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Les modèles de décompression

Les modèles de décompression. Emmanuel Bernier (rév. 21/11/13). Plan. La « préhistoire » Notion de modèle Le modèle de Haldane Les modèles post-haldaniens Thèmes de déco MF2. La préhistoire (1).

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Les modèles de décompression

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  1. Les modèles de décompression Emmanuel Bernier (rév. 21/11/13) Approfondissement théorie MF2

  2. Plan • La « préhistoire » • Notion de modèle • Le modèle de Haldane • Les modèles post-haldaniens • Thèmes de déco MF2 Approfondissement théorie MF2

  3. La préhistoire (1) • 1670 : R. Boyle observe un ADD sur une vipère brutalement dépressurisée (présence de bulles de « gaz ») • XIXe siècle : travail au sec en milieu hyperbare (piles de ponts, mines)  « mal des caissons », bends (traitement à l’alcool : frictions et ingestion !...) • 1854 : la recompression soulage les symptômes • 1861 : Bucquoy formule l’hypothèse que le gaz dissous dans le sang repasse en phase gazeuse quand la pression ambiante chute Approfondissement théorie MF2

  4. La préhistoire (2) • Paul Bert (physiologiste et homme politique français) : • Physiologie de la respiration : effets de l’altitude et de la plongée  rôle de la pression partielle d’oxygène • 1878 : « La pression barométrique » • Rôle des bulles d’azote dans l’ADD : • Décompression lente (vitesse constante) • Respiration d’O2 pour améliorer la déco Approfondissement théorie MF2

  5. La préhistoire (3) • John Scott Haldane (physiologiste écossais) : • Rôle du CO2 sanguin dans la respiration • 1906 : chargé par l’amirauté britannique d’établir un protocole de déco • expérimentation animale  modélisation • 1908 : premières tables de déco basées sur un modèle Approfondissement théorie MF2

  6. Notion de « modèle » • Représentation simplifiée de la réalité : • Hypothèses (simplificatrices)  théorie • Limites d’utilisation (validité des hypothèses) • Calibration • Validation expérimentale • Simulation (plus facile et moins dangereux à mettre en œuvre que la réalité) Approfondissement théorie MF2

  7. Structure d’un modèle de déco(d’après JP. Imbert) Profil de remontée Données plongée Échanges gazeux Critère de sécurité de la remontée Paramètres échanges Paramètres sécurité Approfondissement théorie MF2

  8. Hypothèses de Haldane • Diffusion alvéolaireinstantanée • Diffusion tissulaireinstantanée • Tissus anatomiques représentés par des compartiments indépendants (pas de transferts entre eux) • Charge et décharge symétriques • Taux de perfusion constant • Tout le gaz est dissout, les bulles sont pathogènes • Perfusion limitante Approfondissement théorie MF2

  9. Aparté : perfusion / diffusion Diffusion (cinétique de dissolution) Perfusion (cinétique de remplissage d’un tissu) Approfondissement théorie MF2

  10. Paramètres en jeu • Diffusion : • Surface de contact • Taille des molécules • Gradient • Taux de perfusion : Capacité du tissu en azote Irrigation du tissu en azote Solubilité gaz-sang x débit sanguin Solubilité gaz-tissu x volume tissu Approfondissement théorie MF2

  11. Les compartiments • Ils représentent un ensemble de tissus anatomiques • Ces tissus sont plus ou moins perfusés • Ils ont une certaine capacité à stocker de l’azote (en fonction de leur volume et de la solubilité de l’azote dans le tissu) • Q = Q0 x Vr Q Vr (gradient) Vi (tension initiale) Approfondissement théorie MF2

  12. Compartiments courts et compartiments longs Compartiment long Compartiment court Approfondissement théorie MF2

  13. Le calcul de Haldane • Le corps humain peut fixer 35 x plus d’azote que le sang : • 1/35 dans le sang • 34/35 dans les tissus • 1er cycle : le sang délivre 1/35ème de l’excès • 2ème cycle : 1/35ème de l’excès restant (34/35) • Cumul n cycles : 1/35 x Σ (34/35)i fonction exponentielle du temps • Demi-charge en 24 révolutions • Env. 1 révolution sanguine / min  T=24 min Approfondissement théorie MF2

