PLONGÉE A SATURATION DANS UN TUNNELIER

 

Jean-Claude LE PÉCHON*, Walter STERK**

 

*        Ingénieur Conseil - JCLP HYPERBARIE

**      DADCODAT (Hollande)

 

1 - INTRODUCTION

 

Depuis TransManche, où la pression prévue pouvait atteindre 10 bars, la question des interventions d’entretient des roues de coupe des tunneliers lorsque la pression est très forte est posée. Le chantier sous l’Elbe a donné lieu à des changements d’outils en immersion dans la bentonite jusque 4,2 bars par des scaphandriers, et le Chantier de Westerschelde, qui passe à 65 mètres sous l’Escot, a été prévu pour pouvoir éventuellement intervenir jusqu’à 8 bars.

 

2 - ORIGINE DU PROBLÈME

 

Lorsque la pression d’intervention atteint 3,5 bars et plus, trois phénomènes viennent rendre les conditions de travail difficilement acceptables et entraîne l’obligation de prévoir de nouvelles méthodes d’intervention ne recourant pas à la respiration de l’air comprimé et prévoyant des modalités de décompression compatibles avec les longs séjours sous pression.

 

2.1 - Effets de la densité du gaz

 

Les résistances respiratoires liées à la ventilation de gaz denses croissent comme la racine carrée de cette densité à vitesse d’écoulement constant, et avec le carré de la vitesse pour une ventilation à débit variable. La combinaison de ces deux aspects de la mécanique ventilatoire rend tout travail physique difficilement réalisable pour les personnes dont les caractéristiques pulmonaires ne sont pas celles d’un athlète entraîné. Or les hyperbaristes, malgré une sélection médicale adaptée, sont limités quant à leur condition physique moyenne et on ne peut raisonnablement les charger d’effectuer des changements de molettes lourdes, rapidement sans risque d’essoufflement.

 

Pour réduire la densité du gaz respiré aux fortes pressions, les plongeurs ont depuis longtemps adopté les mélanges à base d’hélium, qui sont d’ailleurs obligatoires à partir de 6 bars (ou 60 mètres en plongée) quelque soit le type de travaux ou les conditions d’interventions hyperbares (Décret du 28 mars 1990).

 

2.2 - Effet de la narcose à l’azote

 

L’azote respiré à des pressions partielles élevées, a partir d’environ 3,5 bars, provoque des symptômes “d’anesthésie partielle”, que l’on qualifie de narcose à l’azote (ou en plongée d’ivresse des profondeurs”). Les manifestations sont une baisse de vigilance, des troubles de la mémoire immédiate, un comportement rappelant celui de l’ivresse alcoolique. En particulier lorsque les expositions au sec rassemblent plusieurs personnes, l’ambiance est très chaleureuse et peu propice à une travail efficace et sans risques d’accident du travail.

 

La pression partielle d’azote qui semble acceptable pour changer des outils ou inspecter des structure de tunneliers par de hyperbaristes de la mention D se situe autour de celle produite par l’air comprimé vers 3,5 à 4 bars (PN2 = 3,2 bars environ).

 

Pour réduire cet effet narcotique, l’utilisation des mêmes mélanges contenant de l’hélium résout aussi ce problème car l’hélium n’a aucun effet physiologique notable dans cette gamme de pression si ce n’est qu’il entraîne une déperdition calorifique rapide par l’atmosphère ambiante du fait de sa forte conductibilité thermique.

 

2.3 - La décompression

 

Les gaz respirés sous pression se dissolvent dans l’organisme progressivement au cours de l’exposition hyperbare, et ce d’autant plus rapidement que la pression est élevée. Avant le retour à la pression atmosphérique il faut avoir éliminé la majorité de ces gaz dissous sous peine de voir apparaître des symptômes de la maladie de la décompression qui peuvent être très graves et sont de toutes façon non acceptables.  

 

Dès que les pressions deviennent fortes et les durées de séjour de travail importantes les durées minimales de décompression, malgré la respiration d’oxygène au cours des paliers de décompression pour en raccourcir la durée et améliorer la qualité de la procédure, deviennent largement supérieures au temps de travail lui même.

 

Depuis 1961, notamment sous l’impulsion de J.Y. Cousteau et de la Marine Américaine, l’idée de laisser les plongeurs vivre à une pression accrue a permis les maisons sous la mer, puis avec Fructus et Delauze la plongée industrielle dite à “Saturation” pour laquelle les scaphandriers sont confinés à une pression proche de celle correspondant à la profondeur du chantier. A cette pression ils absorbent dès les premières 24 heures de vie en pression la totalité du gaz qui peut se dissoudre à cette pression, alors la durée de séjour n’a plus d’influence sur celle de la décompression. Le confinement a lieu dans des caissons situés sur le pont des navires et un transfert par caisson immergeable (la tourelle de plongée) permet des interventions de longues durées pratiquement sans décompression et donc sans risques de maladie de la décompression pendant la phase de travaux. Lorsque les interventions sont terminées ou après un séjour de l’ordre de 3 semaines, la décompression finale est entreprise pour l’équipe, décompression qui dure plusieurs jours et dont la durée ne dépend que de la profondeur du confinement et des gaz respirés dans l’habitat pressurisé. (voir photo sur le site www.hyperbarie.com)

 

Photo n° 1 : Vue de l'habitat pendant sa construction

 

Cette technique est éprouvée et vient encore d’être mise en oeuvre pour le pompage de l’Erika au large de la Bretagne. Des interventions commerciales avec cette procédures ont été réalisée au delà de 300 mètres (30 bars). Avec les mélanges Héliox (hélium/oxygène) le plus souvent utilisés en plongée à saturation, il faut prévoir une durée de décompression d’environ 1 jour pour chaque tranche de 30 mètres de profondeur.

