QUELS SONT LES EFFETS DELA HAUTE ALTITUDE SUR LESYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE?JOSEPH KAWALEC - DOUGLAS EDSTRÖM - YANN TAROUILL...
TABLE DES MATIÈRES    Page 1    Table des matières    Page 2    Introduction    Page 3    Entretien avec Monsieur Jean-Fra...
INTRODUCTIONDe tous temps, l’Homme a été fasciné par le vol,       hommes et fixe les limites atteignables sans im-de la my...
ENTRETIEN AVEC M. JEAN-FRANÇOISCLERVOY                                                     Expériences spatiales          ...
2.     Expériences de M. Clervoy : suivi très pous-sé dans ce domaine pour exercer son métier :respiration, subir des forc...
1QUELS SONT LESEFFETS DESFORCES SUBIES ENVOL SUR LESYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE ?
QU’EST-CE QUE LES FORCES G?La notion de "forces G" est une mesure des for-        Les forces qui agissent sur le corps des...
pilote est soumis à des forces mécaniques no-                                                       tamment le poids, augm...
LES EFFETS DES FORCES G SUR NOTREORGANISMELes passagers des vols commerciaux disent sou-         Soit un pilote de masse 8...
Durant une accélération :                             2. Variation de la pression artérielle du-Étape 1                   ...
Situation 1: en temps normal, 1G. Où la flèche rouge représente la     pression artérielle et la verte, les forces G.     ...
celui-ci aura plus de temps pour sadapter et                                                         pourra rester conscie...
Cette fois-ci, nous observons leffet contraire. La    La première conséquence est la dilatation despression artérielle au ...
Extraits de                                                   «Physiologie                                                ...
QUELLES SONT LES SOLUTIONS APPORTÉESPAR L’HOMME?a) Exercices                                         quer la respiration a...
Synthèse :                                                         Durant un virage ou une simple accélération, les       ...
2QUELS SONT LESEFFETS DE LAHAUTE ALTITUDESUR LE SYSTÈMECARDIO-VASCULAIRE?
QUELLES SONT LES PROPRIÉTÉS DE LAPRESSION EN ALTITUDE ET QUELS SONT SESINCONVÉNIENTS?Pourquoi nous donnons-nous autant de ...
Schémas des échanges pulmonaires (Source ASP)b) Le système sanguin	    Le sang, comment ça marche?Le sang est bien sûr com...
Schéma du système              circulatoire (Source                     http://               soutien67.free.fr)2. Le mili...
COMMENT NOTRE CORPS RÉAGIT-IL A UNERARÉFACTION DU DIOXYGÈNE?1. Le système pulmonaireHypothèses :1. On aspire plus d’air (d...
Les données présentées dans le tableau suivant         2. Le système cardio-vasculairevalident l’hypothèse 2.             ...
Résultats attendus :1. Si la fréquence cardiaque augmente alors l’hypothèse 1 est vraie.2. Si la saturation d’O2 dans le s...
Nombre de                                                 Hémoglobine          Hématocrite*             Altitude          ...
ci tombera, et sera une sorte de «poids mort ». De même pour le sang : à un moment il se formeraun reste de globules rouge...
M. Clervoy, a dû subir, comme chaque pilote tout     Par rapport aux aptitudes physiques, les aptitu-les deux ans, un test...
3COMMENTPRESSURISE-T-ONLES CABINES ETQUELS SONT LESRISQUES D’UNEDÉCOMPRESSION?
Pour survivre au déficit de dioxygène, le corps s’accommode. Cependant, pour pouvoir accéder à latrès haute altitude où le ...
1. Qu’est-ce-que la pressurisation ?                   sphère terrestre, principalement pour plus de                      ...
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composants : un clapet anti retour IP qui empêche l’air prélevé de retourner dans le moteur et unevanne HP qui peut être o...
d) Système de régulation de la pression cabineUne fois dans la cabine, l’air ambiant doit conserver une pression approprié...
e) Évolution de la pression au cours d’un vol           En (3) lavion fait un palier intermédiaire, la pres-              ...
QUELS SONT LES RISQUES ET LESCONSÉQUENCES D’UNE DÉCOMPRESSIONSUR LE SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE?1. Qu’est-ce qu’une décompre...
consommé par les muscles comme le dioxygène           o Si elle a lieu dans une veine aboutissant à unet très présent dans...
4QUELS SONT LESEFFETS DESRADIATIONSCOSMIQUES SURLA MORPHOLOGIEHUMAINE ?
QU’EST-CE QUE LES RADIATIONSCOSMIQUES?Les radiations cosmiques sont des radiations ionisantes qui proviennent du soleil. L...
CONCLUSIONDurant les vols, le corps est soumis à des forces,   Pour permettre la vie en haute altitude sans trou-celles-ci...
RÉFÉRENCES                                          SITES WEB (INFORMATIONS)         Auteur/Organisme                     ...
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  1. 1. QUELS SONT LES EFFETS DELA HAUTE ALTITUDE SUR LESYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE?JOSEPH KAWALEC - DOUGLAS EDSTRÖM - YANN TAROUILLY - 1°S2
  2. 2. TABLE DES MATIÈRES Page 1 Table des matières Page 2 Introduction Page 3 Entretien avec Monsieur Jean-François Clervoy Page 5 Chapitre 1: Quels sont les effets des forces subies en vol sur le système cardio- vasculaire? Page 6 Qu’est-ce-que les forces G? Page 8 Les effets des forces g sur notre organisme Page 14 Quelles sont les solutions apportées par l’Homme? Page 16 Chapitre 2 Quels sont les effets de la haute altitude sur le système cardio- vasculaire? Page 17 Quelles sont les propriétés de la pression en altitude et quels sont ses inconvénients? Page 20 Comment notre corps réagit-il à une raréfaction du dioxygène? Page 26 Chapitre 3 Comment pressurise-t-on une cabine et quels sont les risques d’une décompression? Page 27 En quoi consiste la pressurisation et comment pressurise-t-on une cabine d’avion? Page 33 Quels sont les risques et les conséquences d’une décompression sur le système cardio-vasculaire? Page 35 Chapitre 4 Quels sont les effets des radiations cosmiques sur la morphologie humaine? Page 37 Conclusion Page 38 Références Page 40 Expériences-Annexe 1
  3. 3. INTRODUCTIONDe tous temps, l’Homme a été fasciné par le vol, hommes et fixe les limites atteignables sans im-de la mythologie gréco-romaine avec Icare, à pact sur la santé. Même lors d’une dépressurisa-Léonard de Vinci avec ses vis aériennes et héli- tion, le système cardio-vasculaire sera la causecoptères. Le vol a très longtemps été un rêve. de la mort des personnes à bord si la décom-Mais dès le début de XXème siècle, on s’est ren- pression est trop puissante. On remarque tout dedu compte que ce rêve pouvait s’avérer dange- même que le système pulmonaire peut égale-reux. Les premiers passagers des montgolfières ment constituer le premier signe d’une montéese sont asphyxiés en montant en altitude, et plus en altitude trop rapide ou à une altitude trop éle-tard à la fin du XXème siècle, les premiers pilo- vée avec un rythme respiratoire accru. Les radia-tes de chasse n’ont pas su expliquer leur perte tions cosmiques quant à elles n’agissent pas di-de connaissance. rectement sur le système cardio-vasculaire, car elles constituent uniquement un risque de can-Aujourd’hui, les vols se sont popularisés, les cer.avions ne sont plus utilisés seulement à des finsmilitaires, mais également pour le transport, et Pour ces raisons les pilotes sont soumis à un en-même pour le divertissement. Des mesures on traînement intensif, ils doivent porter des combi-été prises pour protéger les utilisateurs. En effet, naisons spéciales ainsi que des masques à oxy-des moyens on été mis en place pour protéger le gène. D’autre part les cabines des avions sontsystème sanguin  : les pilotes militaires s’entrai- pressurisés : pourquoi toutes ces précautions ? nent constamment, utilisent descombinaisons spéciales à cha-que vol, des masques à oxy-gène, et les cabines des avionscommerciaux sont rigoureuse-ment pressurisées.Le système cardio-vasculaire estla partie de notre corps qui ré-siste le moins aux vols, c’est celaqu’il s’agit de protéger. C’estcette partie qui est impactée parles forces G lors d’accélérations,de même lors d’une montée enaltitude c’est elle qui limite les 2
