Avec ou sans bulle ? Eric Bahuet - Version du 19 octobre 2003

Photographie par Pierre DESCAMP (suivi scientifique des récifs artificiels du Golfe d’Aigues Mortes)

INTRODUCTION Le moins que l’on puisse dire, c’est que le principe des recycleurs n’est pas nouveau ! Le 17 Juin 1808, un brevet d’invention d’un nouvel appareil plongeur est délivré à un français, Sieur Touboulic (" les plongeurs de l’histoire ", Philippe Damon). Ce mécanicien, attaché au service de la Marine à Brest, vient tout simplement d’inventer le premier recycleur subaquatique de l’histoire. Une réserve d’oxygène est placée à l’intérieur de l’appareil et son dosage est assuré manuellement par le plongeur. Le dioxyde de carbone, issu de l’expiration, est absorbé par des éponges imbibées d’eau de chaux. Le Sieur Touboulic dénomma son invention " l’Ichtioandre " (homme-poisson). appareil plongeur Rouquayrol - Denayrouze Rouquayrol Denayrouze Il a fallu attendre quelques années pour voir apparaître le premier appareil de type circuit ouvert de l’histoire. Il est attribué au tandem français Benoit Rouquayrol et Auguste Denayrouze. Les premiers appareils ont été commandés par le ministère de la Marine le 28 août 1865 (" Trois inventeurs méconnus ", Jacques Michel).

Remerciements Plusieurs personnes m’ont apporté leur contribution qui a bien souvent dépassé la seule réalisation de ce mémoire. Je remercie donc : Christine, Adrien et Maxime qui me permettent de vivre ce sport comme une passion, Francis CARLES qui m’a initié à la plongée, mes parrains : Pierre GIRODEAU et Robert SEVERIN mon partenaire de plongée en recycleur : Jean Marc BELIN ainsi que le comité de relecture qui m’a fait part de ses remarques et conseils avisés : Patricia BRETON Raymonde et Francis CARLES Jean François CAVANNA Christian FERCHAUD Alain FORET Jean Pierre IMBERT Miroslav MAKAR Jean Pierre MONTSENY Henri PAOLE Philippe ROUSSEAU Hervé VILLALBA   Henry Fleuss (therebreathersite.nl) L’invention de l’anglais Henry Fleuss, qui date de 1879, est souvent citée comme référence. Elle est également remarquable puisqu’il s’agit du premier recycleur commercialisé pour le compte de la société Siebe Gorman.

Le ou les faux poumons : Au nombre de 1 ou 2, ils sont connectés aux tuyaux annelés et sont construits dans un matériau souple afin de rendre possible l’inspiration et l’expiration. Faites l’expérience qui consiste à tenter de respirer dans une bouteille en verre et vous comprendrez l’intérêt de les avoir fabriqués dans un matériau souple ! Leur volume doit permettre la plus ample des ventilations. Certains constructeurs proposent plusieurs tailles en fonction de la morphologie du plongeur. Dräger Dolphin La technique évolue : certains faux poumons sont translucides pour faciliter la maintenance, d’autres pourvus de câbles en spirale (voir ci-dessous) pour éviter qu’ils ne se recroquevillent sur eux-mêmes. Ils constituent une pièce vitale du dispositif et ils doivent être protégés en conséquence par un boîtier rigide ou une enveloppe en tissu résistant. Lorsqu’ils sont placés entre le tuyau expiratoire et la cartouche absorbant le CO2, ils remplissent une fonction complémentaire de piège à eau. La position des faux poumons par rapport aux poumons est déterminante pour le confort respiratoire : ils doivent se situer au même niveau sous peine de créer un différentiel de pression et ainsi rendre la respiration difficile. S’ils sont placés dans le dos, l’inspiration en position horizontale demandera plus d’efforts que l’expiration (certains constructeurs comme Halcyon ont compensé ce défaut sur certains modèles par la mise en place de faux poumons lestés). S’ils sont placés sur la poitrine, le phénomène sera inversé. Ces éléments constituent une " prolongation mécanique " de l’appareil respiratoire. Ils nécessitent d’être régulièrement démontés et désinfectés, surtout si l’appareil est partagé par plusieurs utilisateurs.

