FR3075160A1 - Systeme de controle de la pression expiratoire d'un plongeur pour un equipement de ventilation de plongee - Google Patents
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Abstract
Système de contrôle de la pression expiratoire d'un plongeur pour un équipement de plongée ayant un circuit ventilatoire, comprenant une valve unidirectionnelle agissant sur une sortie expiratoire du circuit ventilatoire, 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 expiratoire dans le circuit ventilatoire de l'équipement et ainsi prévenir ou traiter les œdèmes pulmonaires d'immersion.
Description
SYSTEME DE CONTROLE DE LA PRESSION EXPIRATOIRE D’UN PLONGEUR POUR UN EQUIPEMENT DE VENTILATION DE PLONGEE
L’invention concerne les dispositifs de plongée et plus particulièrement un dispositif pour la partie ventilatoire des systèmes de plongée pour prévenir et participer au traitement des œdèmes pulmonaires d’immersion.
L’œdème pulmonaire d’immersion est une pathologie de plus en plus fréquente, secondaire à une décompensation cardiaque consécutive à l’impact d’un environnement contraignant sur un plongeur. En effet, l’immersion provoque un phénomène de contention des tissus mous, c’est-à-dire des membres inférieures et de l’abdomen, avec redistribution des volumes sanguins périphériques vers le thorax. Le froid, lié à l’immersion entraîne une fermeture des vaisseaux et ralentit la fréquence cardiaque. L’augmentation de la quantité d’oxygène provoquée par l’augmentation de la pression ambiante au fur et à mesure que le plongeur descend, aggrave les phénomènes précédemment cités et diminue la force de contraction du muscle cardiaque. Ces mécanismes respectifs génèrent une surcharge cardiaque qui, lorsque le système cardio-vasculaire est défectueux ou vieillissant, entraîne une fuite précoce du liquide sanguin dans les poumons. La congestion pulmonaire aussi appelée œdème pulmonaire entraîne alors une diminution de l’oxygénation du sang qui peut rapidement aboutir à un malaise.
Une meilleure connaissance de cette pathologie et le développement récent de la plongée loisir sont à l’origine d’une nette augmentation du nombre d’œdème pulmonaire d’immersion. Celui-ci devient même la deuxième cause d’accident de plongée, juste derrière l’accident de désaturation, et est également la première cause de décès chez le plongeur. L’œdème pulmonaire d’immersion est en effet à l’origine d’environ 45 % des arrêts cardiaques en plongée. La genèse des œdèmes pulmonaires d’immersion a lieu durant les vingt premières minutes de la plongée et s’aggrave lors de la remontée avec le changement de position du plongeur et donc des régimes de pressions ventilatoires.
La physiopathologie de l’œdème pulmonaire d’immersion est restée pendant longtemps peu connue. Cependant, la mise en évidence de la part cardio-circulatoire dans la physiopathologie (Louge et al., « Pathophysiological and diagnostic implications of cardiac biomarkers and antidiuretic hormone release in distinguishing immersion pulmonary edema from décompression sickness », Medicine (Baltimore), 95(26) :e4060, juin 2016), de l’aggravation rapide de la symptomatologie lors de la verticalisation du plongeur, qui entraîne une perte de la contre pression expiratoire (Coulange et al., « Pulmonary oedema in healthy SCUBA divers : new physiopathological pathways », Clin. Physiol. Funct. Imag., 30(3):181-186, 2010), ainsi que des similitudes avec la noyade a permis de montrer l’intérêt d’envisager la prévention et le traitement des oedèmes pulmonaires d’immersion par la génération d’une pression expiratoire positive (Michelet et al. « Acute respiratory failure after drowning: a rétrospective multicenter survey », Eur. J. Emerg. Med., 2015). La pression expiratoire positive est la pression expiratoire maintenue au sein des voies aériennes. Elle permet d’éviter la formation d’un collapsus (affaissement du tissu pulmonaire dû à la pression exercée par un épanchement pleural, une tumeur ou un pneumothorax). De plus, en accroissant le laps de temps pendant lequel les échanges gazeux entre alvéole et capillaire se produisent, elle permet également d’éviter la constitution d’atélectasies (rétractation des alvéoles pulmonaires).