  14. Que nous dit le modèle de Haldane ? • Tissus représentés par des compartiments (5) • Chaque compartiment caractérisé par sa période représentative de sa perfusion (5, 10, 20, 40, 75min) vitesse de charge et de décharge • En 1 période, le compartiment échange la moitié du gradient (pression partielle – tension) charge et décharge exponentielles • Remontée possible si P2 / P1≤ 2 (Sc = 1,58 pour tous les compartiments) critère imposant les paliers (tous les 10ft) Approfondissement théorie MF2

  15. Compartiments et tissus • 1 compartiment ne représente pas 1 tissu • Les différents tissus (dans leur ensemble) semblent se comporter comme un ensemble de compartiments • Tissus courts  longs : SNC, OI – Peau – Muscles – Os Approfondissement théorie MF2

  16. Méthodologie de calcul • Tension initiale (Ti) • Pression partielle d’azote respirée= PpN2 • Gradient : G = PpN2 – Ti • Durée  nombre de périodes  pourcentage de saturation (%sat) • Tension finale :Tf = Ti + %sat x G Approfondissement théorie MF2

  17. Les 3 états de saturation PPN2 PPN2 N2 TN2 TN2 G = 0 G > 0 G < 0 N2 TN2 TN2 En surfaceSaturation En plongéeSous-saturation A la remontéeSur-saturation Approfondissement théorie MF2

  18. Stratégie de décompression • Minimiser la durée de déco • Maximiser le gradient d’azote • Remonter à la profondeur minimale admissible pour effectuer un palier : • Accélère la décharge des tissus courts • Minimise la charge des tissus longs Approfondissement théorie MF2

  19. Application : les tables MN90 • 12 compartiments 5 à 120min • 13ème compartiment 240min pour la respiration d’O2 en surface • 1 Sc par compartiment : TN2 / Sc ≤ Pabs • Population test : 1095 plongeurs d’âge moyen de 32 ans Approfondissement théorie MF2

  20. 1,0 b 1,2 b 1,4 b 1,6 b 1,8 b TN2 / Sc TN2 / Sc TN2 / Sc TN2 / Sc 2,0 b MN90 : Compartiment directeur • Pour chaque compartiment on calcule TN2 / Sc qui représente la Pabs minimum autorisée • Le compartiment directeur est celui qui impose le premier stop  valeur Pabs la plus grande • TN2 ≤ Sc x PabsTN2 ≤ Sc x (1 + Prof/10)TN2 ≤ Sc + (Sc / 10) x Prof Approfondissement théorie MF2

  21. MN90 : Compartiment directeur En pratique : • Plongée profonde mais courte : compartiment court • Plongée peu profonde et longue : compartiment long • Plongée longue et profonde : compartiment court  long • Plongées répétitives :compartiment très long ! Approfondissement théorie MF2

  22. Et si on vous demande… • Calcul de la durée d’un palier : • Tf = Sc • Ti = Tf en début de palier (ie fin de plongée) • Pp = pp N2 à la profondeur du palier • %sat = (Tf – Ti) / (Pp - Ti) • Calcul d’une majoration (C120) : • Tf = AR • Ti = 0,8 • Pp = pp N2 à la prof. de la plongée successive Approfondissement théorie MF2

  23. Un modèle à succès • Flexibilité : • Nb compartiments (6 à 16) • Périodes choisies (3min à 700min) • Coefficients Sc (fixes ou variables) • Simplicité : un seul paramètre, facile à mesurer = pression • Facilité de mise en œuvre : ordinateurs Approfondissement théorie MF2

  24. Mais aussi des limites !... • Présence de µ-bulles circulantes à la décharge (gaz gazeux) • Équilibre alvéolaire ralenti par les µ-bulles « silencieuses » • Décharge plus lente que la charge du fait des micro-bulles ( modèle sigmoïde, modèle à décharge linéaire) • Équilibre tissulaire non instantané dans les tissus lents (cartilages articulaires) • Taux de perfusion variable à effort (augmentation de la température et de la perfusion) • Composition du gaz alvéolaire différente de celle du gaz respiré (H2O et CO2 indépendants de la pression) • Développé pour des plongées « carrées » (yoyo, remontée rapide,…) • Approfondissement de la recherche (militaires, plongée tek) • Utilisation d’He (plus diffusible que l’N2, 2 gaz neutres) • Nouveaux modèles Approfondissement théorie MF2

