Brevet FR2182230A1 — publié le 19731207

La prés an-ce invention concerne des c-élanges de pour la plongée profonde, ainsi qu'ici procédé de plongé'; profonde utilisant de tels mélanges. Pour l'entretien de son existence, il faut fcur.'rr.r è. 5 un plongeur, pour lui permettre de respirer, un s;? s à vert;-; pression égale à la pression régnant dans 11 eau. entour-aiil; la plongeur. Il existe cependant une licL-: exemple entre 45 et 75 mètree de plongée en,, eau ..de0 Il y a cependant des pioblèraes concernant la respiration de l'hélium par le plongeur et ces problèmes sont nettement; amplifiés à mesure que les profondeurs de plongée se 35 rapprochent des profondeurs des plateaux continentaux externes et qu'elles vont au delà. . 4 BA0 ORIGINAL 73 15546 2182230 En premier lieu, il y a le problème de la communication. L'effet destructeur que l'inhalation de l'hélium exerce sur la voix humaine normale est "bien connu, si ce phénomène n'est pas bien expliqué. On pense qu'en raison princi-5 paiement des variations de la vitesse du son dans le milieu gazeux, cet effet est une fonction sensible de la profondeur. Il existe au niveau de la mer une distorsion des sons de la parole dans l'hélium, d'une façon qui semble amusante aussi bien à la personne qui écoute qu'à celle qui parle, mais les 10 paroles sont entièrement intelligibles. A 60 mètres de profondeur sous l'eau, la parole dans l'hélium est encore raisonnablement intelligible. Cependant, à mesure que les profondeurs augmentent pour se situer entre 120 mètres et 180 mètres en eau de mer, la situation devient plus grave, 15 et pour la personne qui tente d'obtenir l'exécution d'un travail, le son de la parole dans l'hélium n'est plus considéré comme amusant. Dans cet intervalle, l'élocution est totalement perdue pour une oreille non entraînée, bien que des indications attendues puissent être comprises par une personne qui 20 écoute tout en étant familiarisée avec la voix et la situation. Très souvent, cependant, une variation soudaine du sujet de la conversation met tout le monde en défaut, et il est nécessaire au plongeur de parler lentement, de se répéter et d'essayer de dire les choses d'une façon différente. Cela 25 peut s'effectuer, mais c'est lent et par conséquent onéreux. Un autre problème de la plongée profonde, qui est particulièrement accentué par l'utilisation de l'hélium, est celui du froid. Même dans les eaux équatoriales, les températures de l'océan dans l'intervalle de la plongée à l'aide 30 de l'hélium risquent d'être assez froides pour limiter les temps de plongée, la conductivité thermique de l'hélium est en gros six fois supérieure à celle de l'azote. Par conséquent, la vitesse de perte de chaleur dans un milieu gazeux environnant à base d'hélium est considérablement plus grande 35 que dans l'air. Un plongeur très refroidi ou gelé prend beaucoup plus longtemps pour faire un travail donné, il risque^ 73 15546 3 2182230 moins de répondre de façon appropriée à des situations d'urgence et il est probablement plus difficile à décomprimer. Même s'il était possible de conserver le plongeur assez longtemps au chaud pour qu'il puisse terminer son travail, un 5 séjour capable de le glacer jusqu'aux os l'attendrait lorsqu'il revient dans la cloche de plongée remplie d'héliox (hélium-oxygène). De nombreux plongeurs considèrent cela comme étant plus pénible et plus déplaisant que le travail dans l'eau froide. 10 La décompression est un problème associé à toutes les plongées profondes. Les techniques de saturation rendent accessibles les plateaux continentaux pour toutes les personnes qui disposent des ressources nécessaires ; mais ce genre de plongée n'est ni facile ni nécessairement économique. Dans 15 le cas de la plongée industrielle, où le temps de travail ne doit dans la plupart des cas n'être que de quelques minutes ou d'une fraction d'heure, des modes opératoires efficaces et sûrs de-décompression sont essentiels. Dans certaines conditions, la faible solubilité et le grand pouvoir de diffu-20 sion de l'hélium, propriétés qui déterminent ensemble la vitesse de transport de gaz inerte dans le corps humain, font de l'hélium, le gaz de choix, du point de vue de la décompression. Mais dans une plongée profonde et relativement brève impliquant un dur travail au fond, lorsque l'on désire 25 avoir la décompression sûre la plus rapidement possible, ces mêmes propriétés de transport font probablement de l'hélium le gaz le plus mauvais possible. Puisque l'on ne sait réellement que trop peu à propos de la biophysique de la décompression et de la maladie de la décompression, il suffit de 30 dire que quel que soit le gaz respiré, la décompression est un processus difficile et lent et qu'elle constitue probablement le problème le plus grave auquel doive fair^face la personne effectuant ou commandant une plongée profonde. Le but principal de la présente invention consiste 35 donc à proposer pour la plongée profonde un mélange gazeux qui surmonte les défauts principaux des diluants connus, qui 73 15546 2182230 est d'utilisation sûre, quj/êst disponible, économique et qui offre des avantages à la fois pratiques et théoriques par rapport à l'utilisation de l'hélium. Un autre but de la présente invention est de proposer 5 un mélange gazeux à base de néon qui tire avantage des meilleures propriétés du néon, de l'hélium et de l'azote, tout en réduisant leurs inconvénients à leur minimum. Un autre but encore de la présente invention est de proposer un procédé de plongée profonde à l'aide d'un mélange 10 gazeux à base de néon. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée suivante de l'invention, faite en regard des dessins annexés sur lesquels : 15 la figure 1 illustre la perte de l'efficacité du tra vail lorsqu'on utilise des gaz connus comme diluants et lors-qu'on utilise le mélange gazeux préféré de la présente invention, cette perte étant due seulement à l'effet narcotique de ces gaz (ordonnées : pourcentage d'efficacit^lu travail 20 par rapport à la situation normale ; abscisses inférieures : pression partielle (en bars) du gaz de dilution ; abscisses supérieures : profondeur équivalente sous l'eau de mer (en mètres) pour 0,21 bar de pression d'oxygène ; A : argon ; B : azote ; C : hydrogène ; D : avec 20 fo d'azote ; 3? : avec 5 % 25 d'azote ; E : intervalle préféré du mélange hélium-néon ; l'axe supérieur des abscisses correspond au cas de l'hélium ou du néon).; la figure 2 illustre la relation entre la perte de l'intelligibilité de la parole, d'une part, et les diluants 30 connus et le mélange préféré de l'invention, d'autre part (ordonnées : pourcentage de communication effective par la parole ; abscisses inférieures : vitesse du son dans un milieu gazeux (m/s) ; abscisses supérieures : pourcentage de la vitesse du son dans l'air à 0°C et sous une pression d' 1 bar ; 35 A : argon ; B: azote ; G : néon ; D : 20 $ d'azote ; E : 0 fo d'azote ; E : intervalle préféré du mélange hélium-néon ; II : 2182230 hélium ; C : hydrogène) ; la figure 3 est une illustration semblable à celle des figures 1 et 2, mais elle présente l'influence de la perte de chaleur du corps humain sur l'efficacité du travail 5 effectué (abscisses : températures en °C ; 37°0 : température normale de l'organisme ; de 21,1°C vers 37°C, le milieu est plus chaud que la température normale ; de 21,1°C vers 10,0°C le milieu est plus froid que la température normale ; entre +10,0°C et -1,7°G : intervalle prévu des températures sur le 10 plateau continental ; ordonnées : pourcentage d'efficacité du travail par rapport à une situation normale ; A : argon ; B : azote ; C : hydrogène ; D : 20 fo d'azote ; 3? : 0 fi d'azote ; E : intervalle du mélange préféré hélium-néon ; G- : néon j H : hélium) ; 1 5 la figure 4 est ime illustration semblable à celle des figures 1 à 3, mais elle indique le pourcentage de capacité d'un travail normal en fonction de la possibilité de respirer à une profondeur variable (ordonnées : pourcentage de capacité du travail normal ; abscisses inférieures : pro-20 fondeur d'eau d§6ier (en mètres) ; A : argon ; G- : néon ; E : mélanges préférés ; B : azote pur ; C : hydrogène ; H : hélium) ; la figure 5 illustre les propriétés, avantageuses ou non, d'un mélange gazeux néon-hélium pour la plongée en fonc-25 tion de l'augmentation du pourcentage de néon (abscisses horizontales, de gauche à droite), avec et sans l'addition sensible d'azote ; la figure 6 illustre le degré de travail utile (en ordonnées, pourcentage de travail efficace par rapport à la 30 situation normale) que l'on peut attendre dans le cas de divers mélanges de néon et d'hélium, avec et sans azote à la profondeur de 255 mètres d'eau de mer, par suite des divers facteurs suivants : (a) communication ; (a) + : en présence d'azote ; (b) perte de chaleur ; (b) + : en présence d'azote ; 35 (c) narcose ; (c) + : en présence d'azote ; (d) respiration ; (d) + : en présence d'azote ; abscisses : 10-100 fi> : pourcpn- 71 1SI46 73 15546 . 2182230 tage de néon dans un mélange néon-hélium ; 8-80 fi : pourcentage de néon clans un mélange y. 20 fi d'azote ; le reste étant du néon et de l'hélium ; E : intervalle correspondant au mélange préféré ; et 5 la figure 7 illustre un profil préféré de décompres sion dans le cas du mélange gazeux selon la présente invention (abscisses : temps en minutes et en heures ; ordonnées : profondeur en mètres d'eau de mer (m) et surpression (bars). La figure illustre le cas d'un profil typique de décompres-10 sion de 30 minutes à 204 mètres de profondeur ; le mélange gazeux est constitué par 5 fi" d'oxygène ; avec comme gaz de dilution moins de 5 fi d'azote ; 72 à 78 fi de néon, le reste étant de l'hélium. D'autres gaz comme l'argon, l'hydrogène, le néon, etc., 15 ont été suggérés comme pouvant remplacer l'hélium. Le taMeau I qui suit résume les propriétés des divers gaz que l'on pourrait utiliser pour la plongée en mer profonde jusqu'aux profondeurs des plateaux continentaux. 4 TABL3AILI --4 LO Propriétés Décompression Narcose Distorsion de la voix Argon pas 'bon ; ne peut servir que dans des cas spéciaux narcotique dans 11 intervalle théorique de profondeur de plongée rend la voix profonde Conductibilité bon isolement thermique Inhalabilité dur à respirer Prix de revient et disponibilité dans le monde faible prix de revient ; facilement disponible Azote bon en plongée de courte durée ; lent retour des plongées de longue durée narcotique au-delà d'une profondeur d'environ 60 mètres sous l'eau voix normale isolement moyen à bon dur à respirer en profondeur prix de revient le plus bas ; disponible n'importe où Néon assez facile à éliminer en plongée de lon-due durée - s'accumule lentement en plongée de courte durée pas de narcose relativement à respirer dur- prix de revient élevé, selon la pureté ; disponible en de nombreux endroits Hélium facilement éliminé de l'organisme après des plongées de longue durée ; s'accumule rapidement en cas de plongée de courte durée pas de narcose voix presque normale isolement moyen grande distorsion isolement médiocre peut être respiré jusqu'à 1500 mètres prix modéré ; disponible seulement en certains endroits Hydrogène a peu près comme He légère narcose aux grandes profondeurs grande distorsion isolement très médiocre comme pour He faible prix de revient ; facilement disponible en. en -Cs» -o to —Jk 00 IO ro OJ o 73 15546 e 2182230 l'objectif d'une plongée industrielle ou militaire est l'accomplissement d'un travail utile à la profondeur de travail. Un travail utile peut être inhibé par plusieurs facteurs résultant du choix du gaz de dilution. Parmi ces inhi-5 bitions empêchant un travail utile, il y a : 1 , une diminution de la conscience, due à des effets narcotiques ; 2. une diminution de l'intelligibilité des communications orales ; 10 3. de la fatigue, de la raideur musculaire et une perte de capacité sensorielle due à la perte de chaleur de 11 organisme ; 4. des limitations de la capacité de travail provenant d'une difficulté respiratoire. 