Brevet FR2741853A1 — publié le 19970606

APPAREIL AUTOMATIQUE DE SÉCURITÉ PORTABLE La présente invention concerne un équipement de sécurité portable pour toutes activités, aussi bien sportives que professionnelles, particulièrement mais non exclusivement adapté aux activités sous-marines, et vise particulièrement un appareil automatique de sécurité portable permettant de limiter les conséquences d'accidents pouvant survenir dans le cadre de ces activités. Cet appareil est particulièrement mais non exclusivement, adapté pour le plongeur sous-marin afin de provoquer sa remontée à la surface après détection d'un incident de plongée ne permettant pas à celui-ci de remonter par ses propres moyens. L'invention concerne ainsi un appareil automatique de sécurité comportant un ensemble d'éléments de sauvetage (par exemple un gilet gonflable muni d'une bouteille de gaz sous pression avec un obturateur commandable dans le cas d'un plongeur, pour pouvoir le remonter en surface en cas d'accident, et un ensemble d'appareils pouvant générer des signaux lumineux et sonores afin de prévenir toutes les personnes susceptibles de porter assistance au plongeur en difficulté), une horloge, un ensemble de capteurs (par exemple un capteur de pression hydrostatique, un capteur de mouvements respiratoires, un capteur de mouvements cardiaques, etc...), et un système d'analyse et de commande(par exemple un microprocesseur). L'ensemble de capteurs et l'horloge communiquent des informations au système d'analyse et de commande.Le système d'analyse et de commande analyse les informations qu'il reçoit, et s'il détecte une ou plusieurs séquences prédéterminées dans ces informations, on considère que le porteur de l'invention a eu un accident. Alors, le système d'analyse et de commande déclenche, de n'importe quelle façon convenable et aux moments convenables, les éléments de sauvetage afin de limiter les conséquences de l'accident détecté. La nature des capteurs utilisés dans l'ensemble de capteurs, les séquences d'informations considérées comme correspondant à un accident, l'ensemble des éléments de sauvetage et la façon dont ils sont mis en oeuvre pour prévenir ces accidents, dépendent évidemment du type d'accident que l'on veut détecter, de la façon dont on envisage de les détecter, ainsi que des spécificités des conditions dans lesquelles on utilise l'invention. Par conséquent, il faut donc: 1) Savoir dans quelles conditions on veut utiliser l'invention (par exemple la plongée en scaphandre autonome ou la plongée en apnée etc...). 2) Identifier les accidents que l'on veut prévenir. 3) Analyser les mécanismes de ces accidents. 4) Trouver les capteurs et les séquences pertinents qui permettront de détecter ces accidents. 5) Trouver les éléments de sauvetage adéquats et la façon dont le système d'analyse et de commande va les mettre en oeuvre pour prévenir de manière efficace les conséquences des accidents détectés. Les caractéristiques et les avantages de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description qui suit, se référant à des exemples de réalisation, étant entendu que ces exemples ne sauraient constituer une quelconque limitation à la portée de l'invention. Exemple 1: 1) Conditions d'utilisation : La plongée en apnée. 2) Accident que l'on veut prévenir : La noyade syncopale due à une syncope hypoxique. 3) Analyse des mécanismes de cet accident: La plus grande partie des accidents des plongeurs en apnée est due à la syncope hypoxique : en dessous d'une valeur seuil de la pression partielle d'oxygène d'environ 0,2 bar dans les poumons, le plongeur perd instantanément connaissance, ce qui provoque la plupart du temps la mort par noyade. La baisse de la pression partielle d'oxygène dans les poumons d'un apnéiste est due à deux phénomènes : premièrement, la consommation d'oxygène par l'organisme pendant toute le durée de l'apnée, deuxièmement, la chute brutale de la pression hydrostatique subie par le plongeur lors de la remontée. Considérant ces deux phénomènes, on comprend aisément que la grande majorité des accidents d'apnée surviennent lors de la remontée à la fin de la plongée le plongeur consomme son oxygène pendant la plongée, mais la pression hydrostatique due à la profondeur maintient la pression partielle d'oxygène au-dessus de la valeur seuil, et c'est lors de la remontée que la valeur seuil est atteinte à cause de la baisse de pression hydrostatique et que le plongeur perd connaissance. Souvent, au moment de la perte de connaissance, le plongeur est en flottabilité négative, et donc il coule. Enfin, au moment du réflexe respiratoire, le plongeur a les voies respiratoires immergées, et donc il se noie (ce qu'on appelle la noyade syncopale). En résumé, le scénario classique d'un accident d'apnée dû à l'hypoxie est: Plongée, remonté, syncope, redescente, réflexe respiratoire voies respiratoires immergées et donc noyade. On dénommera dans la suite ce type d'accident comme l'accident de type 1. 