 

3 - Travaux en tunnelier

 

3.1 - TransManche - 1987

 

Lors de la préparation de TransManche, une étude de faisabilité d’intervention à 10 bars a été demandée par Robbins à JCLP HYPERBARIE, pour la conception du sas du tunnelier  T1.

 

La transposition de techniques de plongée a donc été étudiée, mais le budget de ce type d’opération hyperbare a été jugé, à juste titre, comme non nécessaire compte tenu des conditions de terrain et des probabilités d’intervention. Les techniques de congélation et de traitement de terrain pouvant apporter une solution.

 

3.2 - L’Elbe à Hambourg - 1998

 

Pour le projet de passage sous l’Elbe à Hambourg, la pression prévue pouvait atteindre 4,2 bars. Logiquement la question pouvait être à nouveau posée. Mais la solution retenue a consisté à faire appel exclusivement à des scaphandriers qui sont d’ailleurs souvent intervenus en immersion dans la bentonite car la faible couverture interdisait la mise sous air comprimé de la face. Les travaux ont eu lieu à l’air comprimé avec décompression à l’oxygène comme imposé par la réglementation allemande applicable. Cependant, pour faire face à un éventuel accident qui serait survenu sous pression, la notion de transfert par “caisson navette mobile” a été retenue, et l’un des sas était muni d’un clamp type OTAN (non utilisé en France) pour recevoir un caisson d’évacuation, lui-même susceptible d’être connecté à un caisson de décompression installé sur le site.

 

3.3 - Tunnels de Westerschelde - 2000

 

Lors de la préparation du chantier la faisabilité de ce type d’interventions a été étudiée pour une pression maximale de 8 bars. Lors du déroulement des travaux il est apparu que la pression maximale devrait toujours être inférieure à 7 bars.

 

Les moyens techniques ont été rassemblés :

 

Un habitat pressurisé pouvant accueillir 9 scaphandriers en séjour prolongé a été aménagé par HYTECH à partir des modules récupérés lors du démantèlement du centre de recherche sur la plongée profonde du GUSI (caisson 60 bars...) : Deux caissons “vie” fixes sont connectés entre eux et par un clamp connectables à une navette hyperbare. Cette navette, prévue en double exemplaire peut accueillir 4 personnes elle est semi-autonome et permet de maintenir une atmosphère synthétique pendant une durée pouvant atteindre 24 heures en mode secours et 4 heures en mode nominal. (Photo n° 1).

 

Photo n° 1 : Vue de l'habitat pendant sa construction

 

 

Les 2 tunneliers Herrenknecht, sont équipés chacun de 2 sas, dont l’un comporte le clamp de connexion avec la navette elle-même transportée depuis la zone du site aménagée pour l’habitat pressurisé sur un train spécifique. Le transport à l’intérieur du tunnelier étant réalisé par plusieurs systèmes de ponts roulants et de glissières.

 

Au fur et à mesure de l’avancement du creusement et de l’accroissement de la pression, des travaux hyperbares ont été conduits selon la méthode standard à l’air avec décompression à l’oxygène jusque 4,5 bars, puis des interventions de courte durées avec des mélanges ternaires (Oxygène/Azote/Hélium) ont servi aux interventions dans la zone des 5 bars. Les tables utilisées ont été calculées par DADCODAT. Enfin la méthode dite de saturation a été mise en oeuvre pour 6,9 bars pour deux opérations successives, chacune sur l’un des tunneliers pour changer les 2 x 12 outils de surcoupe.

 

Ce sont les Scaphandriers professionnels de NOORDHOEK qui ont effectué ces travaux, en immersion dans la bentonite car la faible couverture, comme à Hambourg, n’a pas permis de travailler au sec.

 

4 - LA MÉTHODE DE SATURATION

 

Compte tenu des contraintes liées à l’obligation de travailler dans une ambiance non respirable d’air comprimé dans la bulle d’air (éventuellement dans la chambre de coupe), toutes les interventions de ce type ne peuvent être réalisées que sous une protection des voies respiratoires par un masque délivrant le mélange adapté à la pression (composition, température, débit...). S’il s’agit de travail en immersion, alors l’équipement de l’intervenant est celui d’un scaphandrier profond (casque, vêtement sec, lest....).

 

A l’occasion des transferts dans la navette et des passages dans le sas du tunnelier, il était important de pouvoir respirer de l’air comprimé aux environs de 4 à 5 bars pendant de phases sans activités intenses ni complexes. Le choix de cette technique a simplifié considérablement les problèmes de contamination des différentes atmosphères entre elles (sas, navette, habitat).