  4. 4. ENTRETIEN AVEC M. JEAN-FRANÇOISCLERVOY Expériences spatiales Il a effectué des vols dans l’espace  notamment sur la station MIR et sur les navettes spatiales Discovery et Atlantis. Activité Actuelle Il travaille actuellement sur l’ATV, sorte de cargo pour l’espace pour ravitailler la Station Spatiale Internationale ISS. Il est également PDG de No- vespace. Il travail comme Ingénieur de l’arme- ment. Récompenses Officier de lordre de la Légion dhonneur. Trois "Space Flight Medals" de la NASA. Deux "Exceptional Service Medals" de la NASA. Portrait d’astronaute de la NASA de M. Clervoy Chevalier de lordre national du mérite.Nous avons pu discute avec M. Jean-François Diplômes "Komarov" et "Koroliev" de la Fédéra-Clervoy, professionnel de l’aéronautique. Voici ce tion aéronautique internationale.que cela nous a appris :Travail – rôle – carrière InterviewM. Clervoy a 54 ans. Il est principalement spatio-naute à l’Agence Spatiale Européenne. Lors de l’interview nous avions abordé différents thèmes. Les voici :Formation : Math. Sup. – Math. Spé. – École Poly-technique – Diplôme ingénieur armement à SU- Discussion sur les connaissances de M. ClervoyPAÉRO. en relation avec le sujet de notre TPE : 1. Informations générales sur les effets des vols sur les êtres humains. 3
  5. 5. 2. Expériences de M. Clervoy : suivi très pous-sé dans ce domaine pour exercer son métier :respiration, subir des forces G et y résister, capa-cités à réagir à ces situations; anecdotes (diverstests lors de visites médicales) et cas de dé-faillance lors de son utilisation de certains appa-reils.Par exemple, la défaillance du système de pres-surisation d’un Airbus A340 qui a entrainé la sor-tie des masques à oxygènes qui constituent la M. Clervoy à une conférence à la North Atlantaseconde protection contre le manque d’oxygène High Schoolen altitude lors d’un vol transatlantique a forcél’avion pour respecter le règlement aéronautique 6. Description des processus pour se proté-à voler sous la limite de pressurisation jusqu’à sa ger de la haute altitude et des difficultés respira-destination), car plus aucunes protections toires :n’étaient considérées comme totalement valides a. Respirer plus profondément...pour la fin du vol. b. ...ou plus rapidement.3. Définition des propriétés de la haute alti-tude et lesquelles affectent directement le corps c. Utilisation d’un masque qui ajoute un ap-humain, sur le court ou le long terme. port de dioxygène supplémentaire.4. Explication sur les forces gravitationnelles : d. Se placer dans une cabine pressurisée.comment elles apparaissent, comment l’Hommeles ressent, comment il y résiste : forces G éle- e. Faire attention en très haute altitude auvées sur une courte durée ou forces G légères cas de la pression qui peu à elle seule,sur longue durée. Importance de la rapidité de la même avec un apport de dioxygènemontée en G, le corps humain pouvant ne pas (masque par exemple) devenir dange-avoir le temps de s’adapter. reuse, pour certains organes étanches du corps humain comme les tympans.5. Description des processus pour se proté-ger des forces G. 7. Prêt d’un livre “Physiologie Aéronautique” de M. Clervoy écrit par un médecin aéronautique a. Pantalon anti-G : principe de fonctionnement de grande renommée : Docteur Henri Marotte eten comprimant les membre inférieurs pour em- dédicacé par ce dernier.pêcher lafflux sanguin dans cette partie ducorps. Au fil de ce dossier nous faisons référence à M. Clervoy lorsqu’une information apporte à la par- b. Comprimer personnellement ses muscles tie traitée. Les informations clés de M. Clervoydes membres inférieurs pour répercuter le pour le TPE sont donc intégrées aux parties.même processus qu’avec les pantalons anti-G. 4
  6. 6. 1QUELS SONT LESEFFETS DESFORCES SUBIES ENVOL SUR LESYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE ?
  7. 7. QU’EST-CE QUE LES FORCES G?La notion de "forces G" est une mesure des for- Les forces qui agissent sur le corps des person-ces qui agissent sur un corps (une masse) lors nes à bord dans ces deux exemples sont nom-dune accélération. mées «forces G». Ces forces sappliquent sur no- tre corps de manière à ce quelles nous "pous-Mais dabord quest-ce quune accélération ? sent" vers la trajectoire initiale et à la vitesse ini-Elle consiste en un changement de la vitesse en tiale.fonction du temps et se mesure en m/s2. Un objet fixe, comme une personne par exem-Quand une accélération a-t-elle lieu? Lexemple ple, à la surface de la Terre est soumis à 1 G.le plus évident est laccélération en ligne droite. Donc si un pilote subit 9 G, il sera soumis à 9Pour changer la vitesse d’un objet qui se dé- fois la force gravitationnelle normale, qui est deplace à vitesse constante, nous sommes obligés 9,81 N/kg.dappliquer une certaine force qui va modifier sa La force G est comptée positivement lorsque l’ac-vitesse initiale. Elle peut provenir dun moteur par célération se fait vers l’avant, ou la modificationexemple. En fonction de la direction de cette de la trajectoire vers la gauche, ou vers le haut.force, l’objet va accélérer ou décélérer (accéléra- Elle est comptée négativement lorsque l’accélé-tion négative). Pour changer la direction de l’ob- ration se fait «vers l’arrière», c’est à dire un ralen-jet, il va falloir aussi appliquer une force, pour tissement, ou la modification de trajectoire a lieupouvoir "tourner". Dès que la force ne s’applique vers l’avant ou vers le bas.plus, l’objet aura une trajectoire non plus "cour-bée", mais rectiligne. Mais dans la plupart des Voici un schéma modélisant les cas de deux ty-cas, comme pour un avion, quand il effectue un pes de force G :virage (en s’inclinant) il nira peut-être pas plusvite, mais le moteur devra fournir plus de puis-sance pour pouvoir faire cette modification de latrajectoire, donc les forces seront présentes maismodifieront seulement la direction.Pour illustrer ces phénomènes, prenons l’exem- ! ! ! Forces G +ple dun planeur. ! ! ! Forces G -Un planeur, qui est un appareil sans moteur, nepeut pas juste tourner, car lappareil perdrait tropde vitesse. Il doit "piquer" pour gagner de la vi-tesse afin de pouvoir virer. ! 6
  8. 8. pilote est soumis à des forces mécaniques no- tamment le poids, augmentant avec laccéléra- tion. Dans les cas suivants, nous allons em- ployer le terme de poids fictif, qui est la quantité de forces agissant sur lui qui est proportionnel aux forces G. Poids fictif ressenti = masse x accélération de la force gravitationnelle (masse en kg et force en N/kg) ! Les différents axes (auxquels on fait référence ci- après, à propos des axes X, Y et Z) (Extraits de «Physiologie aéronautique», Dr Marotte) !Voici comment on calcule les forces G : Poids fictifa = v2 / d (avec a laccélération, v la vitesse et Exemple pour le vol dun Airbus A380 à vitessed la distance) constante (donc 1 G) :Donc si nous avons: v = 200 km/h = 200 000 / masse = 380 000 kg(60.60) m/s = 55,6 m/s et d = 100 m g = 9,81 N.kg-1Nous obtenons: Donc poids f. = 9,81 × 380 000 = 3,73 × 106 N  a = 55,62 /100 = 30,9 m/s2, Maintenant le poids du même appareil durant une accélération (2 G),Si nous voulons lexprimer en G, on le divise parla constante gravitationnelle g ( 9,81 N) : G= 2.9,81 N.kg-1 :accélération, a / g = 30,9 / 9,81 = 3.15 G Poids f. = (2.9,81). 380 000 kg =7,4.106 N Lavion sera donc soumis à une force de 7,4 .Les forces G, quand elles sont multipliées par 106 N.la masse sur laquelle elles agissent, sont asso-ciées à un certain type de force mécanique. Maintenant que nous connaissons les bases des forces G, nous pouvons commencer notreAttention ! La masse est invariable mais le démarche pour trouver ses effets sur notrepoids est variable, il dépend de la distance à corps et ses limites.laquelle on se trouve du noyau de la Terre. Le 7
  9. 9. LES EFFETS DES FORCES G SUR NOTREORGANISMELes passagers des vols commerciaux disent sou- Soit un pilote de masse 80 kg qui accélère sonvent quils "pèsent plus durant les décollages, et appareil au décollage pour avoir une ascensionpèsent moins durant les atterrissages". Notre at- dun vecteur daccélération de 3 G+ :tention portera à présent sur ces forces auxquel- P f. (N) = m (kg) . G (N/kg)les les personnes sont soumises en observantles différents cas. P f. = 80 . 3 (9,81) = 2,35 . 103 N ; cest-à-dire que le pilote sera soumis à l’équivalent d’un1. Sensation de compression ou de légè- poids de 240 kg.retéExtrait dinterview avec Jean-François Clervoy : Pour une force de 3 G- (force vers le haut du"Ce que ressent le pilote quant il dirige lappareil corps, l’avion effectue un virage vers le bas),vers le haut est comme une armoire lécrasant nous devrions obtenir moins de forces agissantdans son siège, mais la force est répartie sur sur le pilote (par rapport à lorsqu’il est immobiletout le corps! Donc s’il veut juste lever la main et au sol) :appuyer sur un bouton, il devra faire plus deffort P f. = 80 . (-3) (9,81) = (- 2,35) . 103 Npuisque sa main paraitra plus lourde." Le pilote ressent une force de 2,35.103 N deGrâce à nos formules de la première partie, sur moins par rapport au poids f. initial, expliquantle poids fictif nous pouvons faire des calculs sur cette sensation de "peser moins".la variation du poids fictif représentant les forcesgravitationnelles subies par la personne. Nous Daprès nos calculs nous pouvons conclure queavons constaté que plus la masse augmente la force agissant sur nous augmente ou diminuepour un objet pour une accélération constante, en fonction des G, ces deux grandeurs sont pro-plus les forces agissant sur lui sont amplifiées. portionnelles.Cette fois-ci nous allons observer la masse (cons-tante) et la variation de laccélération et donc dela force G : 8
