Corrigé printemps 2011 BEES 1 - FFESSM-Provence

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BREVET D'ETAT
D'EDUCATEUR SPORTIF
1° DEGRE PLONGEE SUBAQUATIQUE
ECRIT - ELEMENTS DE CONNAISSANCES RELATIFS A LA CORRECTION
SESSION DE PRINTEMPS 2011 QUESTIONS A DOMINANTES THEORIQUES
ELEMENTS DE CALCUL DE TABLES
(Note sur 20 Coefficient 0, 25)
La majorité des tables et des ordinateurs de plongée actuels se réfèrent au modèle de John Scott
Haldane sur la modélisation des phases de charge et de décharge en gaz inerte.
1. Exposez les principes sur lesquels repose le modèle de Haldane.
2. Quelle utilité la connaissance de ce modèle théorique peut-elle avoir pour un moniteur
professionnel de plongée subaquatique ?
Le référentiel s’appuie sur une synthèse des articles de H.G. Groléas et J.L. Blanchard sur la
décompression parus dans les « Dossiers de la CTN ». Ce contenu ne saurait en aucun cas remplacer
les ouvrages de référence.
Question 1 : Exposez les principes sur lesquels repose le modèle de Haldane. Vous apprécierez en
valeur et limites cette démarche théorique.
1907
John Scott Haldane invente la première table de décompression.
Il crée le modèle multiexponentielle pour la Royal Navy. Le modèle de Haldane porte de nombreux
noms, parmi lesquels celui de modèle de perfusion. En effet, ses hypothèses physiologiques se basent
sur un principe de perfusion, et non de diffusion.
Quelques définitions.
Dissolution :
Un gaz se dissout dans un liquide lorsqu’il y a contact entre le gaz et le liquide. On dit que le liquide est
à saturation lorsqu’il y a autant de molécules de gaz qui sortent du liquide que de molécules de gaz qui
y rentrent.
▪
▪ Diffusion :
Le gaz traverse des parois comme les alvéoles pulmonaires ou les vaisseaux sanguins; il ne s’agit pas
non plus de simple dissolution mais d’une diffusion. On considère alors un système isolé; le liquide
contenant le gaz est statique par rapport aux tissus.
▪ Perfusion :
La charge de gaz inerte est amenée par le flux sanguin permanent vers les tissus physiologiques. La
diffusion à travers les tissus n’est pas prise en compte.
1
Le modèle de la perfusion
Hypothèse 1:
Il y a un équilibre, une équipression instantanée des échanges gazeux entre les poumons et le sang. Le
sang veineux pulmonaire est donc saturé en azote.
Cet équilibre instantané se justifie par une surface d’échange gazeux de 70 à 120m² sur un lit
pulmonaire sanguin de 100 ml.
Les parois alvéolocapillaires sont très minces, de l’ordre de 0,1 micron, ce qui constitue une barrière
négligeable à la diffusion des gaz.
Ainsi, le temps de diffusion des gaz alvéolaires est de l’ordre de quelques millisecondes, alors que le
sang met environ 1 seconde à passer des veinules aux artérioles péri-alvéolaires.
On peut donc effectivement considérer qu’il y a équipression instantanée au niveau pulmonaire.
Hypothèse 2:
Tous les tissus physiologiques sont irrigués en sang artériel de façon uniforme et simultanée. Les
phases de charge et de décharge de gaz sont donc homogènes au niveau de l’organisme, et
s’effectuent par perfusion; le temps de diffusion à travers certains tissus n’était pas pris en compte dans
ce modèle.
Hypothèse 3:
La charge et la décharge de gaz inerte de l’organisme sont donc proportionnelles au temps de
saturation ou de désaturation et au gradient entre la pression et la tension du gaz considéré.
Les phases de charge et de décharge suivent des courbes exponentielles et similaires.
D’où la formule de Haldane
TN2 = ToN2 + ( PpN2 - TON2) ( 1-e
▪
▪
▪
( 1-e
-k(t /T)
-k(t /T)
)
TN2= tension finale d’azote
TON2=tension initiale d’azote
PpN2= pression partielle d’azote respirée
) est l’expression de la fonction exponentielle utilisée aussi écrite parfois ( 1-0,5
t/T
)
Le danger apparaît au moment où les rapports de saturation TN2/Pa sont supérieurs à une limite Sc.