1 5 les facteurs . ci-dessus sont représentés graphique ment aux figures 1 à 4. Le facteur constituant la limite la plus grave est l'effet narcotique représenté à la figure 1 (ordonnées : pourcentage d'efficacité du travail par rapport à une situation normale ; abscisses inférieures : pression par-20 tielle du gaz de dilution, en bars ; abscisses supérieures : profondeur équivalente sous l'eau de mer (en mètres) pour une pression partielle d'oxygène égale à 0,21 bar ; À : argon ; B : azote ; C : hydrogène ; D : avec 20 fi> d'azote ; F : avec 5 fi> d'azote ; E (intervalle hachuré) : intervalle du mélange 25 préféré hélium-néon ; l'axe supérieur des abscisses correspond à de l'hélium ou du néon). Dans ses stades modérés, la narcose aboutit à des erreurs du jugement et de l'observation. Dans son état plus grave, elle aboutit à une perte totale de conscience. Comme on le voit, l'hélium pur ou le néon pur ne pré-30 sente aucun effet narcotique (abscisses supérieures), alors que l'argon pur et l'azote, pour la plupart de l'intervalle de profondeur des plongées industrielles se situant entre 45 mètres et 255 mètres, exercent trop d'effet narcotique, les effets narcotiques semblent être fonction de la pression partielle du 35 gaz narcotique. Par exemple, nous respirons normalement de l'azote à la pression partielle de 0,83 bar sans aucune influence 73 15546 9 2182230 inopportune. Pour évite^&es effets narcotiques inopportuns dans la totalité de 1'intervalle des profondeurs que l'on rencontre sur le plateau continental, la teneur en argon ne doit pas excéder 10 fi du mélange total et la teneur en azote 5 ne doit pas excéder 20 fi. l'impact de la diminution de la communication orale est moins aisé à évaluer, la figure 2 présente la relation entre l'intelligibilité des paroles et la vitesse du son dans le milieu gazeux, (ordonnées : pourcentage de communication 10 efficace par la parole ; abscisses inférieures : vitesse du son dans le milieu gazeux (m/s) ; A : argon ; B : azote ; C : hydrogène ; D : 20 fi d'azote ; F : 0 fi d'azote ; E : intervalle de mélange préféré hélium-néon ; G- : néon ; H : hélium ; abscisses supérieures : pourcentage de la vitesse du son dans 15 l'air à 0°C et à la pression atmosphérique), la vitesse du son est influencée principalement par la masse moléculaire du gaz et en second lieu par des facteurs comme la température et la pression. On a représenté de façon appropriée les divers gaz en indiquant la vitesse du son à 0°C et à la pres-20 sion atmosphérique (1 bar), la figure 2 indique raisonnablement bien les relations existant entre les gaz à n'importe lesquelles des combinaisons de température et de pression que l'on peut probablement rencontrer dans des situations réelles de plongée pour des buts commerciaux ou industriels. Il n'y a 25 pas d'indication de cas de perte totale de la communication orale, puisqu'entre des personnes faisant partie d'un personnel bien entraîné il y a conservation d'un peu de compréhension limitée même dans le cas de la distorsion la plus grande. De façon similaire, il est difficile d'évaluer l'ef-30 fet de la perte de chaleur de l'organisme sur l'efficacité du travail. Un homme peut continuer à effectuer un peu de travail utile même s'il a lamentablement froid. Il a été objectivement déterminé que la perte de chaleur de l'organisme provoque bien une fatigue accélérée, une perte de la perception sensorielle 35 et de la rigidité musculaire. Divers types de vêtements et de dispositifs de chauffage des costumes ont été mis au point 73 15546 10 2182230 pour combattre la perte de chaleur eu cours de la plongée profonde. Cependant, la conductibilité thermique de l'atmosphère gazeuse reste un facteur majeur dans la lutte contre la perte de chaleur. La figure 3 montre l'effet de différents 5 milieux gazeux environnants sur la perte de chaleur de l'organisme, par comparaison avec ce qui se produit dans un environnement constitué par de l'air (considéré comme le cas normal) (en ordonnées : pourcentage d'efficacité du travail par rapport à 11 environnement normal ; abscisses : températures 10 en °C ; A : argon ; B : azote ; C : hydrogène ; D : 20 fi d'azote ; F : 0 fi d'azote ; E : intervalle de mélange préféré hélium-néon ; G- : néon ; H : hélium ; entre +10,0°C et -1,7°C, on trouve l'intervalle des températures que l'on prévoit sur le plateau continental). Pour comprendre l'importan-15 ce de cette représentation, il est nécessaire de se rappeler qu'à mesure où l'on rencontre de plus faibles températures dans un environnement constitué par de l'air, il y a une perte de l'efficacité du travail effectué. Ce que la figure 3 indique, c'est qu'en se plaçant dans différents gaz, cette perte 20 de l'efficacité du travail effectué sera diminuée ou accentuée selon la conductibilité thermique du gaz choisi pour remplacer l'air normal. Si l'on utilise des vêtements isolants et/ou des sources supplémentaires de chaleur, il y aura moins de diminution de l'efficacité du travail effectué a.ide d'air. 25 Cependant, quel que puisse être le niveau d'accomplissement ou de réalisation du travail, ce niveau sera amélioré ou rendu plus mauvais selon les relations représentées à la figure 3. Dans les conditions de températures auxquelles" on s'attend pour la plongée dans des buts industriels ou commer-30 ciaux à une profondeur.comprise entre 45 mètres et 255 mètres, l'utilisation de l'hydrogène ou de l'hélium comme atmosphère entourant le plongeur provoquera une perte majeure de l'efficacité du travail par comparaison avec le travail obtenu dans de l'air normal. L'utilisation du néon pur, sous l'influence 35 de la température, ne provoquera qu'une perte très mineure de l'efficacité du travail par comparaison avec ce qui est obtenu 73 15546 ,, 2182230 dans de l'air normal-. L'utilisation d'une atmosphère d'argon aboutirait, à moins de perte d1 efficacité du travail que dans le cas de l'air normal et, par conséquent, on voit à la figure 3 qu'il y a pour l'argon une exécution de travail ou un rende-5 ment se situant au-dessus de 100 $ par comparaison avec ce que l'on obtient dans de l'air normal. Une quatrième influence du milieu gazeux environnant sur le rendement du travail d'un plongeur concerne la difficulté à respirer. La respiration doit atteindre deux objec-10 tifs séparés. En premier lieu, de l'oxygène doit être introduit dan^ies poumons et de là dans le courant sanguin. En second lieu, l'anhydride carbonique produit par suite de l'activité musculaire doit être enlevé du courant sanguin, passer dans les poumons et de là être rejeté dans l'atmosphère. Ain-15 si, l'anhydride carbonique doit continuellement être rejeté de l'organisme par une activité inspiration-expiration adéquate dans les poumons. Il y a lieu de noter en passant que l'on peut répondre aux exigences en oxygène de l'organisme avec très peu d'activité respiratoire lorsqu'on augmente la 20 pression partielle de l'oxygène et que l'on fait passer celle-ci au-dessus de la valeur normale de 0,21 bar. Cela est courant dans un traitement médical. Par contre, il n'y a pas de solution analogue pour l'enlèvement du gaz carbonique. Pour s'en débarrasser, il faut bien l'expirer. 