  10. 10. Durant une accélération : 2. Variation de la pression artérielle du-Étape 1 rant les différentes situations d’accéléra- tion a) Accélération durant un changement de trajec- toire vertical vers le haut, sur l’axe Z (voir premier document partie 1) Observons à présent la circulation sanguine du- ! POIDS FICTIF rant cette accélération vers le haut.Étape 2 Pression artérielle en fonction de laccélération 250 pression artérielle (cm Hg) 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 Accélération ( G) ! Graphique extrait de «Physiologie aéronautique», Dr MarotteCeci est donc le premier effet des forces g surnotre corps: une variation des forces normalesauxquelles nous somme habitués. Mais atten-tion, cette variation des forces agissant sur nous !verticalement varie seulement durant des ascen-sions ou des descentes. Extraits deOr ces forces du poids fictif nous tirent vers le «Physiologiecentre de la Terre. Comme toute force celle-ci aéronautique»,peut soit nous pousser ou nous tirer selon le Dr Marotte !sens dans lequel on se place. Dans le cas duneforce G importante, le poids nous écraserait. Ornous pouvons déduire quen compressant lecorps, cette force entraînerait plusieurs domma-ges : compression de la cage thoracique limitantla respiration, déformations des articulations etdes organes, lésions et fractures ... ! 9
  11. 11. Situation 1: en temps normal, 1G. Où la flèche rouge représente la pression artérielle et la verte, les forces G. "Je me rappelle que durant une séance de centri- fugeuse jai été victime du voile gris, ou en tout Situation 2: Les forces G sont ici supérieure à la force exercé par la cas un début. On m’a fait monter progressive- pression artérielle sur la paroi du vaisseau, menant à une déformation de celle-ci. ment à 5 G. Mais aux alentours de 3-4 G, mon champ de vision commençait à rétrécir. Celui-ci devenait gris aux extrémités, puis celui-ci se ré- trécissait jusquà devenir quun cercle. Puis jai dû entamer une manœuvre de respiration pour petit à petit récupérer totalement mon champ de Schéma de la déformation de l’artère selon la force G vision. Puisque si javais gardé une respiration Extraits de «Physiologie aéronautique», Dr Marotte normale jaurais eu une vision noire et aurais per- du la vue complètement."Nous apprenons avec ces documents commentla pression au niveau de la tête baisse avec Voici une simulation de ce que M. Clervoy auraitlaugmentation de laccélération. Nous pouvons subi :en déduire que la force, provoquée par les G+sappliquant sur la paroi carotide est plus forte !que la force exercé à l’intérieur du vaisseau san-guin par la pression de celui-ci.Le coeur soumis à ces forces a donc du mal à !pomper le sang jusquà la tête. Le coeur va doncessayer de compenser ce manque par une fré-quence cardiaque plus élevée, pompant ainsiplus de sang. Mais ce manque de sang sampli- Nous apprenons ici que le manque de sang aufie avec les G+. Celui-ci s’accumule donc petit à niveau de la tête entraîne une perte de vue pro-petit dans les jambes laissant une circulation de gressive. Le passager soumis à des forces Gsang trop faible au niveau de la tête, menant à pendant un certain temps verra en noir et blanc.une irrigation insuffisante des organes situés Cela est expliqué par la pression interne de lœildans cette partie du corps. qui nest pas compensée par la pression arté-Si nous prolongeons le temps d’exposition du rielle. On appelle ce stade "voile gris". La visioncorps aux forces G+ ou en augmentant laccélé- est ensuite limitée. On obtient une "vision tunnel".ration nous amplifierons le manque de sang, ce- Si les forces G augmentent, jusquà environ 5 G,ci devrait alors entraîner un manque doxygène une perte de la vision complète survient, "le voileau niveau de la tête. noir". 10
  12. 12. celui-ci aura plus de temps pour sadapter et pourra rester conscient plus longtemps. Le phénomène observé pour la vue et le cerveau est lhypoxie. Quand le flux sanguin contenant le dioxygène nest pas assez abondant dû à une circulation trop faible, les tissus du cerveau ne! Documents sont plus alimentés et meurent. Ceci mènerait extraits de donc à des lésions cérébrales causant des dom- «Physiologie mages moteurs permanents conduisant éventuel- aéronautique», lement au coma. Dr Marotte b) Accélération en piqué ou en virage inversé, sur l’axe Z ! ! Direction de la force exercée Nous pouvons constater quaprès le voile noir, une perte de conscience survient aux alentours Extrait de linterview : de 5 G. Cette valeur est appelée G-LOC (en an- "Maintenant au lieu dêtre écrasé dans le siège, glais, «Loss Of Consciousness», perte de con- on est tiré vers le haut (voûte en verre située au- naissance). dessus du pilote). On a leffet inverse pour la cir- Le graphique nous précise aussi que la vitesse à culation. Les forces G- tirent le sang vers la tête, laquelle les G sont atteintes joue aussi un rôle. les jambes sont alors en manque de sang. Mais Par exemple si les 5 G sont atteints en lespace le vrai problème est au niveau de la tête..." de 5 secondes (voir courbe), le pilote perd con- naissance, alors que s’il monte progressivement, 11
  13. 13. Cette fois-ci, nous observons leffet contraire. La La première conséquence est la dilatation despression artérielle au niveau de la tête augmente vaisseaux sanguins (ils apparaissent alorsavec les forces G- et la pression au niveau des «rouge»). Ce phénomène apparaît aux alentoursjambes diminue. Les forces G sont alors une nou- de 2 à 3 G-. Si on continue à monter dans les G-velle fois supérieures à la pression artérielle. Le les vaisseaux sanguins éclatent et peuvent en-sang s’accumule donc dans la tête. La fré- dommager sévèrement les organes, non seule-quence cardiaque va donc s’intensifier pour es- ment les yeux mais aussi le cerveau."sayer de compenser la force tirant le sang vers Nous apprenons ici que la vue est touchée rapi-le haut. dement par la dilatation des vaisseaux sanguins.Si le sang s’accumule au niveau de la tête nous Nous obtenons un "voile rouge". Ce phénomènedevrions observer une dilatation des vaisseaux de dilatation des vaisseaux sanguins sappellesanguins, causée par une pression artérielle trop lanévrisme. Au delà des 3 G- le cerveau est tou-forte. ché.Voici un extrait du livre Physiologie aéronautique Les artérioles (artères de petit calibre, diamètredu docteur Henri Marotte : inférieur à 0.5 mm) éclatent menant à une perte de sang. Ce phénomène sappelle lhémorragie, qui est le stade supérieur à lanévrisme si la force exercée sur la paroi des vaisseaux est trop forte. Le fait que le sang s’accumule de plus en plus au niveau de la tête augmente la pression artérielle jusquà la rupture des ces parois des vaisseaux. Si les capillaires éclatent, ils se régénèrent avec le temps, causant seulement des dégâts tempo- raires. Par contre si un vaisseau plus important comme un artériole, cède, les dégâts sont trop importants menant à des dommages perma- nents. Dans le cas de loeil, si les vaisseaux les plus im- portants éclatent, loeil ne peut plus fonctionner! Extraits de «Physiologie aéronautique», Dr Marotte sans le sang, cela mène à la cécité (être aveu- gle), et dans le cas du cerveau, à une mort céré-Extrait de linterview : brale."Le corps humain nest pas aussi résistant aux En pratique, un violent passage dune situationforces G- que G+. Le flux sanguin est cette fois- de G- en G+ fragilise notre organisme le laissantci amplifié dans la tête et non dans les jambes. plus vulnérable aux G subis par la suite. 12
