Brevet FR2732305A1 — publié le 19961004

"TUBA MULTITUBULAIRE POUR ACTIVITES SUBAQUATIQUES" DESCRIPTION La présente invention concerne un tuba multitubulaire, pour activités subaquatiques, notamment pour la plongée sous-marine. Dans les activités subaquatiques, notamment de plongée sous-marine sans bouteille donc en apnée, le tuba est le moyen le plus simple pour respirer en surface, alors que les voies aériennes sont immergées. Son utilisation permet au plongeur d'observer à loisir la faune, la flore et les paysages subaquatiques sans se préoccuper des ressources en air. On observe cependant avec les tubas actuels plusieurs inconvénients liés à leur structure, qui peuvent avoir des conséquences physiologiques, notamment lors d'utilisations prolongées. En particulier, on peut rencontrer des cas d'essoufflement et d'épuisement dus à des taux de dioxyde de carbone trop élevés induits par la ré-inhalation de l'air expiré se mélangeant à de l'air inspiré. On observe que le volume d'air courant n'est pas intégralement renouvelé à chaque cycle respiratoire. Une partie de l'air pénétrant dans les voies respiratoires du plongeur est rejetée sans avoir atteint les alvéoles. Cet air occupe un espace, appelé communément "espace mort", dont le volume est d'environ 150 à 200 millilitres. Le pourcentage du volume d'air courant inefficace pour les échanges gazeux est ainsi augmenté. Or, les tubas de conception classique présentent également un espace mort qui vient s'ajouter à l'espace mort anatomique. Cet espace mort occupe au moins partiellement l'espace situé entre l'embout buccal et la sortie du tuba, et contribue à aggraver les conséquences sur le phénomène de ré-inhalation. Il en découle que les tubas classiques ne doivent pas présenter un volume d'air supérieur à un volume admissible, en tenant compte de la pression absolue agissant sur l'organisme du plongeur. Cette contrainte a pour conséquence une limitation de la section ou du calibre des conduits de tuba. Or, plus la section du conduit d'un tuba est petite, plus grande est la résistance à la ventilation, avec l'apparition de turbulences gazeuses. Ainsi, l'espace mort existant dans les tubas classiques contribue à limiter et parfois altérer les capacités physiologiques des plongeurs. Le certificat d'utilité 2 666 063 déposé le 24 Août 1990 décrit un tuba comportant deux tubes coaxiaux, un premier tube interne d'inhalation étant prévu pour conduire de l'air frais inhalé vers un embout buccal tandis qu'un second tube externe d'échappement est prévu pour évacuer à l'extérieur l'air expiré. L'extrémité supérieure de ce tuba est munie d'un corps annulaire doté de perforations en forme de grille et comportant un diaphragme d'inhalation et un diaphragme d'échappement reliés respectivement aux tubes coaxiaux d'inhalation et d'échappement, ainsi qu'un flotteur prévu pour obturer le tuba en immersion. Les diaphragmes d'inhalation et d'échappement sont de type anti-retour et contribuent ainsi à ce que l'air inspiré et l'air expiré suivent deux voies distinctes en empruntant respectivement le tube interne et le tube externe.Le diaphragme d'inhalation est actionné par la dépression engendrée dans le tube interne par l'action d'inspiration entreprise par le plongeur, tandis que le diaphragme d'échappement est actionné par la surpression engendrée dans le tube externe par l'action d'expiration entreprise par ce plongeur. Celui-ci doit en fait inspirer et expirer suffisamment fort pour agir sur les volumes d'air présents respectivement dans le tube interne et dans le tube externe. Il y a inévitablement dans ces tubes une perte de charge qui conduit nécessairement à une perte d'énergie pour actionner ces diaphragmes situés à l'extrémité supérieure du tuba.Par ailleurs, même si l'existence de deux tubes permet d'éviter un mélange de l'air inspiré et de l'air expiré, il n'en demeure pas moins qu'il subsiste un espace mort entre l'embout buccal et la base des deux tubes coaxiaux, que ces deux tubes restent en communication par leurs extrémités inférieures respectives quel que soit l'état (fermé ou ouvert) des diaphragmes d'inhalation et d'échappement, et qu'on ne peut donc exclure un mélange d'air vicié et d'air inhalé à la base des tubes coaxiaux. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients concernant l'espace mort et la perte de charge, en proposant un tuba multitubulaire qui offre à la fois une séparation totale des conduits d'inhalation et d'échappement, une suppression effective de l'espace mort et un apport d'énergie minimal pour commander l'accès aux conduits.Ce tuba multitubulaire comprend, à son extrémité inférieure, des moyens d'embout buccal, à son extrémité supérieure, des moyens d'entrée/sortie d'air, un premier conduit inspiratoire pour conduire de l'air inspiré des moyens d'entrée/sortie d'air vers les moyens d'embout buccal, un second conduit expiratoire pour conduire de l'air expiré des moyens d'embout buccal vers les moyens d'entrée/sortie d'air, et des premiers et seconds moyens de valve anti-retour respectivement inspiratoire et expiratoire associés respectivement aux premier et second conduits. Suivant l'invention, ces premiers et seconds moyens de valve anti-retour respectivement inspiratoire et expiratoire sont tous deux disposés aux extrémités inférieures respectives des premier et second conduits et à proximité immédiate des moyens d'embout buccal. Ainsi, dans un tuba selon l'invention, le circuit inspiratoire et le circuit expiratoire sont dissociés grâce à l'emploi de deux valves anti-retour disposées à proximité de l'embout buccal. Ces valves contribuent à ce que l'air inspiré ne soit jamais en contact avec l'air expiré dans le tuba. L' air vicié est rejeté vers l'extérieur via le conduit expiratoire, sans être réinhalé. C'est en disposant les valves anti-retour le plus près possible de l'embout buccal, que d'une part, l'espace mort est pratiquement supprimé ou réduit à un volume négligeable au regard de l'espace mort anatomique, et que d'autre part, il n'y a plus de perte de charge pour actionner les valves, d'où une économie d'énergie pour le plongeur.Par ailleurs, la suppression ou tout au moins la minimisation de l'espace mort permet de prévoir des sections de conduit plus grandes que dans les tubas classiques, ce qui contribue à limiter les pertes d'énergie et à accroître la capacité respiratoire du plongeur, donc ses performances physiques; cet accroissement des sections de conduit ou de tuba n'était jusqu'à présent pas envisageable dans les tubas de plongée existants. Il aurait conduit à une augmentation inadmissible de l'espace mort et des conséquences physiologiques qui en découleraient. Dans un mode préféré de réalisation d'un tuba selon l'invention, les deux conduits sont adjacents sur toute la longueur du tuba. Un tuba selon l'invention peut en outre comprendre une partie de vidange comportant des moyens de clapet anti-retour et communiquant avec le second conduit. On peut également prévoir que les moyens d'entréesortie comportent des moyens pour obturer en immersion les conduits inspiratoire et expiratoire. Dans un mode de réalisation avantageux d'un tuba selon l'invention, les premiers et seconds moyens de valve antiretour comprennent des membranes souples. Il est également avantageux de prévoir que les deux conduits adjacents soient déformables sur au moins une partie de leur longueur, de sorte que ce tuba puisse être maintenu dans une position confortable à l'utilisateur. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: - la figure I illustre, en coupe partielle un premier exemple de réalisation d'un tuba selon l'invention ; - la figure 2 représente plus précisément la disposition des valve anti-retour mises en oeuvre dans un tuba selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective d'un tuba selon l'invention ; - la figure 4 illustre un second exemple de réalisation d'un tuba selon l'invention, dans lequel les deux conduits ne sont pas déformables ; - la figure 5 illustre un troisième exemple de réalisation d'un tuba selon l'invention, comportant une partie de vidange ; et - la figure 6 illustre un quatrième exemple de réalisation d'un tuba selon l'invention, comprenant à son extrémité supérieure un dispositif d'obturation des conduits en position immergée. On va maintenant décrire ces exemples de réalisation d'un tuba selon l'invention, en référence aux figures précitées. Dans la description qui suit, des éléments semblables dans les différents exemples de réalisation présentent des références identiques. Dans un premier exemple de réalisation illustré par les figures 1 à 3, le tuba 1 selon l'invention comprend à son extrémité supérieure une partie d'entrée/sortie d'air 15, à son extrémité inférieure un embout buccal 2 muni d'une ouverture 20, et un corps multitubulaire 16 comportant un premier conduit 8 destiné à conduire l'air inspiré de la partie d'entrée/sortie d'air 15 vers l'embout buccal et un second conduit 7 destiné à conduire l'air expiré dudit embout buccal vers la partie d'entrée/sortie d'air, ces deux conduits étant séparés par une cloison ou paroi 9 et ayant leurs extrémités supérieures respectives 12, 11 débouchant sur la partie d'entrée/sortie d'air 15.Le tuba 1 comprend en outre, aux extrémités inférieures des deux conduits, une première valve anti-retour inspiratoire 4 associée au premier conduit inspiratoire 8 et une seconde valve anti-retour expiratoire 5 associée au second conduit expiratoire 7. Ces