Le document US 1984/4436090 présente un dispositif de régulation de la ventilation comportant un piston qui peut exercer une pression sur une valve, la valve servant à contrôler le flot de gaz à l’inhalation et l’expiration d’une personne pour une application médicale (respirateur ou réanimateur). Ce dispositif peut fournir une pression positive expiratoire et est également utilisable pour des applications aéronautiques d’aide à la ventilation. Le document US 2004/035414 présente un dispositif ventilatoire pour les équipements de plongée, notamment pour un tuba, pouvant fournir une pression expiratoire positive. Ce dispositif permet de ralentir le cycle de ventilation du plongeur, d’équilibrer le travail de ventilation entre inspiration et expiration et de minimiser le risque de développement d’atélectasies. Cependant, aucun de ces deux dispositifs ne permet de prévenir ou de traiter les oedèmes pulmonaires d’immersion.
D’autres documents (EP 1500586, US 1993/5259374) présentent des dispositifs de régulation réglables de la ventilation du plongeur à l’inhalation, mais ils ne génèrent pas de pression expiratoire positive et donc ne permettent pas de prévenir ou de traiter les oedèmes pulmonaires d’immersion.
L’invention vise à remédier aux problèmes précités de l’art antérieur et plus particulièrement, elle vise à proposer un dispositif permettant de prévenir et traiter les œdèmes pulmonaires d’immersion en générant une pression expiratoire positive variable. Selon l’invention, ce dispositif de prévention peut générer une pression expiratoire positive réglable et ainsi contrôler la pression expiratoire du plongeur pour un équipement de ventilation de plongée. Il comprend une valve unidirectionnelle agissant sur la sortie expiratoire de l’équipement de ventilation et un frein configuré pour exercer une contrainte réglable sur la valve de manière à contrôler la pression du gaz issu de la sortie expiratoire, donc du gaz expiré par le plongeur. Avec l’invention, le plongeur peut par exemple bénéficier d’une résistance à l’expiration plus ou moins élevée pour prévenir le risque d’œdème pulmonaire d’immersion lors d’un effort immergé en eau froide et à grande profondeur. A contrario, le plongeur peut annuler immédiatement cette résistance à l’expiration en cas de remontée panique pour prévenir un risque de barotraumatisme thoracique (ou surpressions pulmonaires) lié à la dilatation brutale du gaz contenu dans les poumons.
Un objet de l’invention est donc un système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur pour un équipement de plongée ayant un circuit expiratoire. Le système comprend une valve unidirectionnelle agissant sur une sortie expiratoire du circuit ventilatoire, 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 de l’équipement de plongée.
Selon des modes de réalisation particuliers de l’invention :
- Le frein peut être un clapet de décharge réglable comprenant un ressort de durcissement et une vis de tarage permettant de régler la résistance du ressort ;
- Le système peut comprendre un système de débrayage permettant de désactiver le frein, qui peut être constitué d’une tige tubulaire centrale et coaxiale avec la vis de tarage ;
- Le système peut comprendre un capteur de pression dans le circuit expiratoire du circuit ventilatoire ;
- Le frein peut être une électrovalve ;
- L’électrovalve peut être contrôlée de manière électronique suite à des mesures fournies par le capteur de pression ;
- Le frein peut comprendre des oeillets, des obturateurs ou un diaphragme ;
- Le niveau d’ouverture des oeillets ou des obturateurs ou du diaphragme peut être contrôlé de manière électronique suite à des mesures fournies par le capteur de pression;
- Le système permet de générer au moins deux niveaux discrets de pression expiratoire positive ;
- Le système permet de générer des niveaux de pression expiratoire positive parmi les niveaux (0; 2,5; 5; 7,5 et 10 mbar).
Un autre objet de l’invention est un détendeur dont le deuxième étage comprend un système de contrôle de la pression expiratoire tel que revendiqué selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention.
Encore un autre objet de l’invention est un recycleur, le recycleur comprenant un système de contrôle de la pression expiratoire tel que revendiqué selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention.
