BE1024883B1

BE1024883B1 - Ensemble de respiration subaquatique

Info

Publication number: BE1024883B1
Application number: BE2017/5737A
Authority: BE
Inventors: Pierre CLAEYSSEN
Original assignee: Apa Productions Sprl
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-10-16
Publication date: 2018-08-01
Also published as: WO2019011864A1; BE1024595B1

Abstract

La présente invention propose un équipement innovant de respiration subaquatique permettant d’extraire du milieu subaquatique un gaz respirable, apportant ainsi une solution aux problèmes d’autonomie, d’encombrement et de consommation énergétique des techniques existantes. L’équipement est un ensemble de respiration subaquatique comprenant un anneau de circulation d’un liquide transporteur d’oxygène traversant une cage branchiale et un caisson pulmonaire avec une bouche de respiration.

Description

(30) Données de priorité :

10/07/2017 BE 2017/5490 (73) Titulaire(s) :

APA PRODUCTIONS SPRL 1170, BRUXELLES Belgique (72) Inventeur(s) :

CLAEYSSEN Pierre 1050 BRUXELLES Belgique (54) ENSEMBLE DE RESPIRATION SUBAQUATIQUE (57) La présente invention propose un équipement innovant de respiration subaquatique permettant d’extraire du milieu subaquatique un gaz respirable, apportant ainsi une solution aux problèmes d’autonomie, d’encombrement et de consommation énergétique des techniques existantes. L’équipement est un ensemble de respiration subaquatique comprenant un anneau de circulation d’un liquide transporteur d’oxygène traversant une cage branchiale et un caisson pulmonaire avec une bouche de respiration.

Figure 1.

BREVET D'INVENTION BELGE

SPF Economie, PME, Classes Moyennes & Energie

Numéro de publication : 1024883 Numéro de dépôt : BE2017/5737

Office de la Propriété intellectuelle Classification Internationale : B63C 11/18 Date de délivrance : 01/08/2018

Le Ministre de l'Economie,

Vu la Convention de Paris du 20 mars 1883 pour la Protection de la propriété industrielle ;

Vu la loi du 28 mars 1984 sur les brevets d'invention, l'article 22, pour les demandes de brevet introduites avant le 22 septembre 2014 ;

Vu le Titre 1er “Brevets d’invention” du Livre XI du Code de droit économique, l'article XI.24, pour les demandes de brevet introduites à partir du 22 septembre 2014 ;

Vu l'arrêté royal du 2 décembre 1986 relatif à la demande, à la délivrance et au maintien en vigueur des brevets d'invention, l'article 28 ;

Vu la demande de brevet d'invention reçue par l'Office de la Propriété intellectuelle en date du 16/10/2017.

Considérant que pour les demandes de brevet tombant dans le champ d'application du Titre 1er, du Livre XI du Code de Droit économique (ci-après CDE), conformément à l'article XI. 19, §4, alinéa 2, du CDE, si la demande de brevet a fait l'objet d'un rapport de recherche mentionnant un défaut d'unité d'invention au sens du §ler de l'article XI.19 précité et dans le cas où le demandeur n'effectue ni une limitation de sa demande ni un dépôt d'une demande divisionnaire conformément aux résultats du rapport de recherche, le brevet délivré sera limité aux revendications pour lesquelles le rapport de recherche a été établi.

Arrête :

Article premier. - II est délivré à

APA PRODUCTIONS SPRL, Chaussée de la Hulpe 150, 1170 BRUXELLES Belgique;

représenté par

OFFICE KIRKPATRICK S.A., Avenue Wolfers 32, 1310, LA HULPE;

un brevet d'invention belge d'une durée de 20 ans, sous réserve du paiement des taxes annuelles visées à l’article XI.48, §1 du Code de droit économique, pour : ENSEMBLE DE RESPIRATION SUBAQUATIQUE.

INVENTEUR(S) :

CLAEYSSEN Pierre, Rue des Egyptiens 13, 1050, BRUXELLES;

PRIORITE(S) :

10/07/2017 BE 2017/5490;

DIVISION :

divisé de la demande de base : date de dépôt de la demande de base :

Article 2. - Ce brevet est délivré sans examen préalable de la brevetabilité de l'invention, sans garantie du mérite de l'invention ou de l'exactitude de la description de celle-ci et aux risques et périls du (des) demandeur(s).

Bruxelles, le 01/08/2018, Par délégation spéciale :

BE2017/5737

Ensemble de respiration subaquatique

L'invention concerne le domaine des équipements respiratoires permettant à un ou plusieurs êtres vivant de respirer sous l'eau, que ce soit des eaux douces ou salines des milieux non stagnants, par exemple en mer, en rivière ou dans un lac.

La plongée subaquatique, c'est-à-dire, par exemple, la plongée sous-marine récréationelle, la plongée des équipes de sauvetage ou de recherche, en lac ou en rivière, ou la plongée de personnel technique d'intervention sur des équipements sousmarins, se fait actuellement à l'aide d'un scaphandre autonome comprenant une ou plusieurs bouteilles d'air comprimé, reliées à un détendeur permettant au plongeur de respirer de l'air à pression ambiante.