La saturation de l’organisme dans ce modèle est donc fonction :
▪
De la pression partielle ventilée,
▪
Du temps d’exposition,
▪
Du débit volumétrique sanguin,
▪
De la saturation en azote du retour veineux au niveau pulmonaire.
La saturation de l’ensemble des tissus physiologiques étant homogène, la charge de gaz inerte du
retour veineux est considérée comme étant équivalente à celle des autres tissus physiologiques.
On ne tient pas compte ici de la possibilité de diffusion de l’azote des capillaires artériels directement
vers les capillaires veineux qui se croisent à contre sens et à proximité.
2
Pour modéliser les différentes façons de l’organisme à réagir aux charges de gaz, Haldane crée des
compartiments caractérisés par une période et un coefficient de sursaturation critique, semblable à ce
que nous connaissons avec la MN 90.
Remarque 1 :
Le modèle d’Haldane ne met pas en valeur une vitesse de remontée particulière. Celle-ci est
déterminée par une expérimentation empirique.
Remarque 2 :
▪
Les plongées successives sont impactées par la saturation des tissus les plus longs
comme pour la table MN 90 (tissus 120’).
▪
On peut également considérer que tous les tissus sont à saturation à la sortie de l’eau
quelque soit le profil de la plongée, comme les tables COMEX 74.
▪
Enfin, on peut considérer les tissus les plus longs; (par exemple 120’), comme étant à
saturation systématiquement. C’est le cas choisi pour les MT 92.
Procédure de conception d’un modèle de décompression
Hypothèses physiologiques
⇓
Modélisation mathématique à partir de cette hypothèse
⇓
Choix d’une population cible
⇓
Validation sur un échantillon représentatif
La valeur d’une connaissance scientifique et son opérationnalité dépendent de la méthode qui a permis
de la construire. Ce principe est particulièrement valable dans le cadre des recherches sur la
décompression. En effet, les calculs mathématiques n’ont de pertinence que dans la mesure où ils
modélisent efficacement les processus physiologiques sous tendus.
Et c’est là qu’il nous faut prendre des précautions :
▪
Les hypothèses physiologiques d’Haldane, qui lui ont servi à élaborer sa méthode, sont
presque toutes remises en cause.
▪
Les tests qui ont permis de valider nos tables de plongées françaises, comme la MN
90, ont été effectués sur un échantillon de jeunes militaires en bonne santé.
▪
Les profils de plongées réalisés sont des plongées carrées et pour une partie non
négligeable en caisson.
On peut dès lors plus difficilement s’étonner de voir survenir des accidents de décompression avec
respect des tables.
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BREVET D'ETAT
D'EDUCATEUR SPORTIF
1° DEGRE PLONGEE SUBAQUATIQUE
ECRIT - ELEMENTS DE CONNAISSANCES RELATIFS A LA CORRECTION
SESSION DE PRINTEMPS 2011 QUESTION A DOMINANTE THEORIQUE
PHYSIOLOGIE
(Note sur 20 Coefficient 0, 25)
Décrivez l’appareil respiratoire et les échanges gazeux en plongée subaquatique.
Respirer est la fonction qui permet de :
- Prélever l’air atmosphérique (inspiration),
- L’amener aux poumons, le lieu d’échange où le sang se charge en oxygène (O2) et se
décharge en dioxyde de carbone (CO2) en Azote (N2) et autres corps gazeux,
- Assurer l’élimination de l’air chargé en rejets gazeux (expiration).
La respiration intervient au moyen :
- du système ventilatoire,
- du système cardio-vasculaire.
L'appareil respiratoire ou cardio-ventilatoire est formé d'un ensemble d'organes :
- L'arbre respiratoire,
- Les poumons,
- Les muscles respiratoires,
- Le coeur,
- Les vaisseaux,
L'arbre respiratoire comprend :
- Le nez et fosses nasales,
- La bouche,
- Le pharynx (carrefour aéro-digestif),
- Le larynx (gorge),
- La trachée,
- Les bronches,
- Les bronchioles,
- Les alvéoles pulmonaires,
- Les capillaires pulmonaires,
- Les poumons.
4
L'air que nous respirons ne va pas directement aux alvéoles; mais passe par une succession de
conduits dont le diamètre va en diminuant (larynx, trachée, bronches et bronchioles). Il n'y a pas
d'échange entre les gaz et le sang durant ce trajet (150 ml).
