N4_-_02_-_Pressions_Partielles__Dissolution.pptx

Formation Niveau 4 – Guide de Palanquée
Pressions Partielles - Dissolution
Pressions Partielles et Dissolution
Philippe Jourdren
phil@philjourdren.fr

Plan du cours
• Introduction
• Pressions partielles
• Dissolution
– Rappels
– Le Mécanisme de saturation
– Les tables MN90 : Le modèle Haldanien
– Dissolution des gaz
– Coefficient de sursaturation
– Calcul de paliers
– Les autres modèles de décompression

Introduction
Pourquoi encore un cours sur ces sujets ?
• Connaître les seuils de toxicité de l’O2 et du N2 pour plonger en sécurité
• Comprendre le mécanisme de saturation et en particulier le modèle
haldanien
• En tant que Guide de Palanquée, vous devez être capable de comprendre
et d’expliquer simplement pourquoi on peut être amené à faire des
paliers
• Vous devez aussi pouvoir conseiller les plongeurs pour l’achat d’un
ordinateur et donc connaître quelques modèles de décompression
• Comprendre les termes « gradient », « compartiment »,
« sursaturation » (entre autres)
Être conscient que les paliers, ça se respecte !!!

Pressions partielles
• La notion de pression partielle d’un mélange
gazeux a été mise en évidence par John
Dalton
• La pression totale d’un mélange gazeux se
répartit en proportion de chacun des gaz qui
le compose.
– Par exemple dans l’air (21% d'O2 et 79% de N2)
• 21% de la pression totale est exercée par
l’oxygène,
• 79% par l’azote.
• La pression exercée par chacun de ces gaz
s’appelle la pression partielle (Pp)
• la somme des pressions partielles est égale à
la pression absolue.
• Dans un mélange gazeux, chaque gaz se
comporte comme s’il était seul.
0,6 bar d’O2 (20 %)
2,4 bar de N2 (80 %)
0,6 + 2,4 = 3 bar
Pabs = PpO2 + PpN2
Pp = Pabs * %gaz

Seuils de toxicité
• Seuil de toxicité de l’oxygène :
– PpO2 = 1,6 bar (en plongée loisir on prendra toujours la valeur 1,4 bar pour le mélange
« fond »)
– Seuil à partir du duquel le plongeur s’expose au risque hyperoxique
– Cette pression partielle est atteinte à une profondeur de 70 mètres en plongée à l’air (profondeur
non admise par le Code du Sport)
• Seuil de toxicité de l’azote :
– PpN2 = 3,5 bar
– Seuil à partir du duquel le plongeur s’expose au risque narcotique (narcose)
– Cette pression partielle est atteinte à une profondeur d’environ 33,75 mètres en plongée à l’air
(La narcose peut donc survenir dès cette profondeur chez les sujets les plus sensibles)
• Ces seuils permettent de comprendre les limites de la plongée à l’air et les règles de la
plongée aux mélanges

Mise en application
• Quelle est la limite de profondeur en plongée loisir pour un Nitrox 40/60 ?
– Ce Nitrox est composé de 40% d’O2 et de 60% de N2
– PpO2 = 1,4 bar
– Pabs = PpO2 / %O2 = 1,4 / 0,4 = 3,5 bar
– Profondeur max = 25 mètres
• Quel Nitrox doit-on confectionner pour avoir à 30 mètres une pression partielle d’azote équivalente à celle d’une plongée à
l’air à 20 mètres ?
– %N2 dans l’air : 80 %
– Pabs à 20 mètres : 3 bar
– Pabs à 30 mètres : 4 bar
– PpN2 à l’air à 20 mètres = 3 x 0,8 = 2,4 bar
– %N2 dans le mélange = 2,4 / 4 = 60 %
– Donc mélange Nitrox 40/60
• Quelle est la profondeur limite de plongée à l’air
– PpO2 = 1,4 bar
– Pabs = Ppo2 / %02 = 1,4 / 0,2 = 7 bar
– Profondeur max : 60 mètres
Pp = Pabs * %
Pabs = Pp / %
% = Pp / Pabs

