Lois Physiques en Médecine Hyperbare et en Plongée PDF

08/12/2022 LES LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE ET EN PLONGEE Dr Nicolas VALLEE Chercheur, PhD, HDR Chef de projet Equipe Résidente de Recherche Subaquatique Opérationnelle Institut de Recher...

08/12/2022 LES LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE ET EN PLONGEE Dr Nicolas VALLEE Chercheur, PhD, HDR Chef de projet Equipe Résidente de Recherche Subaquatique Opérationnelle Institut de Recherche Biomédicale des Armées Institut de Recherche Biomédicale des Armées LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 1  08/12/2022 LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE ET EN PLONGEE GENERALITES PRINCIPE D’ARCHIMEDE LA PRESSION EQUATION DES GAZ PARFAITS LOI DE DALTON LOI DE HENRY LOI DE LAPLACE ELEMENTS DE CALCUL DES TABLES DE PLONGEE ECOULEMENT GAZEUX EQUATION DU BILAN THERMIQUE OPTIQUE ET ACOUSTIQUE CONCLUSION LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE ARCHIMEDE ET FLOTTABILITE NOTION DE POUSSEE D’ARCHIMEDE Tout corps plongé dans un liquide éprouve une poussée verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du liquide qu’il déplace et appliquée au centre de gravité du liquide déplacé. Un objet immergé déplace une certaine quantité d’eau Poids Apparent = Poids réel – Poussée d’Archimède Poids apparent = Volume de l’objet x (densité de l’objet – densité du liquide) LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 2  08/12/2022 ARCHIMEDE ET FLOTTABILITE NOTION DE POIDS APPARENT Poids apparent > 0 => l’objet coule Poids apparent = 0 => l’objet reste en équilibre Poids apparent < 0 => l’objet flotte But du plongeur = flottabilité indifférente (économie d ’effort) Moyens techniques  lest et gilet stabilisateur gonflable LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE GENERALITES Notion de MASSE VOLUMIQUE d’un liquide Masse par unité de volume Eau douce Eau salée 1L 1L 1 Kg 1.025 Kg Pour les liquides et les solides: la masse volumique de référence est l’eau douce (incompressibles) Densité de l’eau proche de celle du corps humain ~1.07 aux variations de volume près LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 3  08/12/2022 ARCHIMEDE & retour veineux Air eau g Eau eau Hypervolémie relative LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE ET EN PLONGEE GENERALITES PRINCIPE D’ARCHIMEDE LA PRESSION EQUATION DES GAZ PARFAITS LOI DE DALTON LOI DE HENRY LOI DE LAPLACE ELEMENTS DE CALCUL DES TABLES DE PLONGEE ECOULEMENT GAZEUX EQUATION DU BILAN THERMIQUE OPTIQUE ET ACOUSTIQUE CONCLUSION LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 4  08/12/2022 Unités de pression 1bar 10m 1bar = 1Kg/cm2 = 105 Pa = 0,1 MPA= 1 ATA = 10 msw Plongée à 10m : pression relative de 1atm = 2ATA de pression absolue 1 fsw = 3,03 103 Pa 1 psi = 6,895 103 Pa 1 torr = 1mmHg = 1,33 102 Pa 1 Kiloforce (KgF) = 1 Kg/cm² = 1 bar PRESSION 1000 Newton Notion de PRESSION Force par unité de surface Newton (N) = Masse (Kg) X g (9,81ms-²) Force P = ———— Surface Pascal (Pa) m² 0,0025 m² 25 cm² Unités Pression Système International 2 000 000 Pa Force : Newton =4 bars Surface : m2 1Kg/cm² = 1bar Pression : Pascal (Pa) = 1 N. m-2 hectoPascal : 1 hPa = 102 Pa LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 5  08/12/2022 PRESSION Notion de PRESSION ATMOSPHERIQUE C’est la pression exercée par le gaz qui entoure notre planète. Au niveau de la mer la pression est de 1013 mbar (1 atmosphère absolue = 1 ATA) 1 litre d’air pèse 1,293g Patm décroit avec l’altitude (0,1 bar / 1000m) 1 ATA = 1 bar = 760 mmHg LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE PRESSION Notion de PRESSION HYDROSTATIQUE ou de pression relative Pression exercée par la colonne d’eau Volume = Hauteur x Surface Volume = 1000cm x 1cm² = 1000cm3 = 1 dm3 = 1 litre Hauteur : 10m Poids = 1kg 1kgf / 1cm² = 1 bar La pression hydrostatique augmente de 1 bar tous les 10 mètres Pression hydrostatique = (Profondeur en mètres x densité ) / 10 Surface : 1cm² LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 6  08/12/2022 PRESSION NOTION DE PRESSION ABSOLUE Pression exercée en un point P atm 1bar Patm PH h h 10m = 1bar P hydro Phydr Pabs Pabs = PH + Patm Pabs = 2 bars Pression absolue = Pression relative + Pression de référence ATA = pression absolue Bar = pression relative mmHg = pression en physiologie LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE ET EN PLONGEE GENERALITES PRINCIPE D’ARCHIMEDE LA PRESSION EQUATION DES GAZ PARFAITS LOI DE DALTON LOI DE HENRY LOI DE LAPLACE ELEMENTS DE CALCUL DES TABLES DE PLONGEE ECOULEMENT GAZEUX EQUATION DU BILAN THERMIQUE OPTIQUE ET ACOUSTIQUE CONCLUSION LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 7  08/12/2022 Le plongeur autonome: appareil respiratoire But: Respirer des gaz à la même pression que la pression