  25. Hempleman (1952) • Bends consécutifs aux plongées courtes et profondes ou longues et peu profondes • Cartilage : tissu non vascularisé entouré d’une membrane synoviale très vascularisée diffusion limitante • TN2 = k . prof . t (Fick) • NDL : prof . t ≤ 500 ft.min1/2 • Critère de remontée : TN2 – Pabs ≤ 30 fsw • Tables BSAC (adaptation Hennessy) Approfondissement théorie MF2

  26. Workman(1965) – Bühlmann(1983) • Généralisation Haldane incluant l’He (US Navy) • Le seuil de tension d’N2 dépend du compartiment et de la profondeur : M = M0 + ΔM . Prof • M  valeur Maxi d’azote tolérable à la profondeur courante (M0 Sc) • Bühlmann : composition de l’air alvéolaire (ppCO2 et ppH2O constantes)  altitude • M-values de surface = plongées sans déco (PADI) Approfondissement théorie MF2

  27. Les M-values • « Une ligne noire dans une zone grise » Droite des M-values Approfondissement théorie MF2

  28. Les M-values Approfondissement théorie MF2

  29. Les facteurs de gradient (GF) 100% %GF 0% • GF 15/80  VPM-B +2 • Logiciel déco : MV plan Approfondissement théorie MF2

  30. Spencer (1971) • Bulles circulantes détectées par doppler : veinous gas emboli (VGE) • Corrélation VGE / bends • Déco humide ≠ déco sèche  validation • Modèle d’échanges gazeux haldanien • Critère de remontée sans déco inspiré d’Hempleman (objectif 20% de VGE) : prof . t ≤ 465 ft.min1/2 Approfondissement théorie MF2

  31. Volume critique de bulle (1977) • Hemplemann, Hennessy : • Compression à saturation • Décompression jusqu’à l’apparition de bends • Relation linéaire entre les 2 profondeurs  Mariotte !… • La taille des bulles est responsable des bends • Calcul de la croissance des bulles (pression, tension superficielle, échanges bulle-tissu) critère de remontée type Workmann (M-values) • Application aux modèles haldaniens : • MT92 (JP. Imbert), base statistique COMEX • ZH-L8 ADT (Buhlmann) Approfondissement théorie MF2

  32. DCIEM (1979) • Kidd & Stubbs (1962-1967) durcissent la table US Navy • Hypothèse des compartiments en série • 5000 plongées expérimentales de validation • Réévaluation du modèle K&S sous surveillance doppler • NDL proche MN90 Approfondissement théorie MF2

  33. Thalmann (1985) • Projet US Navy d’ordinateur de déco • Test : 850 plongées humides, exercice modéré • Nécessité d’augmenter jusqu’à 3x la déco donnée par la table US navy • Thalmann propose une décharge linéaire plus lente Approfondissement théorie MF2

  34. VPM (1986) • Saturation haldanienne (ZH-L16) • Préexistence de bulles dans les compartiments : • échanges gaz gazeux  gaz dissout • Prise en compte d’autres gaz dissous : O2, CO2, H2O • Modélisation du comportement des µ-bulles (tension superficielle, effet du surfactant, forces électrostatiques) Approfondissement théorie MF2

  35. Effet de la tension de surface Fluide Pression interne Pamb = 2,0 atm PS = 0,5 atm PS = K / r Pbulle = 2,5 atm Gaz 4 µm Approfondissement théorie MF2

  36. Tensio-actifs Hydrophile Hydrophobe Gaz  Perméabilité variable Fluide Approfondissement théorie MF2

  37. Que dit VPM ? • La taille des « grosses » bulles tend à  par diffusion car Pbulle > Pamb • La diffusion bulle-tissu n’est pas constante (perméabilité variable) : elle augmente avec la taille (écartement des molécules tensio-actives) • L’aptitude des bulles à grossir ou à se contracter dépend de leur taille et de la sursaturation : équation de non croissance des bulles Approfondissement théorie MF2