  14. 14. Extraits de «Physiologie aéronautique», Dr Marotte! !c) Accélération horizontale, sur l’axe X D’après les documents, nous pouvons conclure que lorganisme est plus résistant face aux for- ! en!ligne!droite! ces G qui sexercent horizontalement. Ceci est dû à la répartition de la force sur toute la lon- gueur du corps. En effet, durant une accélération horizontale, léquilibre de la pression artérielle dans le sys- ! tème cardio-vasculaire ne subit pas de change- ment. Il ny a pas de forces agissant sur une ! tire!le!pilote!vers!larrière! zone spécifique, mais elles sont plutôt réparties sur toute la longueur du corps. Il ny a donc pas! Sens de la force exercée de déséquilibre de pression à des niveaux diffé- rents du corps (tête, thorax et jambes).Extrait de linterview : Comme nous le montre le document, la pression"La situation quon rencontre surtout au décol- que nous subissons est une limite. Cette pres-lage est laccélération horizontale sur laxe x. On sion modifie la pression artérielle et ralentit la cir-est donc tiré vers larrière de lappareil. On sup- culation du sang : le travail du cœur s’en trouveporte mieux ces forces G que celles sur laxe z." augmenté. Toutefois l’obstacle rencontré par les pilotes est la compression de la cage thoraci-(Laxe y est la droite horizontale passant par les que, qui doit pouvoir se gonfler pour permettre ladeux épaules, dont les effets sont similaires à respiration.ceux rencontrés dans laxe x. le seul problèmespécifique à cette accélération est la difficulté dumaintien de la tête. On emploie souvent des har-nais pour fixer celle-ci.) 13
  15. 15. QUELLES SONT LES SOLUTIONS APPORTÉESPAR L’HOMME?a) Exercices quer la respiration après une expiration. Le point de fermeture le plus efficace est au niveau de la pomme dAdam. En prononçant le mot "Hick" et en bloquant sur le "K", on ferme automatique- ment le larynx pendant 3 à 5 secondes, compres- sant toute la poitrine avec le peu dair quil reste. Il faut ensuite finir la prononciation du "K", permet- tant une expiration rapide avant une profonde ins- piration, et enfin répéter le cycle. Linspiration ne devrait pas dépasser la seconde et lexpiration plus de 5 secondes. Sinon cela empêcherait complètement la circulation du sang menant à une perte de connaissance. Cette manoeuvre ! est efficace sur des courtes durées à forte pres- sion, mais commence à être fatigante après plu- sieurs minutes.Deux exercices sont recommandés durant des Ces manoeuvres ne suffisent pas à compensersituations de forte pression. la pression artérielle sur une durée de plus de 5 minutes à 5 G.Le premier consiste en une contraction de tousles muscles abdominaux et de ceux des jambes.En contractant un muscle, celui-ci va comprimerles artères (diminuer leur diamètre) facilitant la Documentsortie du sang vers la partie supérieure du extraits de «Physiologiecorps, ralentissant la chute progressive du sang aéronautique»,vers les pieds. Cette nouvelle force appliquée Dr Marottepar les muscles compense celle des forces G.Le deuxième s’appelle la manœuvre Hick, ils’agit d’une technique de respiration ayant lemême effet que la précédente, mais qui est plusfatigante sur le long terme. Elle consiste à blo- ! 14
  16. 16. Synthèse : Durant un virage ou une simple accélération, les forces G agissent de telle sorte quelles compres- sent le corps. Sur une durée de plus de 2 minu- tes, celles-ci vont changer la pression normale des vaisseaux sanguins, notamment celle des artères. Les forces G vont donc rendre la circula-!Extraits de «Physiologie aéronautique», Dr Marotte tion du sang plus difficile dans différentes parties du corps en fonction de la situation de vol. Cecib) La combinaison anti-g va empêcher lapport en sang régulier aux orga- nes, qui vont peu à peu arrêter de fonctionnerCest une combinaison que le pilote porte. Celle- convenablement. La partie la plus touchée du-ci se gonfle au niveau des jambes et de labdo- rant les manoeuvres est la tête. La mauvaise irri-men, forçant ainsi le sang à monter à la tête. Elle gation des yeux mène à la cécité, et dans le casapplique une force qui va jusquà 250 mm Hg du cerveau, celui-ci arrête de fonctionner me-(millimètres de mercure - unité de mesure de nant à une perte de conscience où dans un caspression), retardant ainsi le voile noir durant des de G-, à une hémorragie causant la mort céré-forces G positives. Son activation peut être ma- brale.nuelle, permettant au pilote de régler la pression,ou automatique, sactivant durant des manoeu-vres brusques, auxquelles le pilote na pas letemps de se préparer. Photo d’un pantalon anti-G 15
  17. 17. 2QUELS SONT LESEFFETS DE LAHAUTE ALTITUDESUR LE SYSTÈMECARDIO-VASCULAIRE?
  18. 18. QUELLES SONT LES PROPRIÉTÉS DE LAPRESSION EN ALTITUDE ET QUELS SONT SESINCONVÉNIENTS?Pourquoi nous donnons-nous autant de mal pour pressuriser les cabines des avions? Pour cela il fautéclaircir deux choses : l’approvisionnement des organes du corps humain en O2 et les changementsdu milieu par rapport à l’altitude.1. Le fonctionnement du corps humainLe dioxygène est indispensable à la vie. C’est pour obtenir du dioxygène que l’on respire. Il est indis-pensable au fonctionnement des organes. Pour cela deux réseaux fonctionnent en parallèle : le sys-tème sanguin et le système respiratoire.a) Le système respiratoireIl permet de transférer le dioxygène présent dans l’air vers le sang. Celui –ci est assez simple : grâceau recul du diaphragme, les poumons « aspirent » l’air (grâce au manque de pression). Une inspira-tion normale est d’environ 0.5 litre, selon l’état de santé d’une personne (les activités physiques prati-quées, et leur régularité, mais aussi tout ce qui contribue à la destruction de ce système, comme letabagisme). Puis en passant par les bronches et bronchioles, l’air arrive aux alvéoles pulmonaires oùl’échange s’effectue. Cet échange appelé hématose, est l’enrichissement du sang en dioxygène et letransfert du CO2 vers l’air. Lors de l’hématose, on égalise le taux de dioxygène (et de dioxyde de car-bone) dans le sang et dans l’air. Cet air plus riche en CO2 sera expiré, toujours grâce au diaphragmequi va comprimer les poumons (en les poussant). % de gaz dans l’air % volume de gaz dans Gaz inspiré (en volume) l’air expiré (en volume) Diazote 78 % 78 % 17
  19. 19. Schémas des échanges pulmonaires (Source ASP)b) Le système sanguin Le sang, comment ça marche?Le sang est bien sûr composé de globules rouges, de globules blancs, de plaquettes et de plasma.Les deux parties qui vont nous intéresser sont les globules rouges et le plasma. Le plasma est un li-quide jaunâtre qui sert à faire déplacer tous les autres composants dans les veines et les artères.Quant aux globules rouges, ce sont les cellules qui transportent l’O2. L’O2 est distribué aux globulesrouges au niveau des alvéoles pulmonaires, dans le réseau capillaire. C’est là que l’O2 passe dansles veines, où il se fixe à l’hémoglobine contenue dans les globules rouges. Le système circulatoireAprès cela, le sang est pompé grâce au cœur et Air inspiré Air expirépasse par une des artères. Chaque artère permet de (sur 100) (sur 100)réapprovisionner les organes en contact avec elle ouses artérioles (ramifications de l’artère) en dioxygèneet en nutriments, et ses derniers reviennent par les Dioxyde deveines vers les poumons. Cet échange se fait 0,03 5,5 carbonecomme l’échange pulmonaire : les taux d’O2 dans lesang et dans les organes sont égalisés. Autres gaz 1 1 18
  20. 20. Schéma du système circulatoire (Source http:// soutien67.free.fr)2. Le milieu de la haute troposphèreLa troposphère est la première couche de l’atmosphère, c’est d’ailleurs la seule couche ou une formede vie est possible. Le dioxygène est nécessaire à la survie des espèces. En général, l’air est compo-sé à 21 % de dioxygène. La quantité de dioxygène utilisable par l’être humain est plus faible lors-qu’on s’élève en altitude. Le graphique ci-dessous montre l’évolution de la pression dans la tropo-sphère. On observe que la pression diminue lorsqu’on s’élève en altitude, donc le dioxygène se raré-fie. Évolution de la pression en fonction de l’altitude (Source Blog de Philippe Boeuf)D’où la nécessité depressuriser la cabi-ne d’un avion : il y am o i n s d e d i o x y-gène, le corps nesupporterait pas lemanque d’oxygène.Mais ce n’est vala-ble que pour unmanque de dioxy-gène, pas une raré-faction ! 19
