Pression partielle et tension d'un gaz
L'air que nous respirons contient approximativement 80% d'azote (N2)
et 20% d'oxygène (O2). Si on considère que la
pression atmosphérique est de 1 bar, la pression partielle (part de pression due
à l'azote) est : PpN2 = 0,8 bar.
De même PpO2 = 0,2 bar. Dans un verre d'eau,
il y a de l'azote et de l'oxygène dissouts dans les mêmes
proportions. Pour définir la quantité de gaz dissout dans
un liquide, on ne parle plus de pression partielle mais de tension. La
tension d'un gaz dans un liquide ou un tissu s'exprime en bar. A saturation
les échanges gazeux entre l'air et le liquide peuvent être
considérés comme nuls : la tension d'un gaz est alors
égale à la pression partielle de celui-ci dans l'air. Dans
l'eau d'un verre, la tension d'oxygène est : TO2 = 0,2 bar
et de même, on a : TN2 = 0,8 bar.
Au niveau de la mer, au début d'un séjour de plongée
et avant la première plongée, la tension d'azote dans nos
tissus est aussi de 0,8 bar : nous sommes à saturation.
Il n'en va pas de même pour l'oxygène. L'oxygène est
principalement véhiculé dans le corps par l'hémoglobine
du sang. Une partie non négligeable de l'oxygène respiré
circule sous forme dissoute. Cet oxygène n'a pas à inquiéter
le plongeur car il sera consommé de toutes façon par nos
cellules. Le principal déchet de combustion de l'oxygène
est le gaz carbonique (CO2) qui sera acheminé par le sang (dans
l'hémoglobine et sous forme dissoute) vers les poumons.
Pendant une plongée, nous exposons notre corps à une pression
ambiante importante. En plongée, la pression partielle d'azote dans
l'air respiré est plus importante car cet air est à la pression
ambiante. Par exemple à 30 m, la pression absolue est de 4 bar,
donc PpN2 respiré = 3,2 bar. Si la
phrase précédente vous pose un problème, allez donc
faire un petit tour du coté de chez Dalton
(calcul des pressions partielles) et revenez dans une minute... Ça
y est ? on continue. On se souvient qu'au début de la plongée
la tension d'azote dissout dans nos tissus est de 0,8 bar. La différence
entre la pression partielle d'azote respiré et la tension d'azote
dissout dans les tissus va provoquer une nouvelle saturation des tissus
en azote. Ça va devenir intéressant, car les tissus ne se
saturent pas tous à la même vitesse...
La période des tissus
La période d'un tissus est le temps qu'il va mettre pour arriver
à la moitié de la saturation. Dans le cas de nos plongeurs
qui viennent d'arriver à 30 m, il y a une différence
de 2,4 bar entre TN2 et PpN2 respiré
(3,2 - 0,8). Cette différence s'appelle le "gradient".
Si nos plongeurs restent à 30 m, de l'azote va se dissoudre
dans les tissus pour tendre vers la saturation. Si on restait suffisament
longtemps à cette profondeur, tous les tissus auraient une TN2
de 3,2 bar (bonjour les paliers !).
Les tissus qui se saturent vite (sang, graisse...) sont appelés
"tissus courts". Leur période peut n'être que de
quelques minutes. Les "tissus longs" (os, tendons...) ont des
périodes pouvant atteindre plusieurs heures.
La désaturation
Lorsque la PpN2 respiré est supérieure à la TN2 dissout dans un tissu, celui-ci se sature en azote.
Lors de la remontée la pression absolue (ambiante) va baisser. Il arrivera un moment où la pression absolue
sera inférieure à TN2. le tissu est dit en sursaturation et il va alors commencer à
se désaturer en azote. Le phénomène de désaturation suit les mêmes
règles de progression que la saturation. Certains tissus se désatureront vite, d'autres le feront plus
lentements (tissus courts et tissus longs).
Lors d'une désaturation normale, l'azote dissout dans le sang repassera dans l'air au niveau des alvéoles
pulmonaires. Ce phénomène est assez rapide car le sang est un tissu court. Le sang qui repart alors vers les
organes a une TN2 plus faible qu'avant et s'en va irriguer les organes qui, eux, ont encore une TN2 importante. L'azote de
ces organes va alors passer dans le sang (plus ou moins vite en fonction de la période du tissus) qui l'apportera aux
poumons pour un nouveau cycle
Pendant la plongée, le sang s'était saturé en azote et l'avait distribué a tout le corps. Lors
de la remontée, c'est encore lui qui véhicule l'azote dans le sens contraire
Si la pression ambiante est très inférieure à la TN2 d'un tissus, l'azote qu'il contient n'aura pas la
patience de se laisser véhiculer par le sang jusqu'aux alvéoles des poumons.
C'est ce qui arrive lorsqu'on remonte trop vite (la pression absolue diminue rapidement). En effet, la tension d'azote
n'étant pas suffisament compensée par la pression ambiante, l'azote reprendra sa forme gazeuse dans le tissu.
On dit que le tissu est alors en sursaturation critique. D'où une formation de bulles d'azotes qui provoqueront
un accident de décompression. Les tables de plongées sont calculées pour nous donner des profils
de remontée qui empêcheront un tissu de se trouver dans une telle situation. Pour établir ces tables,
on associe à chaque tissu (caractérisé par sa période), un coefficient de sursaturation
critique :
Le coefficient de sursaturation critique
Les premières tables de plongées ont été calculées en considérant
qu'un tissus pouvait supporter une TN2 deux fois plus grande que la pression ambiante sans que n'apparaîssent
de bulles dans ce tisssu. Cette approximation n'était pas assez sévère. Avec l'expérience
on s'est aperçu que tous les tissus n'ont pas le même seuil de tolérance. Voilà pourquoi on a
été amené à déterminer pour chaque groupe de tissus l'écart maximum qu'il
peut supporter entre la TN2 et une pression ambiante plus faible.
Le coefficient de sursaturation critique d'un tissus se note Sc. C'est un simple nombre. Prenons le cas d'un
tissu dont le coefficient Sc = 1,6. Cela signifie que TN2 pourra être au plus 1,6 fois plus grande que la
pression ambiante. C'est une valeur à ne pas dépasser. Les premières tables de plongées
utilisaient un coefficient Sc = 2 pour tous les tissus !
Le but des paliers de décompression est de faire en sorte que pour chacun de nos tissus le coefficient Sc ne soit jamais dépassé. Si on connait TN2 et Pabs. on peut calculer TN2 / Pabs pour vérifier qu'on est bien au dessous du coefficient Sc du tissu considéré.
