EP4034457B1 - Système de sécurité pour la plongée sous-marine - Google Patents

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EP4034457B1
EP4034457B1 EP20790387.3A EP20790387A EP4034457B1 EP 4034457 B1 EP4034457 B1 EP 4034457B1 EP 20790387 A EP20790387 A EP 20790387A EP 4034457 B1 EP4034457 B1 EP 4034457B1
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EP
European Patent Office
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diver
safety system
measuring
turbine
breathing apparatus
Prior art date
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EP20790387.3A
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EP4034457C0 (fr
EP4034457A1 (fr
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Olivier Castagna
Bruno Schmid
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Service de Sante des Armees
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02—Divers' equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02—Divers' equipment
    • B63C11/18—Air supply
    • B63C11/22—Air supply carried by diver
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
    • B63C11/02—Divers' equipment
    • B63C2011/021—Diving computers, i.e. portable computers specially adapted for divers, e.g. wrist worn, watertight electronic devices for detecting or calculating scuba diving parameters

Definitions

  • the present invention relates to the field of scuba diving and relates, in particular, to a safety system for scuba diving making it possible to prevent the occurrence of immersion pulmonary edema during a dive.
  • a negative pressure ventilation situation occurs when the mean alveolar pressure is lower than the inspired gas pressure.
  • negative pressure ventilation is important because of the difference in height of the water column existing between the ventilator bag and the diver's lungs.
  • This negative pressure ventilation situation can also occur in other situations in scuba diving, for example when the regulator is incorrectly adjusted, when a diver using an open circuit breathing apparatus is in an upright position, when swimming on the surface with breathing using a snorkel, etc.
  • the present invention aims to remedy this lack, by proposing a security system, said pneumo-baro-tachograph system, able to prevent the occurrence of immersion pulmonary edema by measuring, in real time, both the diver's work of breathing and his hydrostatic imbalance, to identify pressure ventilation situations negative.
  • the work of breathing imposed on the diver is the result of resistance to gas flow within the diving breathing apparatus (dynamic resistance) and the pressure gradient existing between the gas delivered to the diver and his intrapulmonary pressure (static resistance) .
  • French patent application FR3075160 A1 which describes a diver's expiratory pressure control system for diving equipment.
  • This system comprises a one-way valve acting on an expiratory outlet of the ventilatory circuit of the diving equipment and a brake configured to exert an adjustable constraint on the one-way valve in order to control the pressure of the gas issuing from the expiratory outlet, so as to generate positive pressure in the breathing circuit.
  • the system may include a pressure sensor placed in the expiratory circuit of the ventilatory circuit to measure the pressure of the gas exhaled by the diver, and the stress exerted by the brake is adjusted taking into account the pressure peak.
  • the diving equipment may comprise a plurality of sensors making it possible to provide data which may enrich the detection of symptoms indicative of an immersion pulmonary edema.
  • the measurement of ventilatory flows or of the different thoracic pressure there is no mention of the measurement of ventilatory flows or of the different thoracic pressure. Indeed, in this system, it is only a question of measuring a pressure peak.
  • these data are used to activate the expiratory pressure control system, so the choice was made, not to alert the diver or one of his teammates, but to activate the control system to generate positive pressure in the breathing circuit of the diving equipment.
  • the pneumo-baro-tachograph system according to the present invention is also suitable for other applications, such as research in human physiology, validation of diving equipment, etc.
  • the presence of a risk of pulmonary edema may in particular correspond to the exceeding of one or more predefined thresholds for the work of breathing, taking into account the hydrostatic imbalance.
  • the or each adapter device comprises a turbine spirometer, for measuring the diver's ventilatory flow rates and pressures, and an oral pressure tap
  • the differential thoracic pressure sensor comprises, received in the waterproof casing , a differential pressure sensor, one port of which is connected to the oral pressure tap and the other port of which is connected to a flexible bag for hydrostatic pressure tapping.
  • the turbine spirometer may include a turbine and an infrared transmitter-receiver assembly, the turbine having a transparent cylindrical body and an opaque blade, the infrared transmitter-receiver assembly comprising an infrared transmitter and two infrared receivers positioned generally diametrically opposite the infrared emitter and one after the other in the circumferential direction of the turbine body.
  • the safety system further comprises means for acquiring environmental conditions comprising means for measuring the depth of immersion, means for measuring the temperature of the water in the vicinity of the diver and / or means for measuring the inclination of the diver, the means for measuring the depth of immersion comprising for example an absolute pressure sensor received in the waterproof casing and the means for measuring the inclination of the diver comprising for example an inclinometer intended to be worn by the diver.
  • the safety system further comprises means for acquiring physiological data from the diver comprising a heart rate monitor for measuring the heart rate of the diver and/or an accelerometer for measuring the stroke rate of the diver. plunger intended to be placed on the diver's leg.
  • the analysis means can comprise at least one computer.
  • the safety system further comprises, mounted on the inspiratory circuit of the diving breathing apparatus, PpO2 and PpCO2 analyzers.
  • the safety system further comprises a display to inform the diver in real time, which display is arranged in the waterproof casing.
  • the alert means comprise an audible and/or visual alarm.
  • the safety system comprises two adapter devices, including a first adapter device placed on the inspiratory circuit of the diving breathing apparatus and a second adapter device placed on the expiratory circuit of the diving breathing apparatus .
  • the safety system can advantageously integrate software of the dive computer type capable of informing the diver of the limit durations and depths not to be exceeded and of proposing desaturation levels during the ascent of the diver.
  • a safety system 1, or pneumo-baro-tachograph system is intended to be worn by a diver during scuba diving.
  • the safety system 1 is intended to be coupled to a diving breathing apparatus 2 used by the diver.
  • the security system 1 comprises, in general, a box or box waterproof 3, means for analyzing data in real time, means for displaying and alerting, means for acquiring ventilatory data from the diver, means for acquiring physiological data from the diver, and means for acquisition of environmental conditions.
  • the waterproof case 3 is represented schematically from the front on the Figure 6 . It is intended to be worn by the diver's harness.