25 Chez un être humain, le système nerveux répond à la présence de taux croissants de gaz carbonique dans le sang et cela constitue la principale stimulation de la respiration. Une personne qui respire de l'air dans un espace confiné dans lequel la teneur en anliydride carbonique augmente rencontrera 30 âes difficultés pour expulser le gaz carbonique du sang. Ces difficultés produiront des sensations croissantes de manque de confort et de détresse. Puisque le travail musculaire produit de l'anhydride carbonique, cela accentue le problème et, dans des conditions normales, un fort travail manuel n'est pas ef-35 fectué dans un espace confiné si l'on ne prévoit pas une ventilation adéquate pour éviter cette accumulation du gaz carbonique . 73 15546 12 2182230 Dans 3_a plongée, un problème similaire existe. Dans ce cas, le problème est dû à la difficulté croissante à faire pénétrer le gaz de respiration dans les poumons et à faire sortir ce gaz des poumons à mesure qu'augmente la densité du 5 gaz avec l'augmentation de la pression due à la profondeur. A une profondeur de 255 mètres d'eau de mer, la pression est de 28 bars. De l'air normal sous cette pression présente une mas- •Z se volumique de 0,036 g/cm , ce qui représente 27 fois plus que la densité normale.Il est difficile de respirer une ma-10 tière aussi dense. Il est difficile de déplacer par inspiration et expiration autant de kilos de matière des poumons à chaque seconde pendant une période de temps éventuellement prolongée . En plus de l'effet adverse de la masse volumique ou 15 de la densité, le travail de respiration subit également l'influence de la viscosité du gaz que l'on respire. Pour relier ces deux facteurs, on compare les gaz de dilution en se fondant sur un indice de viscosité et de masse volumique. On peut facilement obtenir la masse volumique des ga^ëlémentaires purs 20 à 21,1°C sous la pression de 1 bar (pression atmosphérique) à partir de sources bien connues de la littérature sur ce sujet, ainsi qu'en se référant à des manuels publiés. Gela est également vrai pour la viscosité. On calcule ainsi facilement un indice de viscosité et de masse volumique en multipliant 25 la masse volumique (en g/cm , par exemple),par la viscosité 7 en poises x 10 . La figure 4 montre graphiquement l'impact de la difficulté de la respiration sur la capacité à effectuer un travail utile à diverses profondeurs dans l'eau de mer. (en ordonnées : pourcentage de capacité à effectuer- un tra- inferieures 30 vail par rapport au travail normal ; en abscisses/: profondeur (en mètres d'eau de mer) ; A : argon ; E : mélanges préférés ; B : azote pur ; G : néon ; C : hydrogène ; H : hélium). A la pression atmosphérique normale, on peut conserver "un rendement entier de son travail en respirant n'importe lequel de 35 ces gaz comme diluants de l'oxygène. A mesure qu'augmente la plongée, il y aura très peu, sinon pas, de diminution de la 73 15546 13 2182230 capacité à travailler jusqu'à ce que soit atteint un niveau constituant un seuil. A ca seuil, qui varie selon les différentes personnes, l'organisme rencontre tout d'abord des difficultés à expulser ou exprimer suffisamment de gaz carboni-5 que pour maintenir un équilibre avec le taux d'activité musculaire. Pour éviter une gêne aiguë, le plongeur doit diminuer son activité de travail pour réduire la formation de gaz carbonique. Avec une augmentation relativement minime de la profondeur au-delà de ce.niveau de seuil, le plongeur sera 10 obligé de restreindre entièrement son travail pour éviter une accumulation de gaz carbonique. A la figure 4, la chute de la capacité de travail est indiquée sous la forme d'une bande, car des individus différents ont des réponses différentes, c'est-à-dire présentent des niveaux de seuils diffé-15 rents, et aussi parce que d'autres effets, comme la température, contribuent également aux difficultés respiratoires. L'étude ci-dessus a été jusqu'à présent limitée à des gaz élémentaires purs. Il a été montré que}pour une plongée dans l'intervalle compris entre 45 mètres et 255 mètres de profondeur d'eau de mer, les gaz élémentaires purs présentent des inconvénients importants. L'azote et l'argon sont trop narcotiques. L'hélium, qui est actuellement utilisé, provoque line distorsion de la voix, refroidit trop le plongeur et n'est pas facilement disponible. L'hydrogène provoque 25 une distorsion de la voix, refroidit trop le plongeur et, en outre, présente un risque potentiel d'incendie et d'explosion. Le néon pur devient difficile à respirer à de plus faibles profondeurs, ce qui augmente la probabilité d'une gêne. On a déterminé selon la présente invention les carac-30 téristiques de décompression, de distorsion de la voix et d'aptitude respiratoire dans le cas du néon, comme indiqué au tableau I, et l'on a déterminé l'effet du néon sur la per-te du rendement ou de l'efficacité du travail effectué, comme illustré aux figures 2 à 4. Historiquement, on a évité d'uti-35 liser le néon pour la plongée parce que de nombreuses personnes pensaient que la nature physique et chimique du néon est 73 15546 M 2182230 telle que l'on s'attendait à c.g qxie le néon présente des propriétés narcotiques en plongée profonde, et parce que ses effets biologiques à long terme étaient