www.nobubblediving.com Azimuth Halcyon RB80 - 2 faux poumons concentriques

2ème technique commune : la fixation du CO2 Il n’existe pas, à ce jour, de capteurs de CO2 dans les recycleurs. La solution mise en place vise un seul objectif : nous prémunir du risque hypercapnique. Souvenons-nous des moyens à la fois basiques et ingénieux qui ont été mis en oeuvre en urgence dans la capsule d’Apollo 13 pour retenir le CO2 dont la teneur devenait inquiétante : une couverture de plan de vol, des cartouches d’hydroxyde de lithium, du ruban adhésif, des pochettes plastiques, et même une chaussette ... Il y a plusieurs possibilités chimiques connues depuis longtemps des spécialistes pour réaliser cet exercice. Chaque fabricant propose sa propre solution en fonction de la performance recherchée versus le coût du produit. l’hydroxyde de Barium Ba(OH)2 l’hydroxyde de Lithium LiOH, utilisé dans l’industrie aérospatiale, très efficace mais onéreux l’hydroxyde de sodium NaOH l’hydroxyde de calcium Ca(OH)2 La plupart de ce qui est couramment appelé chaux sodée est en fait un mélange composé d’hydroxyde de sodium (NaOH, à hauteur de 3-4%), d’hydroxyde de Calcium (Ca(OH)2) pour environ 70 à 80%) et d’eau (H2O, de l’ordre de 10 à 20%). Ces produits ont un inconvénient majeur : ils produisent de la soude en présence d’eau ! La littérature emploie le terme de " cocktail caustique " ! Ces éléments chimiques ont toutefois la particularité de réagir en présence de gaz acides comme le CO2. Une réaction exothermique se produit alors en plusieurs étapes et transforme le CO2 en élément stable pour le fixer. Le dioxyde de carbone réagit avec l’eau présente dans l’absorbant et la vapeur d’eau provenant de l’expiration pour donner de l’acide carbonique. Cette première étape est essentielle et conditionne la suite des opérations. La performance de la réaction diminue avec une faible température extérieure. C’est une des raisons pour laquelle il est conseillé de respirer plusieurs minutes dans le recycleur avant son utilisation : on prend ainsi l’habitude de " chauffer sa chaux " pour démarrer la réaction chimique. Il y a ensuite 2 étapes qui s’exécutent en parallèle : L’hydroxyde de sodium réagit avec l’acide carbonique pour donner du carbonate de sodium et de l’eau tout en dégageant de la chaleur. Avec un recycleur nous respirons donc un mélange tiède et humide : c’est un élément de confort non négligeable en comparaison avec un circuit ouvert ou l’on respire un gaz plutôt froid et sec. L’hydroxyde de calcium réagit avec l’acide carbonique pour donner du carbonate de calcium (même composant chimique que la craie) et de l’eau tout en dégageant de la chaleur. Un produit de qualité présente peu ou pas du tout de poussière de chaux. Ces poussières peuvent pénétrer facilement dans tout le système (y compris les poumons), colmater les filtres, et mêmes devenir corrosives avec l’humidité ambiante ! A ce sujet, il est conseillé d’effectuer le remplissage de la chaux dans un endroit ventilé de manière à ce que les quelques poussières résiduelles puissent s’évacuer lors du remplissage. Une méthode complémentaire consiste tout simplement à utiliser un tamis. Il est vital de suivre à la lettre les préconisations de durée ou d’utilisation des fabricants qui sont toutes données avec des restrictions d’usage liées : au type de recycleur utilisé à la production individuelle estimée de CO2 (une production importante diminue l’autonomie) à la température d’utilisation (le froid diminue la performance de la chaux) à la date de péremption Comme toujours, il ne faut utiliser que des produits de qualité plongée. Exemple : le recycleur " Inspiration " avec sa cartouche d’origine et l’emploi d’une chaux de granulométrie spécifique (1-2,5 mm) est donné pour 3 heures d’utilisation dans une eau à 4° C avec une production individuelle de CO2 n’excédant pas 1,6 litre par minute. Cette durée ne peut pas être extrapolée si la température de l’eau est plus chaude. Par contre, si la température de l’eau est plus froide, il faut réduire le temps d’utilisation. Cette estimation est laissée à la libre appréciation de l’utilisateur ... Une attention toute particulière est apportée au suivi de l’utilisation de cette chaux. Tous les plongeurs qui utilisent un recycleur enregistrent dans leur carnet de plongée ce temps. Une granulométrie de moindre qualité diminue également la durée d’utilisation. Il ne faut surtout pas se fier aux éventuels changements de couleur dont les variations sont des plus difficiles à apprécier par l’utilisateur. Par ailleurs, elles sont souvent plus liées à l’humidité qu’au dioxyde de carbone. Les recommandations de stockage, gage de la durée de vie de la chaux, sont également très importantes : emballage étanche, stocké dans un endroit propre et sec à une température constante, à l’abri de la lumière directe du soleil, ... L’absorbant contient généralement moins de 4 % d'hydroxyde de sodium. Il n'est donc pas considéré comme un matériau caustique. Il peut donc être expédié comme toute substance non dangereuse.

différentes granulométries Les produits des fabricants cherchent à se distinguer par leur capacité d‘absorption, par des indicateurs de couleur qui sont censés varier en fonction de l’utilisation, par la granulométrie et la forme des granulés. Tout ceci vise à maximiser les performances tout en assurant un débit suffisant des gaz à travers l’absorbant pour ne pas pénaliser le travail respiratoire. La granulométrie représente le nombre de granules sur une surface donnée. Ainsi plus le nombre de granules est important, plus la taille est petite et plus la surface d’absorption est importante.   www.extendair.com Des fabricants proposent actuellement un nouveau produit qui est en fait constitué des mêmes éléments chimiques mais il utilise un support rigide. Il remplace les granulés et élimine définitivement les poussières tout en simplifiant à l’extrême le remplissage. Il suffit de changer une cartouche, un peu à la manière du filtre à air d’une voiture. Des kits de conversion existent déjà pour les recycleurs Dräger, Azimuth et sous peu pour l’Inspiration. Son prix est à ce jour supérieur aux granulés habituels mais parions qu’avec l’aide de la concurrence, les prix deviennent comparables au support classique d’ici peu.

la cartouche de l’absorbant de CO2 Quel que soit le matériau utilisé (PVC, Inox, ...), son rôle est de contenir l’absorbant et d’optimiser le passage du flux des gaz au travers de l’absorbant. C’est l’un des éléments majeurs de la conception des recycleurs. Des différences sont perceptibles au niveau du flux généré (longitudinal, radial) et donc du parcours que doit suivre le gaz pour être filtré de manière optimale. Les conceptions se distinguent également par leur capacité à conserver la chaleur nécessaire à la réaction chimique. Radial - OMG - www.nobubblediving.com   La conception de la boucle est importante car elle influe directement sur le travail respiratoire du plongeur. Tous les éléments qui la constituent sont autant d’obstacles à la libre circulation du gaz.   Contrairement au circuit ouvert, il n’y a pas d’asservissement mécanique permettant de faciliter l’inspiration. Ici, ce sont les muscles du plongeur qui doivent produire les efforts pour remplir et vider les faux poumons. Vous l’avez compris, les travaux sous marins et la lutte contre le courant ne constituent pas les terrains de jeux privilégiés des recycleurs.

Longitudinal - Halcyon RB80 Longitudinal - Inspiration             Radial - Azimuth - www.nobubblediving.com