  • the sealed case 3 comprises a body 30 and a cover 31.
  • the body 30 can advantageously be made from a hollowed-out acetal part and the cover can advantageously be made of PMMA (poly(methyl methacrylate) )) transparent 5 mm thick.
  • the recessed area may have, for example, dimensions of 80x65x21 mm.
  • a seal 33 follows the edge of the recessed area of the body 30 to guarantee the seal between the latter and the cover 31.
  • the cover 31 is held in place on the body 30 by means of screws 34 of which only the heads have been represented schematically on the Figure 6 .
  • the box 3 is used to contain, and thus protect from immersion and pressure, all of the electronic equipment constituting all or part of said means mentioned above.
  • the means for acquiring ventilatory data from the diver comprise means for measuring the ventilatory flow rates and pressures and means for measuring the differential thoracic pressure.
  • the means for measuring ventilatory flow rates and pressures comprise one or more so-called adapter devices 4, as shown in figure Figure 1 .
  • the or each adapter device 4 is intended to be coupled to the diving breathing apparatus 2, in particular by being interposed in the breathing circuit, between the mouthpiece and the breathing apparatus.
  • the or each adapter device 4 thus takes the form of an adapter.
  • an adapter device 4 according to a particular embodiment of the present invention comprises a turbine spirometer 40 and an oral pressure tap 41, both carried by a body 42 of the adapter device 4.
  • the body 42 is made in two parts, a first part formed by a globally parallelepipedal hollow block 420, the hollow interior space of which is cylindrical and of which a first opening 420a, at one end of the block 420, is intended to be connected to the breathing apparatus, and a second part formed by a lid 421 sealingly closing the opening of the block 420 which is opposite to the first opening 420a, the lid 421 itself comprising a through opening 421a which communicates with the hollow interior space of the block 420 and is intended to be connected to the mouthpiece. Air can thus circulate through the body 42 of the adapter device 4.
  • the turbine spirometer 40 is of the medical type, interchangeable and it includes a turbine 400.
  • the body 401 of the turbine 400 is a transparent cylindrical part positioned in a fixed manner in the hollow space of the block 420, and held in position by pressing the cover 421 on a first end face of the body 401, the other face of end of body 401 bearing against a seat 420b provided for this purpose in block 420, sealing being ensured by an O-ring 423 received in a groove formed in the internal wall of block 420.
  • the blade 402 of the turbine 400 is opaque and very light. Fixed vanes (not shown) are present on either side of the blade 402 and serve to impart helical motion to the air before it reaches the blade 402.
  • the turbine spirometer 40 also comprises an infrared transmitter-receiver assembly 403 which comprises an infrared transmitter 404 and two infrared receivers 405a and 405b, each placed in a respective hole 420c formed in the block 420 and opening into the hollow interior space of that -this.
  • the infrared receivers 405a and 405b are in particular positioned one after the other in the circumferential direction and are globally diametrically opposed to the infrared emitter 404.
  • the infrared emitter 403 is a light-emitting diode emitting a infrared beam.
  • Two oblique holes 402d are provided for the passage of cables for the infrared transmitter-receiver assembly 403.
  • the diver's ventilation rate is determined using the system 4 from the measurement of the speed of rotation of the blade 402. More particularly, the flow of air entering or leaving the lungs of the diver, set in helical motion by the fixed fins, rotates the blade 402 and the number of revolutions of the blade 402, and therefore its speed of rotation, is detected via the infrared transmitter-receiver assembly 403. This speed of rotation is correlated to the air flow expressed at ambient pressure by a calibration, according to which the turbine is fixed on a calibrated 3 liter syringe which is activated at different speeds, and the number of revolutions made by the blade of the turbine is counted and a relation between the number of revolutions and the volume of 3 liters is established.
  • Infrared emitter 404 emits an infrared beam.
  • the blade 402 being opaque and the turbine 400 being transparent, when the blade 402 is not in the path of the infrared beam, the two receivers 405a and 405b pick up the emitted beam.
  • the receivers 405a and 405b no longer pick up the emitted beam, so there is an interruption in the reception of the beam.
  • the receivers 405a and 405b pick up the infrared beam again, this implies that the blade 402 has made a half turn.
  • the number of blade revolutions is detected in the form of interruptions of the emitted infrared beam.
  • the turbine 400 also makes it possible to detect the direction of rotation of the blade 402, as represented on the Figure 5 , in which the shadow generated by the blade 402 is represented by a hatched area. Indeed, it is determined that the blade 402 rotates clockwise when the infrared receiver located in the second position, in the clockwise direction of the turbine, namely the receiver 405a, is cut by the infrared beam very shortly before the receiver located in the first position, namely the receiver 405b. Conversely, it is determined that the blade 402 rotates counterclockwise when the infrared receiver 405a, located in the second position, in the clockwise direction of the turbine, is cut by the infrared beam before the receiver 405b. Indeed, the shadow generated by the blade 402 joins the receiver 405b less quickly when the blade 402 rotates counterclockwise than when the blade 402 rotates clockwise.
  • the adapter device 4 is designed to be as compact and robust as possible, while offering the lowest pressure drops. Its dimensions are preferably of the order of 65 ⁇ 60 ⁇ 44 mm. In a particular embodiment, the body 401 of the turbine 400 has a diameter of 34 mm.
  • the block 420 includes a through hole 420e which is aligned with a through hole 401a made in the body 401 of the turbine 400, and the mouth pressure tap 41 is mounted so as to communicate with said through holes 420e and 401a, and therefore with the interior space of the body 401 of the turbine 400.
  • This oral pressure tap 41 is used for the means 5 for measuring the differential thoracic pressure.
  • these means 5 comprise a differential pressure sensor 50 and a flexible pocket 51 for hydrostatic pressure reference.
  • the differential pressure sensor 50 has a measurement range of -70 to +70 mbar, an accuracy of +/- 0.7 mbar, has a maximum tolerated differential pressure of +/- 700 mbar and a maximum absolute pressure of 11 bars, i.e. a maximum immersion of about 100 meters.