  21. 21. COMMENT NOTRE CORPS RÉAGIT-IL A UNERARÉFACTION DU DIOXYGÈNE?1. Le système pulmonaireHypothèses :1. On aspire plus d’air (donc le volume respiratoire augmente).2. On respire plus vite, la fréquence respiratoire augmente.Expérience à réaliser :Recréer le milieu de la haute atmosphère (ce qui veut dire une pression en-dessous de 1000 Hpa,d’au moins 100 Hpa) et mesurer :- Le volume d’une inspiration normale (courante)- Le nombre de respirations/ min (hyp.2).Dans un second temps reprendre les mesures (avec les mêmes conditions) au niveau de la mer.Résultats attendus :- Si le volume d’une inspiration normale augmente avec l’altitude, alors l’hyp. 1 est validée.- Si le nombre de respirations par minute augmente lorsque la pression diminue alors l’hyp.2 est jus-te : on respire plus vite lorsque la pression diminue.Résultats obtenus :L’hyp. 1 est fausse, le volume respiratoire n’augmente pas car le vo-lume respiratoire ne peut pas changer d’un seul coup, le seul moyende le changer est l’état de santé. Il y a cependant un changement, levolume d’air qu’on inspire peut être plus grand : on passera d’uneinspiration normale, courante, à une inspiration forcée, où le volumesera en effet plus grand. Le corps va donc utiliser les poumons plusefficacement, même si leur volume reste le même. Évolution du %VO2 Max en fonction de l’altitude (Source Guides AstroQueyras) 20
  22. 22. Les données présentées dans le tableau suivant 2. Le système cardio-vasculairevalident l’hypothèse 2. La première partie des hypothèses était dédiée Basse Altitude Haute au système pulmonaire. Qu’en est-il du système altitude moyenne altitude cardio-vasculaire? On peut apporter plus d’O2 19 au corps mais celui-ci doit encore être acheminéPersonne expirations / 26 jusqu’aux tissus. Mais comment réagit le sys- 1 tème cardio-vasculaire si ce n’est pas le cas? /min 17Personne expirations 25 / 2 /min Hypothèses  sur comment réagit le système 16 cardio-vasculaire:Personne expirations / 23 3 - C’est le sang qui circule plus vite. /min - Le sang est plus saturé en dioxygène.Donc lors d’une baisse de pression (et un man- - Il y a plus de globules rouges qui transportentque d’O2) le corps ne fait qu’accroître la fré- le dioxygène.quence respiratoire : on respire plus vite. - Les organes utilisent plus efficacement l’O2 queCette augmentation de la fréquence pulmonaire le sang met à disposition.est toutefois dangereuse. Lors d’une montée troprapide, en montagne, les risques d’œdème pul- Expérience :monaire sont plus importants. Un œdème pulmo-naire est un dysfonctionnement des capillaires On recrée le milieu d’une altitude où la pressionpulmonaires, qui provoque une accumulation de est moins importante, mais on mesure :liquide dans les poumons (où devrait seulement 1. La fréquence cardiaquese trouver de l’air). Pour faire passer l’O2 et leCO2, de l’air au sang, les capillaires ont une bar- 2. La saturation du dioxygène dans le sangrière, entre le sang et l’air. Cette barrière alvéo- 3. Nombre de globules rouges dans le sang et lalaire sécrète un liquide, qui permet d’arrêter le quantité de sangsang, et ne faire passer que les gaz. Cependant,il arrive que ce système dysfonctionne et que le 4. La différence de saturation en O2 entre les ar-liquide sécrété reste dans les poumons. tères et les veines Puis à nouveau on refait les mêmes mesures au niveau de la mer 21
  23. 23. Résultats attendus :1. Si la fréquence cardiaque augmente alors l’hypothèse 1 est vraie.2. Si la saturation d’O2 dans le sang augmente, cela veut dire que les globules rouges se chargentplus en dioxygène.3. S’il y a une augmentation de globules rouges, alors le sang déplace une plus grande quantitéd’O2, il y a un déplacement plus intensif.4. Si les organes utilisent mieux l’O2, il y aura moins d’O2 et donc celui-ci exercera une moins fortepression sur les parois de la veine, et permettra un meilleur échange entre les poumons et le sang.Résultats obtenus :Hypothèse 1 : validée  Moyenne altitude Haute altitude Basse altitude (1000-2000m) (2500m) Personne 1 101 battements/min 118 / 113-118 battements/ Personne 2 / 125 minLa fréquence augmente déjà à 1500 m (alti-tude moyenne) passant de 101 battements/min à 118.L’hypothèse 2 est fausse  : le sang est satu-ré, en condition normale, en dioxygène à100%. Comme il y a de moins en moins dedioxygène, le sang est de moins en moinssaturé.L’hypothèse 3 est fausse : en effet, à courtedurée (un vol, même de 15 heures) le corpsa à peine le temps de synthétiser une en-zyme, pour fabriquer de l’hémoglobine. Évolution de la saturation en O2 de l’air en fonction de l’altitude (Source Altitude MouthPiece) 22
  24. 24. Nombre de Hémoglobine Hématocrite* Altitude globules rouges Personne 1 5 millions 15,6 g 46,6 % 0m Personne 2 6,4 millions 20,1 g 59,5 % 4540 m*Hématocrite : pourcentage du volume des globules rouges par rapport au volume total de sangD’où cet engouement des sportifs pour la montagne, en effet : le corps s’accommode au climat, il pro-duit plus d’hémoglobine et ensuite de globules rouges. Grâce à cela la fréquence cardiaque selonl’effort diminue.Hypothèse 4 : Vraie et fausse Graphique de la pression de l’oxygène dans différents organes au niveau de la mer et au sommet de l’Everest (Source Shisha Pangma Expedition)En effet les organes utilisent moins d’O2, cependant ils n’ont pas reçu le même taux de dioxygène :les organes arrivent à 8000m à utiliser un sang qu’ils n’auraient jamais utilisé au niveau de la mer.AttentionSelon cette démarche, on pourrait penser que finalement il suffirait de s’acclimater, pour ne plus avoirà se soucier d’un manque de dioxygène.Le corps s’acclimate, en effet, mais jusqu’à un certain point. Le sang est homogène, un peu commede l’eau avec du sucre : on peut les mélanger jusqu’au point où l’eau sera saturée en sucre, et celui- 23
  25. 25. ci tombera, et sera une sorte de «poids mort ». De même pour le sang : à un moment il se formeraun reste de globules rouges qui ne sera pas mélangé au plasma. Le risque est qu’il y ait une forma-tion d’un groupe de globules rouges, bloquant les artères, ou que le sang soit trop épais pour que lecœur puisse pomper celui-ci.Mais jusque là nous n’avons parlé que de symptômes qui puissent résoudre ce manque de dioxy-gène. Et que se passe-t-il pour la personne qui n’a pas le temps de s’acclimater ? Comment tous lesorganes réagissent-ils au manque de dioxygène ?3. Les effets sur les organesExpérienceFaire subir à quelqu’un les conditions de haute altitude et observer l’évolution de ses facultés physi-ques et mentales.Résultat :On observe que le patient a des troubles aussi bien au niveau du comportement qu’au niveau mo-teur :Ci-joint une suite de nombre que la personne devait écrire.Déjà durant la première minute le patient voit sa faculté àécrire correctement baisser sans pour autant s’en rendrecompte. Puis le résultat dégénère.Ainsi un test similaire a été fait. Durant celui–ci un reporters’est prêté au jeu. Il devait, dans une chambre hypobare(mise sous basse pression, à la pression existant à 8000 msoit à peu près 300 Hpa) répondre à des questions simples.Au bout de 30 secondes, il commençait à donner des résul-tats faux et à devenir euphorique. Durant les calculs et au-tres exercices simples, il commençait à prendre de plus enplus de temps. Cependant, il ne s’en rendait pas compte. Écriture d’une suite de nombres par une personne à 7500m d’altitude au cours du temps (Source http://existenciel.free.fr) 24
  26. 26. M. Clervoy, a dû subir, comme chaque pilote tout Par rapport aux aptitudes physiques, les aptitu-les deux ans, un test visant à rappeler quelle des mentales sont modifiées beaucoup plussont les effets d’une hypoxie. Durant ce test, il tard : à 3000m les effets sont peu visibles : il n’ydevait aussi écrire des chiffres dans l’ordre dé- a qu’un léger trouble de la coordination motrice.croissant. En plus de cette difficulté à écrire, il Ce n’est qu’à 5000m que de véritables troublesressentait des picotements aux doigts et des du comportement apparaissent  : comme décritmaux de tête. Ces deux effets, qui n’ont pas été plus haut :notés dans le test précédent car le sujet ne le - Euphorieressentait pas, sont dus à l’euphorie et au man-que d’attention, provoqué par le manque d’O2. - Manque de jugementCes deux effets ne sont provoqués que par l’ac-croissement de la fréquence cardiaque (picote- - Perte d’attentionment) et le manque d’O2 (qui provoque ces - Comportements absurdes et désordonnésmaux de tête). Il y a aussi des problèmes liés aux 5 sens : l’ouïe comme la vue commencent à diminuer. Il y a des difficultés à voir correctement les couleurs et les reliefs ainsi qu’un problème d’accommodation de l’oeil.Les effets sur les facultés physiques, apparais-sent à partir de 3000m. Lorsque les muscles ontmoins de dioxygène, ils fonctionnent moinsbien  : on doit faire plus d’effort pour une mêmeaction. Les effets sur les organes autres que lesmuscles, sont une difficulté à les faire fonction-ner. Le dioxygène permet de produire de l’éner-gie, qui permet de faire fonctionner tout organe.Au niveau des cellules, les conséquences sontencore plus graves : une cellule privée pendanttrois minutes de dioxygène meurt. 25
  27. 27. 3COMMENTPRESSURISE-T-ONLES CABINES ETQUELS SONT LESRISQUES D’UNEDÉCOMPRESSION?