LA TECHNIQUE SPECIFIQUE : l’ajout d’oxygène ou d’un mélange suroxygéné C’est le coeur du système et c’est ce qui différencie réellement les recycleurs entre eux. Maintenir un niveau d’oxygène viable dans un recycleur est une tâche au moins aussi délicate à réaliser que la fixation chimique du CO2. La solution technique mise en place doit nous prémunir du risque hypoxique et du risque hyperoxique. Le recycleur Oxygène à circuit fermé : à injection manuelle C’est la technique d’injection la plus simple. Elle consiste à actionner manuellement un levier ou un bouton poussoir afin d’introduire la quantité d’oxygène souhaitée par le plongeur dès que l’inspiration se fait difficile. Difficile l’inspiration ? Précisons qu’en s’immergeant le plongeur éprouve immédiatement le besoin d’injecter du gaz dans les faux poumons qui s’écrasent sous l’effet de l’augmentation de la pression ambiante. Cette situation se renouvelle à chaque augmentation de la pression ambiante. à injection automatique L’évolution technique consiste à remplacer la valve manuelle par un accessoire de type second étage de détendeur (auquel on a supprimé la soupape d’expiration). Un levier est actionné automatiquement lorsque le faux poumon diminue suffisamment de volume. Les recycleurs oxygène fonctionnent comme leur nom l’indique à l’oxygène pur. Leur utilisation se trouve donc limitée, du fait de la toxicité de l’oxygène, à la zone des 6 mètres (ppO2 max. = 1,6 bar). On remarque l’absence de purge sur le faux poumon unique, ce qui permet de considérer ces matériels comme les seuls vrais recycleurs à circuit fermé du marché. Si le plongeur remonte suffisamment lentement pour que son métabolisme consomme l’oxygène et compense l’expansion des gaz lors de la remontée, il n’y a aucune bulle générée : c’est la discrétion absolue ! Dans le cas contraire, il faut évacuer l’excédent de gaz par le nez ou autour de l’embout et il y a formation de bulles... fini la discrétion ! Remarquons qu’il n’y a aucune possibilité pour connecter un vêtement étanche. Paradoxalement, même si l’ensemble fonctionne à l’oxygène pur, le risque hypoxique est bien réel ! Avant la plongée, il est vital de rincer l’air présent dans l’ensemble de la boucle (recycleur et poumons) par de l’oxygène. En effet, le gaz initialement présent dans le recycleur et les poumons du plongeur est de l’air. Vous recyclez donc de l’air qui peut devenir hypoxique bien avant que vous ne ressentiez le besoin d’injecter de l’oxygène ! Certaines Marines recommandent de faire un rinçage complémentaire toutes les 30 minutes pour évacuer l’azote potentiel de la boucle.

home/wordcom.ch/AHRsuisse-fichestechniques-photos.htm OMG - injection manuelle www.nobubblediving.com home/wordcom.ch/AHRsuisse-fichestechniques-photos.htm

Avec une construction basée sur un minimum de pièces mécaniques utilisées, c’est un matériel simple, fiable, facile à mettre en oeuvre et le moins onéreux de tous les recycleurs. Toutefois, il ne demande pas moins de rigueur d’utilisation que ses cousins plus perfectionnés. Ci contre un modèle actuellement fabriqué par OMG (Italie), qui propose une version loisir et une version professionnelle ou militaire moins " voyante ". Citons à titre d’exemple le recycleur militaire F.R.O.G.S. (" Full Range Oxygen Gaz System "), remplaçant de l’oxygers. Il a été conçu et fabriqué entièrement par la Spirotechnique. C’est donc un pur produit français. Il a été mis en service en octobre 2002 et est actuellement utilisé par les célèbres nageurs de combat du commando Hubert. N’oublions pas non plus la famille des LAR " Lung Automatic Regenerator " de Dräger, qui est certainement la plus répandue dans le monde.   Incidences sur la décompression avec les recycleurs fermés oxygène : La décompression est générée par la quantité de gaz inerte dissoute dans l’organisme et qu’il faut restituer lors de la remontée afin d’éviter un accident de décompression. Avec les recycleurs à oxygène pur, on ne respire pas de gaz inerte. Il n’y en a donc pas à restituer ! La procédure de décompression est donc réduite à sa plus simple expression : il n’y en a pas ! Encore mieux, après la plongée nous nous retrouvons avec moins de gaz inerte dans l’organisme qu’avant ! (il y a diffusion de l’azote dissous dans l’organisme vers les poumons). Contrairement à la plongée bouteille, l’avion et l’apnée sont évidemment possibles dès la sortie de l’eau. Par contre, le plongeur sportif est soumis à d’autres risques que nous traiterons au chapitre " les principaux risques ".

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Le Recycleur circuit fermé au mélange (ou à gestion électronique) : Du fait de la nature du gaz respiré, le recycleur à oxygène pur est limité à l’espace proche. Pour augmenter son espace d’évolution, il est nécessaire de diluer l’oxygène. Plusieurs gaz inertes sont utilisables en tant que diluant et ce, en fonction du besoin et des procédures de décompression à notre disposition : l’azote. On reconstitue ainsi avec l’oxygène soit de l’air, soit un mélange suroxygéné (Nitrox) l’hélium pour constituer un Héliox un mélange d’azote et d’hélium pour constituer un Trimix Par sécurité, on veillera à disposer d’un diluant respirable à la profondeur d’évolution. Afin de maximiser l’autonomie, le recycleur le plus évolué ne devrait remplacer que la quantité d’oxygène métabolisée par l’organisme et recycler l’ensemble des autres gaz. C’est ce pari que les recycleurs fermés à gestion électronique veulent réussir. Comment s’y prennent-ils ? Presque " simplement " : pour remplacer uniquement la quantité d’oxygène consommée il suffit de mesurer la fraction d’oxygène dans le système et de la compléter par ajouts successifs d’oxygène jusqu’à atteindre une valeur prédéfinie. Pour mesurer la fraction d’oxygène, on utilise des capteurs qui mesurent en fait la pression partielle (ppO2). Malheureusement, ces capteurs ont une fiabilité limitée dans un environnement humide. La solution de redondance choisie consiste à multiplier le nombre de capteurs.

home/wordcom.ch/AHRsuisse-fichestechniques-photos.htm   Inspiration - sondes, piles et électrovanne