  • the 50 differential pressure sensor has two ports. One of the two ports tolerates humid air and is connected to a capillary 52 intended to be connected, directly or indirectly, to the oral pressure tap 41.
  • the other port is designed for dry air and is connected, directly or indirectly, to the flexible bag 51 via several capillaries 53, 54.
  • the flexible bag 51 represented schematically on the Figure 1 , is intended to be positioned on the side of the diver, in particular under his armpit. More particularly, the flexible bag 51 is placed such that its position corresponds to the position of the lung centroid of the diver. Such positioning makes it possible to measure the differential pressure between the respiratory pressure in the mouthpiece and the pressure of the water at the level of the flexible bag 51, therefore at the level of the lungs.
  • the differential pressure sensor 50 is arranged in the sealed box 3.
  • the capillaries 52, 53, 54 connected to the differential pressure sensor 50 are tubes, preferably transparent and flexible, made of polyurethane, resistant for example to 11 bar.
  • the flexible bag 51 is preferably made of polyurethane film, and can have a thickness of 110 microns.
  • the flexible bag 51 can have dimensions of 4x2 cm.
  • the diver's ventilation data acquisition means may include PpO2 and PpCo2 analyzers. These analyzers are sensors conventionally used in scuba diving, such as the Teledyne R17-VAN oxygen cell and the AP Diving RB120 CO2 sensor.
  • the safety system 1 comprises two adapter devices 4, one on the inspiratory loop and one on the expiratory loop.
  • the analyzers are therefore also present on the inspiratory loop and on the expiratory loop.
  • the analyzers also make it possible to analyze the CO 2 content of the inhaled gases in order to control the decarbonation performance of the dosed lime cartridge of the diving breathing apparatus 2.
  • the means for acquiring physiological data from the diver may comprise means for measuring the heart rate of the diver and means for measuring the kicking intensity.
  • the means for measuring the diver's heart rate may comprise a heart rate monitor, such as for example a heart rate monitor worn on the wrist.
  • the means 6 for measuring the kicking intensity can comprise an x, y, z accelerometer, preferably of small size, which can advantageously be placed on the diver's leg.
  • the means for acquiring environmental conditions can comprise means 7 for measuring the depth of immersion, means for measuring the temperature and means 8 for measuring the inclination of the diver.
  • the means 7 for measuring the depth of immersion can comprise an absolute pressure sensor 70, housed in the sealed casing 3, or a depth gauge.
  • the absolute pressure sensor 70 is able to measure pressures between 0 and 10 bars, and therefore between 0 and 100 meters of immersion, is able to withstand a momentary pressure of 17 bars, in other words 170 meters of immersion, and has an accuracy of the order of 1% therefore 100 mbars, in other words 1 meter of immersion.
  • the means for measuring the temperature comprise a temperature sensor (not shown) received in the waterproof casing 3, and which may be based on any technology allowing the measurement of the temperature of the water in the immediate vicinity of the diver.
  • the means 8 for measuring the inclination of the diver can comprise an x, y, z inclinometer, intended to be placed advantageously on the shoulder strap of the webbing harness of the diving breathing apparatus 2.
  • the inclinometer thus makes it possible to know the angular position of the plunger.
  • Each of the measurement means is connected, by a cable connection and via disconnectable capillaries, to real-time data analysis means.
  • These real-time analysis means can comprise at least one computer, preferably two computers in the case where the device comprises two adapter devices 4.
  • the or each computer is placed in the sealed box 3.
  • the or each computer may also be part of the diver's ventilation data acquisition means, which will determine, by calculation, the work of ventilation and the hydrostatic imbalance of the diver on the basis of the measurements made by the adapter device(s) 4 and the differential pressure sensor 50.
  • the or each computer will be configured to determine, based on the calculated hydrostatic imbalance, whether the diver is in a negative pressure ventilation situation and, if so, whether or not the calculated work of ventilation exceeds a predefined threshold.
  • the computer can integrate "dive computer” type software capable of provide the diver with the limit durations and depths not to be exceeded, and to propose desaturation stages during the diver's ascent.
  • the security system 1 may further comprise display means, such as a screen or display, integrated into the waterproof casing 3.
  • Such a screen or display connected to the computer, allows the diver to know, in real time, the results of all the measurements.
  • the security system 1 further comprises alert means. These warning means make it possible, during the dive, to warn the diver or one of his teammates of a risk of a diving accident and therefore to modify the behavior of the diver in order to avoid this diving accident.
  • the alert means can comprise an audible and/or visual alarm, such as a flashing diode.
  • the alert means will advantageously be configured to emit an audible and/or visual alarm when one or more measured variables exceed a predefined threshold.
  • Power supply means such as for example batteries or a battery, for all the means described above will be housed in the waterproof case 3.
  • the acquisition and analysis means of the safety device according to the present invention therefore make it possible, during a dive, to simultaneously analyze the performance of a diving breathing apparatus, the ventilatory and physiological characteristics of the diver and the environmental conditions.

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Description

  • La présente invention se rapporte au domaine de la plongée sous-marine et porte, en particulier, sur un système de sécurité pour la plongée sous-marine permettant de prévenir la survenue d'un oedème pulmonaire d'immersion lors d'une plongée.
  • Il a été montré que les plongeurs fournissant des efforts physiques et ventilatoires importants présentent un plus grand risque de développer un oedème pulmonaire d'immersion, et l'on a pu observer ces dernières années une augmentation de la prévalence de cet oedème pulmonaire d'immersion.
  • Actuellement, les ordinateurs de plongée que l'on trouve sur le marché ne font que mesurer la fréquence cardiaque du plongeur. Un exemple d'un tel ordinateur de plongée est décrit dans la demande de brevet européen EP1878654 A1 .
  • Cependant, la mesure de ce seul paramètre ne permet pas de prévenir la survenue d'un oedème pulmonaire d'immersion.