  28. 28. Pour survivre au déficit de dioxygène, le corps s’accommode. Cependant, pour pouvoir accéder à latrès haute altitude où le corps ne peut s’accoutumer, l’Homme a mis au point un système de pressuri-sation des cabines qui protège totalement les occupants.Pourquoi aujourd’hui tous les avions ou autres aéronefs volant à des altitudes supérieures à 5000-6000 m sont- ils pressurisés et leurs occupants sont-ils moins soumis aux contraintes liées à l’alti-tude? Comment y parvient-on, quels sont les systèmes à utiliser et mis en place ? On s’intéresse auxobjets volant et évoluant au-delà de ces altitudes, et constitués d’une cabine étanche dans laquellese trouvent les occupants pendant le vol. EN QUOI Le problème de la pressurisation a existé depuis les premiers vols : les personnes présentes à bord des premières montgolfiè- CONSISTE LA res ont été victimes de traumatismes entrainant parfois la mort. PRESSURISA- Un mécanisme précis a été mis en place pour protéger les êtres humains en haute altitude. En soi le problème de la pression TION ET n’est pas le plus important, car le corps humain s’adapterait aux COMMENT pressions de la haute altitude jusqu’à laquelle volent les avions, néanmoins la baisse de pression lorsqu’on s’élève entraine direc- PRESSURISE-T- tement une raréfaction du dioxygène par quantité d’air. Plus sim- ON UNE plement, lorsqu’un être humain inspire une bouffée d’air, la quan- tité de dioxygène présente dans cette bouffée sera plus faible. CABINE Pour la question de la pressurisation, le but est de restituer une D’AVION? certaine pression dans un environnement fermé, mais unique- ment pour que la densité en dioxygène de l’air soit appropriée. 27
  29. 29. 1. Qu’est-ce-que la pressurisation ? sphère terrestre, principalement pour plus de confort.La pressurisation d’une cabine consiste à rétablir La cabine est donc gonflée, elle doit donc résis-dans un espace étanche une atmosphère ne pro- ter à une pression beaucoup plus forte que cellevoquant pas de maux chez les individus pré- à l’extérieur qui crée des forces élevées sur lessents à l’intérieur. Pour y parvenir on modifie la parois, comme le montre l’expérience 1 - voir An-pression extérieure, dans le but d’obtenir une nexe page 40.pression correcte et donc une densité en dioxy-gène appropriée. Pour la régulation et pour avoir la capacité de contrôler cette pression, des fuites sont créées :Pour la survie des êtres humains il est aussi né- elles sont calibrées et ajustables (Out Flow Val-cessaire de maintenir une température et une hu- ves) et permettent de réguler la pression avecmidité appropriées, mais cela se fait plus facile- précision.ment (chauffage, dispersion d’eau).a) Définition et rôle 2. Comment pressuriser une cabine ?La problématique à laquelle ont fait face les con- a) Contraintes de construction de l’appareilcepteurs de systèmes de pressurisation pour les Avant de se préoccuper de la restitution de l’airaéronefs a d’abord été de protéger les occu- dans l’appareil, il faut s’assurer que la cabine depants contre les troubles liés à la haute altitude cet appareil est prête à contenir l’air à une pres-(voir II), puis d’assurer le confort et le bien-être sion très supérieure à celle à l’extérieur. La ca-des individus. La solution apportée est de régu- bine doit être très résistante pour tenir face à laler la pression à bord de l’avion, ou autre aéro- force exercée vers l’extérieur. Elle résiste trèsnef. peu à une différence négative (8psi / -1psi (1 psib) Utilisation et précautions (livre par pouce carré, unité de mesure de con- trainte de pression) = 6894,76 pa), elle n’est pasLors de la conception d’un avion transportant renforcée contre les pressions différentielles né-des passagers, il faut se conformer aux règle- gatives pour ne pas s’alourdir.ments aéronautiques qui indiquent que toutavion transportant du public et volant à une alti- La cabine peut résister à la différence de pres-tude de plus de 6000 mètres (20 000 pieds) doit sion entre l’intérieur et l’extérieur (la structure doitêtre pressurisé et doit rétablir une altitude cabine soutenir les efforts que cela engendre) unique-d’une valeur maximale de 2438 mètres en vol ment jusqu’à une certaine limite, appelée « deltanormal (8000 pieds). P max ». On observe lors de l’expérience 2 - voir annexe page 41 - que plus la structure de la ca-Les systèmes de pressurisation actuels rétablis- bine sera solide, moins elle se déformera. Onsent une pression correspondant à celle d’envi- constate aussi que si une partie de la structureron 1000-2500 mètres d’altitude dans l’atmo- résiste moins que le reste, celle-ci se déformera considérablement, matérialisant le fait que la ca- 28
  30. 30. bine doit être parfaitement homogène car la moindre brèche amènerait la cabine à se percer sousl’effet de la force qui pousse à la déformation.Une cabine peu résistante à la force générée par la différence de pression peut entrainer une rupturedes parois, comme lors de l’explosion du ballon de baudruche au cours de l’expérience 3 - voir an-nexe page 41.On peut justifier l’importance de la conception de la cabine par le fait qu’une décompression ferait sedéplacer l’appareil très rapidement en changeant soudainement de directions : l’expérience 4 - voirannexe page 42 - a montré que la ballon va se frapper contre les parois de la cloche à de multiplesreprises lorsque la pression redevient soudainement la même à l’intérieur et à l’extérieur (cas de ladécompression).b) Prélèvement de l’air L’air qui sera intro- duit dans la cabine est prélevé à l’exté- rieur de l’avion puis ses propriétés (pres- sion et température) sont modifiées. Cet air est prélevé au ni- veau des turboréac- teurs de l’avion. Dans un turboréac- teur l’air est accéléré Schéma d’un turboréacteur avec le cheminement de l’air et les prises d’air à haute pression (schéma réalisé par Yann Tarouilly) entre son entrée et ! sa sortie par la com- bustion du kérosène.Une hélice envoie de l’air froid dans le moteur (zone 1). L’air qui était à la pression extérieure est com-primé et la pression augmente (zone 2). La température augmente donc elle aussi (l’air qui sort duturboréacteur est à très haute température). Cet air comprimé à très haute pression passe dans lachambre à combustion. L’air est mélangé avec du carburant et le mélange est brulé. Deux prises depression installées sur le compresseur, à deux étages différents  permettent de prélever de l’air enfonction des différentes phases du vol (pendant la descente le moteur est à faible puissance : l’airest prélevé sur la prise haute pression (HP) / pendant la croisière où le moteur est à puissance éle-vée : l’air est prélevé sur la prise de pression intermédiaire (IP) qui offre une pression plus faible maisqui pénalise moins le moteur et sa consommation de carburant. Cette action est réalisée par deux 29
  31. 31. composants : un clapet anti retour IP qui empêche l’air prélevé de retourner dans le moteur et unevanne HP qui peut être ouverte ou fermée comme nécessaire. Ensuite une réaction aura lieu entrel’air et le kérosène ce qui entrainera l’accélération de l’air et aussi un très fort changement de tempé-rature (zone 3).La première fonction du système de prélèvement de l’air est de sélectionner de manière optimale lameilleure prise d’air sur le moteur. La seconde fonction est d’abaisser la pression et la températurede l’air afin d’assurer la sécurité des passagers, fonction réalisée par deux éléments principaux : lavanne de régulation de pression (PRV) (type papillon le plus souvent), qui module le débit d’air de fa-çon à ce que le flot d’air aval ait une pression plus faible et constante / et un échangeur de chaleur,le pré-refroidisseur, alimenté d’un coté par de l’air chaud venu du compresseur (via la PRV) et de l’au-tre coté par de l’air froid prélevé sur le canal d’air de FAN (air de FAN modulé par une valve spécifi-que (FAV) elle aussi le plus souvent de type papillon). De cette manière la température de l’air en sor-tie du pré-refroidisseur est abaissée.c) Maturation de l’airOn constate que si l’on prélevait directement l’air destiné à la cabine dans le milieu extérieur, la pres-sion serait incompatible avec la vie humaine. Ainsi la pression et la température de l’air sont précisé-ment modifiées aux travers de différents outils.L’air prélevé au niveau des compresseurs est sur pressurisé et trop chaud (environ 230°C). Par con-séquent, cet air est donc envoyé vers les circuits pneumatiques qui réduisent la pression et la tempé-rature, à des niveaux supportables pour les passagers. L’air est envoyé vers des transformateurs (ap-pelés « packs »). Ces derniers réduisent la température en mélangeant l’air destiné à la cabine avecde l’air dynamique (produit par la vitesse de l’avion). Cependant à la sortie des ces packs, l’air est trop froid (environ -20°C). On envoie donc l’air dans le compres- seur de la turbomachine, qui en augmente la pres- sion et donc aussi la tem- pérature. A ce niveau, la pression est acceptable. On envoie ensuite l’air vers un dernier échan- Schéma du prélèvement de l’air dynamique (schéma réalisé par Yann Tarouilly) geur «  principal  » qui abaisse la température.! 30