Ces appareils ont la caractéristique de délivrer l’oxygène en maintenant une pression partielle constante d’oxygène. Techniquement, cet ajout se réalise de manière chronométrée à l’aide d’une électrovanne. Ce système "temps réel" permet de réguler la ppO2 à un seuil prédéfini appelé "setpoint". C’est le domaine du " sur mesure " : on travaille uniquement par différence en injectant seulement ce qui manque d’oxygène pour atteindre la valeur programmée. On fabrique le mélange en fonction des besoins et des efforts. De là à dire qu’il s’agit d’une usine à gaz, il n’y a qu’un pas ! En théorie, c’est l’appareil idéal car en maximisant la ppO2 on diminue d’autant les pressions partielles des gaz inertes qui influent sur la décompression. Par contre, la mise en oeuvre est complexe et les solutions utilisées sont peu compatibles avec l’élément liquide : l’électronique et l’électricité (après les appareils photos et les ordinateurs, c’est le tour des recycleurs ...). Mais pour tout ceux qui utilisent ce type de matériel il faut reconnaître que la performance est au rendez-vous et est assez surprenante. l’injection pilotée par électronique : On trouve donc dans ces appareils : des capteurs d’oxygène qui surveillent la ppO2 en permanence un mécanisme d’injection commandé électroniquement une bouteille d’oxygène indépendante et une seconde bouteille remplie de diluant Plusieurs possibilités techniques existent pour injecter l’oxygène. L’exemple que nous détaillons plus loin, le recycleur Inspiration dispose d’une injection réalisée par un solénoïde : c’est une électrovanne pilotée par électronique. Avec ce genre d’appareils on ne se soucie presque plus de la quantité de gaz à notre disposition mais plutôt de la qualité du gaz que l’on respire. Si pour une raison ou une autre, le système injecte trop ou trop peu d’oxygène, c’est l’hyperoxie ou l’hypoxie en perspective !

Pour éviter cette situation peu réjouissante, le constructeur a prévu plusieurs alarmes sonores et visuelles mais sa recommandation reste quand même de surveiller sa ppO2 à l’aide des consoles d’affichage 1 fois par minute ! Remarques : contrairement à d’autres recycleurs, le moyen permettant de surveiller sa ppO2 est livré en standard ! les contrôles de ppO2 ne servent qu’à ajouter une certaine quantité d’oxygène. Si toutefois la ppO2 devenait trop importante aucune électronique n’est capable de la diminuer... (voir plus loin " des précisions sur l’oxygène ") Pour l’Inspiration, il y a 2 seuils (" setpoints ") programmés par défaut : un setpoint " bas " (0,7 bar) pour la surface et la descente et un setpoint " haut " pour le fond (1,3 bar) et la remontée. Une pression partielle d’oxygène de 1,3 bar ne peut être atteinte en surface où règne une pression atmosphérique de environ 1 bar. Si une mauvaise valeur est sélectionnée, le solénoïde fonctionne en continu pour essayer de l’atteindre. Cette erreur de manipulation entraîne un gaspillage d’oxygène et une diminution de la durée de vie des piles. Sur cette machine, la permutation entre les 2 setpoints se fait manuellement. La bouteille de diluant peut être remplie avec différents gaz : de l'air, de l'Héliox, ou un Trimix. Il n’y a pas de limite théorique d’utilisation liée à la profondeur, l’ensemble fonctionnant à pression ambiante (rappelons à toutes fins utiles que la profondeur limite d’évolution en Trimix imposée par l’arrêté d’août 2000 est de 120 mètres). Pour en savoir plus, le manuel d’utilisation du recycleur Inspiration a été traduit en Français par Jean Marc Belin et moi même et est consultable à l’adresse suivante : http://plongeesout.free.fr rubrique : articles/recycleur

Fonctionnement L’autonomie : la bouteille d’oxygène fournie avec l’Inspiration est d’une capacité de 3 litres à 200 bars soit 600 litres. En prenant une hypothèse de consommation maximale d’oxygène de l’ordre de 3 litres par minute, nous bénéficions d’une autonomie théorique de 200 minutes (3h20 !) et ce, quelle que soit la profondeur !!!   La consommation d’oxygène est indépendante de la profondeur. En réalité, nous ne pouvons soutenir sous l’eau un effort entraînant une consommation de 3 litres par minute. En se basant sur une consommation plus réaliste de 1,5 litre par minute d’oxygène (voir Annexe 1), l’autonomie atteint 400 minutes, soit plus de 6 heures et demie ! Dans la pratique, comme c’est souvent le cas avec les recycleurs, c’est la capacité et la performance de l’absorbant de CO2 qui limitera la plongée : de l’ordre de 3h00 dans le cas de l’Inspiration. L’autre facteur limitant sera le temps d’exposition à l’oxygène et la toxicité associée. Le diluant n’est pas consommé et est utilisé pour injecter du gaz dans les faux poumons à la descente, pour le gonflage de la combinaison sèche et de la bouée et à différentes opérations comme les " rinçages " de l’unité qui peuvent être effectués pendant la plongée. Pour information, nous consommons environ 30 à 40 bars de cette même bouteille de 3 litres lors d’une plongée ! Incidences sur la décompression avec les recycleurs fermés à gestion électronique : Tous les plongeurs le savent, on ne peut rester impunément sous l’eau sans avoir à respecter des paliers. La durée de ces paliers est dépendante du temps passé en immersion, du gaz respiré et de la profondeur d’immersion. Du fait de la respiration d’un mélange à une pression partielle d’oxygène constante et contrairement à un circuit ouvert, les pourcentages d’oxygène et d’azote du mélange varient avec la profondeur. Ce recycleur nous fabrique, avec un diluant comme l’air, un mélange suroxygéné (Nitrox) optimal à toute profondeur. On minimise donc ainsi la quantité de gaz inerte dissoute dans l’organisme et donc la durée des paliers (comparativement au même temps effectué en circuit ouvert à l’air). Il est nécessaire de calculer sa décompression avec un ordinateur fonctionnant à ppO2 constante ou avec des tables de plongées spécifiques. On remarque dans le schéma ci-dessous que jusqu’à 50 mètres et avec une ppO2 positionnée à 1,3 bar, le pourcentage d’azote respiré avec l’Inspiration est inférieur à celui respiré avec un scaphandre traditionnel. Au delà, c’est le contraire.

therebreathersite.nl   L’AUTONOMIE THEORIQUE : Comparaison d’une consommation en circuit ouvert et en circuit fermé hypothèses : consommation de 20 L/min en circuit ouvert et de 1,5 L/min en circuit fermé Remarque : cette comparaison reste théorique car elle indique une linéarité de la consommation en fonction de la profondeur avec un circuit ouvert, ce qui est loin d’être évident...   Pourcentage d’azote dans le mélange respiré (avec un diluant air et un setpoint de 1,3 bar)

Nous abordons un autre point important : ce type de matériel nous ouvre de nouvelles perspectives en matière d’exploration. Quelles que soient les performances des matériels, le comportement en plongée doit être guidé par une seule règle : Qu'est-ce qui se passe si ... C’est le fameux " what if " des Anglo saxons. Il s’agit d’une approche basée sur l’analyse des risques. L’arrêté d’août 2000 prévoit d’embarquer en plongée un circuit ouvert de secours (ou " bailout ") pour les plongées d’évolution qui se déroulent au delà de 40 m. La capacité de ce bailout doit donc être, en toute logique, adaptée à la plongée planifiée.