La principale limitation à l'utilisation des scaphandres autonomes est leur autonomie. La quantité d'air contenue dans les bouteilles permet à un plongeur de ne rester immergé que quelques heures. Selon la profondeur de plongée, il faut prévoir du temps pour les paliers de décompression, ce qui limite encore plus le temps de plongée « efficace ».

La nécessité des paliers de décompression s'explique principalement par le comportement du diazote respiré dans le tissu biologique humain. En effet, l'air respiré à la surface de la terre, et donc également contenu dans les bouteilles d'air comprimé, contient autour de 80% de diazote. Ce diazote pénètre et demeure plus longtemps dans le tissu biologique que l'oxygène, vu qu'il n'est ni métabolisé ni « transporté », c'est-à-dire adsorbé par des protéines comme l'hémoglobine. Lors de la remontée du plongeur, la pression à laquelle son organisme est soumis diminue progressivement, et le diazote contenu dans les cellules, organes ou artères risque alors de former des bulles pouvant conduire à l'endommagement de certains organes et être potentiellement fatales.

Pour réduire les risques liés à la décompression, l'air comprimé dans les bouteilles peut être plus concentré en oxygène ou contenir des gaz ajoutés, comme des gaz rares, pour former des

BE2017/5737 mélanges tri-gaz comme par exemple l'héliox ou le trimix. Ces mélanges permettent de réduire la durée des paliers de décompression ou d'allonger l'intervalle de profondeur entre deux paliers, et permettent d'atteindre de plus grandes profondeurs. Ils ne permettent cependant pas de rallonger la durée totale d'une plongée.

Des solutions pour permettre à l'homme de rester sous l'eau durant de longues périodes ont été mises au point, par exemple dans les sous-marins. L'électrolyse de l'eau permet de générer de l'oxygène pour permettre aux résidents du sous-marin de respirer. Cette technique nécessite cependant beaucoup d'énergie, qui provient généralement de batteries, moteurs thermiques ou de piles à combustible, énergie qui doit d'une façon ou d'une autre être régénérée par des remontées en surface.

L'alimentation en gaz respirables, et en particulier en oxygène, d'enceintes qui resteraient constamment immergées, fixées ou construites par exemple directement sur le fond sous-marin, reste un frein majeur au développement de telles enceintes.

Un appareil respiratoire subaquatique autonome pour un plongeur est décrit dans la demande de brevet WO 02/40343. Dans cet appareil, de l'eau du milieu subaquatique est pompée vers un séparateur air/eau. L'air y est séparé de l'eau par cavitation, augmentation volumétrique ou force centrifuge, puis envoyé vers une poche de stockage. Le débit d'extraction d'air peut être supérieur au besoin du plongeur. Un détecteur placé au niveau de la poche de stockage pilote la pompe du séparateur, éteignant la pompe lorsqu'une pression seuil est atteinte. Pour fournir un débit d'air suffisant au plongeur, la pompe doit brasser deux mille litres d'eau de mer par minute, ce qui nécessite une énergie considérable. Le séparateur doit en outre avoir un diamètre d'environ vingt-cinq centimètres et une longueur d'environ cinquante centimètres, sans compter le volume de stockage d'air, ce qui rend l'équipement au moins aussi encombrant qu'un scaphandre autonome. L'utilisation d'un capteur

BE2017/5737 électronique diminue également la fiabilité et la longévité de tels équipements, ce qui présente un risque non-négligeable pour un plongeur.

Il a donc été jugé nécessaire par la demanderesse d'apporter une solution aux problèmes d'autonomie, d'encombrement et de consommation énergétique des techniques existantes.

C'est l'objet de la présente invention de proposer un équipement innovant de respiration subaquatique permettant d'extraire du milieu subaquatique un gaz respirable.

Solution de l'invention

La présente invention propose à cet effet un ensemble de respiration subaquatique comprenant un anneau de circulation d'un liquide transporteur d'oxygène, une cage branchiale et un caisson pulmonaire avec une bouche de respiration, ledit anneau traversant la cage branchiale et le caisson pulmonaire.

L'activité inventive impliquée dans cette invention réside dans l'audace d'avoir voulu combiner, de manière mécanique, chimique et électronique, des simulateurs d'organes vivants des humains et des poissons.

Avantageusement, l'anneau de circulation est perméable à l'oxygène et le caisson pulmonaire est agencé pour provoquer la pervaporisation d'oxygène, transporté par le liquide transporteur d'oxygène, à travers l'anneau perméable.

Avantageusement encore, la cage branchiale est agencée pour permettre la diffusion d'oxygène, du milieu subaquatique vers le liquide transporteur d'oxygène, à travers l'anneau perméable.

La demanderesse a eu l'idée inventive d'appliquer son invention non seulement à un équipement de plongée pour un plongeur individuel, mais également à l'alimentation en air respirable

BE2017/5737 d'espaces subaquatiques destinés à accueillir de la vie aérobie.