  • Il a été observé que le risque de développer un oedème pulmonaire d'immersion est le plus élevé lorsque le plongeur est dans une situation de ventilation à pression négative alors qu'il réalise un effort physique. En effet, la ventilation à pression négative induit la mise en place d'une forte dépression transthoracique responsable d'une majoration du retour veineux, d'une congestion vasculaire pulmonaire et d'un déséquilibre entre les cavités cardiaques droites et gauches.
  • Une situation de ventilation à pression négative survient lorsque la pression alvéolaire moyenne est plus faible que la pression des gaz inspirés. Lorsqu'un plongeur utilise un appareil respiratoire à recyclage d'air, avec un sac ventilatoire placé sur le dos, la ventilation à pression négative est importante en raison de la différence de hauteur de la colonne d'eau existant entre le sac ventilatoire et les poumons du plongeur. Cette situation de ventilation à pression négative peut également survenir dans d'autres situations en plongée sous-marine, par exemple lorsque le détendeur est mal réglé, lorsqu'un plongeur utilisant un appareil respiratoire à circuit ouvert se trouve en position verticale, lors de la natation en surface avec une respiration à l'aide d'un tuba, etc.
  • Il a donc été identifié que la ventilation à pression négative induit une majoration du travail ventilatoire inspiratoire.
  • Il n'a toutefois pas encore été proposé de solution permettant d'effectivement prévenir la survenue d'un oedème pulmonaire d'immersion chez un plongeur.
  • La présente invention vise à pallier ce manque, en proposant un système de sécurité, dit système pneumo-baro-tachographe, apte à prévenir la survenue d'oedème pulmonaire d'immersion par la mesure, en temps réel, à la fois du travail ventilatoire du plongeur et de son déséquilibre hydrostatique, pour identifier les situations de ventilation à pression négative.
  • Le travail ventilatoire imposé au plongeur est la résultante des résistances à l'écoulement des gaz au sein de l'appareil respiratoire de plongée (résistances dynamiques) et du gradient de pression existant entre le gaz délivré au plongeur et sa pression intrapulmonaire (résistances statiques).
  • On peut mentionner ici la demande de brevet français FR3075160 A1 , qui elle décrit un système de contrôle de la pression expiratoire d'un plongeur pour un équipement de plongée. Ce système comprend une valve unidirectionnelle agissant sur une sortie expiratoire du circuit ventilatoire de l'équipement de plongée et un frein configuré pour exercer une contrainte réglable sur la valve unidirectionnelle afin de contrôler la pression du gaz issu de la sortie expiratoire, de manière à générer une pression positive dans le circuit respiratoire. Le système peut comprendre un capteur de pression placé dans le circuit expiratoire du circuit ventilatoire pour mesurer la pression du gaz expiré par le plongeur, et la contrainte exercée par le frein est réglée en tenant compte du pic de pression. Il est en outre indiqué que l'équipement de plongée peut comprendre une pluralité de capteurs permettant de fournir des données qui peuvent enrichir la détection de symptômes révélateurs d'un oedème pulmonaire d'immersion. Toutefois, il n'est pas fait mention de la mesure de débits ventilatoires ni de la pression thoracique différente. En effet, dans ce système, il s'agit uniquement de mesurer un pic de pression. De plus, il est explicitement indiqué que ces données servent à activer le système de contrôle de la pression expiratoire, de sorte que le choix a été fait, non pas d'alerter le plongeur ou l'un de ses coéquipiers, mais d'activer le système de contrôle pour qu'il génère une pression positive dans le circuit respiratoire de l'équipement de plongée.
  • Le système pneumo-baro-tachographe selon la présente invention est également adapté à d'autres applications, telles que la recherche en physiologie humaine, la validation de matériels de plongée, etc.
  • La présente invention a ainsi pour objet un système de sécurité destiné à être porté par un plongeur effectuant une plongée sous-marine en utilisant un appareil respiratoire de plongée, à l'aide duquel il respire par l'intermédiaire d'un embout buccal, le système de sécurité étant caractérisé par le fait qu'il comprend :
    • des moyens d'acquisition de données ventilatoires du plongeur comprenant au moins un dispositif dit adaptateur interposé entre l'embout buccal et l'appareil respiratoire de plongée et configuré pour mesurer les débits et pressions ventilatoires du plongeur sur le circuit inspiratoire ou expiratoire de l'appareil respiratoire de plongée, et un capteur de pression thoracique différentielle, les moyens d'acquisition de données ventilatoires étant configurés pour déterminer le travail ventilatoire et le déséquilibre hydrostatique sur la base des mesures effectuées par le ou les dispositifs adaptateurs et le capteur de pression thoracique différentielle ;
    • des moyens d'analyse en temps réel des données acquises par les moyens d'acquisition de données ventilatoires, placés dans un boîtier étanche destiné à être porté par le plongeur et configurés pour déterminer, sur la base desdites données acquises, la présence ou non d'un risque d'oedème pulmonaire d'immersion ; et
    • des moyens d'alerte configurés pour, au cours de la plongée, émettre une alerte, pour le plongeur ou l'un de ses coéquipiers, dans le cas où il est déterminé, par les moyens d'analyse, qu'un risque d'oedème pulmonaire d'immersion est présent.
  • La présence d'un risque d'oedème pulmonaire pourra notamment correspondre au dépassement d'un ou plusieurs seuils prédéfinis pour le travail ventilatoire, en tenant compte du déséquilibre hydrostatique.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le ou chaque dispositif adaptateur comporte un spiromètre à turbine, pour la mesure des débits et pressions ventilatoires du plongeur, et une prise de pression buccale, et le capteur de pression thoracique différentielle comprend, reçu dans le boîtier étanche, un capteur de pression différentielle dont un port est relié à la prise de pression buccale et dont l'autre port est relié à une poche souple de prise de pression hydrostatique.