Des précisions sur l’oxygène et la ppO2 : Revenons sur la remarque : "si toutefois la ppO2 était trop importante aucune électronique ne peut la diminuer. En surface : - Que se passe t-il lorsque nous respirons en surface avec un setpoint de 0,7 et un diluant qui est de l’air ? nous respirons à la pression atmosphérique un mélange composé de 70% d’oxygène ! ppO2 = pression atm. * % du mélange donc % du mélange = ppO2 ÷ pression atm. soit 0,7 ÷ 1 = 0,7 soit 70 %) A la descente : on doit injecter du diluant (de l’air dans le cas présent) pour compenser l’écrasement des faux poumons liée à l’augmentation de la pression ambiante.

Venant d’une culture " circuit ouvert ", l’ensemble des automatismes et procédures de secours acquises au fil des ans sont à réapprendre... Contrairement à une idée reçue, ce type de recycleur n'élimine pas la décompression. Son mode de fonctionnement spécifique permet simplement de maximiser la quantité d'oxygène assimilable par l'organisme et par conséquence de diminuer la quantité de gaz inertes à restituer.

Que se passe t-il à 10 m ? on respire le mélange initial que l’on recycle (ppO2 à 0,7) auquel on ajoute la teneur en oxygène du diluant que l’on injecte (ppO2 air = 0,21). Donc ppO2 = 0,7 + 0,21 = 0 ,91 (à 2 bars on a donc un mélange de 0,91 ÷ 2 = 0,455 soit environ 46 %)		Que se passe t-il à 20 m ? on respire le mélange précédent que l’on recycle (ppO2 à 0,91) auquel on ajoute la teneur en oxygène du diluant que l’on injecte (ppO2 air = 0,21). Donc ppO2 = 0,91 + 0,21 = 1,12 (à 3 bars on a donc un mélange de 1,12 ÷ 3 = 0,373 soit environ 37 %)
Que se passe t-il à 30 m ? on respire le mélange précédent que l’on recycle (ppO2 à 1,12) auquel on ajoute la teneur en oxygène du diluant que l’on injecte (ppO2 air = 0,21). Donc ppO2 = 1,12 + 0,21 = 1,33 (à 3 bars on a donc un mélange de 1,33 ÷ 4 = 0,332 soit environ 33 %)		Que se passe t-il à 40 m ? on respire le mélange précédent que l’on recycle (ppO2 à 1,33) auquel on ajoute la teneur en oxygène du diluant que l’on injecte (ppO2 air = 0,21). Donc ppO2 = 1,33 + 0,21 = 1,54 (à 5 bars on a donc un mélange de 1,54 ÷ 5 = 0,308 soit environ 31 %)

Cette suite répétitive de chiffres peut être représentée par un schéma indiquant l’évolution de la ppO2 en fonction de la profondeur : Cette illustration montre que la pression partielle augmente continuellement et qu’à partir de 40 m, le plongeur est potentiellement en risque hyperoxique (nous faisons ici abstraction de la consommation d’oxygène par le métabolisme qui diminue quelque peu ces valeurs). Il est donc indispensable de vérifier que le setpoint est positionné à la bonne valeur avant la plongée. Il existe des manoeuvres qui permettent de limiter cette augmentation de ppO2, ne serait-ce qu’en effectuant à la profondeur appropriée un rinçage du système avec le diluant air pour diminuer la ppO2. exemple : rinçage à 40 m, ppO2 = 5 x 0,21 = 1,05.

Bien que ce genre d’appareils séduise par son fonctionnement "tout automatique", il n’en est pas moins indispensable de suivre une formation adaptée. Des précisions sur l’azote et la ppN2 : notion de profondeurs équivalentes à 20 m, avec une pression absolue de 3 bars et une ppO2 fixe de 1,3 bar la ppN2 est donc de 1,7 (3-1,3) bar soit une équivalence narcose de 12 m (1,7 ÷ 0,79 = 2,2). à 30 m, avec une pression absolue de 4 bars et une ppO2 fixe de 1,3 bar la ppN2 est donc de 2,7 bars soit une équivalence narcose de 24 m à 40 m, avec une pression absolue de 5 bars et une ppO2 fixe de 1,3 bar la ppN2 est donc de 3,7 bars soit une équivalence narcose de 37 m à 50 m, avec une pression absolue de 6 bars et une ppO2 fixe de 1,3 bar la ppN2 est donc de 4,7 bars soit une équivalence narcose de 50 m à 60 m, avec une pression absolue de 7 bars et une ppO2 fixe de 1,3 bar la ppN2 est donc de 5,7 bars soit une équivalence narcose de 62 m ! Cela signifie que si l’on souhaite conserver toute sa lucidité en profondeur pour analyser toute alarme éventuelle et effectuer le bon geste en situation de stress, on envisagera rapidement l’emploi de mélange comme le Trimix. D’autant plus qu’en recyclant, son utilisation devient vraiment peu onéreuse.

décompression dans le cas où le diluant est de l’air : Cela revient à plonger avec un Nitrox dont la teneur en oxygène varie régulièrement...Il est donc nécessaire de disposer d’un moyen de décompression adapté à cette technologie. Il existe à ce jour : des tables à ppO2 constante (US Navy, Annexe 2). Comme pour les plongées d’exploration à l’air, on privilégiera, par commodité, l’emploi d’un ordinateur. des ordinateurs Nitrox que l’on peut paramétrer avec la valeur du mélange fond. Exemple : plongée à 30 m avec une ppO2 de 1,3 => Nitrox 32 (1,3 ÷ 4 = 0,32). C’est évidemment très conservateur car le mélange fabriqué à la descente et à la remontée sera supérieur en pourcentage d’oxygène à 32%. des ordinateurs fonctionnant à ppO2 constante comme le Nexus de la société AP VALVES ou le récent VR2 de la société Delta P Technology. Ils permettent une utilisation en mode circuit ouvert ou circuit fermé. Il sont cependant " limités " à une utilisation air ou Nitrox.