L'invention concerne donc également une enceinte subaquatique pour vie naturelle caractérisée par le fait qu'elle est reliée à la bouche de respiration d'au moins un ensemble tel que revendiqué, pour être alimentée en air respirable.

Par enceinte subaquatique pour vie naturelle, on entend ici une enceinte résidentielle immergée, c'est à dire un volume séparé de façon étanche du milieu dans lequel il est immergé et dans lequel au moins un être vivant, peut vivre dans des conditions semblables à des conditions terrestres, c'est-à-dire respirant de l'air atmosphérique, l'être vivant n'étant pas immergé et disposant d'air respirable en quantité suffisante pour ses activités. La notion d'être vivant peut ici être étendue à des humains, des animaux et des végétaux. La vie naturelle peut aussi être appelée vie aérobie ou vie à l'air libre.

La cage branchiale, le caisson pulmonaire et l'anneau de circulation d'un liquide transporteur d'oxygène les traversant forment véritablement une unité d'extraction d'un gaz respirable du milieu aquatique vers l'enceinte pour vie naturelle.

Il est évident que, selon la taille, la forme et la localisation de l'enceinte pour vie naturelle, celle-ci peut être connectée à plusieurs ensembles d'extraction tels que décrits ci-dessus.

Pour permettre la pervaporisation d'un gaz respirable, c'est-àdire contenant des proportions de diazote et d'oxygène qu'un être humain peut respirer sans risque d'hypoxie ou d'hyperoxie, au niveau du caisson pulmonaire, il est intéressant que l'anneau de circulation soit également perméable au diazote. Ainsi, l'azote et l'oxygène peuvent d'une part diffuser du milieu aquatique vers le liquide transporteur d'oxygène, et d'autre part être pervaporisés au niveau du caisson pulmonaire.

Par liquide transporteur d'oxygène, on entend un liquide, de préférence une solution aqueuse, dans lequel l'oxygène n'est pas

BE2017/5737 simplement dissout, mais activement adsorbé par une substance ayant une interaction forte avec l'oxygène, c'est-à-dire par un mécanisme dit « coopératif ». Un liquide transporteur d'oxygène peut par exemple être du sang ou une solution aqueuse comprenant de l'hémoglobine ou toute autre protéine pouvant fixer ou adsorber plusieurs molécules d'oxygène. L'hémoglobine du sang permet en effet de transporter 70 fois plus d'oxygène que la quantité d'oxygène simplement dissoute dans le sang. D'autres substances, protéiques ou non, d'origine synthétique, sont par exemple la myoglobine,

1'érythrocruorine ou le pertluorodichlorooctane générale, le liquide transporteur comprend donc au moins un composant pouvant adsorber l'oxygène.

naturelle ou 1'hémocyanine, De façon plus

Le liquide transporteur d'oxygène, de la même façon que le sang, peut également dissoudre d'autres gaz comme le diazote ou le dioxyde de carbone, et en assurer le transport passif sous forme dissoute.

Les termes oxygène et dioxygène désignent ici indifféremment la molécule constituée de deux atomes d'oxygène et de formule chimique 0₂. De même, les termes azote et diazote désignent indifféremment ici la molécule constituée de deux atomes d'azote et de formule chimique N₂.

L'anneau de circulation désigne ici de façon générale un circuit fermé, sans limitation particulière indispensable de forme, ni de matériau. Le circuit peut être divisé, sur certaines portions de sa longueur, en plusieurs canaux ou sous-circuits parallèles qui se rejoignent ensuite.

La cage branchiale est une partie de l'ensemble reproduisant au moins en partie les fonctionnalités d'une branchie de poisson. Une branchie est un organe destiné à être directement en contact avec un courant d'eau de l'environnement subaquatique dans lequel est plongé le poisson et présentant, dans un volume restreint, une grande surface vascularisée. Le sang des

BE2017/5737 vaisseaux y capte des gaz dissouts dans l'eau et y rejette du dioxyde de carbone dissout dans le sang, par diffusion osmotique à travers la membrane perméable constituée par les parois vasculaires. La diffusion osmotique fait référence au phénomène de transfert d'éléments entre deux solutions séparées par une membrane semi-perméable, les éléments diffusant de la solution la plus concentrée vers la solution la moins concentrée jusqu'à atteindre un équilibre.

Les termes perméable et semi-perméable sont ici utilisés indifféremment pour désigner le fait que la membrane ne laisse passer que certains éléments, en l'occurrence ici des gaz comme l'oxygène ou le diazote.

Un caisson pulmonaire désigne ici un compartiment scellé pouvant avoir n'importe quelle forme, ne contenant pas d'eau liquide et mimant au moins en partie les fonctionnalités d'un poumon. Le caisson pulmonaire désigné ici s'apparente en particulier à une cavité pulmonaire lors de sa phase d'expiration. Chez l'homme, un poumon est caractérisé par une grande surface alvéolaire présentant une paroi très fine parcourue par des capillaires sanguins. La paroi alvéolaire et les parois des capillaires jouent le rôle de membrane perméable permettant les échanges gazeux entre le sang et l'air ambiant. Lors de l'inspiration, la pression d'air ambiant augmente dans la cavité pulmonaire, favorisant la diffusion des gaz à travers la membrane perméable et leur dissolution dans le sang. Lors de l'expiration, la pression d'air ambiant diminue et favorise le phénomène inverse, c'est-à-dire la désorbtion des gaz à travers la membrane perméable vers la cavité pulmonaire. Les gaz passant ici d'une phase liquide, ou dissoute, à une phase gazeuse, on parle de phénomène de pervaporisation.