  • Le spiromètre à turbine peut comprendre une turbine et un ensemble émetteur-récepteur infrarouge, la turbine ayant un corps transparent cylindrique et une pale opaque, l'ensemble émetteur-récepteur infrarouge comprenant un émetteur infrarouge et deux récepteurs infrarouges positionnés globalement diamétralement opposés à l'émetteur infrarouge et à la suite l'un de l'autre dans la direction circonférentielle du corps de la turbine.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le système de sécurité comprend en outre des moyens d'acquisition de conditions environnementales comprenant des moyens de mesure de la profondeur d'immersion, des moyens de mesure de la température de l'eau au voisinage du plongeur et/ou des moyens de mesure de l'inclinaison du plongeur, les moyens de mesure de la profondeur d'immersion comprenant par exemple un capteur de pression absolue reçu dans le boîtier étanche et les moyens de mesure de l'inclinaison du plongeur comprenant par exemple un inclinomètre destiné à être porté par le plongeur.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le système de sécurité comprend en outre des moyens d'acquisition de données physiologiques du plongeur comprenant un cardiofréquencemètre pour la mesure de la fréquence cardiaque du plongeur et/ou un accéléromètre pour la mesure de la cadence de palmage du plongeur destiné à être placé sur la jambe du plongeur.
  • Les moyens d'analyse peuvent comprendre au moins un calculateur.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le système de sécurité comprend en outre, montés sur le circuit inspiratoire de l'appareil respiratoire de plongée, des analyseurs de PpO2 et PpCO2.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le système de sécurité comprend en outre un afficheur pour informer le plongeur en temps réel, lequel afficheur est disposé dans le boîtier étanche.
  • Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d'alerte comprennent une alarme sonore et/ou visuelle.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le système de sécurité comprend deux dispositifs adaptateurs, dont un premier dispositif adaptateur disposé sur le circuit inspiratoire de l'appareil respiratoire de plongée et un second dispositif adaptateur disposé sur le circuit expiratoire de l'appareil respiratoire de plongée.
  • Le système de sécurité pourra avantageusement intégrer un logiciel de type ordinateur de plongée apte à informer le plongeur des durées et des profondeurs limites à ne pas dépasser et à proposer des paliers de désaturation lors de la remontée du plongeur.
  • Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va décrire ci-après, à titre indicatif et non limitatif, un mode de réalisation particulier avec référence au dessin annexé.
  • Sur ce dessin :
    • [Fig.1] est un schéma de principe du système de sécurité selon la présente invention, porté par un plongeur ;
    • [Fig.2] est une vue de dessus du dispositif adaptateur selon la présente invention ;
    • [Fig.3] est une vue de côté du dispositif adaptateur de la Figure 2 ;
    • [Fig.4] est un schéma montrant le principe de la détermination du nombre de tours de la pale du dispositif adaptateur ;
    • [Fig.5] est un schéma montrant le principe de la détermination du sens de rotation de la pale du dispositif adaptateur ;
    • [Fig.6] est un schéma, vue de face, du boîtier étanche ; et
    • [Fig.7] est un schéma montrant les capteurs de pression.
  • Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir qu'un système de sécurité 1, ou système pneumo-baro-tachographe, selon un mode de réalisation particulier de la présente invention est destiné à être porté par un plongeur lors de la plongée sous-marine. En particulier, le système de sécurité 1 est destiné à être couplé à un appareil respiratoire de plongée 2 utilisé par le plongeur.
  • Le système de sécurité 1 comprend, d'une manière générale, un boîtier ou caisson étanche 3, des moyens d'analyse de données en temps réel, des moyens d'affichage et d'alerte, des moyens d'acquisition de données ventilatoires du plongeur, des moyens d'acquisition de données physiologiques du plongeur, et des moyens d'acquisition de conditions environnementales.
  • Le boîtier étanche 3 est représenté schématiquement de face sur la Figure 6. Il est destiné à être porté par le harnais du plongeur.
  • Dans ce mode de réalisation, le boîtier étanche 3 comprend un corps 30 et un couvercle 31. Le corps 30 peut être avantageusement réalisé à partir d'une pièce en acétal évidée et le couvercle peut être avantageusement réalisé en PMMA (poly(méthacrylate de méthyle)) transparent de 5 mm d'épaisseur. La zone évidée pourra présenter, par exemple, des dimensions de 80x65x21 mm.
  • Sur un côté du corps 30 sont prévus trois trous filetés 32 destinés à recevoir des presse-étoupes (non représentés).
  • Un joint 33 suit le bord de la zone évidée du corps 30 pour garantir l'étanchéité entre ce dernier et le couvercle 31.
  • Le couvercle 31 est maintenu en place sur le corps 30 au moyen de vis 34 dont seules les têtes ont été représentées schématiquement sur la Figure 6.
  • Le boîtier 3 sert à contenir, et ainsi protéger de l'immersion et de la pression, l'ensemble des équipements électroniques constituant en tout ou partie lesdits moyens mentionnés ci-dessus.
  • Les moyens d'acquisition de données ventilatoires du plongeur comprennent des moyens de mesure des débits et pressions ventilatoires et des moyens de mesure 5 de la pression thoracique différentielle.
  • Les moyens de mesure des débits et pressions ventilatoires comprennent un ou plusieurs dispositifs dits adaptateurs 4, comme représenté sur la Figure 1.
  • Le ou chaque dispositif adaptateur 4 est destiné à être couplé à l'appareil respiratoire de plongée 2, en particulier en étant interposé dans le circuit respiratoire, entre l'embout buccal et l'appareil respiratoire. Le ou chaque dispositif adaptateur 4 se présente ainsi sous la forme d'un adaptateur.
  • Comme on peut le voir sur les Figures 2 à 5, un dispositif adaptateur 4 selon un mode de réalisation particulier de la présente invention comprend un spiromètre à turbine 40 et une prise de pression buccale 41, tous les deux portés par un corps 42 du dispositif adaptateur 4.
  • Le corps 42 est réalisé en deux parties, une première partie formée par un bloc 420 creux globalement parallélépipédique, dont l'espace intérieur creux est cylindrique et dont une première ouverture 420a, à une extrémité du bloc 420, est destinée à être reliée à l'appareil respiratoire, et une seconde partie formée par un couvercle 421 fermant de manière étanche l'ouverture du bloc 420 qui est opposée à la première ouverture 420a, le couvercle 421 comprenant lui-même une ouverture traversante 421a qui communique avec l'espace intérieur creux du bloc 420 et est destinée à être reliée à l'embout buccal. De l'air peut ainsi circuler à travers le corps 42 du dispositif adaptateur 4.
