3/ Mécanisme

L'accident de décompression est dû à des phénomènes de dissolution des gaz dans les liquides du corps (sang, lymphe) et les tissus ayant des caractéristiques proches (n'oublions pas que notre corps est composé de 60 à 70 % d'eau). Nous allons donc dans un premier temps étudier ces phénomènes de dissolution.

3.1/ La dissolution des gaz.

Tous les corps sont constitués d'un grand nombre d'objets élémentaires : les atomes. Ces atomes s'assemblent pour former des objets plus importants : les molécules.

Selon leurs propriétés ces molécules s'attirent et se repoussent les unes les autres. La "consistance" d'un corps dépend des forces qui sont prédominantes : si les forces de liaisons sont très fortes nous aurons des solides, si elles sont plus faibles des liquides et si ce sont les forces de répulsions qui sont les plus fortes nous auront des gaz.

Quels que soient les corps, il existe des espaces vides entre les molécules, on peu même dire que la majorité de l'espace occupé par un corps est vide : si l'on ramenait le corps humain au strict volume des particules qui le constituent, il n'occuperait plus que quelques millimètres cubes.La matière concentrée à ce point n'existe qu'au coeur des étoiles les plus denses : les trous noirs et les étoiles à neutrons.

Pour nous la conséquence pratique de tous celà, c'est que tous les corps que nous connaissons sur terre sont constitués de beaucoup de vide et d'un peu de matière. Des molécules d'un autre corps peuvent venir se loger dans ces vides : c'est le phénomène de la dissolution.

Quand nous prenons cette bouteille d'eau minérale sans la déboucher, l'eau qu'elle contient semble tout ce qu'il y a de plus normale : fluidité homogénéité, transparence... Nous pouvons secouer la bouteille autant que nous voulons

La quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression que ce gaz exerce sur le liquide. Ceci est vrai à l'équilibre entre le gaz et le liquide et à une température donnée.

Si nous laissons cette bouteille à l'air libre, au repos un certain temps nous constatons que la formation de bulle finie par s'arrêter. Nous ne sommes plus à l'état de sursaturation critique. Mais si nous goûtons l'eau son goût est anormal, piquant : son contenu en gaz reste plus élevé que celui de l'eau naturelle. Cette eau reste sursaturé en gaz.

Si nous continuons à laisser la bouteille s'éventer et que nous prélevons un peu d'eau de temps en temps, nous allons voir qu'elle perd peu à peu son goût : son contenu en gaz continu de diminuer, Elle continue à se désaturer sans faire de bulles. Une sursaturation inférieure au seuil de sursaturation critique provoque un dégazage uniquement au niveau de la surface de contact liquide/gaz.

Au bout d'un certain temps nous allons finir par retrouver une eau plate absolument normale : l'eau est revenue à un état d'équilibre avec l'atmosphère : elle est revenue à un nouvel état de saturation.

Maintenant reprenons cette bouteille, refermons la et remettons à l'intérieur (avec une bouteille de gaz comprimé et un détendeur) la pression de gaz carbonique qu'il y avait au départ. L'eau pourrait à nouveau contenir un grande quantité de gaz, beaucoup, plus qu'elle n'en contient actuellement : elle est en état de sous saturation. Elle va se charger en gaz à travers la surface de contact pour revenir vers un nouvel état d'équilibre.

La figure 1 décrit ces 4 états et les transitions entre eux, pour un système mettant en présence un seul gaz et un seul liquide. Il faut appliquer les regles suivantes pour lire ce graphe :

Nous avons entrevu le rôle du temps dans ces processus et dans les transitions entre les différents états. Néanmoins pour la compréhension du mécanisme de l'accident de décompression nous en resterons à des notions qualitatives. De la même manière, nous n'avons pas défini de façon exacte le seuil entre la sursaturation et la sursaturation critique. Ces notions seront vues de manière précise dans les éléments de calculs de table.

3.2/ Application au plongeur

Le problème qui nous intéresse est lié à des phénomènes de dilution donc à des échanges entre des milieux gazeux et liquides. La première question à se poser est : quels sont les couples liquides/gaz qui vont être déterminants pour nous, plongeur ?

Tous les liquides et plus largement tous les tissus du corps humain sont suceptibles de dissoudre des gaz : le sang bien sûr, les graisses, mais aussi les tissus nerveux, les muscles, les os, la peau...

Nous allons passer en revue tous les candidats possibles c'est à dire tous les gaz contenus dans le mélange que nous respirons. Prenons le cas de l'air alvéolaire que nous considérerons comme composé de 80 % d'azote, 16 % d'oxygène et de 4 % de CO2. Nous savons que les pourcentages de CO2 et d'O2 sont variables avec la profondeur (pûisque nous savons que PpCO2 est constante), mais nous allons voir que ce n'est pas vraiment important, dans le cas qui nous intéresse ici.

Il y a donc, à priori pour l'O2 et le CO2 une forme dissoute qui pourrait être cause d'accident de décompression. Cette phase dissoute n'est pas quantitativement négligeable. Il y a 3 ml d'O2 dissous par litre de sang (à la pression atmosphérique), c'est une quantité de l'ordre du tiers de celle d'azote.

Néanmoins il faut remarquer que la présence sous forme dissoute est "encadrée" par les processus de fixations chimiques : si par sursaturation critique une bulle d'O2 ou de CO2 apparaissait dans l'organisme il s'enclencherait immédiatement un processus de fixation avec l'hémoglobine ou les carbonates.