  38. Évolutions de VPM • L’équation de non croissance produit des décos très conservatives pour les plongées peu saturantes • L’algorithme du volume critique (CVA) autorise la croissance jusqu’à un volume critique (Hemplemann, Hennessy) • VPM-B : prise en compte de la croissance des bulles par Mariotte à la remontée Approfondissement théorie MF2

  39. VPM en pratique • Adapté à la plongée profonde et multi-gaz • Paliers profonds, vitesse lente : filtrage des bulles avant leur croissance, favorise l’élimination de l’He • Applications : • Ordinateurs plongée : RGBM (1991), V-Planner live • Logiciels de déco : V-Planner, HLPlanner,… Approfondissement théorie MF2

  40. Profil de déco VPM Approfondissement théorie MF2

  41. RGBM (1991) • Modèle commercial  peu d’informations disponibles… • RGBM vs VPM (B. Wienke) : • Pas basé sur les propriétés de la gélatine !… • Persistance des noyaux gazeux calculée (?) • Taux d’accident plus faible que VPM !… Approfondissement théorie MF2

  42. Modèle sigmoïdal (1992) • Expérimentation sur des lapins à 4 ATA • Observation d’un retard de dégazage : • Stabilité des micro-bulles • Réinjection dans le versant artériel • Impact sur la majoration (successives) Approfondissement théorie MF2

  43. Approche probabiliste • Pas de modèle déterministe : les valeurs des Sc (ou autres critères) ne sont pas valides dans 100% des cas • Analyse statistique des profils et des accidents (bases de données) • L’ADD est un événement aléatoire dont on quantifie la probabilité Approfondissement théorie MF2

  44. Validation statistique d’unmodèle • BDD de référence (profils) • Analyse statistique sur la BDD de référence • Extrapolation probabiliste avec un intervalle de confiance (indépendant de la BDD de réf.) :« Pour une plongée sans palier de 20 min à 40 m, il y a 95% de chances que le risque d’accident soit compris entre 1,57% et 6,43%. » • Compromis risque accepté / durée déco Approfondissement théorie MF2

  45. Les paliers profonds(Pyle stops) • Richard Pyle et la physiologie des poissons… • 2 min à mi-distance entre le fond et le 1er palier « classique » • Implémentation sur certains ordinateurs (Galileo,…) • Paliers profonds « vrais » : VMP, GF Approfondissement théorie MF2

  46. Les paliers profonds En vert : décompression progressive Bühlmann GF En rouge : Pyle stop (sur Bühlmann) Approfondissement théorie MF2

  47. Synthèse • Haldaniens : • Workman - Bülhmann (M-values) • Spencer (bulles silencieuses) • Thalmann • Autres : • Hempleman - Hennessy (diffusion) • Modèle sigmoïdal • DCIEM • VPM, RGBM • Probabilistes • Critères de sécurité : • Théories classiques : gestion de la quantité de gaz neutre • Nouvelles théories : gestion des bulles Approfondissement théorie MF2

  48. Comparaison NDL (min) Approfondissement théorie MF2

  49. Logiciels de déco • HL Planner (VPM) : http://www.hlplanner.com/ • V-Planner (VPM) : http://www.hhssoftware.com/v-planner/ • MultiDeco (VPM / Bühlmann GF) : http://www.hhssoftware.com/multideco/ • MV-plan (Bühlmann GF) : http://www.users.on.net/~wittig/diving/mvplan.html • Decoplanner (VPM / Bühlmann GF) : http://www.globalunderwaterexplorers.org/products/software/decoplanner • PastoDeco (VPM / Bühlmann GF) : http://pastodeco.antoniopastorelli.com/ • GAP (Bühlmann GF) : http://www.gap-software.com/ Approfondissement théorie MF2

  50. Thèmes d’examen MF2 • Utilisation des tables, planification • Plongée en altitude (montée brusque ou lente de la mer vers un lac) • Utilisation de l’oxygène (altitude) • Plongée aux mélanges (altitude) • Manipulation du modèle de Haldane (mélanges, altitude) • Limites du modèle de Haldane • Connaissance des autres modèles Approfondissement théorie MF2

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