4) Ensemble des capteurs choisis, et séquences d'informations provenant de ces capteurs considérées comme correspondant à l'accident de type 1. Dans ce cas, l'ensemble de capteurs n'est constitué que d'un capteur de pression hydrostatique. Le système d'analyse et de commande analyse en continu la variation de la pression hydrostatique en fonction du temps grâce aux informations transmises par le capteur de pression hydrostatique et par l'horloge. En surface, le système est dans son état de repos. Dès que le plongeur commence à descendre, le système d'analyse et de commande détecte une pression qui augmente en fonction du temps. Le plongeur effectue sa plongée, puis commence sa remontée. Le système d'analyse et de commande détecte alors une pression qui diminue avec le temps. Dès que le plongeur atteint une pression limite réglable à l'avance (Plimite), si le système d'analyse et de commande détecte une augmentation de la pression avec le temps, alors on considère que le plongeur a eu un accident (syncope hypoxique), et est en train de couler. 5) Ensemble des éléments de sauvetage choisis et leur mise en oeuvre pour prévenir l'accident de type 1: Dans ce cas, l'ensemble des éléments de sauvetage est constitué d'un élément gonfleur (par exemple une petite bouteille de gaz sous pression avec un obturateur commandable) relié à un élément gonflable (par exemple un gilet porté par le plongeur en apnée) et un élément pouvant générer des signaux sonores et lumineux. Lorsque le système d'analyse et de commande reçoit de l'ensemble des capteurs et de l'horloge la séquence correspondant à l'accident de type 1, alors il déclenche de n'importe quelle façon convenable le gonflage de l'élément gonflable par l'élément gonfleur (par exemple, en ouvrant l'obturateur de la bouteille de gaz reliée au gilet gonflable), provoquant ainsi la remonté en surface du plongeur et le maintient de ses voies respiratoires hors de l'eau, ainsi que les signaux sonores et lumineux pour prévenir toutes les personnes susceptibles de porter assistance au plongeur en difficulté. Pour éviter tout déclenchement intempestif, on peut envisager de prévenir le plongeur par un signal sonore et/ou lumineux lorsque la pression limite Plimite est atteinte, lui signifiant l'interdiction de redescendre avant d'avoir atteint la surface sous peine de voir se déclencher les éléments de sauvetage. Si le plongeur rejoint la surface sans incident, le système d'analyse et de commande détecte une pression hydrostatique correspondant à la surface, et le système de sécurité repasse au repos jusqu'à la prochaine plongée. Exemple 2: 1) Conditions d'utilisation : La plongée en apnée. 2) Accident que l'on veut prévenir : La noyade syncopale due à une syncope hypoxique. 3) Analyse des mécanismes de cet accident: L'analyse est la même que précédemment sauf que l'on veut prendre en compte une possibilité supplémentaire . si la syncope hypoxique survient à une profondeur suffisamment faible, alors il se peut que le plongeur soit en flottabilité positive et ne coule pas, mais continue sa remontée bien qu'ayant perdu connaissance. Alors, même en surface, ses voies respiratoires resteront immergées, et il se noiera lors du réflexe respiratoire. On dénommera dans la suite ce type d'accident comme l'accident de type 2. 4) Ensemble des capteurs choisis, et séquences d'informations provenant de ces capteurs considérées comme correspondant à l'accident de type 1 et de type 2. Ici, l'ensemble de capteurs est constitué d'un capteur de pression hydrostatique et d'un capteur de mouvements respiratoires. Pour l'accident de type 1, le mode de fonctionnement de l'invention est le même que celui décrit plus haut, c'est à dire que la détection de l'accident repose sur une analyse de la variation de la pression hydrostatique en fonction du temps grâce aux informations fournies par le capteur de pression hydrostatique et l'horloge. Pour l'accident de type 2, le capteur de mouvements respiratoires, le capteur de pression, et l'horloge communiquent les informations pertinentes au système d'analyse et de commande. Si le capteur de mouvements respiratoires ne délivre pas de signal correspondant à la respiration du plongeur au bout d'un temps T1 (quelques secondes typiquement) et pendant un temps T2 (pour être sûr que le plongeur respire normalement après sa plongée) après que le capteur de pression ait indiqué que le plongeur a atteint la surface, alors on considère que le plongeur a eu un accident de type 2 (c'est à dire que le plongeur est en surface mais a perdu connaissance et ne respire plus). 