L’invention porte aussi sur un scaphandre autonome comprenant un système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur tel que revendiqué selon l’un quelconque des modes de réalisation de l’invention.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux figures annexées données à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :
- La figure 1, une illustration en vue de dessus de la mise en oeuvre d’un système de contrôle de l’expiration sur un détendeur selon un mode de réalisation de l’invention ;
- La figure 2, une illustration en coupe de la mise en oeuvre d’un système de contrôle de l’expiration sur un détendeur selon un mode de réalisation de l’invention ;
- La figure 3, une illustration de la mise en oeuvre d’un système de contrôle de l’expiration sur un recycleur selon un mode de réalisation de l’invention.
Tel qu’il est généralement admis, un équipement de plongée peut comprendre tout ou partie d’un ensemble de matériel pour pratiquer la plongée incluant une combinaison isothermique, un masque, des palmes, un lestage, un gilet stabilisateur et au moins une bouteille de plongée contenant un mélange de gaz respiratoire, tel que le nitrox, l’héliair, l’hydrox, le trimix, l’héliox et hydréliox. Le plus souvent, le mélange gazeux est de l’air comprimé. L’équipement de plongée au sens de l’invention, comprend un détendeur ou un recycleur permettant au plongeur de respirer via un embout de bouche.
Un détendeur est un matériel de plongée à circuit ouvert permettant à un plongeur de respirer le gaz contenu dans sa bouteille de plongée à la pression à laquelle il évolue.
Un recycleur est un matériel de plongée à circuit fermé, permettant de recycler le gaz expiré par un plongeur, de manière à allonger la durée de plongée et de diminuer le poids des bouteilles de plongée.
Un scaphandre autonome est généralement défini comme étant un dispositif individuel permettant à son utilisateur de respirer et d’évoluer librement sous l’eau avec une réserve de gaz respirable comprimé.
La figure 1 montre une vue de dessus du second étage d’un détendeur selon un mode de réalisation de l’invention. L’arrivée d’un gaz moyenne pression du premier étage du détendeur vers le second étage est assurée par un flexible 100. Un bouton 101 permet de régler le flux de gaz arrivant dans le second étage par le flexible 100. Ce gaz moyenne pression pénètre dans la chambre sèche 102 du second étage du détendeur, et est ensuite détendu en arrivant dans l’embout de bouche 104. C’est l’inspiration du plongeur dans l’embout de bouche 104 qui déclenche le passage du gaz de la chambre sèche 102 vers l’embout de bouche 104. L’inspiration ou l’expiration du plongeur contrôle, par exemple, l’ouverture d’un clapet qui permet de laisser passer le gaz de la chambre sèche 102 à l’embout de bouche 104 lors de l’inspiration ou de bloquer le gaz dans la chambre sèche 102 à l’expiration. La pression du gaz expiré est réglable grâce à un frein 105 et le gaz expiré est évacué du second étage du détendeur par les moustaches d’évacuation 106.
La figure 2 montre une coupe du second étage 20 d’un détendeur selon un mode de réalisation de l’invention. Les flèches symbolisent le mouvement du gaz dans le second étage du détendeur. Dans cette mise en oeuvre, le frein 105 comporte une vis de tarage 200 et un ressort de durcissement 201. Le frein 105 permet d’agir sur des rondelles 202 qui agissent sur des membranes 203. Les membranes 203 et les rondelles 202 forment ainsi une valve unidirectionnelle 204. Le plongeur peut agir sur la vis de tarage 200 pour régler la résistance du ressort de durcissement 201. Lors de la phase d’inspiration, le gaz présent dans la chambre sèche 102 passe dans l’embout de bouche par l’ouverture des membranes 203. Lors de la phase d’expiration, les membranes 203 se referment, complètement ou en partie selon la résistance du ressort de durcissement 201, et le gaz expiré est évacué par les moustaches d’évacuation 106. En contrôlant par le réglage de la résistance du ressort de durcissement 201 le niveau de fermeture des membranes, pour avoir une fermeture complète ou en partie, le plongeur peut agir sur la pression du gaz expiré.
Les manifestations cliniques de l’œdème pulmonaire d’immersion apparaissent souvent lors de la phase de remontée ou lors de prolongation de la séance de plongée. Elles n’apparaissent donc pas toujours au même instant selon les plongeurs ni avec la même intensité. Il est donc important de pouvoir régler la pression expiratoire positive dès le début des symptômes, voire d’anticiper la genèse de l’œdème par un déclenchement préventif dès que les conditions environnementales deviennent contraignantes. Dans le mode de réalisation décrit, le plongeur agit directement sur la vis de tarage 200 selon son ressenti.
