Brevet FR3075160A1 — publié le 20190621

SYSTEME DE CONTROLE DE LA PRESSION EXPIRATOIRE D'UN PLONGEUR POUR UN EQUIPEMENT DE VENTILATION DE PLONGEE L'invention concerne les dispositifs de plongee et plus particulierement un dispositif pour la partie ventilatoire des systemes de plongee pour prevenir et participer au traitement des cedemes pulmonaires d'immersion. L'cedeme pulmonaire d'immersion est une pathologie de plus en plus frequente, secondaire a une decompensation cardiaque consecutive a ('impact d'un environnement contraignant sur un plongeur. En effet, l'immersion provoque un phenomene de contention des tissus mous, c'est-a-dire des membres inferieures et de ('abdomen, avec redistribution des volumes sanguins peripheriques vers le thorax. Le froid, lie a l'immersion entraine une fermeture des vaisseaux et ralentit la frequence cardiaque. L'augmentation de la quantite d'oxygene provoquee par ('augmentation de la pression ambiante au fur et a mesure que le plongeur descend, aggrave les phenomenes precedemment cites et diminue la force de contraction du muscle cardiaque. Ces mecanismes respectifs generent une surcharge cardiaque qui, lorsque le systeme cardio-vasculaire est defectueux ou vieillissant, entraine une fuite precoce du liquide sanguin dans les poumons. La congestion pulmonaire aussi appelee cedeme pulmonaire entraine alors une diminution de ('oxygenation du sang qui peut rapidement aboutir a un malaise. Une meilleure connaissance de cette pathologie et le developpement recent de la plongee loisir sont a l'origine d'une nette augmentation du nombre d'cedeme pulmonaire d'immersion. Celui-ci devient merle la deuxieme cause d'accident de plongee, juste derriere ('accident de desaturation, et est egalement la premiere cause de deces chez le plongeur. L'cedeme pulmonaire d'immersion est en effet a l'origine d'environ 45 % des arrests cardiaques en plongee. La genese des cedemes pulmonaires d'immersion a lieu durant les vingt premieres minutes de la plongee et s'aggrave lors de la remontee avec le changement de position du plongeur et donc des regimes de pressions ventilatoires. La physiopathologie de rcedeme pulmonaire d'immersion est restee pendant longtemps peu connue. Cependant, la mise en evidence de la part cardio-circulatoire dans la physiopathologie (Louge et al., 0 Pathophysiological and diagnostic 2 implications of cardiac biomarkers and antidiuretic hormone release in distinguishing immersion pulmonary edema from decompression sickness », Medicine (Baltimore), 95(26) :e4060, juin 2016), de ('aggravation rapide de la symptomatologie lors de la verticalisation du plongeur, qui entraine une perte de la contre pression expiratoire 5 (Coulange et al., 0 Pulmonary oedema in healthy SCUBA divers : new physiopathological pathways », Clin. Physiol. Funct. Imag., 30(3) :181-186, 2010), ainsi que des similitudes avec la noyade a permis de montrer !Interest d'envisager la prevention et le traitement des cedemes pulmonaires d'immersion par la generation d'une pression expiratoire positive (Michelet et al. 0 Acute respiratory failure after lo drowning: a retrospective multicenter survey », Eur. J. Emerg. Med., 2015). La pression expiratoire positive est la pression expiratoire maintenue au sein des voies aeriennes. Elle permet d'eviter la formation d'un collapsus (affaissement du tissu pulmonaire d0 a la pression exercee par un epanchement pleural, une tumeur ou un pneumothorax). De plus, en accroissant le laps de temps pendant lequel les 15 echanges gazeux entre alveole et capillaire se produisent, elle permet egalement d'eviter la constitution d'atelectasies (retractation des alveoles pulmonaires). Le document US 1984/4436090 presente un dispositif de regulation de la ventilation comportant un piston qui peut exercer une pression sur une valve, la valve servant a controler le flot de gaz a l'inhalation et ('expiration d'une personne pour une 20 application medicale (respirateur ou reanimateur). Ce dispositif peut fournir une pression positive expiratoire et est egalement utilisable pour des applications aeronautiques d'aide a la ventilation. Le document US 2004/035414 presente un dispositif ventilatoire pour les equipements de plongee, notamment pour un tuba, pouvant fournir une pression expiratoire positive. Ce dispositif permet de ralentir le 25 cycle de ventilation du plongeur, d'equilibrer le travail de ventilation entre inspiration et expiration et de minimiser le risque de developpement d'atelectasies. Cependant, aucun de ces deux dispositifs ne permet de prevenir ou de traiter les cedemes pulmonaires d'immersion. D'autres documents (EP 1500586, US 1993/5259374) presentent des 30 dispositifs de regulation reglables de la ventilation du plongeur a l'inhalation, mais ils ne generent pas de pression expiratoire positive et donc ne permettent pas de prevenir ou de traiter les cedemes pulmonaires d'immersion. 