inconnus et pouvaient être nuisibles ou dangereux. En outre, on a pensé, et cela 5 est encore considéré comme exact par la plupart des experts, qu'il est extrêmement dangereux d'essayer d'effectuer une décompression après une plongée en utilisant du néon dans le gaz destiné à la respiration. La présente invention est fondée sur la proposition 10 théorique que, bien que le néon pur puisse, bien entendu, être plus difficile à respirer que l'hélium et qu'il puisse posséder d'autres inconvénients, pour ne pas mentionner son prix de revient, ses caractéristiques bienfaisantes devraient pouvoir être exploitées dans une combinaison appropriée avec l'hélium 15 et/ou avec d'autres gaz, même l'azote, si l'on pouvait faire subir avec succès, à l'aide d'un tel mélange, une décompression à un plongeur. Même dans ce cas, une telle combinaison devrait pouvoir faire preuve d'avantages accrus pour la plon-geé profonde,et les inconvénients des gaz individuels ne de-20 vraient apparaître qu'à un degré minime. La preuve que le néon peut être respiré sûrement et sans narcose a été fondamentale avant qu'on ne puisse établir la validité de la proposition ci-dessus. Heureusement, grâce à une expérimentation effectuée à des fins médicales diver-25 ses, un grand nombre de signes et de preuves sont devenus disponibles et permettent de conclure qu'il n'existe pas d'effets biologiques ou narcotiques défavorables. Le tableau II suivant contient un résumé des données correspondant le mieux aux effets biologiques : 73 15546 15 2182230 TABLEAU II 15 Système biologique ïïeurospora Crassa 10 Exposition 35 bars Neurospora 120 bars Crassa Cellules Hela en culture de tissu Muscles ju- 15 bars raeaux de la 20 patte de grenouille Constatation et référence Le néon se situe entre l'hélium et l'azote dans une échelle d'inhibition (Schreiner et ses collaborateurs, Science 136 : 653, 1962) Pas plus de 50 fi> d'inhibition ; la courbe de réponse aux doses devient plate à plus de 35 bars (Buckheit et ses collaborateurs, J. Bact. 91:622 , 1966) L'inhibition de la croissance, en fonction de la pression, est moindre pour le néon que pour l'azote ou Ee (Robinson et ses collaborateurs, Fédération Proc. 27:706, 1968) Aucun effet du néon (G-ottlieb et ses collaborateurs, Am. J. Physiol. 208:407, 1965) Tritons, souris 25 Rats, lapins Souris 30 Souris 35 125 bars pression atmosphérique ; 1 semaine pression atmosphérique ; des semaines pression atmosphérique ; des semaines Pas d'effet^iarcotique^âécelables (Miller et ses collaborateurs, Science 157:97, 1967) Pas d'effet attribuable au néon (Hamilton et ses collaborateurs, Space Life Sciences 2:307, 1971 ; et 2:407) Pas d'effet attribuable au néon (Aldrete, Anesth. Analg. Cur. Res., 46:562, 1967) Pas d'effet attribuable au néon (Weiss, Aerospace Med. 39:1215, 1968) En plus des expositions de cellules et d'animaux, com-40 me indiqué au tableau II, on a effectué sur des sujets humains certain nombre d'expériences qui ont montré que l'on petit sûrement respirer du néon sans narcose. Ces expériences ont 73 15546 2182230 seulement concerné les aspects pharmacologiques, physiologiques et neurologiques de hautes pressions de mélanges contenant quasi totalement du néon comme gaz inerte faisant partie du mélange à respirer. Il n'est apparu dans aucun cas de 5 signes suggérant que des effets nuisibles immédiats ou à long terme puissent résulter de la respiration du néon. On donne ci-après un résumé des expériences ayant fait l'objet de rapports et des résultats obtenus : 1. Expérience de saturation correspondant à 195 mètres de 10 -profondeur d'eau de mer de "Océan Systems". 1965 Cette expérience a représenté la première exposition de l'être humain à des conditions de saturation en plongée à des profondeurs correspondant au plateau continental. Deux sujets, tout en étant saturés d'un mélange de 95 fi d'hélium, 15 4 fi d'azote et environ 1,5 fio d'oxygène, ont respiré un mélange néon-oxygène par un masque tout en effectuant deux essais différents de rendement ou de comportement et en effectuant également des enregistrements de leur élocution. Les essais de comportement psychomoteur ont démontré que l'on ne pouvait pas 20 voir de diminution décelable pendant la respiration du néon. On a noté en fait une légère amélioration (Schreiner et ses collaborateurs, Fédération Proc. 25(2):230, 1966). 2. Comportement en présence de néon, Laboratoire Royal de Physiologie Navale. 1956 25 En utilisant une multiplication et un essai simple de coordination musculaire impliquant de ramasser des roulements à billes à l'aide de petites pinces, on a exposé des sujets humains, à l'aide d'ion masque, à un seul mélange néon-hélium-oxygène (65,6 fi> ; 16,4 fi> ; 18 fi) à 7 bars (correspon-30 dant à 21 mètres de profondeur sous l'eau de mer) et de l'air à 5,8 bars (45,6 mètres d'eau de mer), ces profondeurs étant choisies pour fournir des pressions partielles égales en gaz inerte. Les résultats des essais ont montré une diminution appréciable (12 à 15 fi) dans de l'air, alors que des sujets 35 respirant du néon ont montré une diminution arithmétique de 3 fi et ont opéré aussi bien, sinon mieux, au cours de l'essai de ramassage des roulements à billes. (Bennett, P.B. The 73 15546 17 2182230 Aetiology of Ccmvressed Air Intoxication and Inert &as Farco-sin. Oxford: Pergamon, 1966) ; (l'étiologie de l'intoxication par l'air comprimé et de la narcose par les gaz inertes). 3. U.S. l'Iaw. fonction pulmonaire. 1968 5 Pendant la préparation au laboratoire de l'opération "Sealab III", la marine des Etats-Unis d'Amérique (U.S. Navy) a conduit des expériences de saturation impliquant des expositions à des pressions équivalant à une profondeur en eau de mer de 180 mètres et de 247,5 mètres. Dans le cadre de ces 10 expériences, des mélanges néon-oxygène ont été respirés par quatre sujets pendant une étude du fonctionnement des poumons. A 247,5 mètres (26 bars), la masse volumique du mélange à respirer est égale à 15 fois la masse volumique de l'air au niveau de la mer. Dans ces conditions, les sujets ont été ca-15 pables de déplacer 40 à 50 litres de gaz par minute par inspiration et expiration dans leurs poumons, ce qui suffit à effectuer un travail modéré avec quelques réserves (Anthonesen et ses collaborateurs, dans "Underwater Physiology", publié par G.J. lambertsen, ïTew York, Academic Press, 1971). 