1). Avec la profondeur, les Pp augmentent.


• Exercice d’application• Un plongeur respire à 20m de l’air comprimé. Son détendeur lui délivre de

l’air à la pression ambiante. A 20m la pression absolue est de 3 bars, donc l’air qu’il respire est à la même pression (c’est le boulot du détendeur !!!).

– Quelles sont les pressions partielles d’Oxygène et d’Azote à cette profondeur ?

• Si l’oxygène était seul, il occuperait toute la place et il aurait une pression de 3 bars., mais, comme il n’occupe que 20% du volume total, sa pression est de 20/100 de la pression du mélange.

– Cette pression que l’on appelle pression partielle est donc de 20% * 3 bars = 0,6 bars

• De même si l’azote était seul, il occuperait toute la place et aurait donc une pression de 3 bars. Mais, comme il n’occupe que 80% du volume.

– Sa pression partielle est de 80% * 3 bars = 2,4 bars

• Pression partielle Oxygène 20% * 3 bars = 0,6 bar

• Pression partielle Azote 80% * 3 bars = 2,4 bar

• Pression Air ou Pression Absolue 0,6 bar (O2) + 2,4 bar (N2) = 3 bars

– La pression absolue d’un mélange gazeux est la somme des pressions partielles des gaz qui composent ce mélange.

Les mélanges gazeux (3/4)


Les mélanges gazeux (4/4)

Profondeur Pression abs Pression. partielle N2 Pression. partielle O2

En surface 1 bar 1 x 80/100 = 0,8 bar 1 x 20/100 = 0,2 bar

A - 10 mètres 2 bar 2 x 80/100 = 1,6 bar 2 x 20/100 = 0,4 bar

A - 25 mètres 3,5 bar 3,5 x 80/100 = 2,8 bar 3,5 x 20/100 = 0,7 bar

A - 30 mètres 4 bar 4 x 80/100 = 3,2 bar 4 x 20/100 = 0,8 bar

A - 70 mètres 8 bar 8 x 80/100 = 6.4 bar 8 x 20/100 = 1,6 bar

On vérifie que la somme des pressions partielles est toujours égale à la pression absolue.

On remarque aussi que lorsque la pression absolue augmente (donc quand la profondeur augmente), la pression partielle de chacun des gaz constituant l'air augmente également.


Applications à la plongée (1/7)• Toxicité des gaz

• L'air que nous respirons est donc constitué d'un mélange de gaz. Un gaz parfaitement toléré à la pression atmosphérique, peut devenir toxique pour l'organisme à partir d'une certaine pression partielle plus élevée et d'une certaine durée d'utilisation.

• La tolérance de l'organisme à divers gaz varie selon la nature des gaz et la pression auxquelles ils sont respirés

Accidents dus à l'oxygène : hyperoxie PP > 1,6 bar -70 mètres

Accidents dus à l'oxygène : Anoxie et Noyade Pp < 0,12 bar Apnée et tous cas de noyade

Accident dû à l'azote narcose PP > 3,2 bar -30 mètres et plus

Accident dû au CO2 essoufflement PP > 0,02 bar suivant l'effort effectué

Accident dû au CO Intoxication au CO Bouteille avec air Non OK


Applications à la plongée (2/7)• Intoxication à l’Oxygène

Le fonctionnement normal de l'organisme correspond à une pression Partielle d’O2 de 0,20 bar. • Hyperoxie: L'O2 est toxique pour une pression partielle

supérieure à 1,6 bar, ce qui correspond à une profondeur de 70 mètres. Or, faut-il le rappeler, la plongée en

France est limitée à 60 mètres (voir l’arrêté du 22 juin 1998 réglementant la plongée subaquatique autonome à l'air).

L’hyperoxie est d’autant plus improbable pour les plongeurs de niveau 2 qu’ils ne doivent en aucun cas descendre à plus de 40 mètres de profondeur (accompagné d’un plongeur Niveau 4 minimum).

Au-delà de 1,6 bar, l’oxygène est toxique pour le système nerveux.

Symptômes:Face rose, vision trouble, réduction du champ visuel, crampes, contractions musculaires, crise épileptique, perte de connaissance.

Conduite à tenir :Il faut baisser la Pression Partielle d’O2.

Prévention :Ne pas dépasser ses prérogatives : plongée maximum 40m (accompagné d’un plongeur Niveau 4 minimum).


• Hypoxie et anoxie: On parle d'hypoxie pour une pression partielled'O2 inférieure à 0,15 bar et d'anoxie pour un P.P inférieure à 0,12bar.

Pour la plongée loisir, les risques d’anoxie sont possibles en cas :– Apnée précédée d’une hyperventilation : fortement

déconseillé car risque de syncope puis de noyade– Noyade, qui se traduit par un arrêt d’apport en oxygène et

peut être assimilée à une anoxie.

Conduite à tenir :Suivant la gravité, mise sous oxygène, massage cardiaque et appel des

secours obligatoire (assuré par le directeur de plongée ou autre secouriste).