La bouche de respiration est ici à prendre au sens large d'une ouverture. Le caisson pulmonaire est agencé de façon à ce qu'un humain puisse en aspirer le contenu gazeux. Il peut par exemple être connecté à un tuyau ayant un embout qu'un plongeur peut

BE2017/5737 placer dans sa bouche, comme un détendeur utilisé dans les scaphandres autonomes. Il peut aussi être agencé de façon à alimenter en air respirable un espace où plusieurs personnes peuvent résider sans porter sur eux d'équipement particulier, comme par exemple la cabine d'un sous-marin ou une station de recherche ou une capsule subaquatique. La connexion entre le caisson pulmonaire et l'enceinte de vie naturelle peut être assimilée à une bouche d'aération, éventuellement munie de moyens pour faire circuler l'air vers l'enceinte.

Avantageusement, la circulation du d'oxygène est assurée par une pompe.

liquide transporteur

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs formes de réalisation de l'ensemble de l'invention, en référence au dessin en annexe, sur lequel :

la figure	1	est un	schéma fonctionnel de 1'	ensemble de
1 ' inventior	t ;
la figure	2	est une	vue schématique de dessus	de la cage
branchiale	de	1'ensemble	: de l'invention ;
la figure	3	est une	vue schématique latérale	de la cage
branchiale	de	la figure	2 et
la figure	4	est une	vue schématique latérale	du caisson
pulmonaire	de	l'invention ;

la figure 5 est une vue schématique de dessus d'une forme de réalisation de l'enceinte de l'invention reliée à un ensemble de l'invention ;

la figure 6 est une vue de dessus d'une enceinte de l'invention reliée à plusieurs ensembles de l'invention, et la figure 7 est une vue en perspective d'une unité d'extraction de gaz de la figure 6.

En référence à la figure 1, l'ensemble de respiration subaquatique 1 comprend un anneau 2 de circulation d'un liquide transporteur d'oxygène 3. L'anneau 2 traverse une cage

BE2017/5737 branchiale 4 et un caisson pulmonaire 5 ayant une bouche de respiration 6. L'anneau 2 traverse également une pompe 7.

La pompe 7 permet d'assurer la circulation du liquide transporteur d'oxygène 3 dans l'anneau 2. La pompe 7 peut être n'importe quel type de pompe en continu, pouvant fonctionner sous l'eau ou étant suffisamment protégée pour fonctionner sous l'eau à une large gamme de pressions. Pour assurer la respiration d'un plongeur, une pompe de petite taille suffit, qui peut être alimentée par une batterie de faible puissance, comme par exemple un simulateur cardiaque.

En référence à la figure 2, au niveau de l'entrée 8 de la cage, l'anneau 2 se divise en deux sous-circuits 2a et 2b à l'extérieur de la cage branchiale 4, et se rassemblent au même niveau après avoir chacun parcouru un lobe de la cage branchiale

4. Les circuits 2a et 2b se divisent et se rassemblent ici à l'extérieur de la cage branchiale. Il est néanmoins envisageable que la division et/ou le rassemblement se fassent à l'intérieur de la cage.

En pratique, le liquide transporteur d'oxygène 3 circulant dans l'anneau 2, puis dans les sous-circuits 2a et 2b, pénètre dans la cage branchiale 4. Cette cage étant un espace ouvert sur le milieu aquatique, les circuits 2a et 2b sont directement en contact avec le milieu aquatique. Les sous-circuits 2a et 2b étant constitués d'une membrane perméable ou semi-perméable, une diffusion des gaz dissouts dans le milieu aquatique vers le liquide transporteur d'oxygène 3 s'opère à travers la membrane perméable, si le liquide transporteur d'oxygène a une concentration en gaz inférieure au milieu aquatique.

Les gaz en question sont principalement le diazote et l'oxygène.

Il peut y avoir également des traces d'autres gaz.

Le liquide transporteur d'oxygène comprend au moins un composant pouvant adsorber l'oxygène, par exemple de l'hémoglobine. L'oxygène qui a diffusé et qui s'est dissout dans le liquide 3

BE2017/5737 s'adsorbe sur l'hémoglobine. La concentration d'oxygène simplement dissout dans le liquide reste ainsi faible et l'équilibre de diffusion de l'oxygène à travers la membrane est moins rapidement atteint. La présence d'hémoglobine dans le liquide 3 permet ainsi au circuit de transporter une plus grande quantité d'oxygène qu'il n'aurait été possible grâce au simple phénomène de dissolution des gaz, l'oxygène étant ici transporté à la fois sous forme dissoute et sous forme adsorbée à l'hémoglobine. Ceci permet également de transporter un ratio oxygène/diazote a priori plus élevé que le ratio présent dans le milieu subaquatique, ce ratio s'apparentant ainsi à celui transporté par le sang.