5) Ensemble des éléments de sauvetage choisis et leur mise en oeuvre pour prévenir les accidents de type 1 et de type 2 C'est le même que dans l'exemple 1 : un élément gonfleur (par exemple une petite bouteille de gaz sous pression avec un obturateur commandable) relié à un élément gonflable (par exemple un gilet porté par le plongeur en apnée) et un appareil pouvant générer des signaux sonores et lumineux. Lorsque le système d'analyse et de commande reçoit de l'ensemble des capteurs et de l'horloge une des séquences correspondant à un accident, alors il déclenche de n'importe quelle façon convenable le gonflage de l'élément gonflable par l'élément gonfleur, provoquant ainsi la remontée en surface du plongeur et le maintient de ses voies respiratoires hors de l'eau, et il déclenche aussi l'ensemble de signaux sonores et lumineux destinés à prévenir toutes les personnes susceptibles de porter assistance au plongeur en difficulté. Notons que dans cet exemple, on prévient deux types d'accidents avec le même ensemble d'éléments de sauvetage et une même mise en oeuvre en ajoutant simplement un capteur à l'ensemble des capteurs. Dans le cas de la plongée en scaphandre autonome, on peut imaginer un autre mode particulier d'utilisation de l'invention en utilisant le même ensemble de capteurs (capteur de mouvements respiratoires et capteur de pression hydrostatique), le même ensemble d'éléments de sauvetage (un élément gonfleur, un élément gonflable et un élément pouvant générer des signaux sonores et lumineux), mais en modifiant la séquence d'informations que le système d'analyse et de commande doit considérer comme étant un accident et en modifiant la mise en oeuvre des éléments de sauvetage. Exemple 3: 1) Conditions d'utilisation : la plongée en scaphandre autonome. 2) Accidents que l'on veut prévenir : tout accident pouvant découler d'un arrêt respiratoire. 3) Analyse des mécanismes de cet accident : arrêt respiratoire du plongeur. 4) Ensemble des capteurs choisis, et séquences d'informations provenant de ces capteurs considérées comme correspondant à l'accident: Ici, l'ensemble de capteurs est constitué d'un capteur de pression hydrostatique et d'un capteur de mouvements respiratoires. Si le capteur de mouvements respiratoires ne délivre pas de signal correspondant à la respiration du plongeur pendant un temps T1 (quelques dizaines de secondes typiquement) quelque soit la pression hydrostatique, alors on considère que le plongeur a eu un arrêt respiratoire (sous l'eau ou en surface selon les indications du capteur de pression hydrostatique). 5) Ensemble des éléments de sauvetage choisis et leur mise en oeuvre pour prévenir pour prévenir l'accident: Dans cet exemple, l'ensemble des éléments de sauvetage est le même que dans les exemples 1 et 2, c'est à dire un élément gonflable, un élément gonflable et un élément pouvant générer des signaux sonores et lumineux. On peut envisager comme dans les exemples précédents que si le système d'analyse et de commande reçoit de l'ensemble des capteurs et de l'horloge la séquence correspondant à l'accident, qu'il déclenche de n'importe quelle façon convenable le gonflage de l'élément gonflable par l'élément gonfleur, provoquant ainsi la remonté en surface du plongeur et le maintient de ses voies respiratoires hors de l'eau, et qu'il déclenche les signaux sonores et lumineux (S) pour prévenir toutes les personnes susceptibles de porter assistance au plongeur en difficulté. Cependant, étant donnée la spécificité des risques (accident de décompression ou surpression pulmonaire par exemple) et des règles de sécurité (plonger en groupe, etc...) de la plongée en scaphandre autonome, on doit adapter spécifiquement le système de sécurité aux conditions d'utilisation en modifiant la mise en oeuvre des éléments de sauvetage par le système d'analyse et de commande lorsqu'il détecte une séquence considérée comme correspondant à un accident : par exemple, on peut envisager en cas d'accident (ici c'est l'absence de mouvements respiratoires) à une profondeur supérieure à une profondeur réglable à l'avance (information disponible grâce au capteur de pression hydrostatique), que le système d'analyse et de commande précède pendant un certain temps le déclenchement du gonflage de l'élément gonflable par l'élément gonfleur par un ensemble de signaux sonores et