  • Le principe à la base du fonctionnement du spiromètre à turbine 40 est connu en soi. Dans le présent mode de réalisation, le spiromètre à turbine 40 est de type médical, interchangeable et il comprend une turbine 400.
  • Le corps 401 de la turbine 400 est une pièce cylindrique transparente positionnée de manière fixe dans l'espace creux du bloc 420, et maintenue en position par appui du couvercle 421 sur une première face d'extrémité du corps 401, l'autre face d'extrémité du corps 401 étant en appui contre un siège 420b prévu à cet effet dans le bloc 420, l'étanchéité étant assurée par un joint torique 423 reçu dans une gorge ménagée dans la paroi intérieure du bloc 420.
  • La pale 402 de la turbine 400 est opaque et très légère. Des ailettes fixes (non représentées) sont présentes de part et d'autre de la pale 402 et servent à communiquer un mouvement hélicoïdal à l'air avant qu'il atteigne la pale 402.
  • Le spiromètre à turbine 40 comprend également un ensemble émetteur-récepteur infrarouge 403 qui comporte un émetteur infrarouge 404 et deux récepteurs infrarouges 405a et 405b, placés chacun dans un trou 420c respectif ménagé dans le bloc 420 et débouchant dans l'espace intérieur creux de celui-ci. Les récepteurs infrarouges 405a et 405b sont en particulier positionnés l'un à la suite de l'autre dans la direction circonférentielle et sont globalement diamétralement opposés à l'émetteur infrarouge 404. De préférence, l'émetteur infrarouge 403 est une diode électroluminescente émettant un faisceau infrarouge. Deux trous obliques 402d sont prévus pour le passage des câbles pour l'ensemble émetteur-récepteur infrarouge 403.
  • Le débit ventilatoire du plongeur est déterminé à l'aide du système 4 à partir de la mesure de la vitesse de rotation de la pale 402. Plus particulièrement, le flux d'air entrant ou sortant des poumons du plongeur, mis en mouvement hélicoïdal par les ailettes fixes, met en rotation la pale 402 et le nombre de tours de la pale 402, et donc sa vitesse de rotation, est détecté par l'intermédiaire de l'ensemble émetteur-récepteur infrarouge 403. Cette vitesse de rotation est corrélée au débit d'air exprimé à la pression ambiante par un étalonnage, suivant lequel la turbine est fixée sur une seringue calibrée de 3 litres qui est activée à différents régimes, et le nombre de tours effectués par la pale de la turbine est compté et une relation entre le nombre de tours et le volume de 3 litres est établie.
  • La détection du nombre de tours de la pale 402 par l'intermédiaire de l'ensemble émetteur-récepteur 403 se fait de la manière suivante, comme représenté sur la Figure 4. L'émetteur infrarouge 404 émet un faisceau infrarouge. La pale 402 étant opaque et la turbine 400 étant transparente, lorsque la pale 402 ne se trouve pas dans le passage du faisceau infrarouge, les deux récepteurs 405a et 405b captent le faisceau émis. Lorsque la pale 402 qui tourne se trouve dans le passage du faisceau infrarouge, les récepteurs 405a et 405b ne captent plus le faisceau émis, il y a donc une interruption de la réception du faisceau. Lorsque les récepteurs 405a et 405b captent à nouveau le faisceau infrarouge, cela implique que la pale 402 a effectué un demi-tour. Ainsi, le nombre de tours de pale est détecté sous la forme d'interruptions du faisceau infrarouge émis.
  • La turbine 400 permet également de détecter le sens de rotation de la pale 402, comme représenté sur la Figure 5, dans laquelle l'ombre générée par la pale 402 est représentée par une zone hachurée. En effet, il est déterminé que la pale 402 tourne dans le sens horaire lorsque le récepteur infrarouge situé en deuxième position, dans le sens horaire de la turbine, à savoir le récepteur 405a, est coupé par le faisceau infrarouge très peu de temps avant le récepteur situé en première position, à savoir le récepteur 405b. Inversement, il est déterminé que la pale 402 tourne dans le sens antihoraire lorsque le récepteur infrarouge 405a, situé en deuxième position, dans le sens horaire de la turbine, est coupé par le faisceau infrarouge avant le récepteur 405b. En effet, l'ombre générée par la pale 402 rejoint moins vite le récepteur 405b lorsque la pale 402 tourne dans le sens antihoraire, que lorsque la pale 402 tourne dans le sens horaire.
  • Le dispositif adaptateur 4 est conçu pour être le plus compact et le plus robuste possible, tout en offrant les pertes de charges les plus faibles. Ses dimensions sont, de préférence, de l'ordre de 65x60x44 mm. Dans un mode de réalisation particulier, le corps 401 de la turbine 400 a un diamètre de 34 mm.
  • De plus, le bloc 420 comporte un trou traversant 420e qui est aligné avec un trou traversant 401a ménagé dans le corps 401 de la turbine 400, et la prise de pression buccale 41 est montée de façon à communiquer avec lesdits trous traversants 420e et 401a, et donc avec l'espace intérieur du corps 401 de la turbine 400. Cette prise de pression buccale 41 sert aux moyens 5 de mesure de la pression thoracique différentielle.
  • Comme on peut le voir sur la Figure 7, ces moyens 5 comprennent un capteur de pression différentielle 50 et une poche souple 51 de référence de pression hydrostatique.
  • De préférence, le capteur de pression différentielle 50 présente une plage de mesure de -70 à +70 mbars, une précision de +/- 0,7 mbar, a une pression différentielle maximale tolérée de +/- 700 mbars et une pression absolue maximale de 11 bars, soit une immersion maximale d'environ 100 mètres.