A la sortie de la cage branchiale 4, les sous-circuits 2a et 2b se rejoignent.

Ainsi, en sortie de la cage branchiale 4, le liquide transporteur d'oxygène 3 circulant dans l'anneau 2 est chargé en gaz dissouts et/ou adsorbés.

Les circuits 2a et 2b sont ici représentés disposés en serpentins, de façon symétrique. La configuration en serpentin permet d'avoir une grande surface de contact entre la membrane et le milieu aquatique, permettant ainsi une optimisation de la diffusion des gaz. D'autres configurations sont tout à fait possible pour obtenir le même résultat, comme par exemple une configuration en spirale.

L'anneau 2, et les sous-circuits 2a et 2b sont au moins en partie constitués par une membrane perméable ou semi-perméable hydrophobe agencée pour envelopper le liquide transporteur d'oxygène.

Par membrane perméable ou semi-perméable hydrophobe, on désigne une paroi de faible épaisseur, fabriquée à partir d'un matériau naturel ou d'un polymère synthétique, comprenant des pores laissant passer sélectivement certaines substances, selon sa

BE2017/5737 nature chimique et sa structure physique, mais pas des molécules d'eau. Les pores de la membrane utilisée ici sont de nature à laisser passer l'oxygène et l'azote. Ce type de membrane permet également d'empêcher le passage de virus ou bactéries, assurant la stérilité des gaz transférés, ou de particules, prévenant ainsi la formation de mousses ou d'algues dans le circuit. Il n'est ainsi pas nécessaire d'utiliser d'autre filtre dans l'anneau 2 de circulation. Des filtres supplémentaires pourraient avoir un effet négatif sur le débit de liquide, en particulier si ils se bouchent progressivement, avec un impact négatif sur le rendement de l'équipement. De tels filtres nécessiteraient un entretien régulier.

Les circuits formés par la membrane sont a priori souples et disposés de façon à ce qu'il n'y ait pas de formation de coude qui pourrait avoir un effet néfaste sur le débit du liquide y circulant. Afin de les maintenir, soutenir et/ou protéger, la cage branchiale 4 est préférablement constituée d'une structure rigide, ouverte de façon à permettre la circulation d'eau du milieu aquatique. Cette circulation est par exemple assurée par le courant naturel du milieu ou par le déplacement du plongeur équipé avec l'ensemble de l'invention.

Afin d'optimiser l'efficacité de l'ensemble, la surface de membrane exposée de la partie de l'anneau 2 parcourant la cage branchiale 4 peut être calculée en fonction de plusieurs paramètres, comme par exemple la nature de la membrane et/ou sa performance à permettre la diffusion des gaz ou la finalité de l'équipement, c'est-à-dire s'il est destiné à un plongeur unique ou à une capsule subaquatique, un milieu marin ou de l'eau douce. Pour atteindre la surface de contact optimale entre la membrane et le milieu aquatique, l'anneau 2 peut être divisé, au niveau de la cage branchiale 4, en une multitude de sous circuits. Afin d'optimiser la compacité de l'équipement en fonction de la surface désirée, les sous-circuits peuvent être « empilés ».

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Comme illustré sur la figure 3, la cage branchiale 4 peut comprendre plusieurs unités 12i empilées, ici quinze unités représentées horizontalement, chaque unité 12i étant par exemple constituée des sous-circuits 2a et 2b décrits précédemment. L'anneau 2 se divise, sur une portion de sa longueur, ici la portion parcourant la cage branchiale, en plusieurs souscircuits parallèles, ici trente sous-circuits non représentés, au niveau d'un compartiment 10 d'anastomose, c'est-à-dire de division et de reconnexion des sous-circuits. La rigidité de la structure est assurée par des montants 11 permettant de maintenir une distance constante entre les unités. Deux montants de même hauteur que l'empilement sont ici représentés, mais leur nombre peut varier, de même qu'ils peuvent avoir une hauteur différente et/ou être agencés de toute autre façon. Il est également envisageable d'assurer la rigidité du système sans aucun montant.

Il est possible d'intercaler entre chaque unité un séparateur de type treillis, c'est-à-dire à travers lequel l'eau circule aisément, pouvant servir de support et/ou de séparateur aux sous-circuits.

La distance entre les unités est calculée de façon à optimiser le flux aquatique et de permettre à chaque unité de surface de la membrane d'être suffisamment exposée au courant du milieu aquatique.

De la même façon que l'eau circule à travers les poisson, soit grâce au courant, soit grâce au poisson, un courant du milieu subaquatique doit travers la cage branchiale 4 pour assurer la l'approvisionnement en gaz.

branchies d'un déplacement du ici circuler à continuité de

Après avoir parcouru transporteur d'oxygène 3 flux généré par la pompe la cage branchiale 4, le liquide de l'anneau 2 est acheminé, grâce au

7, vers le caisson pulmonaire 5.