deux valve anti-retour 4, 5 sont disposées à proximité immédiate de l'embout buccal 2 de manière à minimiser ou supprimer le volume 3 d'espace mort. La valve anti-retour inspiratoire 4 est agencée pour ne communiquer que dans le sens de la sortie vers l'embout buccal, tandis que la valve anti-retour expiratoire 5 est agencée pour ne communiquer que dans le sens de l'embout buccal vers la sortie. Dans ce premier mode de réalisation, le corps tubulaire comporte une partie déformable 10 de manière à pouvoir couder le tube, selon une technique très répandue dans les équipements de plongée sous-marine. Les deux valve anti-retour peut être réalisées sous la forme de membranes souples disposés sur une pièce de support 13 venant obturer de façon étanche les extrémités inférieures respectives des deux conduits 8, 7, et s'appuyant contre l'extrémité de la paroi 9. On peut également concevoir, dans un second exemple de réalisation, un tuba 30 selon l'invention présentant les mêmes caractéristiques que le tube 1 décrit précédemment mais ayant un corps multitubulaire 14 non déformable, comme l'illustre la figure 4. Il peut être avantageux de prévoir un tuba selon l'invention, comprenant en outre une partie de vidange, comme l'illustre la figure 5. Dans ce troisième exemple de réalisation, le tuba 40 comprend dans le prolongement inférieur de son corps tubulaire 46 une partie de vidange 41 en communication avec le conduit expiratoire 7 et munie d'un clapet anti-retour 42 prévu pour permettre l'évacuation de l'eau éventuellement présente dans ledit conduit expiratoire 7. Dans un quatrième exemple de réalisation illustré par la figure 6, un tuba 50 selon l'invention est pourvu sur sa partie d'entrée/sortie d'air d'un dispositif 51 permettant d'obturer les deux conduits en situation d'immersion, selon une technique classique dans le domaine des équipements de plongée. On peut également prévoir, sans sortir du cadre de la présente invention, un tuba cumulant les caractéristiques précitées, à savoir une partie de vidange munie d'un clapet anti-retour, un corps tubulaire pouvant être coudé et un dispositif d'obturation en immersion. On va maintenant décrire le fonctionnement et le mode opératoire d'un tuba selon l'invention, en référence aux figures précitées. Lorsqu'un utilisateur d'un tuba selon l'invention effectue une inspiration, la dépression qui en résulte dans le volume 3 communiquant avec l'embout buccal 2 par l'ouverture 20, provoque la mise en action de la valve anti-retour inspiratoire 4, ce qui a pour effet de mettre le conduit inspiratoire 8 en communication avec l'embout buccal 2. De l'air frais pénètre alors par la partie d'entrée/sortie 15 dans le conduit inspiratoire 8, puis, par la valve anti-retour inspiratoire 4 et l'ouverture 20, dans l'appareil respiratoire anatomique du plongeur.Lorsque celui-ci entreprend la phase d'expiration, la surpression créée dans le volume 3 provoque le blocage en position fermée de la valve antiretour inspiratoire 4 et la mise en action de la valve anti-retour expiratoire 5. De l'air vicié expiré est alors expulsé vers l'extérieur via le conduit expiratoire 7 qui est aussi en communication avec l'embout buccal 2. La valve anti-retour expiratoire 5 se ferme dès que la phase d'expiration est achevée et qu'il n'existe plus de surpression dans le volume 3. Le cycle qui vient d'être décrit se répète à chaque respiration. La minimisation du volume d'espace mort 3 contribue à ce que l'air vicié expiré ne se mélange pas à l'air frais à inspirer. Ainsi le plongeur voit son confort de plongée s'améliorer et ses performances énergétiques se maintenir voir s'améliorer. Lorsque le tuba selon l'invention est muni d'une partie de vidange, comme l'illustre la figure 5, le plongeur peut expulser l'eau présente dans le conduit expiratoire en expirant suffisamment pour provoquer une ouverture du clapet anti-retour 42 et l'évacuation de l'eau stockée dans la partie de vidange 41. Dans le cas d'un tube selon l'invention muni sur sa partie supérieure d'un dispositif d'obturation, lorsque le plongeur est en immersion, ce dispositif provoque l'obturation des deux conduits inspiratoire et expiratoire 8, 7 qui retrouvent leurs fonctions respectives lors du retour du plongeur en surface. Les tubes selon l'invention peuvent être fabriqués selon les techniques de fabrication usuelles dans ce domaine. Les deux conduits peuvent être fabriqués d'une seule pièce ou autrement fabriqués séparément puis solidarisés par soudage, collage ou toute autre technique équivalente. Les deux conduits peuvent d'ailleurs présenter une paroi commune sur la totalité de leur longueur. Les valves anti-retour peuvent être des membranes interchangeables souples réalisées sur une pièce de