20 4. Duke University, électro-encéphalogramme et temps de réaction avec le néon. 1970 Dans une expérience de saturation destinée principalement à une étude des paramètres cardio-respiratoires, on a effectué des enregistrements de 1'électro-encéphalogramme, le 25 temps de réaction et de l'alpha-blocage dans des conditions expérimentales identiques en utilisant du néon, de l'hélium et de l'azote respectivement à une pression équivalant à une profondeur de 60 mètres d'eau de mer. On n'a vu aucune différence statistiquement importante entre le néon et l'hélium, 30 mais l'azote a provoqué une augmentation du temps nécessaire à une réaction ou temps de réaction. ïoutes les mesures ont été effectuées dans des conditions normales de toxicité (Townsend et ses collaborateurs, Aerospace Med. 42:843, 1971). lorsque l'on a su qu'un plongeur peut respirer du 35 néon en toute sécurité, il est devenu possible de déterminer si l'on pouvait combiner le néon à un autre gaz ou à d'autres gaz, en particulier l'hélium, pour obtenir pour la plongée 73 15546 18 2182230 profonde une composition optimale de gaz de dilution pouvant présenter les caractéristiques préférées de chaque gaz pris individuellement tout en en évitant les propriétés défavorables. Il restait également à établir si un plongeur pouvait 5 subir avec succès une décompression à l'aide d'un mélange gazeux à base de néon et, en outre, quels critères de décompression seraient nécessaires pour effectuer une telle décompression. On doit comprendre qu'il a fallu des années pour préparer des tables indiquant les caractéristiques sûres ei^pti-10 maies de décompression pour l'hélium pur, et qu'en fait un tel travail continue à être effectué. Après des études poussées sur des plongées réelles, dont des exemples seront donnés dans la suite du présent mémoire, et des études et expériences en laboratoire, on a noté 15 les propriétés de divers mélanges de néon et d'hélium, avec et sans additions importantes d'azote, et leur effet sur l'ê-.tre humain dans l'environnement que celui-rci rencontre en plongée profonde. les principaux facteurs et leurs corrélations avec la liste des propriétés indiquées au tableau I 20 sont graphiquement illustrés à la figure 5. les caractéristiques connues de l'hélium servent de référence de comparaison, c'est-à-dire représentent l'axe des ordonnées nulles, l'échelle verticale située au-dessus de l'ordonnée zéro présente, en pourcentage de déviation ou de variation, les conditions favori-25 sant un mélange néon-hélium par rapport à de l'hélium pur, alors que, au-dessous de l'axe des abscisses, correspondant à l'ordonnée zéro, on indique les conditions défavorables à un tel mélange néon-hélium, en pourcentage de déviation par rapport à l'hélium pur. Sur l'axe horizontal correspondant à 30 l'ordonnée zéro, et qui représente le cas de l'hélium pur, les pourcentages croissants de néon sont représentés de gauche à droite (de 0 à 50, puis 100 fo). Il y a lieu de signaler une fois encore que pour qu'un plongeur puisse se comporter de façon normale dans l'inter-35 valle des profondeurs se. situant entre 45 mètres et 54 mètres de profondeur ou d'eau de mer, le mélange respiratoire doit 73 15546 ^ 2182230 toujours comporter de l'oxygène en une pression partielle appropriée comprise entre 0,2 et 1,5 bar, ce qui correspond à 0,8-27,0 en volume. Des facteurs très divers, et qui sortent du cadre du présent mémoire, déterminent la concentration 5 spécifique d'oxygène à une profondeur particulière. Donc, par souci de simplicité, la composition diluante sera étudiée ci-après sur une échelle de pourcentage de O à 100 ^ de néon sur l'axe horizontal des abscisses. 0 correspond à la situation normale pour l'hélium pur (H). 100 correspond au néon pur (G). 10 la zone hachurée E-j correspond au mélange optimal avec plus de 5 i° d'azote et la zone hachurée Eg correspond au mélange optimal avec moins de 5 d'azote. Yoici les facteurs pris en considération pour la préparation de la figure 5 : 15 (a) la conductibilité thermique. Cette propriété in flue sur l'enlèvement de la chaleur du corps d'un plongeur. A mesure que le pourcentage de néon augmente, la conductibilité thermique du mélange diminue. C'est ce que montre la courbe se déplaçant vers le haut et qui indique qu'à mesure que le pour-20 centage de néon dans le mélange augmente, cette propriété devient plus favorable (a). (b) Amélioration de l'élocution. En se fondant sur les spectrogrammes des second et troisième sons caractéristiques des voyelles, la communication verbale s'améliore légè- 25 rement lorsque la proportion de néon augmente jusqu'au voisinage d'un mélange d'environ 50-50, puis il y a une amélioration très nette pour une nouvelle augmentation du pourcentage de néon et la courbe s'aplatit pour une valeur supérieure à 78 fo environ de néon (b). Des observations subjectives de l'intel-30 ligibilité des paroles prononcées dans le néon corroborent ces données. (c) les facteurs de Roth influant sur les bulles sont présents pour le sang (C1) et pour les matières grasses (C2). Ce sont des facteurs théoriques, basés sur les proprié- 35 tés physiques des gaz et sur leur relation avec la formation et la croissance des bulles. Ces facteurs s'améliorent à mfesure 73 15546 20 2182230 que le pourcentage de néon augmente (c'est-à-dire qu'il y a moins de bulles) (Roth, S.M. NASA SP-117, Washington, 1367). (d) Solubilité dans l'eau (d1) et dans les matières grasses (d2). Ces propriétés influent sur la quantité de gaz 5 absorbée par l'organisme pendant une plongée. Elles montrent une légère augmentation de l'absorption de gaz avec l'augmentation du pourcentage de néon dans le mélange à respirer. (e) Viscosité. Dans certaines conditions, cette propriété rend le néon plus difficile à respirer que l'hélium, 10 ce que l'on montre comme étant une propriété dont le caractère défavorable