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En référence à la figure 4, le caisson pulmonaire 5 comprend un second compartiment 13 d'anastomose d'entrée dans le caisson pulmonaire ou l'anneau 2 se divise, ici encore, en multiples sous-circuits 15i parallèles, représentés ici en perspective.

Ces sous-circuits, disposés ici de façon glomérulaire, c'est-àdire comme s'ils passaient autour d'une sphère, parcourent le caisson pulmonaire 5 puis se rassemblent au niveau d'un troisième compartiment 15 d'anastomose de sortie du caisson pulmonaire. Une bouche 6 de respiration, c'est-à-dire un orifice, est disposée sur une des surfaces du caisson pulmonaire

4. La bouche 6 est ici reliée à l'extrémité d'un tuyau 16 dont l'autre extrémité est équipée d'un détendeur 17 muni d'une embouchure 18.

En pratique, lorsqu'un plongeur, ayant inséré l'embouchure 18 du détendeur 17 dans sa bouche, inspire, il se crée dans le caisson 5 une dépression induisant une différence de pression partielle des gaz entre l'intérieur sec du caisson et le liquide transporteur d'oxygène 3 parcourant les sous circuits 15i. Cette différence de pression partielle entraine la pervaporisation des gaz, c'est-à-dire le passage des gaz, par diffusion à travers la membrane semi-perméable, de leur forme dissoute et/ou adsorbée dans le liquide 3 à une forme gazeuse dans le volume du caisson 5 .

La disposition glomérulaire des sous-circuits 15i permet ici d'augmenter la surface d'échange de la membrane semi-perméable pour un volume moindre du caisson pulmonaire et de favoriser ainsi la libération des molécules de gaz sur un parcours plus court. Toute autre disposition permettant une pervaporisation efficace est néanmoins envisageable.

Les compartiments d'anastomose d'entrée 13, pour la division des circuits, et de sortie 14, pour leur reconnexion, permettent ici également d'assurer la bonne répartition du débit du liquide transporteur d'oxygène 3 le long de l'anneau 2. Il est bien sûr envisageable que les compartiments d'anastomose d'entrée et de

BE2017/5737 sortie soient disposés côte à côte ou de tout autre manière, les sous-circuits devant alors être courbés de façon adéquate à l'intérieur du caisson pulmonaire 5.

Le détendeur 17 fonctionne ici comme une valve anti-retour.

Ainsi, l'air expiré par le plongeur ne retourne pas vers le caisson pulmonaire 5. Ceci assure que la pression dans le caisson 5 est maintenue au maximum à la pression d'équilibre avec le liquide transporteur d'oxygène 3, la pression d'équilibre étant la somme des pressions partielles des différents gaz relargués. Dans cette configuration, le liquide transporteur d'oxygène 3 ne peut donc pas, au niveau du caisson pulmonaire 5, réabsorber de gaz.

Il est envisageable de remplacer le détendeur par d'autres systèmes de valve connus de l'homme du métier.

Ainsi, de la même façon que le sang relargue, au niveau des alvéoles pulmonaires d'un humain, les gaz non utilisés lors de l'expiration, un mélange gazeux dissout dans le liquide transporteur d'oxygène 3 est relargué dans le caisson pulmonaire .

En sortie du caisson pulmonaire 5, le liquide transporteur d'oxygène 3 circulant dans l'anneau 2 contient très peu de gaz dissouts et/ou adsorbés, selon la signification rappelée plus haut.

Après avoir parcouru le caisson pulmonaire 5, le liquide transporteur d'oxygène 3 de l'anneau 2 est réacheminé, grâce au flux généré par la pompe 7, vers la cage branchiale 4.

Les trois compartiments d'anastomose 10, 13 et 14, décrits ici sont agencés pour assurer un passage fluide du liquide transporteur d'oxygène 3 le long de l'anneau 2 de circulation, en particulier au niveau des divisions et reconnexions des sous14 BE2017/5737 circuits. Ces compartiments permettent d'éviter des surpressions locales pouvant endommager la membrane perméable.

L'ensemble de l'invention peut donc fournir en continu un gaz respirable dans le caisson pulmonaire, permettant à un plongeur de s'affranchir des contraintes de temps qu'il aurait avec un scaphandre autonome classique.

La quantité de gaz dissouts dans les milieux aquatiques augmentant avec la profondeur, le système y gagne même en efficacité.

La désorption des gaz est proportionnelle à la dépression créée dans le caisson pulmonaire 5 lors de l'inspiration du plongeur, qui est elle-même directement proportionnelle à la quantité d'air inspiré par le plongeur. Ainsi, le système s'autorégule, et aucun système complexe de capteurs n'est alors nécessaire.

La durée de vie de l'équipement est en théorie infinie, et en pratique seulement limitée par une usure normale. Il est intéressant, par exemple, de prévoir une ouverture obturable dans l'anneau 2 pour permettre la vidange et le remplissage du liquide transporteur d'oxygène 3. Ce liquide est néanmoins préparé de façon à avoir une durée de conservation longue. S'il est préparé à base de sang, il sera traité de façon à ce qu'il n'y ait pas de coagulation possible et que l'ensemble de ses composants soient stables dans le temps.