VR2 - www.vr3.co.uk www.ambiantpressurediving.com

Exemple : comparaison d’un profil de décompression d’une plongée à 38 mètres pendant 25 minutes avec un logiciel de décompression. Nous envisageons ici 3 scénarios : plongée et paliers en circuit ouvert à l’air. Temps total de plongée : 80 min pour 25 min passées au fond plongée et paliers en circuit ouvert Nitrox 30%. Temps total de plongée : 52 min pour la même exploration plongée et paliers en circuit fermé. Temps total 38 min pour 25 min d’exploration ! Autrement dit, ce matériel permet d’envisager de nouveaux profils de plongées : des explorations plus longues que des plongées effectuées en circuit ouvert pour un même temps de paliers, des explorations de durées identiques mais avec un temps de palier moindre... décompression dans le cas où le diluant est un Trimix On utilise alors les moyens " classiques " de décompression au Trimix : les tables : il n’y a pas de tables Trimix élaborées à ppO2 constante ! On peut choisir d’utiliser des tables comme celles de l’agence américaine IANTD mais cela reste pénalisant du point de vue de la décompression. les logiciels de décompression prenant en compte cette pression partielle constante (Abyss, Proplanner, Dplan, GAP, Vplanner...) avec la prudence qu’impose cette approche. L’utilisateur ayant le libre choix des paramètres de conservatisme et le libre choix des gaz utilisés. A ce niveau, cela devient une affaire de spécialistes. Mais ne l’ignorons pas, dans la pratique, les personnes initiées utilisent ces logiciels. un ordinateur multi gaz prenant en compte la ppO2 constante ! Exemple : le VR3 de Delta P Technology. En standard, il autorise une procédure de secours en basculant en mode circuit ouvert. En option, il propose une connexion directe avec le recycleur qui lui permet, à l’aide de sa propre cellule oxygène, de connaître à tout instant la fraction d’oxygène respirée et d’en déduire la décompression adaptée (l’algorithme fonctionne sur une base Bühlmann avec ajout de paliers profonds). Dans le cas d’une utilisation multi gaz Trimix et Nitrox en décompression par exemple, il conviendra de lui indiquer manuellement le changement de diluant. Remarque : Il est important d’avoir à l’esprit qu’il n’existe pas de bases de données publiques de plongées effectuées à ppO2 constante.

Explorer - Abysmal Diving Inc.

Exemple du seul recycleur à gestion électronique actuellement commercialisé : Un seul modèle bénéficie de la norme CE pour une utilisation avec un diluant air à 50 m et un diluant Héliox à 100 m. on voit les 2 bouteillles de 3 litres, ainsi que le filtre de chaux sodée Principales caractéristiques : Il est fabriqué et commercialisé depuis 1998 par la société anglaise Ambient Pressure Diving : c’est L’Inspiration (anciennement dénommé Buddy Inspiration). Il ne peut être commandé qu’après avoir suivi une formation reconnue par la société. A ce jour les principales agences de formation proposent un cursus pour l’Inspiration : TDI, IANTD, IART... Le nombre d’unités vendues est une information jugée confidentielle par le constructeur et n’est donc pas communiquée. Le délai de livraison est de l’ordre de 14 semaines.   Une version " grand public " est au stade de prototype. Il s’agit de l’Evolution. Il est doté de 2 bouteilles de 2 litres et d’un gilet de stabilisation classique. on voit les consoles et les manomètres de diluant et d'oxygène

Evolution et Inspiration contrôle des ppO2

Le recycleur de type Circuit Semi-Fermé: Certains recycleurs ne fabriquent pas dynamiquement le mélange mais recyclent un gaz préfabriqué. Il s’agit très souvent d’un Nitrox mais rien n’empêche l’utilisation d’un Trimix. Dans le cas d’une utilisation multi gaz, il est nécessaire d’embarquer autant de bouteilles que de mélanges à recycler. Nous sommes dans ce cas, proche d’une configuration circuit ouvert. Ce qui, du point de vue de l’encombrement en réduit l’intérêt. La technique mise en oeuvre est mécanique, ce qui constitue souvent un gage de simplicité et de fiabilité. Ces recycleurs se distinguent par les techniques avec lesquelles ils injectent le gaz dans la boucle respiratoire. On les classe habituellement en deux catégories : Les systèmes actifs : l’injection par débit massique constant ou " constant mass flow " Cette technique consiste à ajouter à un débit constant la même masse d’un mélange donné dans la boucle respiratoire. Autrement dit, cela revient à y injecter un nombre constant de molécules et ce, quelle que soit la profondeur d’ évolution. L’autonomie dépend uniquement de la quantité de gaz embarqué et du débit de l’injecteur. L’injection est définie en fonction du mélange utilisé : plus il est riche en O2, plus le débit est faible (en litre par minute) et inversement. Ceci dans le but de toujours fournir suffisamment d’oxygène à l’organisme du plongeur. L’injection par débit massique constant peut se réaliser de différentes manières : Une méthode  consiste à utiliser des buses spécifiques (gicleurs) dont le diamètre est prévu pour laisser passer la quantité de gaz adéquate en fonction du mélange utilisé. Pour que le débit soit constant, il est nécessaire que la pression en entrée de la buse soit 2 fois supérieure à celle de la pression ambiante. Contrairement à un détendeur classique, la moyenne pression est fixe. Si la pression en amont chute, le débit diminue et devient insuffisant pour acheminer la quantité nécessaire de gaz au plongeur. C’est l’hypoxie à court terme. L’orifice de la buse est le talon d’Achille de ce système. Il est si petit (moins de 0,2 mm) qu’il peut être facilement obstrué par le moindre débris, dépôt de sel, de calcaire... Une vérification du débit avant chaque plongée est recommandée (ainsi qu’une vérification périodique de la moyenne pression du détendeur). Cette vérification peut se faire simplement à l’aide d’un débit mètre ou plus difficilement en chronométrant le temps de gonflage d’un ballon calibré : Les informations suivantes sont fournies par Dräger (modèle Ray) pour vérifier le débit et ce, en fonction de la pression dans la bouteille de mélange utilisée. Si la valeur lue avec le débitmètre n’est pas dans la fourchette de valeur indiquée, il faut identifier et résoudre le problème avant toute plongée. Les buses fonctionnent avec un gaz qui est caractérisé par une densité spécifique. Le constructeur précise toujours les gaz qui doivent être utilisés à l’exclusion de tout autre (Nitrox dans le cas des Dräger et oxygène pur en option). Attention donc aux bricoleurs qui pensent déjà pouvoir remplacer le Nitrox par d’autres gaz...