Prévention :Une bonne condition physiqueNe pas s’immerger en cas d’essoufflement en surfaceEn mer on a soit le détendeur soit le tuba en bouche surtout en cas de

mer agitéeQuand on remonte sur le bateau, on garde le détendeur en bouche

Applications à la plongée (3/7)


Applications à la plongée (4/7)• Intoxication au dioxyde de Carbone (CO2)Le gaz carbonique (CO2) : est un gaz toxique indispensable en faible quantité

(résultat de notre combustion interne). Le CO2 est l'excitant des centres nerveux commandant les mouvements réflexes respiratoires .– Cause:

• Un effort excessif : nage à contre courant, sur lestage, palmage trop intensif…• Détendeur défectueux , robinet mal ouvert

Symptômes :Essoufflement (accélération du rythme cardiaque, ventilation superficielle), maux de tête, sueurs, nausées, angoisse � SyncopeConduite à tenir :Cesser toute activité, signe "je suis essoufflé(e)", respirer lentement en expirant profondément pour augmenter l'élimination de CO2 et éviter la surpression pulmonaire, calmer, remonter, respirer O2 normobare.Avertir son binôme ou la palanquée par le signe usuel.

L’essoufflement arrive d’autant plus facilement que la profondeur est importante...

Lorsque la Pression partielle de CO2 dépasse 0,02 bar, il y a essoufflement !!!

Prévention :•Apprendre à contrôler son rythme respiratoire (Inspiration - temps d'arrêt -expiration - temps d'arrêt).•Ne pas faire d'efforts inconsidérés (surtout au-delà de 10 m, aller à l'économie).•Se protéger du froid, avoir un détendeur bien réglé, être en forme.•Ne pas descendre si on est déjà essoufflé.

L'essoufflement est un des principaux dangers qui guettent le plongeur. Un début d’essoufflement provoque une respiration difficile, haletante, souvent accompagné de maux de tête.L'affolement et la panique peuvent survenir et entraîner une syncope avec sa conséquence fatale: la noyade.Il peut être prévenu par des mesures simples et efficaces


Applications à la plongée (5/7)• Intoxication au monoxyde de Carbone (CO)

Due au mauvais gonflage, compresseur défectueux, air inspiré vicié, provenant de l'échappement d'un moteur thermique (mauvaise combustion).

• Symptômes :

– Maux de tête, sueurs, nausées, changement de couleur de la face � Syncope• Conduite à tenir :

– Le CO se fixe sur les molécules d’hémoglobines du sang qui servent normalement au transport de l’oxygène, rendant impossible l’apport en O2 aux organes. Cette situation est irréversible sans acte médical, contrairement à l’intoxication au C02.

– Remonter et prévenir les secours pour évacuation sur un centre hyperbare O2 (caisson).

• Prévention :

– Pureté de l’air contenu dans la bouteille. Ne pas gonfler à proximité d’un moteur thermique en marche.


Applications à la plongée (6/7)• Intoxication à l’Azote: La Narcose

Ce gaz neutre, diluant, n'est pas dangereux à des faibles pressions. – L'installation de la narcose peut être progressive ou brutale, perçue ou non par le

plongeur.– Malgré des points communs, toutes les expériences de narcoses sont différentes.– Le seuil déclenchant la narcose est très variable. Les risques débutent vers 30 m (y

compris chez le plongeur expérimenté en cas d'effort violent). Danger Au-delà de 40m– L'habitude et le contrôle individuel diminuent les symptômes chez le plongeur

expérimenté.

Au-delà de 60m tous les plongeurs sont narcosés. Ce phénomène proviendrait de la fixation d’azote sur les cellules nerveuses du cerveau.

Lorsque la Pression partielle de l’azote dépasse 3,2 bars, soit une profondeur de 30 mètres, il y a risque de narcose !!!


Applications à la plongée (7/7)• Mécanisme :

– La narcose est une altération de la transmission des influx nerveux.– Il y a fixation d’azote sur les gaines de myélines recouvrant les fibres

nerveuses.

• Symptômes :– Ivresse des profondeurs / Euphorie.– Sensation de déséquilibre / Trouble de la vision.– Difficulté à lire les instruments (profondimètre, ordinateur..).– Retard de réponse aux signes.– Accentuation du dialogue intérieur.– Diminution de l'attention, de la mémoire, de la coordination. – Perte de conscience => mort par noyade (lâchage d'embout, masque arraché).

• Conduite à tenir:– Signaler rapidement et remonter immédiatement

• Prévention :– Descente lente / Pas d’efforts inutiles– Maîtrise technique (gilet)– Le froid est parfois un facteur aggravant– S’observer (sentir ses réactions) et observer ses coéquipiers.– Être en bonne condition physique. Éviter de plonger après une mauvaise nuit ou une soirée

trop « arrosée ».– L'essoufflement favorise la narcose ainsi que le manque de repères visuels– Limiter la profondeur et la durée

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