Dissolution : Rappels
• Au cours d’une plongée, l’organisme se sature en azote. Le mécanisme de saturation est expliqué par la loi de Henry (principe mis en évidence
par William Henry en 1803)
• Enoncé de la loi
– « A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz au dessus du liquide »
• Lorsqu'un gaz est en contact avec un liquide il se produit un échange gazeux entre eux, le gaz se dissout dans le liquide.
– La dissolution va toujours dans le sens du milieu le plus concentré vers le moins concentré
– La dissolution n’est pas instantanée, elle prend plus ou moins de temps selon les parties du corps
• Les facteurs qui influencent la dissolution sont :
– La nature du gaz et du liquide
• L’air ne se dissout pas de la même manière dans l’eau et dans l’huile
– La pression, la température, la surface d'échange
• La pression augmente la dissolution
• Le froid favorise la dissolution
• Plus la surface d’échange est grande, plus la dissolution est importante
– La diffusion du gaz (c'est sa propriété à pouvoir pénétrer dans un liquide )
• L’azote se diffuse beaucoup mieux dans l’eau que l’oxygène (nous sommes constitués à 70% d’eau !)

Les Tables MN90 : Le Modèle Haldanien
• John Scott Haldane (1860-1936) a travaillé sur les
phénomènes de décompression. Il publie des tables
de plongée en 1907 qui prennent les hypothèses
suivantes :
– Saturation et désaturation sont instantanées et symétrique
– Modélisation du corps humain en compartiments
• Le corps est divisé en groupes étanches entre eux (sang, muscles, os, …) qui en fonction de
leur vascularisation réagissent à la saturation et à la désaturation
– Vitesse de remontée rapide
– Paliers proches de la surface
• Ce modèle a depuis été amélioré et raffiné !
– Vitesse de remontée lente
– Saturation et désaturation ne sont pas symétriques

Le mécanisme de saturation
Pression
partielle
de N2
dans l’air
respiré
N2 dissous
dans le corps
du plongeur

• La pression exercée dans un fluide sur un gaz est appelée la Tension
– On appelle Tension initiale (Ti) la tension à laquelle le mécanisme de saturation/désaturation démarre.
• La Tension initiale d’azote est de 0,8 bar lors d’une plongée initiale
– On appelle Tension finale (Tf) la valeur vers laquelle le mécanisme de saturation tend.
• Dans une plongée à 40 mètres, la Pression absolue est de 5 bar,
• La Tension finale d’azote est donc de 5 x 0,8 = 4 bar
• La Saturation, c’est l’équilibre entre la Pression et la Tension
• Le Gradient, c’est la quantité de gaz à dissoudre (ou à restituer) à un moment donné
– Pour une plongée initiale à 40 mètres, le Gradient d’azote est la différence entre la Tension finale et la Tension initiale
• Le corps humain est divisé en Tissus différents
– Il y a 12 tissus différents
– Chaque tissu a une vitesse de saturation spécifique
– Le temps (en minutes) nécessaire pour qu’un tissu dissolve la moitié du Gradient s’appelle la Période (T)
– Un Compartiment regroupe tous les tissus de même période
– Il y a donc 12 compartiments, notés CT
𝑮 = 𝑻𝒇 − 𝑻𝒊 = 𝟓 𝒙 𝟎, 𝟖 − 𝟎, 𝟖 = 𝟒 − 𝟎, 𝟖 = 𝟑, 𝟐 𝒃𝒂𝒓

• Si on considère un Compartiment de période T = 10’, soumis à une pression Pabs = 5
bar (soit 40 mètres de profondeur)
• le calcul de TN2 (tension d'azote) est le suivant :
– Tf (Tension finale) = 0,80 x 5 = 4 bar
– Ti (Tension initiale) = 0,8 x 1 = 0,8 bar (en surface)
– G (Gradient) = 4 – 0,8 = 3,2 bar
– Au bout de 10’, le tissu a dissout la moitié du Gradient (50% de l'azote), soit une tension de :
•
4 −0,8
2
=
3,2
2
= 1,6 𝑏𝑎𝑟
– La tension d’azote TN2 dans le tissu est donc maintenant de
Ti + G/2 = 0,8 + 1,6 = 2,4 bar
– Pendant les 10’ suivantes, le tissu dissout (4 - 2,4)/2 = 0,8
– La tension du gaz dans le tissu est 2,4 + 0,8 = 3,2 bar