5
Le volume de cette tuyauterie est appelé "espace mort anatomique". Il joue un rôle important dans la
fonction respiratoire en plongée libre et avec bouteille. Cet air est mobilisé à chaque inspiration et
expiration. L’espace mort anatomique gène la libre circulation de l’air. Cet espace est augmenté par le
tuba ou le boîtier du détendeur.
Les
alvéoles
sont
les
structures
d'échange
O2 / CO2.
Approximativement 800 millions, elles forment la majeure partie de nos
poumons. Une alvéole est un sac à membrane mince entouré de
capillaires sanguins. La surface d'échange de ces alvéoles est
comparable à l'étendue d'un terrain de football.
L'air inspiré, riche en O2, arrive dans l'alvéole. A travers la membrane,
l'hémoglobine du sang se charge de l'O2 et évacue le CO2 qui est
éliminé lors de l'expiration.
L'inspiration est la phase active de la ventilation. Sous l'action du diaphragme et des muscles
intercostaux, la cage thoracique augmente de volume. Les poumons se distendent et s'emplissent d'air
par simple effet de dépression. L'expiration normale est passive: la cage thoracique reprend son
volume initial par relâchement des muscles inspirateurs et les poumons se vident de leur air.
Les volumes pulmonaires sont le Volume de Réserve Inspiratoire : 2,5 litres ; le Volume Courant : 0,5 L,
le Volume de Réserve Expiratoire : 1,5 L et le Volume Résiduel : 1,5 L. Le VRE et le VR constituent la
capacité de réserve fonctionnelle permettant de maintenir presque constante la composition du gaz
alvéolaire.
Schéma de l’hématose (transformation dans l’appareil respiratoire du sang veineux en sang artériel par
perte du gaz carbonique et enrichissement en oxygène) :
Les échanges de gaz au niveau de l’alvéole se font par diffusion en application des lois de Dalton et
d’Henry. La diffusion de l’air alvéolaire jusqu’au sang à travers la membrane alvéolaire est très rapide ;
l’échange est déjà terminé avant la fin du capillaire. Le facteur important pour l’échange des gaz est le
gradient entre la Pression partielle du gaz libre alvéolaire et la tension du gaz dissous sanguin.
En respiration courante, l'homme effectue de 12 à 18 cycles respiratoires par minute. Ce rythme varie
cependant en fonction de l'âge, de l'activité et des conditions externes (le froid par exemple).
6
La sensation du besoin de respirer (le réflexe respiratoire) est commandée par un centre nerveux non
volontaire situé à la base du cerveau juste au dessus de la moelle épinière : le bulbe rachidien. Ce
centre nerveux régularise l'inspiration en fonction de la montée du taux de CO2 dans le sang, et non en
fonction du manque d'O2.
En plongée, la respiration sera idéalement lente et profonde. Toute augmentation du rythme respiratoire
peut être le signe avertisseur d'un éventuel début d'essoufflement.
Certains facteurs peuvent accroître la ventilation :
- L’exercice, par stimulation des récepteurs musculaires ou articulaires lors du
mouvement, information remontant vers le centre respiratoire,
- La douleur, l’anxiété, les émotions,
- L’augmentation de la Pa CO2 lors d’un essoufflement.
Les modifications dues à l’hyperbarie et les risques induits :
- Le travail ventilatoire fonction de la densité des gaz respirés. En plongée scaphandre,
une augmentation de la masse volumique du gaz par augmentation de la Pression
Absolue. Ceci implique un accroissement des résistances dynamiques à l’écoulement
des gaz dans l’appareil respiratoire. Les débits sont ainsi diminués, ce qui accroît le
travail des muscles ventilatoires qui tentent de les maintenir. On peut dire que des
sujets sains présentent en plongée les mêmes débits que des sujets insuffisants
respiratoires en surface.
- L'air à pression atmosphérique à une densité de 1,23 g/l. Sa densité à 50 mètres est de
7 g/l. C’est pourquoi, pour les grandes profondeurs, on utilise des gaz plus légers:
l’Héliox (Hélium + Oxygène) dont la densité est de 7 g/l à 350 m et l’Hydréliox
(Hydrogène + Hélium + Oxygène) dont la densité est de 11 g/l à 700 m.