  32. 32. d) Système de régulation de la pression cabineUne fois dans la cabine, l’air ambiant doit conserver une pression appropriée et qui doit être approxi-mativement constante. Ceci est réalisé par un robinet qui s’ouvre et qui se ferme : le système de re-froidissement cabine. Ces valves éjectent de l’air en dehors de l’avion pour maintenir la pression.Le calculateur de pression estchargé de garder la pression en- Schéma des principaux agents de la régulation de la pressiondessous de cette limite « delta P (schéma réalisé par Yann Tarouilly)max» (voir I, 2, a). Dans le casoù il n’y parviendrait pas, il existedes soupapes de protection depression différentielle qui s’ou-vrent si la pression différentielledevient trop élevée.Une soupape de protection depression différentielle est instal- !lée par sécurité dans le cas où lacabine devrait faire face à une pression négative trop élevée, car la cabine n’est pas conçue pour ré-sister à ces valeurs de pression.Le but du système de pressurisation est de réguler automatiquement la pression de l’air dans le fuse-lage. Ceci est réalisé par la modulation de la quantité d’air qui s’écoule hors du fuselage à traversune ou plusieurs vannes de régulation de pression (« les robinets ») qui sont installés sur le fuselageou sur la cloison arrière. Sur les avions commerciaux mo- Schéma du conditionnement de l’air jusqu’à son arrivée dans la cabine dernes, des calculateurs com- (schéma réalisé par Yann Tarouilly) mandent ces vannes, en mesu- rant la pression à l’extérieur et à l’intérieur de l’avion, et grâce à des lois programmées, choisis- sent entre l’ouverture et la fer- meture des ces vannes. Les lois tiennent compte de la phase de vol (décollage, mon- tée, croisière, descente, atterris- sage, roulage).! 31
  33. 33. e) Évolution de la pression au cours d’un vol En (3) lavion fait un palier intermédiaire, la pres- sion cabine est maintenue constante, elle fait elleGraphique de la pression à l’intérieur de l’avion aussi un "palier".en fonction du temps. En (4) lavion reprend sa montée, la cabine suit (toujours sur une pente moins raide pour nos tym- pans, la limite est à environ 1000 ft/mn (ft/min si- gnifie pieds par minute, nombre de pieds dont on s’élève en une minute, 1ft = 0,3048m)). En (5) lavion se stabilise pour la croisière, la ca- bine également (avec un temps de retard). La différence entre la pression extérieure et la pres- sion intérieure est maximale et de lordre de 8 psi sur un un Airbus A340. Laltitude cabine maxi est limitée à 7350 ft ( 2240 mètres) ce qui permet à! Graphique de «l’altitude cabine» en fonction de lavion de monter à 41000 ft en respectant la Del- l’étape du vol (Source @mitucci.com) ta P max de 8,70 psi. En (6), lavion descend, la cabine aussi toujoursOn remarque que la pression à bord n’est pas moins vite afin de préserver les oreilles des occu-équivalente à celle à l’extérieur de l’avion, et que pants (la limite est à 750 ft/mn sur un Airbusla pression dans la cabine n’est pas celle au sol. A340). Ce nest pas grave, car la cabine étant plus "basse" que lavion, elle a de lavance.Détail des phases En (7), lavion stoppe momentanément sa des- cente, la cabine continue de «descendre» versEn (1) Le pilote applique la puissance de décol- laltitude du terrain darrivée moins léquivalentlage. La pression en cabine augmente légère- de 0,1 psi pour éviter les à-coups lors de latter-ment, la cabine "descend" et la pression différen- rissage comme lors du décollage.tielle sétablit à 0,1 psi afin déviter un à-coup depression au décollage. En (8) lavion touche le sol, la cabine «remonte» rejoindre son altitude, le contrôleur de pressurisa-En (2) lavion décolle, la cabine "monte" avec tion dépressurise doucement la cabine.lavion tout en restant à une altitude cabine infé-rieure à laltitude réelle de l’avion. La pente de lacourbe verte est moins prononcée que la rougecar la pression varie plus doucement en cabinequautour de lavion. Cette limitation du vario-ca-bine permet de ménager les tympans des occu-pants de lavion. 32
  34. 34. QUELS SONT LES RISQUES ET LESCONSÉQUENCES D’UNE DÉCOMPRESSIONSUR LE SYSTÈME CARDIO-VASCULAIRE?1. Qu’est-ce qu’une décompression? 3. L’embolieUne décompression a lieu lors d’une défaillance On observe que la baisse brutale de la pressiondu système de pressurisation, ou lors de la for- dans un liquide dans lequel du gaz est dissousmation d’une brèche dans la carlingue. entraine l’apparition de bulles. Ce phénomène peut être illustré dans les sodas ou le champa-Dans ce cas la pression diminue plus ou moins gne. Cela est dû à la loi d’Henry : "À températurerapidement selon la défaillance ou la taille de la constante et à saturation, la quantité de gaz dis-brèche. La raison de la décompression est la dif- sous dans un liquide est proportionnelle à laférence de pression entre le milieu extérieur et pression exercée par ce gaz sur le liquide".l’intérieur de l’avion. Lors d’une décompression,la pression redevient la même à l’intérieur et à Les gaz dissous dans ces liquides n’apparais-l’extérieur de l’avion. sent pas sous haute pression, mais lors de la dé- compression, ils se transforment sous forme ga-Une décompression crée une embolie. Lors zeuse, en bulles, avant de remonter à la surface.d’une décompression l’individu peut aussi êtrevictime d’une hypoxie ou effectuer de l’hyperven- On en déduit le même processus chez un êtretilation mais ces deux cas ne sont pas propres à humain : ce dernier en respirant intègre des gazla décompression, et peuvent survenir même dissous : l’oxygène ou l’azote principalement.lorsque la personne ne se trouvait pas aupara- L’oxygène est utilisé par le corps, mais l’azotevant dans un environnement pressurisé. est rejeté par la respiration. Lors d’une décom- pression, le même phénomène se produit: ces gaz dissous se transforment en bulles, dans les tissus et le sang.2. Qu’observe-t-on dans la cabine lorsd’une décompression? L’embolie est l’oblitération d’un vaisseau sanguin par un corps étranger, (l’embole) qui est charriéM. Clervoy nous a indiqué qu’une décompres- par le sang. Elle est appelée embolie gazeusesion soudaine entrainait directement la formation lorsque l’obstacle est une bulle de gaz, commed’un épais brouillard dans la cabine. Cela est dû lors d’une décompression.au refroidissement très rapide de l’air humide qui On constate que ces bulles sont surtout des bul-se trouve dans la cabine. L’eau contenue dans les d’azote, très présent dans le sang car nonl’air se condense et prend l’apparence d’unnuage. 33
  35. 35. consommé par les muscles comme le dioxygène o Si elle a lieu dans une veine aboutissant à unet très présent dans latmosphère. membre ou organe, l’individu peut être sauvé s’il est pris en charge pour enlever le caillot. L’usageAussi, si les bulles ne dépassent pas le diamètre du membre est souvent réduit suite à l’embolie.de la veine ou artère dans laquelle elles se trou-vent, elles ne sont pas dangereuses. Cependant, Si la décompression est rapide et très forte, unselon la gravité de la décompression elles peu- cumule de ces embolies est possible.vent devenir dangereuses si elles dépassent ce On remarque aussi que les cavités semi closesdiamètre. Les bulles sont considérées comme (oreille interne ou narines) de l’organisme sontinoffensives lorsque leur diamètre est inférieur ou affectées par les décompressions: les gaz peu-égal à 5 micromètres car elles ne se coincent vent atteindre 250% de leur volume initial et l’or-pas dans les conduits de vascularisation et ne ganisme n’a pas le temps de compenser.bloquent pas la circulation du sang. Le nombrede bulles dépend aussi de la gravité de la dé-compression, et doit rester sous un certain seuilpour ne pas se coincer dans les vaisseaux san-guins. Si elles dépassent ce seuil, des plaquet-tes sont sécrétées en grand nombre et le sangcoagule autour de la bulle et forme un milieu dés-hydraté : cela aggrave l’embolie.Bilan :Si l’embolie a lieu dans :o Une veine ou artère conduisant à un centre ner-veux (ex : moelle épinière ou encéphale), les sé-quelles sont très graves : paraplégie partielle outotaleo Une veine ou artère reliée au cœur ou aux pou-mons, les séquelles peuvent être très graves etentrainer la morto Si l’embolie est cérébrale, elle provoque un ar-rêt circulatoire dans le cerveau, et entraine unenécrose du tissu nerveux (mort des nerfs), abou-tissant à la mort rapide 34
  36. 36. 4QUELS SONT LESEFFETS DESRADIATIONSCOSMIQUES SURLA MORPHOLOGIEHUMAINE ?