les systèmes actifs qui injectent du gaz en continu (ou " constant mass flow ") les systèmes passifs qui injectent du gaz à la demande (" passive flow ") Le pourcentage d’oxygène est connu puisqu’il s’agit d’un gaz préfabriqué et qui a été normalement vérifié avant la plongée. L’hyperoxie ne peut donc survenir qu’en cas de dépassement accidentel de la profondeur plancher. Quelle que soit la technique utilisée, la difficulté à résoudre est toujours la même : fournir suffisamment de gaz pour ne pas tomber en hypoxie. Les constructeurs prennent une marge de sécurité en injectant une quantité de gaz supérieure à la demande. Il y a donc logiquement un excès de gaz dans le système qui doit être évacué périodiquement via une soupape. Cette " fuite " volontaire se traduit par l’apparition de bulles, d’où l’appellation semi fermé (qui aurait pu tout aussi bien s’appeler semi ouvert !). On gaspille moins qu’en circuit ouvert mais on gaspille un peu quand même !   www.grc.nasa.gov/www/K-12/airplane/mflow.html     Pression dans la bouteille (bar) Débit minimum en litres par minute Débit maximum en litres par minute 50 6,50 8,90 100 6,75 9,30 150 7,25 10,00 200 7,75 10,80

Les détails techniques : Boîtier porte injecteurs Dräger montés sur le sac inspiratoire Photographie par M. Makar Puisque le gaz qui alimente le système est connu (Nitrox), la fraction d’oxygène inspirée par le plongeur ne peut varier qu’en fonction d’un seul paramètre : la consommation d’oxygène par le métabolisme du plongeur. Rappelons que cette valeur varie uniquement en fonction des efforts réalisés. Les données ci-dessous sont issues de tests menés en laboratoire à l’aide d’une bicyclette ergométrique : Consommation d’oxygène d’un individu: 0,25 L/min. au repos (60 pulsations cardiaques) 1,2 L/min. lors d’un effort modéré (120 pulsations cardiaques) 2,5 L/min. lors d’un effort intense (164 pulsations cardiaques) (source : " Decompression Sickness" A. Bühlmann) Les données communiquées par l’US Navy (Annexe 1) confirment ces valeurs. La fraction d’oxygène dans la boucle est donc proportionnelle à l’effort. Plus le plongeur consomme de l’oxygène, plus la fraction d’oxygène dans la boucle respiratoire est faible. Il nous faut connaître la véritable valeur de la fraction d’oxygène dans la boucle. Cela nous permet de calculer la fraction du gaz inerte respiré et donc de déterminer notre procédure décompression. En soulevant le couvercle, on trouve une membrane mécanisme similaire à celui d'un deuxième étage de détendeur : c'est le levier de by-pass qui permet d'injecter directement du gaz dans les faux poumons à chaque augmentation de la pression ambiante.

En y regardant de plus près, on distingue les buses d’injection repérées par un code de couleur

Calcul de la fraction inspirée d’oxygène (FiO2) : Sans nous transformer en mathématicien, les équations qui suivent sont couramment partagées par la communauté " tek " et reposent sur le postulat que, à un instant donné, il y a équilibre entre la quantité de gaz qui entre dans le recycleur et la quantité qui en ressort. Les formules qui suivent n’ont d’autre intérêt que de mettre en lumière les résultats obtenus. Avant de les exposer, il est nécessaire de définir quelques paramètres : FO2 : la fraction du mélange fourni VO2 : la consommation d'oxygène en L/min du plongeur V : le débit constant de la buse en L/min. Pour un Dräger Dolphin qui utilise un Nitrox 32, le débit prédéfini est de 15,5 L/min. Puisque à un instant donné, on considère qu’il y a équilibre entre ce qui rentre et ce qui sort du recycleur : Ce qui rentre = ce qui sort : V x FO2 = FiO2 x (V-VO2) + VO2

Exemple 1 : Mr MOYEN utilise un recycleur de type Dolphin avec un Nitrox 32. Il est en forme, n’a pas prévu d’efforts importants et sa consommation d’O2 estimée est de 1,5 L/min. La formule nous donne :   Soit 25 % d’O2  qui sont à comparer aux 32% contenu dans la bouteille !		Exemple 2 : Si les conditions du milieu viennent à se dégrader (un courant par exemple) et que Mr MOYEN ait à réaliser des efforts (consommation de 3 L/min), que devient la nouvelle fraction d’oxygène ? La formule nous donne  Soit 16% d’O2  qui sont toujours à comparer aux 32% de la bouteille !
Ce calcul met en évidence une perte importante en pourcentage d’O2. Elle est générée par la conception même de ce type d’appareil. Connaissant le pourcentage d’oxygène respiré, il est facile d’en déduire celui des gaz inertes afin de planifier correctement sa décompression.		Exemple 3 : Mr ETOURDI remplit par erreur sa bouteille de Nitrox avec de l’air. Il ne la contrôle pas non plus, seconde erreur ! On obtient : C’est théoriquement l’hypoxie !

Dans la pratique, on utilisera les tableaux de conversion fournis par les constructeurs : (Dräger Dolphin) Remarques pour tous les appareils à débit massique constant : Le calcul confirme que la FiO2 varie grandement en fonction des efforts avec cette technologie. Dans un souci de sécurité, la préconisation des constructeurs quant à la consommation d’oxygène est souvent basée sur la valeur maximale de 3 litres par minute. La profondeur maximale d’évolution, donnée par le seuil hyperoxique, est basée de manière conservatrice sur le mélange ayant la plus forte teneur en oxygène. C’est celui de la bouteille. Par contre, le calcul de la décompression prendra en compte le mélange respiré ayant la plus forte teneur en gaz inerte (ou la plus faible teneur en oxygène) : donc celui de la boucle respiratoire.