  • Le capteur de pression différentielle 50 a deux ports. L'un des deux ports tolère l'air humide et est connecté à un capillaire 52 destiné à être relié, directement ou indirectement, à la prise de pression buccale 41. L'autre port est conçu pour de l'air sec et est connecté, directement ou indirectement, à la poche souple 51 par l'intermédiaire de plusieurs capillaires 53, 54.
  • La poche souple 51, représentée schématiquement sur la Figure 1, est destinée à être positionnée sur le flanc du plongeur, notamment sous son aisselle. Plus particulièrement, la poche souple 51 est placée de telle sorte que sa position correspond à la position du centroïde pulmonaire du plongeur. Un tel positionnement permet de mesurer la pression différentielle entre la pression respiratoire dans l'embout buccal et la pression de l'eau au niveau de la poche souple 51, donc au niveau des poumons.
  • Le capteur de pression différentielle 50 est disposé dans le boîtier étanche 3.
  • Les capillaires 52, 53, 54 reliés au capteur de pression différentielle 50 sont des tubes, de préférence transparents et flexibles, en polyuréthane, résistants par exemple à 11 bars.
  • La poche souple 51 est réalisée, de préférence, en film de polyuréthane, et peut avoir une épaisseur de 110 microns. La poche souple 51 peut avoir des dimensions de 4x2 cm.
  • En outre, les moyens d'acquisition de données ventilatoires du plongeur peuvent comprendre des analyseurs PpO2 et PpCo2. Ces analyseurs sont des capteurs classiquement utilisés en plongée sous-marine, tels que la cellule oxygène Teledyne R17-VAN et le capteur CO2 AP Diving RB120.
  • Ces analyseurs sont fixés sur le circuit inspiratoire de l'appareil respiratoire de plongée 2 et transmettent leurs informations au système de sécurité 1.
  • De préférence, le système de sécurité 1 comporte deux dispositifs adaptateurs 4, un sur la boucle inspiratoire et un sur la boucle expiratoire. Les analyseurs sont donc présents également sur la boucle inspiratoire et sur la boucle expiratoire.
  • Ainsi, il est possible d'analyser, cycle à cycle, la teneur en oxygène des gaz inspirés par le plongeur, de façon à contrôler la qualité du mélange inhalé par le plongeur. Cela permet d'éviter une éventuelle hypoxie ou hyperoxie.
  • Les analyseurs permettent également d'analyser la teneur en CO 2 des gaz inhalés afin de contrôler la performance de décarbonatation de la cartouche de chaux dosée de l'appareil respiratoire de plongée 2.
  • Sur la boucle expiratoire, l'analyse de la teneur en CO 2 des gaz expirés par le plongeur permet de prévenir tout risque d'hypocapnie ou d'hypercapnie.
  • Les moyens d'acquisition de données physiologiques du plongeur peuvent comprendre des moyens de mesure de la fréquence cardiaque du plongeur et des moyens de mesure de l'intensité de palmage.
  • Les moyens de mesure de la fréquence cardiaque du plongeur peuvent comprendre un cardiofréquencemètre, comme par exemple un cardiofréquencemètre porté au poignet.
  • Les moyens 6 de mesure de l'intensité de palmage peuvent comprendre un accéléromètre x, y, z, de préférence de petite dimension, qui pourra avantageusement être placé sur la jambe du plongeur.
  • Les moyens d'acquisition de conditions environnementales peuvent comprendre des moyens 7 de mesure de la profondeur d'immersion, des moyens de mesure de la température et des moyens 8 de mesure de l'inclinaison du plongeur.
  • Les moyens 7 de mesure de la profondeur d'immersion peuvent comprendre un capteur de pression absolue 70, reçu dans le boîtier étanche 3, ou un profondimètre.
  • Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le capteur de pression absolue 70 est apte à mesurer des pressions comprises entre 0 et 10 bars, et donc entre 0 et 100 mètres d'immersion, est apte à supporter une pression momentanée de 17 bars, autrement dit 170 mètres d'immersion, et présente une précision de l'ordre de 1% donc 100 mbars, autrement dit 1 mètre d'immersion.
  • Les moyens de mesure de la température comprennent un capteur de température (non représenté) reçu dans le boîtier étanche 3, et qui pourra être basé sur toute technologie permettant la mesure de la température de l'eau au voisinage immédiat du plongeur.
  • Les moyens 8 de mesure de l'inclinaison du plongeur peuvent comprendre un inclinomètre x, y, z, destiné à être placé avantageusement sur la bretelle du harnais de sanglage de l'appareil respiratoire de plongée 2. L'inclinomètre permet ainsi de connaître la position angulaire du plongeur.
  • Chacun des moyens de mesure est relié, par une liaison par câble et par l'intermédiaire de capillaires déconnectables, à des moyens d'analyse de données en temps réel.
  • Ces moyens d'analyse en temps réel peuvent comprendre au moins un calculateur, de préférence deux calculateurs dans le cas où le dispositif comporte deux dispositifs adaptateurs 4.
  • Le ou chaque calculateur est placé dans le boîtier étanche 3.
  • Le ou chaque calculateur pourra également faire partie des moyens d'acquisition de données ventilatoires du plongeur, en ce qui déterminera, par calcul, le travail ventilatoire et le déséquilibre hydrostatique du plongeur sur la base des mesures effectuées par le ou les dispositifs adaptateurs 4 et le capteur de pression différentielle 50.
  • Le ou chaque calculateur sera configuré pour déterminer, sur la base du déséquilibre hydrostatique calculé, si le plongeur se situe en situation de ventilation à pression négative et, dans l'affirmative, si le travail ventilatoire calculé dépasse ou non un seuil prédéfini.
  • Le calculateur peut intégrer un logiciel de type « ordinateur de plongée » apte à fournir au plongeur les durées et profondeurs limites à ne pas dépasser, et à proposer des paliers de désaturation au cours de la remontée du plongeur.
  • Le système de sécurité 1 peut comporter en outre des moyens d'affichage, tel qu'un écran ou afficheur, intégré dans le boîtier étanche 3.
  • Un tel écran ou afficheur, relié au calculateur, permet au plongeur de connaître, en temps réel, les résultats de l'ensemble des mesures.