 

C’est la raison pour laquelle le choix des gaz respirables proposés par JCLP HYPERBARIE s’est porté sur une série de mélanges ternaires dont les pressions partielles d’azote ont été maintenues aussi constantes que possible au cours des différentes phases des opérations.

 

Pour les interventions qui ont été réalisées, à 6,9 bars il y a donc eu 3 mélanges respiratoires principaux différents :

 

Le mélange de l’Habitat : à 4 bars(g), Oxygène 0,4 bars, Azote 3,6 bars et Hélium 1 bar. Ce mélange et aussi celui de navette à l’aller.

 

Le mélange fond : à 6,9 bar(g), (Oxygène 0,95 b/Azote 3,8b/Hélium 3,15 b). Ce mélange est respiré dès que la pression est accrue dans le sas au delà de 4 bars à l’aller, évidemment avec des pressions partielles des constituants moindres (figure n° 1).

 

Le mélange de décompression retour vers l’habitat, qui n’est d’autre que de l’air comprimé, respiré entre 5 et 4 barsg pendant 2 paliers de décompression effectués dans le sas puis dans la navette pendant le trajet de retour (calculs par DADCODAT).

 

 


 

Figure 1 :         Exemple des différentes pressions partielles de gaz respirés pendant les diverses phases de l’intervention.

 

 


Pour la décompression finale calculée par JCLP HYPERBARIE, le mélange évolue sans cesse avec la pression décroissante maintenant d’abord une valeur constante pour PO2 puis contrôlant la concentration d’oxygène entre 21 et 23 %.

 

5 - RÉSULTATS

 

Une première saturation a permis à l’occasion de 14 sorties de l’habitat (7 jours) de changer les 12 outils de surcoupe du tunnelier n° 1.

 

Cette première opération avait été précédée d’une simulation à 1 bar dans l’habitat, la navette et le sas, sous le contrôle de JCLP HYPERBARIE, pour la formation du personnel à ces techniques particulières même pour des scaphandriers. Les opérateurs étaient tous déjà intervenus pour des changements d’outils dans ces mêmes tunneliers jusque 4,8 bars.

 

Aucune difficulté particulière n’est apparue pendant la première saturation si ce ne sont quelques symptômes mineurs lors de la décompression finale, corrigés facilement par une simple recompression de 2 mètres, et de la respiration d’oxygène au masque. Ces symptômes ont montré que, compte tenu probablement de la différence de pression relativement forte entre l’habitat et le niveau vie, la décompression finale était un peu trop rapide. Elle était cependant prévue pour durer plus de 3 jours.

 

Pour la seconde intervention (12 outils changés en 6 jours dans le tunnelier n° 2) quelques modifications ont été apportées à la décompression finale pour éliminer ces problèmes.

 

L’ensemble des décompressions conduites après les interventions et pour la décompression finale ont été suivies par DADCODAT avec un détecteur de bulles circulantes. Les bulles sont toujours restées en deçà des seuils critiques.

 

6 - CONCLUSIONS

 

Les techniques d’intervention à fortes pression, qui étaient restées jusqu’à présent du domaine de l’étude de faisabilité, et qui y étaient cantonnées du fait des coûts associés, sont sorties au grand jour. Moyennant une préparation et la mise place de structures adaptées il est dorénavant démontré qu’il est possible d’intervenir au moins jusqu’à 6,9 bars, éventuellement en plongée dans la bentonite, dans un tunnelier.

 

Les perspectives, pour un accès à ces pressions au sec seront d’abord d’examiner si des hyperbaristes non scaphandriers seront prêts à accepter les conditions de confinement associées à ce type de travaux hyperbares, et quelle sera la formation à leur proposer ou s’il faudra exclusivement réserver ces travaux à ces spécialistes.

 

Pour des pressions plus importantes, le choix des mélanges sera un peu plus compliqué et les procédures plus coûteuses en gaz car l’air comprimé ne pourra être respiré à aucun moment de la procédure.

 

Enfin, les gaz respirés pendant le travail devront un jour être récupérés et des appareils de protection des voies respiratoires adaptés devront être spécialement imaginés. Pour ces projets futuristes mais sans doute pas si lointains, les technologies sont disponibles, mais la phase de développement reste à conduire...quand le besoin sera-t-il d’actualité ?

 

 

ÉLÉMENTS DE BIBLIOGRAPHIE  :

 

1 -      La Plongée Profonde, Éditions Technip, Publication de l’Institut Français du Pétrole 1970

2 -      Engineering and Health in Compressed Air Work; Jardine and McCallum E&EN SPON - 1992

3 -      Travaux en milieu hyperbare, Mesures particulières de prévention; J.O. Brochure 1636, Décret du 28 mars 1990 et arrêtés d’application.

4 -      Dictionnaire permanent Hygiène et Sécurité, Rubrique : Travaux et Activités Hyperbares  Éditions législatives, 80, rue de la Marne, 92546 Montrouge CEDEX