  37. 37. QU’EST-CE QUE LES RADIATIONSCOSMIQUES?Les radiations cosmiques sont des radiations ionisantes qui proviennent du soleil. Les êtres humainsen sont normalement protégés grâce à l’atmosphère et au champ magnétique qui les empêchentd’atteindre la surface de la Terre. En elles-mêmes, ces radiations sont des particules énergétiquesqui se déplacent dans l’espace.EN QUOI CES RADIATIONS PEUVENT-ELLESDEVENIR DANGEREUSES LORS DES VOLS?D’après M. Clervoy, ces radiations ne sont absolument pas nocives pour des vols occasionnels. Ce-pendant elles touchent les personnes qui passent un temps considérable à des altitudes élevées,comme les pilotes de ligne ou certains astronautes.La seule conséquence de l’exposition prolongée à ces radiations est l’augmentation du risque decancer, mais cette augmentation est peu significative, le risque de développer un cancer est de 1 %de plus après 30 ans de vol par rapport à une personne non exposée en altitude à ces radiations, àun rythme de 1 000 heures par année. Très peu de personnes sont victimes d’une telle exposition.Cependant M. Clervoy nous a fait remarquer que cette exposition aux radiations cosmiques est priseen compte par exemple pour le choix de personnes allant passer un temps assez long dans l’es-pace, car ces dernières pourraient dépasser un seuil de radiation qui les obligerait à arrêter leur ser-vice.Il faut donc retenir que les radiations cosmiques ne sont pas dangereuses pour les personnes accé-dant à la haute altitude de façon occasionnelle, mais que le risque n’est pas négligeable pour les pro-fessionnels à qui un suivi très important est imposé. 36
  38. 38. CONCLUSIONDurant les vols, le corps est soumis à des forces, Pour permettre la vie en haute altitude sans trou-celles-ci apparaissent durant des virages ou des bles majeurs, les systèmes de pressurisation par-accélérations en ligne droite. Elles perturbent viennent à restituer une pression non dange-léquilibre de notre circulation sanguine menant reuse pour notre système cardio-vasculaire, attri-à une mauvaise irrigation des organes qui sont buée à une densité en dioxygène dans l’air ap-endommagés si le temps dexposition est trop propriée. Cependant, l’inconvénient de cette al-long. ternative est qu’une défaillance de ce système est donc très dangereuse : dans ce cas les indivi-Cependant, un élément qui influe aussi bien dus en plus d’être placés à une altitude non pro-dans les avions de ligne que dans les avions de pice à la vie (sichasse, est le manque de dioxygène dans l’atmo- l’avion est pres-sphère. Même sans aide extérieure, le corps s’y surisé), sont enaccommode  : hyperventilation et tachycardie plus victimessont des effets provisoires. Cette réaction du du soudaincorps face au manque de dioxygène est cepen- changementdant insuffisante pour approvisionner tous les or- de pression quiganes en dioxygène. A cause de cela nos aptitu- entraine l’embo-des physiques diminuent, puis nos capacités lie et peut êtrementales. Ainsi, à cause d’un manque de dioxy- t r è s d a n g e-gène, les organes peuvent être détériorés (si tou- reuse à une alti-tes les cellules ne reçoivent pas suffisamment de tude trop éle-dioxygène). Enfin à une altitude très élevée, soit vée.à plus de 5000m au dessus du niveau de la mer,des troubles visibles du comportement apparais-sent  : problèmes de lucidité et plus générale- Porte d’une cabinement de réflexion. pressurisée d’avion de ligne 37
  39. 39. RÉFÉRENCES SITES WEB (INFORMATIONS) Auteur/Organisme Titre de la page Disponible surAntoine Girard Dangers en altitude http://www.antoinegirard.info/montagne/danger/index.php Oedèmes Pulmonaires
 http://www.uvp5.univ-paris5.fr/PNEUMO-PRO/Cours/Dr Antoine Cuvelier, Pr Jean-Francois Physiopathologie, diagnostic, en_savoir_plus/rouen%20Oed%C3%A8mesMuir Principes du traitement %20Pulmonaires.htmRichalet Jean-Paul et Herry Jean- http://www.altitude.ch/altitude_info/ Réactions De Lorganisme À LaltitudePierre organisme_altitude.htmRichalet Jean-Paul et Herry Jean- Physiologie De Leffort http://www.altitude.ch/altitude_info/physiologie_effort.htmPierre Physiologie - laltitude - les effets deVolodalen http://www.volodalen.com/13physiologie/altitude.htm laltitude Expérience d’hypoxie sur le corps http://www.spi0n.com/experience-dhypoxie-sur-le-corps-Spion humain humain/ ( How to kill a human being –BBC horizon)DBO Comprendre lHYPOXIE http://www.skitour.fr/articles/read_39.htmlJean-Louis Garello L’hypoxie d’altitude http://existenciel.free.fr/securite/hypoxie/hypoxie.htm http://www.aqua4balance.com/fr/guerison-naturelle/Aqua4balance Air frais pour une bonne santé climatotherapie/air-frais-pour-une-bonne-sante.html http://www.staps.uhp-nancy.fr/foad_natation/Lahouari Bachir Les voluments respiratoires physiomusculaire/7_volumes.htm http://www.cap-concours.fr/enseignement/preparer-les- L’approvisionnement du sang enCap Concours concours/concours-de-crpe/l-approvisionnement-du- oxygène sang-en-oxygene-mas_vie_21 Pourquoi est-ce que les paquets de chips gonflent en montagne et que les http://philippe.boeuf.pagesperso-orange.fr/robert/Philippe Boeuf bouteilles deau sécrasent en physique/pression-altitude.htm redescendant en plaine?...sportscolaire.be Respiration http://www.frsel.be/IMG/pdf/03DossEns1.pdfDocteurs :Guenhaële DERVIEUX,Marie-Magdeleine DUMAS, Anh VanHOANG, Anne LEMIEUX, Simone http://www.dgdr.cnrs.fr/drh/protect-soc/documents/ Le travail en haute atlitudeMUNCH, Vincent NALINE, Frédérique Livret_Missions-Haute-altitude_2012.pdfROSENFELD, Catherine ROSSI-MAITENAZDr Gilles Perrin Effets de l’altitude http://www.medsyn.fr/perso/g.perrin/aero/plus/altitude.htm High Altitude Mountain Sickness and http://www.altitudemouthpiece.com/Altitude-Sickness-Michael D. Williams, DDS  Oral Appliance Therapy Research.html https://sites.google.com/site/albanandreotti/3-l-effet-de-l-Alban Andreotti L’effet de l’altitude (l’hypoxie) altitude-l-hypoxie http://www2.unine.ch/repository/default/content/sites/cep/Dr Michel Hunkeler Sport et Altitude files/shared/documents/Cours_Hunkeler/ sport_et_altitude.pdf http://www.adrenaline112.org/urgences/DUrge/DPhys/Dr Ph Rault Mal aigu des montagnes MAM.htmlJohan, Lisa et Mélody de Fréquence cardiaque et respiratoire : http://delarbreaupapier.wordpress.com/2012/02/06/Delarbreaupapier effet de l’altitude frequence-cardiaque-et-respiratoire-effet-de-laltitude/ http://soutien67.free.fr/svt/homme/corps/fonctionSoutien 67 Le fonctionnement du coprs humain %20corps%20humain.htm 38

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