lumineux pour prévenir tout autre plongeur à proximité susceptible de porter assistance au plongeur en difficulté sous l'eau. Puis, si au bout d'un certain temps (1 minute typiquement), personne n'a désactivé le système de sécurité, alors le système d'analyse et de commande déclenche le gonflage de l'élément gonflable pour remonter le plongeur. Ainsi, on donne une chance à l'accidenté d'être secouru par un autre plongeur, et d'éviter les effets secondaires que pourrait avoir une remonté brutale en surface (accident de décompression surtout). On peut aussi prévenir l'essoufflement, incident courant en plongée en scaphandre autonome mais qui, s'il n'est pas corrigé assez tôt, peut avoir des conséquences tragiques. C'est un incident dû à un excès de gaz carbonique dans les poumons, et qui se caractérise par une accélération du rythme respiratoire qui peut conduire à une asphyxie progressive. Souvent, le plongeur, dans un dernier réflexe de survie, sentant l'asphyxie, arrache son embout, inspire de l'eau, et c'est la noyade. Pour prévenir cet accident, l'ensemble de capteurs doit contenir au moins un capteur de mouvements respiratoires. La séquence considérée par le système d'analyse et de commande comme correspondant à un accident peut être ici une fréquence respiratoire supérieure à une fréquence seuil. Dans ce cas, le système d'analyse et de commande déclenche les signaux sonores et lumineux (S) destinés à prévenir tout autre plongeur à proximité susceptible de porter assistance au plongeur en difficulté sous l'eau. Il est évident, que la présente invention présente un immense intérêt pour l'amélioration de la sécurité en général dans diverses activités, en plongée sousmarine en particulier, tout en conservant un maximum de souplesse d'utilisation. Par exemple, des systèmes de sécurité pour plongeur ont déjà été proposés, mais le déclenchement du passage du gaz vers l'élément gonflable est lié, soit à la volonté du plongeur, soit au dépassement d'un temps d'immersion prédéterminé à l'avance par le plongeur. Par conséquent, le déclenchement du système peut ne pas survenir du tout si le plongeur ne sent pas venir l'accident (comme c'est toujours le cas dans la syncope classique due à l'hypoxie en apnée par exemple), ou survenir trop tard, c'est à dire lorsque le plongeur s'est noyé avant le temps maximum d'immersion préréglé ou encore trop tôt à l'occasion d'une performance inhabituelle du plongeur. Donc, l'efficacité et la souplesse d'utilisation de tels systèmes sont extrêmement réduites. La présente invention, contrairement à certains systèmes de sécurité précédemment proposés, jouit d'un avantage majeur qui réside dans son adaptabilité: - soit en modifiant l'ensemble des capteurs. - soit pour un ensemble de capteurs donné, en modifiant les séquences d'informations en provenance de cet ensemble de capteurs qui seront considérées par le système d'analyse et de commande comme correspondant à un accident. - soit en modifiant l'ensemble des éléments de sauvetage que le système d'analyse et de commande peut mettre en oeuvre lorsqu'il détecte une séquence correspondant à un accident. - soit pour un ensemble d'éléments de sauvetage donné, en modifiant la façon dont ils vont être mis en oeuvre par le système d'analyse et de commande lorsqu'il détecte telle ou telle séquence correspondant à tel ou tel type d'accident dans telle ou telle condition. - enfin, on peut aussi envisager qu'après avoir détecté une séquence considérée comme correspondant à un accident, le système d'analyse et de commande précède le déclenchement des éléments de sauvetage par un signal sonore et/ou lumineux, afin de permettre au plongeur d'intervenir pour éviter le déclenchement intempestif si l'accident n'a pas réellement eu lieu. Une réalisation de l'invention est décrite dans ce qui va suivre, donnée à titre d'exemple et qui ne saurait constituer une quelconque limitation à la portée de l'invention. La description se réfère au dessin annexé, sur lequel la figure 1 est le schéma général d'un appareil selon l'invention où sont représentés l'ensemble des éléments de sauvetage 12, l'horloge 9, l'ensemble de capteurs 13 et le système d'analyse et de commande 4. La figure 1 est le schéma général d'un appareil automatique selon l'invention permettant de libérer le passage d'un gaz sous pression d'une bouteille 1 vers un gilet gonflable 14 porté par le plongeur (étant entendu que physiquement tous les éléments de l'invention sont portés par l'utilisateur, ici un plongeur), cet appareil comportant un dispositif obturateur 2 sur le goulot de la bouteille, cet obturateur empêchant le passage du gaz