Gemish O2 - verbrauch des Tauchers O2 - Gehalt im Einatemgas Gas - mix Oxygen consumption of the diver (L/min) Oxygen constant in breathing gas (Vol%) 60% O2/ 40% N2 0,3 1,0 1,5 2,5 57,4 49,9 42,6 19,2 50% O2/ 50% N2 0,3 1,0 1,5 2,5 47,5 41,0 35,1 19,1 40% O2/ 60% N2 0,3 1,0 1,5 2,5 38 32,9 28,8 18,6 32% O2/ 68% N2 0,3 1,0 1,5 2,5 30,5 26,8 23,9 17,4

Ci contre, une illustration par des modèles du marché qui fonctionnent selon la technique du débit massique constant : Dräger, fabricant de recycleurs depuis 1912 (avec le DM 40), a révolutionné le marché en proposant pour la première fois des versions grand public de matériels semi fermés : l’Atlantis en 1995, puis le Dolphin et le Black Dolphin et le Ray en 1999. Le Dolphin est livré avec des buses permettant l’utilisation d’un Nitrox 60, Nitrox 40, Nitrox 50 et en options le Nitrox 32 et 100% d’oxygène.

photo M. Makar

Données Dräger quant au débit à vérifier en fonction des gaz utilisés Mélange utilisé Débit en L/min (min.) Débit en L/min (max.) 60 % 5,1 6,4 50 % 6,55 7,95 40 % 9,4 11,3 32 % 14,2 16,9 Même en effort intense et à condition que les buses adéquates soient montées, l’hypoxie est évitée. Le Ray se veut être une version " simplifiée " du Dolphin. Sur ce modèle, un détendeur de secours est connecté directement au détendeur du recycleur alors que le Dolphin propose une bouteille de secours complémentaire. On peut utiliser un Nitrox 50, 40 ou 32 mais, à la différence du Dolphin, il faut changer l’ensemble du dispositif d’injection, ce qui à une incidence sur son prix.

www.drager.com

Avec un mélange Nitrox 50, l’injecteur du Ray est calibré à 8,25 L/min et permet de plonger jusqu’à 22m pendant environ 90’ (en fait la capacité de la cartouche de chaux limite la plongée à environ 70’). Le tableau ci-dessous, fourni par Dräger, indique pour le Ray la variation de la teneur en oxygène en fonction des efforts. La commercialisation de ces matériels est aujourd’hui assurée par le réseau commercial de la société Aqualung. Mélange utilisé Consommation en O2 du plongeur en l/min Teneur en oxygène dans le gaz respiré Nitrox 50 0,3 47,6 1 41 1,5 35,1 2 ,5 19,1 Nitrox 40 0,3 37,9 1 32,6 1,5 28,1 2,5 17,3 Nitrox 32 0,3 30,5 1 26,6 1,5 23,5 2,5 16,5

Un autre produit du marché est à signaler car il met en oeuvre de manière différente l’injection par débit massique constant : OMG, fabricant Italien, a mis au point un recycleur semi fermé qui comporte quelques différences par rapport aux modèles précédents : la technique consiste à utiliser une seule buse d’injection réglable par l’utilisateur. OMG emploie un premier étage traditionnel avec la possibilité de faire varier soi même la moyenne pression. Avant chaque plongée, le plongeur effectue le réglage du débit (avec le débitmètre fourni) en fonction du mélange utilisé. Par ailleurs, ce recycleur est muni de 2 bouteilles, laissant donc la possibilité d’utiliser une bouteille comme secours ou d’utiliser 2 mélanges différents en plongée. Les détendeurs sont des classiques du marché, ce qui est très pratique pour se procurer rapidement des pièces de rechange. Au contraire des Dräger, il n’est pas équipé d’une injection automatique de gaz dans les faux poumons à la descente. Il faut donc en ajouter régulièrement à l’aide d’un dispositif manuel. Ce qui pourrait être perçu comme un inconvénient permet en fait de " ressentir " avec précision son matériel et de faire corps avec le recycleur. La distribution de ce matériel est assurée par la société italienne San O Sub. Cette injection réglable permet également de bénéficier de diamètres internes plus importants et d’éviter ainsi les problèmes spécifiques aux buses d’injection. Ces matériels ne proposent pas en standard de moyen permettant de surveiller sa ppO2. Il est donc obligatoire à la fois pour des raisons de sécurité et de législation (arrêté d’août 2000) d’équiper le recycleur d’un dispositif complémentaire comme l’oxyjauge. Elle permet de connaître à tout instant la valeur de ppO2 du gaz respiré. Dräger fournit en option pour ses matériels un " oxykit " incluant le faux poumon inspiratoire, le système de connexion et l’oxyjauge.		home.worldcom.ch/intruder/ ARHsuisseLesSCRdebits massiques.htm

Les systèmes passifs (dits également proportionnels) ou l’injection "à la demande " ou " passive flow scr ":   Les principaux défauts des recycleurs à débit massique constant sont le manque d’autonomie (comparés aux autres recycleurs) et le fait qu’ils génèrent un écart important entre la ppO2 présente dans la boucle respiratoire (FiO2) et celle du Nitrox embarqué (FsO2). Cet écart est généré par la consommation d’oxygène du plongeur, elle même proportionnelle aux efforts réalisés. Pour remédier à ces inconvénients, une technique consiste à injecter et évacuer le mélange de la boucle à un rythme calqué sur celui de la respiration. Celle ci étant en phase avec les efforts réalisés. On élimine donc au rythme de la ventilation le dioxyde de carbone produit par le métabolisme. Plus on fait d'effort, plus on ventile et plus on élimine On dénomme ces systèmes passifs car l’ajout de gaz n’est pas automatique. Il est déclenché de manière mécanique par la ventilation. Ces recycleurs fournissent en quelque sorte du gaz frais à la demande. Ce type de matériel offre un avantage important comparé au recycleur semi fermé de type actif : il est moins sujet à générer une hypoxie. La moindre défaillance du système demandera au plongeur des inspirations rapprochées qui seront rapidement détectées. Un peu à la manière d’un plongeur en circuit ouvert qui tombe en panne d’air, il s’en rend compte assez rapidement.

Avec ce type d’appareil, une quantité de gaz proportionnelle au volume respiratoire est injectée dans la boucle à chaque ventilation : on ne renouvelle qu’une quantité du gaz présent dans la boucle. Un avantage de cette conception apparaît immédiatement : celui de l’autonomie. De plus,