support qui est ensuite, pendant la fabrication du tuba, disposée et fixée contre les extrémités inférieures respectives des deux conduits. Ainsi est assurée une étanchéité parfaite entre les deux conduits. Les effets bénéfiques de la suppression ou de minimisation de l'espace mort entre l'embout buccal et les conduits peuvent être constatés à la lecture de mesures de pression partielle de dioxyde de carbone (CO2) et d'oxygène ( 2) effectuées comparativement avec un tuba classique et avec un tuba selon l'invention et données ci-après: Utilisateur au repos Tube classique | Tub s selon 1'i=,etioa Fréquence Pression partielle (mm Hg) Pression partielle (mm Hg) respiratoire: C02: 28 C02: 0 18/mn Fréquence Pression partielle (mm Hg) Pression partielle (, Mg > respiratoire: C02: 17 C02: 0 40/mn Utilisateur en effort (rythme cardiaque: 150 pulsations/minute) Te classique Table selon 1'in,etion Fréquence Pression partielle (mm Hg) Pression partielle (mm Hg) respiratoire: c02: 35 C02: 0 28/mn 02: ie 02: 20 Fréquence Pression partielle (mm Hg) Pression partielle (mm Hg) respiratoire: C02: 42 C02: O 40/mn 02: 15 02: 20 Pour un utilisateur au repos, alors qu'avec un tuba classique, on observe une pression partielle en dioxyde de carbone (C02) non nulle, au contraire, avec un tube selon l'invention, aucune présence de dioxyde de carbone n'a été décelée.Pour un utilisateur en effort, présentant par exemple un pouls de 150 pulsations/minute, les pressions partielles de dioxyde de carbone mesurées avec un tuba selon l'invention sont pratiquement nulles ou non décelables, alors que les pressions partielles de dioxyde de carbone mesurées avec un tuba classique sont particulièrement élevées. On observe également des pressions partielles en oxygène plus élevées avec un tuba selon l'invention qu'avec un tuba classique. Bien sur, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, elle peut également s'appliquer aux configurations et formes de tubes existantes, sans restriction sur les dimensions et proportions relatives des éléments de ces tubes. Par ailleurs, les techniques actuelles de réalisation de valve anti-retour peuvent être mises en oeuvre, en utilisant par exemple des membranes diaphragmes interchageables ou tout autre dispositif équivalent. REVENDICATIONS 1. Tuba multitubulaire (1, 30, 40, 50) pour activités subaquatiques, comprenant, à son extrémité inférieure, des moyens d'embout buccal (2), à son extrémité supérieure, des moyens d'entrée/sortie d'air (15, 51), un premier conduit inspiratoire (8) pour conduire de l'air inspiré des moyens d'entrée/sortie d'air (15, 51) vers les moyens d'embout buccal (2), un second conduit expiratoire (7) pour conduire de l'air expiré des moyens d'embout buccal (2) vers les moyens d'entrée/sortie d'air (15, 51), des premiers moyens de valve anti-retour inspiratoire (4) et des seconds moyens de valve anti-retour expiratoire (5) associés respectivement aux premier (8) et second (7) conduits, caractérisé en ce que ces premiers et seconds moyens de valve anti-retour (4, 5) sont tous deux disposés aux extrémités inférieures respectives des premier et second conduits (8, 7) et à proximité immédiate des moyens d'embout buccal (2). 2. Tuba (1, 30, 40, 50) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les premier et second conduits (8,7) sont sensiblement adjacents. 3. Tuba (1, 30, 40, 50) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux conduits (8, 7) présentent une paroi commune (9). 4. Tuba (1, 40, 50) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux conduits adjacents (8, 7) sont déformables sur au moins une partie (10) de leur longueur, de sorte que ce tube peut être maintenu dans une position confortable au plongeur. 5. Tuba (40) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une partie de vidange (41) comportant des moyens de clapet anti-retour (42), caractérisé en ce que cette partie de vidange (41) communique avec le second conduit (7). 6. Tuba (50) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'entréesortie d'air (51) comportent des moyens pour obturer en immersion les premier et second conduits (8, 7). 7. Tuba (1, 30, 40, 50) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers et seconds moyens de valve anti-retour (4, 3) sont prévus sur une même pièce (13) disposée de façon étanche contre les extrémités inférieures respectives des premier et second conduits (8, 7) et à proximité immédiate des moyens d'embout buccal (2). 8. Tuba (1, 30, 40, 50) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les premiers et seconds moyens de valve anti-retour (4, 3) comprennent des membranes souples. 9. Tuba (1, 30, 40, 50) selon la revendication 8, caractérisé en ce que ces membranes souples sont interchangeables.