Grace à un transport « actif » de l'oxygène dans le liquide transporteur d'oxygène 3, l'air relargué dans le caisson pulmonaire est enrichi en oxygène, ce qui permet de réduire les paliers de compression lors de la remontée du plongeur. Il est néanmoins important de configurer l'ensemble de l'invention de façon à ne pas délivrer de pression partielle d'oxygène au-delà du seuil de toxicité, c'est à dire afin de ne pas placer un plongeur en situation d'hyperoxie. Les paramètres de configuration à prendre en compte sont au moins la surface de

BE2017/5737 membrane en contact avec le milieu aquatique dans la cage branchiale, la surface de membrane exposée dans le caisson pulmonaire, la capacité de diffusion de la membrane, le débit de la pompe, la concentration en composants transportant activement l'oxygène ou, de façon plus générale, la composition du liquide transporteur d'oxygène. Le sang et en particulier l'hémoglobine est ici utilisée. Un liquide comprenant par exemple du pertluorodichlorooctane, composé non-protéique, peut également être utilisé.

La régulation du taux d'oxygène dans l'air pervaporisé dans le caisson pulmonaire peut l'ensemble de l'invention également impliquer de coupler à un recycleur, c'est à dire un circuit de recyclage des gaz expirés par le plongeur. Les recycleurs sont bien connus des spécialistes de la plongée. De tels systèmes peuvent en effet s'avérer utile dans le contexte d'une capsule subaquatique dont les résidents ne peuvent pas expirer directement vers l'extérieur de la capsule. Dans le contexte d'un plongeur seul, le couplage de l'équipement de l'invention avec un recycleur pourrait également permettre de réduire encore plus la dimension de l'ensemble, le recyclage permettant de réduire le besoin d'extraire les gaz du milieu aquatique.

L'ensemble de l'invention et les différents éléments peuvent prendre des formes multiples qui ne sont pas limitées aux formes décrites ci-dessus. Dans le cas d'un équipement pour un plongeur, il est important que l'anneau 2 soit suffisamment protégé afin qu' il ne se détériore pas par contact avec des obstacles, comme par exemple des rochers, ou qu'il ne s'accroche pas à la végétation aquatique. Le caisson pulmonaire peut prendre n'importe quelle forme, notamment des formes ergonomiques qui permettent au plongeur de rester libre de ses mouvements. Dans le cas d'une capsule subaquatique, l'ensemble de l'invention peut être judicieusement agencé sur l'habitacle

BE2017/5737 de façon à ce que la cage branchiale reçoive le courant de façon optimale lorsque la capsule se déplace.

L'ensemble de l'invention n'est pas uniquement destinée à un plongeur mais peut également servir à extraire de l'air respirable destiné à alimenter une enceinte de vie naturelle.

En référence à la figure 5, l'ensemble de respiration subaquatique 101 comprenant un anneau 102 de circulation d'un liquide transporteur d'oxygène 103 traversant une cage branchiale 104 et un caisson pulmonaire 105 muni d'une bouche de respiration 106. L'ensemble 101 est ici connecté à une enceinte 108 par une bouche d'aération 109. La bouche d'aération 109 et la bouche de respiration 106 sont reliées par un connecteur étanche 110. Trois individus 111 sont ici représentés dans l'enceinte 108. Les éléments sont bien évidemment ici représentés à une échelle fictive, l'enceinte 108 étant en réalité beaucoup plus grande que les autres éléments de 1'ensemble.

En référence à la figure 6, une enceinte 118, ici octogonale, est connectée à quatre modules 120 d'extraction de gaz, chaque module 120 comprenant trois unités 125 constituées chacune d'un anneau 102 de circulation d'un liquide transporteur d'oxygène, d'une cage branchiale 104, d'un caisson pulmonaire 105 et d'un connecteur 110 reliant l'enceinte 118 aux caissons pulmonaires 105.

En référence à la figure 7, pour chaque unité 125 d'extraction de gaz, au niveau de l'entrée 121 de la cage branchiale 104, l'anneau 102 se divise en un faisceau de sous-circuits 126, qui se rassemblent au niveau de la sortie 122 de la cage branchiale 104. De même, l'anneau 102 se divise à nouveau en un faisceau de sous-circuits (non représentés) au niveau de l'entrée 123 du caisson pulmonaire, puis se rassemblent au niveau de la sortie 124 de celle-ci.

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Les circuits 126 sont ici représentés comme un faisceau de capillaires parallèles disposés autour de cylindres, plusieurs de ces cylindres étant disposés parallèlement entre l'entrée 121 et la sortie 122 de la cage branchiale 104.

L'extraction de gaz respirable se fait selon le même principe que décrit précédemment. Le liquide transporteur d'oxygène 103 circulant dans l'anneau 102 permet d'extraire l'oxygène et l'azote du milieu subaquatique au niveau de la cage branchiale 104 et de l'apporter au le caisson pulmonaire 105 où ils sont pervaporisés.