3 L'invention vise a remedier aux problemes precites de l'art anterieur et plus particulierement, elle vise a proposer un dispositif permettant de prevenir et traiter les cedemes pulmonaires d'immersion en g6n6rant une pression expiratoire positive variable. Selon l'invention, ce dispositif de prevention peut generer une pression 5 expiratoire positive reglable et ainsi controler la pression expiratoire du plongeur pour un equipement de ventilation de plongee. II comprend une valve unidirectionnelle agissant sur la sortie expiratoire de requipement de ventilation et un frein configure pour exercer une contrainte reglable sur la valve de maniere a controler la pression du gaz issu de la sortie expiratoire, donc du gaz expire par le plongeur. Avec 10 l'invention, le plongeur peut par exemple beneficier d'une resistance a l'expiration plus ou moins elevee pour prevenir le risque d'cedeme pulmonaire d'immersion lors d'un effort immerge en eau froide et a grande profondeur. A contrario, le plongeur peut annuler immediatement cette resistance a l'expiration en cas de remontee panique pour prevenir un risque de barotraumatisme thoracique (ou surpressions 15 pulmonaires) lie a la dilatation brutale du gaz contenu dans les poumons. Un objet de l'invention est donc un systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur pour un equipement de plongee ayant un circuit expiratoire. Le systeme comprend une valve unidirectionnelle agissant sur une sortie expiratoire du circuit ventilatoire, et un frein configure pour exercer une contrainte reglable sur la 20 valve unidirectionnelle afin de controler la pression du gaz issu de la sortie expiratoire, de maniere a generer une pression positive dans le circuit respiratoire de requipement de plongee. Selon des modes de realisation particuliers de l'invention : - Le frein peut etre un clapet de decharge reglable comprenant un ressort de 25 durcissement et une vis de tarage permettant de regler la resistance du ressort ; - Le systeme peut comprendre un systeme de debrayage permettant de desactiver le frein, qui peut etre constitue d'une tige tubulaire centrale et coaxiale avec la vis de tarage ; - Le systeme peut comprendre un capteur de pression dans le circuit expiratoire du 30 circuit ventilatoire ; - Le frein peut etre une electrovalve ; - L'electrovalve peut etre control& de maniere electronique suite a des mesures fournies par le capteur de pression ; 4 - Le frein peut comprendre des ceillets, des obturateurs ou un diaphragme ; - Le niveau d'ouverture des ceillets ou des obturateurs ou du diaphragme peut etre controle de maniere electronique suite a des mesures fournies par le capteur de pression; 5 - Le systeme permet de generer au moins deux niveaux discrets de pression expiratoire positive ; - Le systeme permet de generer des niveaux de pression expiratoire positive parmi les niveaux (0; 2,5; 5; 7,5 et 10 mbar). Un autre objet de ('invention est un detendeur dont le deuxieme etage lo comprend un systeme de controle de la pression expiratoire tel que revendique selon l'un quelconque des modes de realisation de ('invention. Encore un autre objet de ('invention est un recycleur, le recycleur comprenant un systeme de controle de la pression expiratoire tel que revendique selon l'un quelconque des modes de realisation de ('invention. 15 L'invention porte aussi sur un scaphandre autonome comprenant un systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur tel que revendique selon l'un quelconque des modes de realisation de ('invention. D'autres caracteristiques, details et avantages de ('invention ressortiront a la lecture de la description faite en reference aux figures annexees donnees a titre 20 d'exemple et qui representent, respectivement : - La figure 1, une illustration en vue de dessus de la mise en ceuvre d'un systeme de controle de ('expiration sur un detendeur selon un mode de realisation de ('invention ; - La figure 2, une illustration en coupe de la mise en ceuvre d'un systeme de 25 controle de ('expiration sur un detendeur selon un mode de realisation de ('invention ; - La figure 3, une illustration de la mise en ceuvre d'un systeme de controle de ('expiration sur un recycleur selon un mode de realisation de ('invention. Tel qu'il est generalement admis, un equipement de plongee peut comprendre 30 tout ou partie d'un ensemble de materiel pour pratiquer la plongee incluant une combinaison isothermique, un masque, des palmes, un lestage, un gilet stabilisateur et au moins une bouteille de plongee contenant un mélange de gaz respiratoire, tel 5 que le nitrox, l'heliair, I'hydrox, le trimix, l'heliox et hydreliox. Le plus souvent, le mélange gazeux est de l'air comprim6. L'equipement de plongee au sens de l'invention, comprend un detendeur ou un recycleur permettant au plongeur de respirer via un embout de bouche. 5 Un detendeur est un materiel de plongee a circuit ouvert permettant a un plongeur de respirer le gaz contenu dans sa bouteille de plongee a la pression a laquelle it evolue. Un recycleur est un materiel de plongee a circuit ferme, permettant de recycler le gaz expir6 par un plongeur, de maniere a allonger la duree de plongee et de io diminuer le poids des bouteilles de plongee. Un scaphandre autonome est generalement Mini comme etant un dispositif individuel permettant a son utilisateur de respirer et d'evoluer librement sous l'eau avec une reserve de gaz respirable comprim6. La figure 1 montre une vue de dessus du second etage d'un detendeur selon 15 un mode de realisation de l'invention. L'arrivee d'un gaz moyenne pression du premier etage du detendeur vers le second etage est assuree par un flexible 100. Un bouton 101 permet de regler le flux de gaz arrivant dans le second etage par le flexible 100. Ce gaz moyenne pression penetre dans la chambre seche 102 du second etage du detendeur, et est ensuite detendu en arrivant dans l'embout de 20 bouche 104. C'est l'inspiration du plongeur dans l'embout de bouche 104 qui declenche le passage du gaz de la chambre seche 102 vers l'embout de bouche 104. L'inspiration ou l'expiration du plongeur controle, par exemple, l'ouverture d'un clapet qui permet de laisser passer le gaz de la chambre seche 102 a l'embout de bouche 104 lors de l'inspiration ou de bloquer le gaz dans la chambre seche 102 a 25 l'expiration. La pression du gaz expire est reglable grace a un frein 105 et le gaz expire est evacue du second etage du detendeur par les moustaches d'evacuation 106. La figure 2 montre une coupe du second etage 20 d'un detendeur selon un mode de realisation de l'invention. Les fleches symbolisent le mouvement du gaz 30 dans le second etage du detendeur. Dans cette mise en oeuvre, le frein 105 comporte une vis de tarage 200 et un ressort de durcissement 201. Le frein 105 permet d'agir sur des rondelles 202 qui agissent sur des membranes 203. Les 6 membranes 203 et les rondelles 202 forment ainsi une valve unidirectionnelle 204. Le plongeur peut agir sur la vis de tarage 200 pour regler la resistance du ressort de durcissement 201. Lors de la phase d'inspiration, le gaz present dans la chambre seche 102 passe dans l'embout de bouche par l'ouverture des membranes 203. Lors 5 de la phase d'expiration, les membranes 203 se referment, completement ou en partie selon la resistance du ressort de durcissement 201, et le gaz expire est evacue par les moustaches d'evacuation 106. En controlant par le reglage de la resistance du ressort de durcissement 201 le niveau de fermeture des membranes, pour avoir une fermeture complete ou en partie, le plongeur peut agir sur la pression 10 du gaz expire. Les manifestations cliniques de rcedeme pulmonaire d'immersion apparaissent souvent lors de la phase de remontee ou lors de prolongation de la séance de plongee. Elles n'apparaissent donc pas toujours au merle instant selon les plongeurs ni avec la merle intensite. II est donc important de pouvoir *ler la 15 pression expiratoire positive des le debut des symptomes, voire d'anticiper la genese de rcedeme par un declenchement preventif des que les conditions environnementales deviennent contraignantes. Dans le mode de realisation decrit, le plongeur agit directement sur la vis de tarage 200 selon son ressenti. Par ailleurs, lors de la remontee, la verticalisation du plongeur entraine une 20 forte difference de pression entre le detendeur qui se trouve en bouche et les poumons du plongeur. II est alors n6cessaire de g6n6rer une pression expiratoire positive plus forte qu'en descente afin de prevenir les cedemes pulmonaires d'immersion ou pour en traiter les symptomes. Le second etage du detendeur peut egalement comprendre une tige de 25 debrayage 205 qui permet de desactiver le frein, c'est-a-dire d'annuler la resistance du ressort de durcissement 201. Cette tige de debrayage 205 constitue une securite quant au niveau d'obstruction solide du systeme ou de remontee panique necessitant ('absence d'obstacle a ('expiration. La tige de debrayage 205 est centrale et coaxiale avec la vis de tarage 200. La valve 204, le frein 105 et la tige de 30 debrayage 205 sont maintenus en place grace a un logement fixe 206. Ce logement fixe 206 comprend egalement un canal de securite au debrayage 207. 