- La pression hydrostatique modifie les conditions hémodynamiques dans les tissus
cutanés. Le sang est déplacé vers les tissus profonds et préférentiellement vers les
tissus pulmonaires. Ceux-ci sont rendus moins élastiques et l’espace disponible pour
les volumes gazeux est plus réduit. Les conséquences sont une perte de 30% du VRE
et un travail ventilatoire augmenté de 60%,
- Il résulte de ces mécanismes une diminution de la ventilation alvéolaire et donc de
l’élimination du gaz carbonique. Le résultat est une hypercapnie ou augmentation du
taux de gaz carbonique dans le sang. Cela favorise l’essoufflement et la fatigue des
muscles respiratoires,
- La résistance ventilatoire est aussi accrue du fait des détendeurs qui rendent plus
difficile les inspirations tête haute et les expirations tête basse. Dans tous les cas, la
mise en bouche d'un détenteur oblige une expiration active et augmente les risques de
fatigue à l'effort,
- Le débit expiratoire maximal chute malgré un accroissement de l’effort expiratoire car le
débit de flux expiratoire est indépendant de l’effort fourni. Le contrôle de la qualité de
l’expiration en plongée est bien le souci principal du plongeur,
- Le froid, le stress, la combinaison sont autant de facteurs intervenant également dans
le processus de la ventilation en plongée.
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D'EDUCATEUR SPORTIF
1° DEGRE PLONGEE SUBAQUATIQUE
ECRIT - ELEMENTS DE CONNAISSANCES RELATIFS A LA CORRECTION
SESSION DE PRINTEMPS 2011
QUESTION A DOMINANTE PRATIQUE
ORGANISATION DE PLONGEE
(note sur 20, coefficient 0,5)
Responsable d’une plongée sur une île se trouvant à 12 milles de votre port, vous préparez votre sortie
en recherchant des informations dans les domaines suivants : météorologie, marées, courants,
navigation, mouillage, carburant, fonds marins.
Indiquez comment vous procédez pour obtenir ces informations et les dispositions que vous prenez.
Informations météorologiques générale en consultant la carte météo synoptique sur internet ou à la
capitainerie (flux général, régime des vents, nébulosité, état de la mer, prévisions pour la journée …).
Informations météorologiques locales intégrant les influences des reliefs, les régimes thermiques
associés, les heures de lever et de coucher de soleil.
Informations relatives au coefficient de marée, aux heures de pleine et basse mers, calcul des courants
en conséquence.
Informations relatives à la navigation par lecture de la carte marine du SHOM de la zone d’évolution :
dangers rencontrés, balisage, calcul des courants, des dérives éventuelles, amers susceptibles d’être
utilisés, initialisation des way-points GPS, informations du loch, vérification des capteurs sondeurs et
loch-speedomètre, …
Informations relatives au mouillage par étude de la carte marine, choix de la côte sous le vent, des
évolutions potentielles des courants, de la nature du fond, des caractéristiques du mouillage à prévoir
(type d’ancre, longueur de la chaîne et du bout …)
Informations relatives au carburant par la connaissance de la consommation du moteur à un régime
donné, à la vitesse de croisière déterminée, la distance aller et retour du site, le temps moyen de
navigation pour y accéder en tenant compte des éléments précédents.
Informations relatives aux fonds marins par étude du site sur la carte SHOM, les profondeurs, la nature
des différents fonds, les repères remarquables, les différentes sources d’intérêt, selon les objectifs de la
plongée …
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BREVET D'ETAT
D'EDUCATEUR SPORTIF
1° DEGRE PLONGEE SUBAQUATIQUE
ECRIT - ELEMENTS DE CONNAISSANCES RELATIFS A LA CORRECTION
SESSION DE PRINTEMPS 2011
QUESTION A DOMINANTE PRATIQUE
CONNAISSANCE DU MILIEU VIVANT
(note sur 20, coefficient 0, 25)
Diverses activités humaines menacent la vie Corallienne.
Quelles sont ces menaces ?
Quelles mesures faudrait-il prendre pour essayer de préserver les coraux ?
Connaissez-vous un ou plusieurs organismes qui s’occupent de ces problèmes ?
Problème du blanchissement des coraux.
Lié au réchauffement des eaux tropicales, aggravé par la régression des massifs de coraux en faveur
des algues et la disparition des Mangroves.
L’accroissement des populations côtières, de l’urbanisation est la cause majeure de détérioration.
Mesures à prendre : Mise en place de mouillages, stations dépuration, contrôle des rejets des navires,
aménagement des marinas et ports, création de réserves et contrôle des réserves actuelles…..
IFRECOR Initiative française sur les massifs coralliens.
ICRI International Corail Reef. La France assure la présidence jusque fin 2000.
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