de la bouteille à travers un conduit 3 vers le gilet gonflable. Le dispositif obturateur 2 peut être ouvert par le signal sortant du système de commande 4 (constitué d'un circuit électronique d'interface 5 et d'un microprocesseur 6) réagissant aux signaux que lui transmettent un capteur de pression 7 sensible à la pression hydrostatique subie par le plongeur, un capteur de mouvements respiratoires 8 et une horloge 9 (ici, l'horloge interne du microprocesseur). Si le système de commande 4 détecte une ou plusieurs séquences prédéterminées dans les informations qu'il reçoit du capteur de pression 7, de l'horloge 9 et du capteur de mouvements respiratoires 8 alors il envoie un signal vers l'obturateur 2 pour l'ouvrir et libérer le passage du gaz de la bouteille 1 à travers un conduit 3 vers le gilet gonflable, ce qui provoque la remonté en surface du plongeur. Le système de commande 4 délivre aussi dans ce cas un signal pour activer un générateur de son 11 et une lampe clignotante 10 qui permettent de prévenir les personnes aussi bien dans l'eau qu'à l'extérieur de l'eau que le plongeur a eu un problème. Pour l'utilisation de l'invention, le capteur de pression peut être n'importe quel dispositif délivrant un signal variable avec la pression hydrostatique subie par le plongeur et ce signal étant utilisable par le système de commande 4. Dans le cas d'un circuit électronique par exemple, un capteur de pression du type piézoélectrique est bien indiqué. Ici, le capteur de mouvements respiratoires est un capteur dont le principe est de détecter l'élongation du périmètre de la cage thoracique lors de l'inspiration. REVENDICATIONS 1. Appareil automatique de sécurité portable, particulièrement mais non exclusivement adapté pour remonter un plongeur sous-marin en cas d'accident, caractérisé par un ensemble d'éléments de sauvetage, une horloge et un ensemble de capteurs, associés à un système d'analyse et de commande, le déclenchement d'un ou plusieurs éléments de sauvetage étant commandé, de n'importe quelle façon convenable et aux moments convenables, par le système d'analyse et de commande, lorsque celui-ci détecte une ou plusieurs séquences prédéterminées dans les informations qu'il reçoit des capteurs et de l'horloge. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de capteurs n'est constitué que d'un capteur de pression hydrostatique. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble des éléments de sauvetage est constitué .d'un élément gonflable, d'un élément gonfleur et d'un élément pouvant générer des signaux sonores et lumineux. 4. Appareil selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système d'analyse et de commande déclenche, de n'importe quelle façon convenable et aux moments convenables, le gonflage de l'élément gonflable par l'élément gonfleur et les signaux sonores et lumineux, lorsqu'il détecte une variation temporelle prédéterminée de la pression hydrostatique grâce aux informations qu'il reçoit du capteur de pression hydrostatique et de l'horloge. 5. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de capteurs est constitué d'un capteur de pression hydrostatique et d'un capteur de mouvements respiratoires. 6. Appareil selon les revendications 1,2, et 5, caractérisé en ce que le système d'analyse et de commande déclenche , de n'importe quelle façon convenable et aux moments convenables, le gonflage de l'élément gonflable par l'élément gonfleur et les signaux sonores et lumineux lorsqu'il détecte une variation temporelle prédéterminée de la pression, ou une absence de mouvements respiratoires pour une pression donnée, ou encore une fréquence des mouvements respiratoires trop élevée, grâce aux informations qu'il reçoit du capteur de pression hydrostatique, du capteur de mouvements respiratoires et de l'horloge. 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ensemble des éléments de sauvetage est constitué, d'un générateur de signaux sonores, d'une lampe clignotante, et d'un gilet gonflable relié à une bouteille de gaz sous pression munie d'un dispositif obturateur, le système d'analyse et de commande est constitué d'un microprocesseur et d'un circuit électronique d'interface, l'ouverture du dispositif obturateur, et la mise en action de la lampe et du générateur de son étant commandées par le microprocesseur suivant son programme et les données qu'il reçoit des différents capteurs. 8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le capteur de mouvements respiratoires est un appareil enserrant la cage thoracique de la personne, et sensible à l'élongation du périmètre de la cage thoracique dû aux mouvements respiratoires.