7 Dans une variante de realisation de l'invention, un capteur de pression est place dans le circuit expiratoire pour mesurer la pression du gaz expire par le plongeur. Selon un mode de realisation, le capteur peut etre positionne au niveau de l'embout de bouche 104. 5 Avantageusement, les mesures peuvent etre recuperees af in de controler de maniere electronique le frein 105. Un controle electronique du frein permet de detecter plus efficacement tout symptome lie a ('apparition d'un cedeme pulmonaire et generer plus rapidement toute action de controle de la pression expiratoire. Dans un mode de realisation avec capteur integre, le frein 105 est une electrovalve. Le 10 frein peut aussi etre constitue d'ceillets, d'obturateurs ou etre un diaphragme, les ceillets, les obturateurs et le diaphragme etant des orifices de sortie ayant un niveau d'ouverture variable. Plus generalement, le frein peut prendre toute forme permettant de faire varier le niveau d'obturation de la surface de sortie. Ainsi, le systeme comprend deux modes operatoires : l'un dit passif et le 15 second dit actif. Le mode passif est caracterise par ('absence de pression expiratoire positive et est le mode privilegie pour la descente du plongeur ou peut etre le mode impose en cas de remontee d'urgence au ('expiration doit etre facilitee. L'autre mode operatoire, dit mode actif est caracterise par la generation d'une pression expiratoire positive par la mise en oeuvre du systeme de l'invention. Le mode actif est utilise lors zo de la phase de remontee du plongeur ou lors d'une prolongation de la séance de plongee. Le mode actif peut etre were de maniere semi-autonome par le plongeur qui peut *ler le niveau de la pression expiratoire positive par ('activation de la vis de tarage, ou etre were de maniere automatique en etant par exemple asservi a un ordinateur de plongee porte par le plongeur. L'ordinateur de plongee enregistre les 25 parametres de plongee du plongeur et permet ainsi de fournir des donnees sur les symptomes ressentis par le plongeur afin d'activer le systeme de controle de la pression expiratoire. Dans une variante de realisation, requipement de plongee peut comprendre une pluralite de capteurs permettant de fournir des donnees qui peuvent enrichir la detection de symptomes revelateurs d'un oedeme pulmonaire 30 d'immersion. Selon un autre mode de realisation de l'invention, le frein 105 permet de generer au moins deux niveaux discrets de pression expiratoire positive. Le niveau discret 0 mbar appartient aux niveaux possibles de pression expiratoire positive. 8 Pour repondre aux standards connus, dans un mode de realisation, le frein permet de generer des niveaux de pression expiratoire positive parmi les niveaux suivants : 0 mbar ; 2,5 mbar ; 5 5 mbar ; 7,5 mbar ; et 10 mbar. Avantageusement, les niveaux de pression expiratoire positive sont choisis parmi les niveaux suivants : 2,5 mbar ; 5 mbar ; 7,5 mbar et 10 mbar. 10 Ces valeurs de pression expiratoire positive donnes a titre d'exemple non limitatif, correspondent aux niveaux susceptibles de prevenir la genese d'un cedeme pulmonaire en medecine d'urgence tout en n'atteignant pas des niveaux susceptibles de creer une surpression pulmonaire et de respecter les limites de regime de pression pour les detendeurs (voir la norme NF EN 250, juin 2014). 