  • Le système de sécurité 1 comporte en outre des moyens d'alerte. Ces moyens d'alerte permettent, en cours de plongée, d'avertir le plongeur ou l'un de ses coéquipiers d'un risque d'accident de plongée et donc de modifier le comportement du plongeur afin d'éviter cet accident de plongée.
  • En particulier, les moyens d'alerte peuvent comprendre une alarme sonore et/ou visuelle, telle qu'une diode clignotante. Les moyens d'alerte seront avantageusement configurés pour émettre une alarme sonore et/ou visuelle lorsqu'une ou plusieurs variables mesurées dépassent un seuil prédéfini.
  • Des moyens d'alimentation électrique, comme par exemple des piles ou une batterie, pour tous les moyens décrits ci-dessus seront logés dans le boîtier étanche 3.
  • Les moyens d'acquisition et d'analyse du dispositif de sécurité selon la présente invention permettent donc, au cours d'une plongée, d'analyser simultanément les performances d'un appareil respiratoire de plongée, les caractéristiques ventilatoires et physiologiques du plongeur et les conditions environnementales.
  • Après une plongée, l'ensemble des données et conditions mesurées pourront être téléchargeables par liaison sans fil Bluetooth, afin d'être stockées dans un ordinateur. Ainsi, à l'issue de la plongée, le plongeur peut connaître son travail ventilatoire total. De plus, en cas d'accident, l'analyse de ces données permet de mieux comprendre la survenue de cet accident de plongée et donc de la prévenir.
  • Il est bien entendu que le mode de réalisation ci-dessus de la présente invention a été donné à titre indicatif et non limitatif et que des modifications pourront y être apportées sans sortir de la portée définie par les revendications.

Claims (10)

  1. Système de sécurité (1) destiné à être porté par un plongeur effectuant une plongée sous-marine en utilisant un appareil respiratoire de plongée (2), à l'aide duquel il respire par l'intermédiaire d'un embout buccal, le système de sécurité (1) étant caractérisé par le fait qu'il comprend :
    - des moyens d'acquisition de données ventilatoires du plongeur comprenant au moins un dispositif dit adaptateur interposé entre l'embout buccal et l'appareil respiratoire de plongée (2) et configuré pour mesurer les débits et pressions ventilatoires du plongeur sur le circuit inspiratoire ou expiratoire de l'appareil respiratoire de plongée (2), et un capteur de pression thoracique différentielle, les moyens d'acquisition de données ventilatoires étant configurés pour déterminer le travail ventilatoire et le déséquilibre hydrostatique sur la base des mesures effectuées par le ou les dispositifs adaptateurs et le capteur de pression thoracique différentielle ;
    - des moyens d'analyse en temps réel des données acquises par les moyens d'acquisition de données ventilatoires, placés dans un boîtier étanche (3) destiné à être porté par le plongeur et configurés pour déterminer, sur la base desdites données acquises, la présence ou non d'un risque d'oedème pulmonaire d'immersion ; et
    - des moyens d'alerte configurés pour, au cours de la plongée, émettre une alerte, pour le plongeur ou l'un de ses coéquipiers, dans le cas où il est déterminé, par les moyens d'analyse, qu'un risque d'oedème pulmonaire d'immersion est présent.
  2. Système de sécurité (1) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le ou chaque dispositif adaptateur (4) comporte un spiromètre à turbine (40), pour la mesure des débits et pressions ventilatoires du plongeur, et une prise de pression buccale (41), et par le fait que le capteur de pression thoracique différentielle comprend, reçu dans le boîtier étanche (3), un capteur de pression différentielle (50) dont un port est relié à la prise de pression buccale (41) et dont l'autre port est relié à une poche souple (51) de prise de pression hydrostatique.
  3. Système de sécurité (1) selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le spiromètre à turbine (40) comprend une turbine (400) et un ensemble émetteur-récepteur infrarouge (403), la turbine (400) ayant un corps transparent cylindrique (401) et une pale opaque (402), l'ensemble émetteur-récepteur infrarouge (403) comprenant un émetteur infrarouge (404) et deux récepteurs infrarouges (405a, 405) positionnés globalement diamétralement opposés à l'émetteur infrarouge (404) et à la suite l'un de l'autre dans la direction circonférentielle du corps (401) de la turbine (400).
  4. Système de sécurité (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens d'acquisition de conditions environnementales comprenant des moyens (7) de mesure de la profondeur d'immersion, des moyens de mesure de la température de l'eau au voisinage du plongeur et/ou des moyens (8) de mesure de l'inclinaison du plongeur, les moyens (7) de mesure de la profondeur d'immersion comprenant par exemple un capteur de pression absolue (70) reçu dans le boîtier étanche (3) et les moyens (8) de mesure de l'inclinaison du plongeur comprenant par exemple un inclinomètre destiné à être porté par le plongeur.
  5. Système de sécurité (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre des moyens d'acquisition de données physiologiques du plongeur comprenant un cardiofréquencemètre pour la mesure de la fréquence cardiaque du plongeur et/ou un accéléromètre (6) pour la mesure de la cadence de palmage du plongeur destiné à être placé sur la jambe du plongeur.
  6. Système de sécurité (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les moyens d'analyse comprennent au moins un calculateur.
  7. Système de sécurité (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre, montés sur le circuit inspiratoire de l'appareil respiratoire de plongée, des analyseurs de PpO2 et PpCO2.
  8. Système de sécurité (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un afficheur pour informer le plongeur en temps réel, lequel afficheur est disposé dans le boîtier étanche (3).
  9. Système de sécurité (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que les moyens d'alerte comprennent une alarme sonore et/ou visuelle.
  10. Système de sécurité (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait qu'il comprend deux dispositifs adaptateurs (4), dont un premier dispositif adaptateur (4) disposé sur le circuit inspiratoire de l'appareil respiratoire de plongée (2) et un second dispositif adaptateur (4) disposé sur le circuit expiratoire de l'appareil respiratoire de plongée (2).
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