Pour donner une idée de la puissance relative du processus de fixation et du processus de dissolution, ont peut dire que si 1 l de sang peut dissoudre 3 ml d'O2 (à la pression atmosphérique), l'hémoglobine de ce même litre peut, elle, en fixer 200 ml. Dans le corps humain, pour l'O2 et le CO2 la dissolution joue un rôle très mineur devant la fixation chimique.

Les processus de fixations chimiques étant beaucoup plus "performants" que les processus de dissolution en aucun cas une bulle d'O2 ou de CO2 ne peut se former dans le corps humain.

L'azote est un gaz qui n'est pas utilisé par notre organisme, aucun moyen de fixation chimique n'est prévu pour lui. Si lors d'une sursaturation critique une bulle d'azote se forme, aucun processus de combinaison chimique ne permettra son absorption. Dans notre corps, la dissolution est la seule forme de présence de l'azote, ce gaz est donc suceptible de créer des bulles et donc un accident de décompression.

Pour donner une idée des quantités en présence 1 l de sang peut à 0,8 bar de pression partielle, dissoudre 10 ml (STDP) d'azote. Pour l'ensemble du corps humain on arrive à des quantités de l'ordre de 0,9 à 1 l (STDP) à la surface et 2,5 à 3 l (STDP) à 20 m (quantité atteinte pour les plongées très longues : 2 h).

Tous les autres gaz qui ne sont normalement pas utilisés par notre organisme (autrement dit non métabolisés) et qui ne servent que de diluant à l'O2 sont dans le même cas. Ces gaz sont classiquement l'hélium ou l'hydrogéne (expérimental) dans la plongée aux mélanges. L'hydrogéne n'étant un gaz ni vraiment inerte ni vraiment neutre, on préférera parler de gaz non métabolisés plutôt que de gaz inertes dans les causes de l'accident de décompression.

Le cas nous intéressant le plus directement étant celui du plongeur sportif respirant de l'air nous nous intéresserons uniquement à la dissolution de l'azote dans l'organisme.

3.3/ Notions de base du mécanisme de l'accident de décompression : la théorie de Haldane

étudions les différents états de saturation de l'organisme d'un plongeur, en surface, à la descente, au fond puis à la remontée. Nous allons suivre, sur des graphes inspirés de la figure 1, l'évolution de l'équilibre gaz/tissus du plongeur au cours de cette plongée.

Les variations de profondeurs (donc de pression),vont agir comme des perturbations extérieures qui tendront à écarter le plongeur de l'équilibre avec le milieu ambiant. Ces évolutions sont représentées en figure 2 et 3 dans le cas d'une plongée normale puis dans le cas d'une plongée anormale.

Si le plongeur est en surface depuis assez longtemps son corps est à l'équilibre avec l'air à la pression atmosphérique. Notre plongeur se trouve à l'étape n° 1 sur la figure 2 ou 3.

En profondeur la pression totale augmente. le plongeur qui est parti avec son corps en état d'équilibre avec l'air à la pression atmosphérique se trouve en état de sous saturation par rapport à l'air sous pression qu'il respire. Ce nouvel état est représenté par l'étape n°2. Son corps va donc se charger en azote dissous pour aller vers un nouvel état d'équilibre.

Selon le temps qu'il a passé au fond le plongeur a, à peu près, atteint un nouvel état d'équilibre avec l'air sous pression qu'il respire. Mais il a, de toute façon, dissous dans son corps une quantité d'azote plus grande que celle qui correspond à l'état d'équilibre en surface. Ce nouvel état est représenté à l'étape n°3.

Lors de la remontée la pression totale diminue. Le plongeur quitte le fond avec une quantité d'azote plus importante que la quantité d'équilibre en surface, il va à un moment ou un autre se trouver en état de sursaturation par rapport à l'air qu'il respire. Il se trouvera alors à l'étape n°4.

Si cette sursaturation reste en dessous d'un certain seuil, la désaturation se fera sans problème (comme dans la bouteille d'eau minérale quand elle continue à dégazer sans faire de bulles) et au bout d'un certain temps le plongeur va revenir à l'état d'équilibre, à l'étape n°1 de la figure 2 (plongée normale).

Si par contre cette sursaturation dépasse un certain seuil (état de sursaturation critique),on passe à l'étape n°5 de la figure 3. La désaturation se fera avec dégagement de bulles.

chacune de ces bulles de gaz est soumise à la loi de Mariotte et à la loi de Henry : elle va augmenter de volume avec la diminution de pression et elle va se nourrir de l'azote des tissus alentours.

Ces bulles vont provoquer divers troubles (obstructions de vaisseaux, dilacération de tissus...) selon l'endroit ou elles se localisent, c'est l'accident de décompression. Mais surtout, les bulles vont déclencher toute une chaîne de réactions biologiques, que l'on appelle la Maladie de Décompression.

Cette approche du mécanisme de l'accident de décompression est due à PAUL BERT et surtout à HALDANE qui ont, au début de ce siècle, étudié les accidents qui se produisaient chez les scaphandriers pieds lourds et les ouvriers "tubistes" (ouvriers travaillant au percement de tunnels, où pour éviter les éboulement et les infiltration d'eau on crée une surpression de l'air dans la zone de taille).

Les Glenan, l'école : http://cip.glenans.free.fr