Le connecteur 110 est étanche, c'est-à-dire qu'il ne laisse pas d'eau du milieu subaquatique s'infiltrer à l'intérieur de l'enceinte 108 ou du caisson pulmonaire 105. Il peut être équipé, au niveau de la bouche de d'aération 109, ou entre la bouche d'aération 109 et la bouche de respiration 106, d'une hélice de ventilation (non représentée), créant une circulation d'air sortant du caisson de respiration vers l'enceinte 108. Il se crée alors dans le caisson 105 une dépression induisant une différence de pression partielle des gaz entre l'intérieur sec du caisson et le liquide transporteur d'oxygène 103 le parcourant. Cette différence de pression partielle entraine la pervaporisation des gaz, c'est-à-dire le passage des gaz, par diffusion à travers la membrane semi-perméable, de leur forme dissoute et/ou adsorbée dans le liquide 103 à une forme gazeuse dans le volume du caisson 105. Cette dépression peut également être assurée par tout moyen connu de l'homme du métier autre qu'une hélice de ventilation.

Le nombre de modules 120 d'extraction de gaz, ou le nombre d'unités 125 par module, est variable et doit être adapté à la taille de l'enceinte 108 à alimenter en gaz respirable. De même que pour l'équipement destiné à un plongeur, les paramètres de configuration à prendre en compte sont au moins la surface de membrane en contact avec le milieu aquatique dans la cage branchiale, la surface de membrane exposée dans le caisson pulmonaire, la capacité de diffusion de la membrane, le débit de

BE2017/5737 la pompe, la concentration en composants transportant activement l'oxygène ou, de façon plus générale, la composition du liquide transporteur d'oxygène.

L'air qui est déplacé du caisson pulmonaire 105 vers l'enceinte 108 peut éventuellement également être par exemple filtré, séché, chauffé ou refroidi selon les besoins.

L'enceinte 108 pourrait être délimitée par une double paroi. Différentes installations techniques pourraient ainsi être insérées entre les deux parois, comme par exemple des pompes pour générer la dépression nécessaire dans le caisson pulmonaire ou les câbles et équipements électrique.

Un système de recyclage d'air peut également être prévu afin de maintenir une atmosphère respirable constante dans l'enceinte. L'approvisionnement en énergie, pour le fonctionnement de l'ensemble de l'invention, aussi bien que pour alimenter d'autres équipements utilisés par les individus se trouvant à l'intérieur de l'enceinte, peut se faire au moyen d'hydroliennes placées à l'extérieur, à proximité de l'enceinte.

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Claims

Revendications

1. Ensemble (1) subaquatique comprenant un anneau (2) de circulation d'un liquide transporteur d'oxygène (3), une cage branchiale (4) et un caisson pulmonaire (5), caractérisé par le fait qu'il est de respiration, le caisson pulmonaire comportant une bouche de respiration (6), ledit anneau traversant la cage branchiale (4) et le caisson pulmonaire (5).
2. Ensemble selon la revendication 1, dans lequel l'anneau de circulation (2) est perméable à l'oxygène et le caisson pulmonaire (5) est agencé pour provoquer la pervaporisation d'oxygène, transporté par le liquide transporteur d'oxygène (3), à travers l'anneau perméable.
3. Ensemble selon la revendication 2, dans lequel la cage branchiale (4) est agencée pour permettre la diffusion d'oxygène, du milieu subaquatique vers le liquide transporteur d'oxygène (3), à travers l'anneau perméable.
4. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le liquide transporteur d'oxygène (3) comprend au moins un composant pouvant adsorber l'oxygène.
5. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel il est prévu une pompe (7) pour assurer la circulation du liquide transporteur d'oxygène (3).
6. Ensemble selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel l'anneau (2) de circulation est également perméable au diazote.
7. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel l'oxygène et le diazote sont solubles dans le liquide transporteur d'oxygène (3) .
8. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'anneau de circulation (2) comprend au moins une membrane perméable ou semi-perméable hydrophobe agencée pour envelopper le liquide transporteur d'oxygène.
9. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la cage branchiale (4) est agencée pour y permettre la circulation d'un courant du milieu subaquatique.
10. Ensemble selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'anneau de circulation (2) se divise, sur une

BE2017/5737 portion de sa longueur, en plusieurs sous-circuits parallèles.
11. Enceinte (108) subaquatique pour vie naturelle

5 caractérisée par le fait qu'elle est reliée à la bouche (106) de respiration d'au moins un ensemble (101)selon l'une des revendications 1 à 10 pour être alimentée en air respirable.

10 12. Enceinte (108) selon la revendication 11, pourvue d'une bouche d'aération (109) à laquelle est reliée la bouche (106) de respiration de l'ensemble (101) par un connecteur étanche (110).

15 13. Enceinte (108) selon l'une des revendications 11 et
12, comprenant des moyens de faire circuler l'air pervaporisé du caisson de respiration (105) vers

1'enceinte (108) .

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