15 La figure 3 montre la mise en oeuvre de l'un des modes de realisation de ('invention sur un recycleur de plongee. Les fleches symbolisent le deplacement du gaz dans le recycleur. Quand le plongeur inspire, le recycleur fournit du gaz au plongeur provenant du poumon inspiratoire 300. Ce gaz arrive a l'embout de bouche 301 par un flexible 302. Dans l'embout de bouche 301, le gaz inspire traverse une 20 valve anti-retour d'inspiration 303 avant d'arriver a la bouche du plongeur. Quand le plongeur expire, le gaz expire se retrouve dans l'embout de bouche 301 et traverse la valve anti-retour d'expiration 304. Un frein 305 reglable par le plongeur permet d'agir sur l'ouverture de cette valve 304. En limitant son ouverture, le frein 305 peut generer une pression expiratoire positive dans l'embout de bouche 301, permettant 25 de prevenir ou de traiter les cedemes pulmonaires d'immersion. Apres avoir traverse la valve anti-retour d'expiration 304, le gaz expire arrive dans le poumon expiratoire 306 par un flexible 302. Une ou plusieurs bouteilles de gaz respiratoire 307 alimentent le poumon expiratoire 306 en gaz respiratoire (alimentation symbolisee par la reference 308 sur la figure 3). Les gaz alors presents 30 dans le poumon expiratoire 306 passent dans un filtre 309. Ce filtre 309 permet de filtrer le dioxyde de carbone de maniere a ce que les gaz penetrant ensuite dans le poumon inspiratoire 300 ne contiennent plus de dioxyde de carbone. 9 L'invention a 6t6 decrite pour plusieurs modes de realisation af in de pr6senter le principe general. Cependant, l'homme du métier pourra adapter ('invention a d'autres modes de realisation sans s'ecarter REVENDICATIONS1. Systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur pour un equipement de plongee ayant un circuit ventilatoire, comprenant : une valve unidirectionnelle agissant sur une sortie expiratoire du circuit ventilatoire ; et un frein configure pour exercer une contrainte reglable sur la valve unidirectionnelle afin de controler la pression du gaz issu de la sortie expiratoire de maniere a g6n6rer une pression positive expiratoire i.o dans ledit circuit respiratoire. 2. Systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur selon la revendication 1 dans lequel ledit frein est un clapet de decharge reglable comprenant un ressort de durcissement et une vis de tarage permettant de 15 regler la resistance dudit ressort. 3. Systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur selon la revendication 1 ou 2 comprenant de plus un systeme de debrayage permettant de desactiver ledit frein. 20 4. Systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur selon la revendication 3 dans lequel le systeme de debrayage comprend une tige tubulaire centrale et coaxiale avec ladite vis de tarage. 25 5. Systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur selon l'une quelconque des revendications precedentes comprenant de plus un capteur de pression dans le circuit expiratoire dudit circuit ventilatoire. 6. Systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur selon la 30 revendication 5 dans lequel le frein est une electrovalve, l'electrovalve etant controlee de maniere electronique suite a des mesures fournies par le capteur de pression. 11 7. Systeme de controle de Ia pression expiratoire d'un plongeur selon Ia revendication 6 dans lequel le frein comprend des ceillets ou des obturateurs ou un diaphragme. 5 8. Systeme de controle de Ia pression expiratoire d'un plongeur selon Ia revendication 7 dans lequel le niveau d'ouverture des ceillets ou des obturateurs ou du diaphragme est controle de maniere electronique suite a des mesures fournies par le capteur de pression. 9. Systeme de controle de Ia pression expiratoire d'un plongeur selon l'une quelconque des revendications precedentes dans lequel le frein permet de generer au moins deux niveaux discrets de pression expiratoire positive. 10.Systeme de controle de Ia pression expiratoire d'un plongeur selon l'une quelconque des revendications precedentes dans lequel le frein permet de generer des niveaux de pression expiratoire positive parmi les niveaux (0 mbar ; 2,5 mbar ; 5 mbar ; 7,5 mbar et 10 mbar). 11. D6tendeur pour Ia plongee comprenant au moins : un premier etage permettant de detendre un gaz haute pression de maniere a obtenir un gaz moyenne pression, et un deuxieme etage permettant de recevoir !edit gaz moyenne pression et de baisser Ia pression dudit gaz moyenne pression pour fournir du gaz basse pression a un plongeur ventilable, caracterise en ce que le deuxieme etage du detendeur comprend un systeme selon l'une quelconque des revendications 1 a 10 pour controler Ia pression expiratoire du plongeur. 12. Recycleur pour Ia plongee comprenant un systeme de controle de Ia pression expiratoire d'un plongeur selon l'une quelconque des revendications 1 a 10. 13.Scaphandre autonome comprenant un systeme de controle de Ia pression expiratoire d'un plongeur selon l'une quelconque des revendications 1 a 10.