Par ailleurs, lors de la remontée, la verticalisation du plongeur entraîne une forte différence de pression entre le détendeur qui se trouve en bouche et les poumons du plongeur. Il est alors nécessaire de générer une pression expiratoire positive plus forte qu’en descente afin de prévenir les œdèmes pulmonaires d’immersion ou pour en traiter les symptômes.
Le second étage du détendeur peut également comprendre une tige de débrayage 205 qui permet de désactiver le frein, c’est-à-dire d’annuler la résistance du ressort de durcissement 201. Cette tige de débrayage 205 constitue une sécurité quant au niveau d’obstruction solide du système ou de remontée panique nécessitant l’absence d’obstacle à l’expiration. La tige de débrayage 205 est centrale et coaxiale avec la vis de tarage 200. La valve 204, le frein 105 et la tige de débrayage 205 sont maintenus en place grâce à un logement fixe 206. Ce logement fixe 206 comprend également un canal de sécurité au débrayage 207.
Dans une variante de réalisation de l’invention, un capteur de pression est placé dans le circuit expiratoire pour mesurer la pression du gaz expiré par le plongeur. Selon un mode de réalisation, le capteur peut être positionné au niveau de l’embout de bouche 104.
Avantageusement, les mesures peuvent être récupérées afin de contrôler de manière électronique le frein 105. Un contrôle électronique du frein permet de détecter plus efficacement tout symptôme lié à l’apparition d’un oedème pulmonaire et générer plus rapidement toute action de contrôle de la pression expiratoire. Dans un mode de réalisation avec capteur intégré, le frein 105 est une électrovalve. Le frein peut aussi être constitué d’œillets, d’obturateurs ou être un diaphragme, les œillets, les obturateurs et le diaphragme étant des orifices de sortie ayant un niveau d’ouverture variable. Plus généralement, le frein peut prendre toute forme permettant de faire varier le niveau d’obturation de la surface de sortie.
Ainsi, le système comprend deux modes opératoires : l’un dit passif et le second dit actif. Le mode passif est caractérisé par l’absence de pression expiratoire positive et est le mode privilégié pour la descente du plongeur ou peut être le mode imposé en cas de remontée d’urgence où l’expiration doit être facilitée. L’autre mode opératoire, dit mode actif est caractérisé par la génération d’une pression expiratoire positive par la mise en œuvre du système de l’invention. Le mode actif est utilisé lors de la phase de remontée du plongeur ou lors d’une prolongation de la séance de plongée. Le mode actif peut être opéré de manière semi-autonome par le plongeur qui peut régler le niveau de la pression expiratoire positive par l’activation de la vis de tarage, ou être opéré de manière automatique en étant par exemple asservi à un ordinateur de plongée porté par le plongeur. L’ordinateur de plongée enregistre les paramètres de plongée du plongeur et permet ainsi de fournir des données sur les symptômes ressentis par le plongeur afin d’activer le système de contrôle de la pression expiratoire. Dans une variante de réalisation, 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.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le frein 105 permet de générer au moins deux niveaux discrets de pression expiratoire positive. Le niveau discret 0 mbar appartient aux niveaux possibles de pression expiratoire positive.
Pour répondre aux standards connus, dans un mode de réalisation, le frein permet de générer des niveaux de pression expiratoire positive parmi les niveaux suivants :
- 0 mbar ;
- 2,5 mbar ;
- 5 mbar ;
- 7,5 mbar ; et
- 10 mbar.
Avantageusement, les niveaux de pression expiratoire positive sont choisis parmi les niveaux suivants : 2,5 mbar ; 5 mbar ; 7,5 mbar et 10 mbar.
Ces valeurs de pression expiratoire positive donnés à titre d’exemple non limitatif, correspondent aux niveaux susceptibles de prévenir la genèse d’un oedème pulmonaire en médecine d’urgence tout en n’atteignant pas des niveaux susceptibles de créer une surpression pulmonaire et de respecter les limites de régime de pression pour les détendeurs (voir la norme NF EN 250, juin 2014).