Dissolution des gaz
Période Ti Tf Gradient (Tf – Ti) Dissolution Tension réelle
1 0,8 4 4 - 0,8 = 3,2 3,2 / 2 = 1,6 0,8 + 1,6 = 2,4
2 2,4 4 4 – 2,4 = 1,6 1,6 / 2 = 0,8 2,4 + 0,8 = 3,2
3 3,2 4 4 – 3,2 = 0,8 0,8 / 2 = 0,4 3,2 + 0,4 = 3,6
4 3,6 4 4 – 3,6 = 0,4 0,4 / 2 = 0,2 3,6 + 0,2 = 3,8
5 3,8 4 4 – 3,8 = 0,2 0,2 / 2 = 0,1 3,8 + 0,1 = 3,9
6 3,9 4 4 – 3,9 = 0,1 0,1 / 2 = 0,05 3,9 + 0,05 = 3,95
… … 4 … … …
Le tableau représente les tensions
• Ti = tension initiale
• Tf = tension finale
• Tréelle = Ti + Dissolution = tension du gaz à la fin de la période
En 6 périodes un compartiment est quasiment à saturation
• Le compartiment C5 se sature (et se dessature) donc en 30 minutes
• Le compartiment C20 se sature (et se dessature) donc en 2h
• Le compartiment C120 se sature (et se dessature) donc en 12 heures

Dissolution des gaz
Saturation
Désaturation
0 %
50 %
75 %
87,5 %
93,75 %
96,88 %
98,48 %
50 %
25 %
12,5 % 6,25 %
3,13 %
1,56 %

Coefficient de sursaturation
• Lorsque la remontée est trop rapide ou que les paliers ne sont pas
respectés, il y aura un dégazage anarchique dans l’organisme, et
formation de bulles annonciatrices de l’ADD. Ce phénomène est appelé
la « sursaturation critique ».
– 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 :
• Un coefficient de sursaturation critique « CSc » est déterminé pour
chaque compartiment. Ce coefficient fixe la limite admissible à ne pas
dépasser pour garantir le non dégazage.
Cs =
𝑻𝑵𝟐
𝑷𝒂𝒃𝒔
𝐨𝐮 𝐛𝐢𝐞𝐧 𝐏𝐚𝐛𝐬 =
𝑻𝑵𝟐
𝑪𝒔

Coefficient de sursaturation
Compartiment Période Saturation CSc
C5 5’ 30’ 2,72
C7 7’ 42’ 2,54
C10 10’ 1h 2,38
C15 15’ 1h30’ 2,20
C20 20’ 2h 2,04
C30 30’ 3h 1,82
C40 40’ 4h 1,68
C50 50’ 5h 1,61
C60 60’ 6h 1,58
C80 80’ 8h 1,56
C100 100’ 10h 1,55
C120 120’ 12h 1,54

Calcul de paliers
• A la remontée, les compartiments dessaturent de façon inverse à la saturation
• Le coefficient de sursaturation augmente pendant la remontée, mais il ne doit
pas dépasser le coefficient de sursaturation critique
• Quand CS = CSc il faut arrêter la remontée (pour stopper la diminution de PpN2.
On attend alors que la valeur de Cs diminue de nouveau pour pouvoir
reprendre la remontée. C’est donc un palier de décompression.
• Le compartiment ayant entraîné le palier est appelé « Compartiment
Directeur ». C’est le compartiment directeur qui détermine la profondeur du
palier à effectuer

Calcul de paliers : Illustration
• Un plongeur plonge à 40 m pendant 20’. Parmi les compartiments C5, C10 et
C20, lequel est le compartiment directeur ? A quelle profondeur doit-il effectuer
son premier palier ?
• Le compartiment directeur est le C5
• Il faut effectuer un palier au minimum à 4 mètres (soit un palier à 6 mètres
comme on suit les Tables MN90)
Compartiment
Nombre de
périodes
effectuées
TN2 du
compartiment
CSc Pabs = TN2 / CSc
C5 4 3,8 2,72 1,4 bar
C10 2 3,2 2,38 1,34 bar
C20 1 2,4 2,04 1,18 bar

Modèles de désaturation
• Les phases de saturation / désaturation sont des phénomènes complexes et non
linéaires.
• Ces phénomènes sont toujours en phase d’étude
Les tables MN90 utilisent un modèle
« haldanien »
Vitesse de saturation rapide au début
puis ralentissant
Vitesse de désaturation rapide au
début puis ralentissant
Tous les ordinateurs de plongée
n’utilisent pas le même modèle

Modèles de désaturation
• Il n’y a pas de modèle meilleur qu’un
autre
• Beaucoup de modèles sont déduits ou
s’inspirent des autres
• Plusieurs théories
– Décharge
– Diffusion
– Séries
– Micro-bulles
– Deep-stop (déconseillé en plongée loisir)

Questions / Réponses

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Mise à jour : Mars 2023
Certains schémas de cette présentation
sont extraits de Illustra-Pack 3 de Alain Foret

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