augmente à mesure qu'augmente le pourcentage " de néon. (f) Le prix de revient des mélanges néon-hélium. Cette courbe (f) montre une augmentation linéaire des prix de 15 revient à mesure que le pourcentage de néon augmente dans le mélange jusqu'à 75 fi°, et une très forte-augmentation du prix de revient (courbe très descendante) après cette valeur. (g) Masse volumique. La croissance linéaire de la courbe de masse volumique (g1) représente le cas d'un mélange 20 de néon et d'hélium. Sur la figure 5, les courbes en pointillé concernent des mélanges contenant des proportions importantes d'azote, supérieures à 5 fi ' La courbe g2 concerne la masse volumique d'un mélange 25 contenant 14 fi, 20 fi ou 35 fi d'azote. (h) Prix de revient estimé (avec de l'azote). On peut, obtenir à un prix de revient bien moins élevé certains mélanges comportant du néon si un certain pourcentage d'azote résiduel est acceptable dans le mélange. La courbe (h) montre 30 comment le prix est affecté en fonction de l'augmentation du pourcentage de néon dans ce type de mélange. Cette courbe du prix de revient, qui devient de plus en plus désavantageuse à mesure que le pourcentage de néon augmente, doit être comparée avec la coixrbe (g2) montrant l'évolution de la masse vo- 35 lumique en fonction de la présence d'azote. On n'a pas représenté sur le graphique la réponse 73 15546 21 2182230 subjective de plongeurs exposés pendant des plongées en mer profonde à des mélanges de gaz inertes à base de néon, mais cette réponse subjective présente une importance égale. Lorsqu'un plongeur a une réponse négative, cela nuit à sa confian-5 ce et influe défavorablement sur son état mental et sur sa volonté à respirer délibérément. Cela influe à son tour sur la coordination, la facilité à agir et le temps de réaction. En général, la réponse a été la meilleure dans le cas d'un mélange contenant moins de 80 fi de néon. 10 La figure 6 illustre le degré de travail utile auquel on peut s'attendre dans le cas de divers mélanges de néon et d'hélium à une profondeur de 255 mètres d'eau de mer. L'axe des ordonnées présente 1'efficacité du travail, en pourcentage du travail dans les conditions normales ; l'axe des abscisses 15 (0 à 100 indique le pourcentage de néon dans un mélange néon-hélium et le second axe des abscisses (8 à 80 indique le pourcentage de néon dans un mélange comportant 20 fi d'azote, le reste étant un mélange de néon et d'hélium. On a étudié les facteurs suivants : (a) la facilité de communication ; 20 (b) la perte de chaleur ; (c) la narcose ; (d) la facilité de la respiration. Le signe + indique la présence d'azote dans le mélange. Il ressort d'une analyse des figures 1 à 6, en prenant en considération la réponse subjective précitée, qu'une 25 composition optimale de diluants gazeux existe bien en fait, pour l'intervalle de plongée compris entre 45 mètres et 255 mètres d'eau de mer. Cette composition consiste en -un mélange gazeux à trois constituants : néon, hélium et azote selon les concentrations suivantes : 30 Néon 50 à 80 fi en volume Azote 0 k 20 fi en volume Hélium le reste Le pourcentage en volume de l'hélium est au moins égal au pourcentage de l'azote. 35 Voici un intervalle préféré de concentration pour un mélange essentiellement constitué de néon et d'hélium, la 73 15546 22 2182230 concentration de l'azote étant limitée à une valeur inférieure à 5 fia ' Eu on 75 fi en volume (concentration comprise entre 72 fi et environ 78 fi) 5 Hélium 25 fi en volume (concentration comprise entre 28 fi et 22 fi) lorsqu'on incorpore délibérément de l'azote, voici 11 intervalle préféré : Néon 65 fi en volume (intervalle compris entre 60 et 72 fi) 10 Hélium. 20 fi> en volume (intervalle compris entre 18 et 22 'fi) Azote 15 fi en volume (intervalle compris entre 5 et 20 fi) les interval3.es préférés cités ci-dessus n'empêchent pas l'existence éventuelle de traces d'hydrogène et/ou d'argon dont la concentration peut aller jusqu'à 2 fi au maximum. 15 la présence d'azote dans le mélange optimal à trois constituants est, bien entendu, surprenante puisque l'on n'a considéré jusqu'à présent l'azote qu'en se référant à ses effets nuisibles sur les plongeurs dans tous les cas sauf les plongées peu profondes. Non seulement l'azote, en une quanti-20 t^feu maximum 20 fi, est inoffensif mais il augmente en fait les avantages du mélange en termes d'intelligibilité de la voix, de la perte de chaleur, des conditions de la décompression et du prix de revient. Cependant, la présence de l'azote fait que le mélange présente un léger effet narcotique mais, 25 même à 255 mètres de profondeur d'eau de mer, avec 20 fio d'azote, cet effet est négligeable et n'inhibe pas l'opération de plongée et il ne trouble pas le plongeur. En outre, bien que la masse volumique de l'azote soit supérieure à celle du néon ou à celle de l'hélium, la viscosité de l'azote est infé-30 rieure à la viscosité de chacun de ces gaz. Ainsi, la présence d'un peu d'azote ne modifiera pas le niveau de seuil auquel on rencontrera de la difficulté à respirer. Il a été découvert en outre, selon la présente invention, qu'une décompression après des plongées, à l'aide du 35 mélange optimal identifié ci-dessus, est non seulement possible avec les modes opératoires de décompression à l'hélium 73 15546 2182230 connus dans l'état actuel de la technique, mais qu'en fait cette décompression offre un avantage important en ce qui concerne le temps nécessaire pour le succès de la décompression et en ce qui concerne la sécurité et le bien-être des 5 plongeurs soumis à une telle décompression. En se fondant sur les tables de référence de décompression en présence d'hélium, les experts dans le domaine de la théorie de la décompression n'auraient pas cru possible d'effectuer avec succès une décompression après une plongée effectuée en présence de néon. En 10 outre, certains experts auraient considéré que toute tentative de décompression, après avoir été en présence d'un gaz à base de néon, est très peu sûre quel que soit le mode opératoire appliqué. Douze plongées comparatives ont été effectuées par 15 deux plongeurs différents, en utilisant tout d'abord de l'hélium puis en utilisant le mélange optimal de la présente invention, à des profondeurs correspondantes, en appliquant les modes opératoires de 1'état actuel de la technique pour la décompression en présence d'hélium. Les résultats de ces plon-20 gées sont présentés au tableau III ci-après. 