La figure 3 montre la mise en oeuvre de l’un des modes de réalisation de l’invention sur un recycleur de plongée. Les flèches symbolisent le déplacement du gaz dans le recycleur. Quand le plongeur inspire, le recycleur fournit du gaz au plongeur provenant du poumon inspiratoire 300. Ce gaz arrive à l’embout de bouche 301 par un flexible 302. Dans l’embout de bouche 301, le gaz inspiré traverse une valve anti-retour d’inspiration 303 avant d’arriver à la bouche du plongeur. Quand le plongeur expire, le gaz expiré se retrouve dans l’embout de bouche 301 et traverse la valve anti-retour d’expiration 304. Un frein 305 réglable par le plongeur permet d’agir sur l’ouverture de cette valve 304. En limitant son ouverture, le frein 305 peut générer une pression expiratoire positive dans l’embout de bouche 301, permettant de prévenir ou de traiter les oedèmes pulmonaires d’immersion.
Après avoir traversé la valve anti-retour d’expiration 304, le gaz expiré arrive dans le poumon expiratoire 306 par un flexible 302. Une ou plusieurs bouteilles de gaz respiratoire 307 alimentent le poumon expiratoire 306 en gaz respiratoire (alimentation symbolisée par la référence 308 sur la figure 3). Les gaz alors présents dans le poumon expiratoire 306 passent dans un filtre 309. Ce filtre 309 permet de filtrer le dioxyde de carbone de manière à ce que les gaz pénétrant ensuite dans le poumon inspiratoire 300 ne contiennent plus de dioxyde de carbone.
L’invention a été décrite pour plusieurs modes de réalisation afin de présenter le principe général. Cependant, l’homme du métier pourra adapter l’invention à d’autres modes de réalisation sans s’écarter des caractéristiques essentielles décrites ici. Les modes de réalisation décrits doivent être considérés à tous égards 5 comme uniquement illustratifs et non restrictifs.
Claims (13)
- Revendications1. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur pour un équipement de plongée ayant un circuit ventilatoire, comprenant :- une valve unidirectionnelle agissant sur une sortie expiratoire du circuit ventilatoire ; 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 expiratoire dans ledit circuit respiratoire.
- 2. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon la revendication 1 dans lequel ledit frein est un clapet de décharge réglable comprenant un ressort de durcissement et une vis de tarage permettant de régler la résistance dudit ressort.
- 3. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon la revendication 1 ou 2 comprenant de plus un système de débrayage permettant de désactiver ledit frein.
- 4. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon la revendication 3 dans lequel le système de débrayage comprend une tige tubulaire centrale et coaxiale avec ladite vis de tarage.
- 5. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant de plus un capteur de pression dans le circuit expiratoire dudit circuit ventilatoire.
- 6. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon la revendication 5 dans lequel le frein est une électrovalve, l’électrovalve étant contrôlée de manière électronique suite à des mesures fournies par le capteur de pression.
- 7. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon la revendication 6 dans lequel le frein comprend des oeillets ou des obturateurs ou un diaphragme.
- 8. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon la revendication 7 dans lequel le niveau d’ouverture des oeillets ou des obturateurs ou du diaphragme est contrôlé de manière électronique suite à des mesures fournies par le capteur de pression.
- 9. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le frein permet de générer au moins deux niveaux discrets de pression expiratoire positive.
- 10. Système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le frein permet de générer des niveaux de pression expiratoire positive parmi les niveaux (0 mbar ; 2,5 mbar ; 5 mbar ; 7,5 mbar et 10 mbar).
- 11. Détendeur pour la plongée comprenant au moins :- un premier étage permettant de détendre un gaz haute pression de manière à obtenir un gaz moyenne pression, et- un deuxième étage permettant de recevoir ledit gaz moyenne pression et de baisser la pression dudit gaz moyenne pression pour fournir du gaz basse pression à un plongeur ventilable, caractérisé en ce que le deuxième étage du détendeur comprend un système selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 pour contrôler la pression expiratoire du plongeur.
- 12. Recycleur pour la plongée comprenant un système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
- 13. Scaphandre autonome comprenant un système de contrôle de la pression expiratoire d’un plongeur selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.
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2018
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- 2018-12-12 US US16/954,509 patent/US20210086883A1/en not_active Abandoned
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