exterieure. LES GAZ PARFAITS Notion de COMPRESSIBILITE & d’encombrement stérique La compression diminue le volume Gaz GAZ Liquide SOLIDES, LIQUIDES - Les molécules sont éloignées les unes des Les molécules sont très proches autres -Très peu de mouvements GAZ COMPRIME - le mouvement est - incompressibles permanent - compressibles MEMBRANE écrasée  SNHP LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 8  08/12/2022 EQUATION DES GAZ PARFAITS EQUATION DES GAZ PARFAITS Un nombre n de molécules occupant un volume V à une température T(°Kelvin) exerce une pression P telle que : P.V. = n.R.T P : Pression (une mole contient 6,02 1023 molécules, pour 22,4 litres à 273,15°K and 1 atmosphère) V : Volume n : nombre de molécules R : constante des gaz parfait (0,082056) T : température absolue (en degrés Kelvin) Généralisation de l’équation : P.V. = Z(P,T).n.R.T Z(P,T) : facteur dépendant de la compressibilité (Z < 1) suivant la pression suivant la température suivant la nature du gaz LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE LOI DES GAZ PARFAITS Loi de BOYLE MARRIOTTE A TEMPERATURE constante, le produit de la Pression par le Volume d'un gaz est une Constante. S’applique aux cavités aériques de l’organisme T est constante P et V sont variables P.V = Constante ou P1.V1 = P2.V2 LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 9  08/12/2022 LES GAZ PARFAITS 1 ATA Vol = 1 ou 100% P1.V1 = P2.V2 P1.V1/P2 =V2 Niveau de la mer 2 ATA 10 m Vol = ½ ou 50% Barotrauma en remontant 20 m 3 ATA Vol = 1/3 ou 33,3 % 4 ATA 30 m Vol = ¼ ou 25 % 6 ATA 50 m Vol = 1/6 ou 17 % 10 ATA 90 m Vol = 1/10 ou 10 % LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE Le plongeur autonome: appareil respiratoire But: Respirer des gaz à la même pression que la pression exterieure. De l’oxygène et des gaz diluants dits « inertes » (azote, hélium, hydrogène) sous pression 10  08/12/2022 Le plongeur autonome: appareil respiratoire Circuit semi-ouvert Circuit fermé Circuit ouvert LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE ET EN PLONGEE GENERALITES LA PRESSION PRINCIPE D’ARCHIMEDE EQUATION DES GAZ PARFAITS LOI DE DALTON LOI DE HENRY LOI DE LAPLACE ELEMENTS DE CALCUL DES TABLES DE PLONGEE ECOULEMENT GAZEUX EQUATION DU BILAN THERMIQUE OPTIQUE ET ACOUSTIQUE CONCLUSION LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 11  08/12/2022 LOI DE DALTON Notion de PRESSION PARTIELLE & LOI DE DALTON Dans un mélange gazeux, la pression totale est égale à la somme des différentes pression des gaz composant ce mélange. La pression d’un gaz dans un mélange est appelée Pression Partielle (Pp ou Pi) La pression totale du mélange est : Pabs = ΣPp La pression partielle d’un gaz dans un mélange est égale à la proportion de ce gaz dans le mélange multipliée par la pression totale Pp = Pabs x % gaz LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE LOI DE DALTON PRESSION PARTIELLE & limites physiopathologiques Si Pp02 élevée  Crise hyperoxique Si PpN2 élevée  Narcose à l’azote Choix du mélange dans la bouteille de plongée en fonction de la profondeur envisagée. LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 12  08/12/2022 LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE ET EN PLONGEE GENERALITES LA PRESSION PRINCIPE D’ARCHIMEDE EQUATION DES GAZ PARFAITS LOI DE DALTON LOI DE HENRY LOI DE LAPLACE ELEMENTS DE CALCUL DES TABLES DE PLONGEE ECOULEMENT GAZEUX EQUATION DU BILAN THERMIQUE OPTIQUE ET ACOUSTIQUE CONCLUSION LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE LOI DE HENRY Notion de DISSOLUTION & LOI DE HENRY A une température donnée et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle qu’exerce ce gaz sur le liquide. Pression 1 ATA Pression 2 ATA Pression 4 ATA Le gaz tant à un équilibre en se déplaçant du milieu le plus concentré vers le moins concentré. LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 13  08/12/2022 LOI DE HENRY: saturation Affinité des gaz pour les zones « plus grasses » ou plus « riche en eau » repose sur la solubilité des gaz dans les lipides: non spécifique LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE LOI DE HENRY: les gaz en plongée Pouvoir narcotique des gaz PM Solubilité inertes Pvr Narco He 4 15 0.14 Ne 20 19 0.28 H2 2 50 0.54 N2 28 67 1 Ar 39 140 2.32 Kr 82 430 7.14 N 2 O 44 1400 28.1 Xe 130 1700 30.64 LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE 14  08/12/2022 LOI DE HENRY: les gaz en plongée Pouvoir narcotique des gaz PM Solubilité inertes Pvr Narco He 4 15 0.14 Ne 20 19 0.28 H2 2 50 0.54 N2 28 67 1 Ar 39 140 2.32 Kr 82 430 7.14 N 2 O 44 1400 28.1 Xe 130 1700 30.64 LOIS PHYSIQUES EN MEDECINE HYPERBARE & EN PLONGEE Loi de HENRY pondérée par les équations de FICK Dissolution et élimination du gaz par un liquide Air S² Sous-Saturation : Pp N2 > Tension N2 Tissus Descente Sursaturation Critique : Pp N2