73 15546 24 2182230 TABLEAU III Gaz pour les "profondeurs -Mélange classique hélium-oxygène Profon- Temps au Plongeur Description du mal de décom-pression deur(m) fond (mn) 5 A Néant 60 30 B Néant A Néant 60 30 B Néant A Néant 90 30 10 B Douleur seulement dans le genou gau che 10 minutes après avoir fait surface ; traité sur une courte table à oxygène, table 5 du manuel de plongée de l'U.S. Navy 15 A Néant 120 30 B Néant A Oreille interne touchée à 4-2 mètres de profondeur et 160 minutes de décompression ; la personne a été 20 traitée par recompression jusqu'à 60 mètres de profondeur et respiration d'un mélange gazeux comportant 37 fo d'oxygène dans de l'hélium. Décompression à partir de 60 mètres 25 de profondeur selon le profil de saturation 150 34,7 B Néant A Douleur bilatérale des hanches à 12 mètres de profondeur et 600 minu-30 tes de décompression ; la personne a été traitée par recompression jusqu'à 18 mètres et respiration de 0_. Les vitesses de décompression ont été réduites à 0,3 m/mn 180 33,1 35 B Compression des sinus à 21 mètres de profondeur et 423 minutes de décompression ; la personne a été traitée par des gouttes nasales "ïïyzine", ce qui a agi 73 15546 2182230 Gaz pour les profondeurs - Mélange optimal de néon (proportion inférieure ou épale à 5 £ d'azote) et d'ox.y/rsne Plongeur Description du mal de décompression Profon- Temps au deur(m) fond(an) 5 A île an t 60 30 B Néant A Néant 60 34,0 B Néant A Néant 90 30,0 10 B Néant A Néant 120 30,0 B Néant A Néant 150 31,7 B Néant 15 A Douleur seulement dans le genou droit à 14,7 mètres de profondeur et au bout de 623 minutes de décompression ; la personne a été traitée par recompression jusqu'à 21 mètres de 20 profondeur ; la décompression à subi le profil correspondant à la saturation 180 35 B Néant De façon surprenante, même lorsqu'on utilise les ta-25 bles correspondant à l'hélium, 3.es résultats de la décompression présentés au tab3.eau III ci-dessus montrent un déroulement nettement plus sûr dans le cas du mélange optimal que dans le cas de la présence d'hélium seul. La figure 7 montre un profil de décompression qui a 30 été mis au point pour le mélange préféré néon-hélium (ordonnées 30 à 210 mètres de profondeur sous l'eau de mer et 1 à 23 bars de surpression ; abscisses : 0 à 1400 minutes ou 0 à 23 heures). On a mis au point le profil pour améliorer encore les caractéristiques des meilleurs mélanges de la présente in-35 vention en ce qui concerne tout particulièrement la décompression. Le mode opératoire a été vérifié jusqu'à la pression correspondant à une profondeur d'eau de mer de 204 mètres.1 73 15546 26 2182230 Cette profondeur est à l'extérieur des limites de la technologie actuelle de la plongée, mais elle représente bien l'intervalle de plongée dans lequel un gaz à base de néon offre le plus d'avantages, la figure 7 montre la courbe de la pression en fonction du temps pour une décompression après 30 minutes de travaux en plongées au cours desquelles les plongeurs ont respiré un mélange de 5 f° d'oxygène combiné à un gaz inerte comportant environ 75 de néon (72 à 78 fo), moins de 5 i° d'azote, le reste étant de l'hélium. 73 15546 27 2182230 KEVERDICiTIOI'TB 1. Composition de gaz pour la respiration ds plongeurs, à utiliser à des profondeurs comprises entre environ 45 mètres et 255 mètres d'eau de mer, cette composition étant 5 caractérisée en ce qu'elle comprend 0,8 à 27,0 f en volume d'oxygène, d'une part, et 73,0 à 99,2 fo en volume, d'autre part, d'un mélange de gaz inertes à trois constituants, comportant essentiellement 50 à 80 i en volume de néon, moins de 20 a/o d'azote, le reste étant de l'hélium, le pourcentage en 10 volume de l'hélium étant au moins égal au pourcentage en volume d'azote, et la concentration relative de l'oxygène dans la composition totale de gaz dépendant de la profondeur de la plongée, ce pourcentage diminuant avec la profondeur . 2. Composition de gaz à respirer en plongée, selon 15 la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange des gaz inertes consiste essentiellement en 72 à 78 f> de néon, moins de 5 d'azote, le reste étant de l'hélium. 3. Composition de gaz à respirer en plongée selon la revendication 2, caractérisée en ce que le mélange des gaz 20 inertes contient approximativement 75 i de néon. 4. Composition de gaz à respirer en plongée selon la revendication 1, caractérisée en ce que le mélange des gaz inertes consiste essentiellement en 60 à 72 f> de néon, 5 à 20 io d'azote, le reste étant de l'hélium. 25 5. Composition de gaz à respirer en plongée selon la revendication 4, caractérisée en ce que le mélange des gaz inertes contient environ 65 f° de néon et environ 15 i° d'azote, le reste étant de l'hélium. 6. Procédé perfectionné de plongée profonde dans 30 la mer, à des profondeurs comprises entre 45 mètres et 255 mètres d'eau de mer, où il faut décomprimer le plongeur pendant son ascension de retour à la pression atmosphérique, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on fournit à ce plongeur, pour une inhalation à la pression maximale de travail et pendant 35 la décompression, une composition de gaz consistant en 0,8 à 27,0 i en volume d'oxygène, d'une part, et en 73»0 à 99,2 fo en 73 15546 28 2182230 volume d'un mélange de gaz inertes comportant trois constituants, d'autre part, ce mélange des gaz inertes' consistant essentiellement en 50 à 80 i de néon, moins de 20 i d'azote, le reste étant de l'hélium, le pourcentage de l'hélium étant 5 au moins égal à celui de l'azote et la concentration relative de l'oxygène dans la composition totale de gaz variant selon la profondeur. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on effectue la décompression en utilisant les tables 10 classiques de décompression utilisables dans le cas de l'hélium.