11 novembre 2012 ~ 0 Commentaire

Voile gris – Voile noir (par le docteur Chérif Abdelkhirane)

Les phases d’hyperpesanteur qu’inflige la voltige procurent des sensations qui ne laissent aucun indifférent ; le sentiment résiduel, une fois au sol, répond à un système binaire : l’écoeurement ou le coup de foudre. Dans ce dernier cas, il est indispensable de maintenir l’esprit conscient et la vue claire pendant tout le déroulement d’un enchaînement en entraînement et a fortiori en compétition. L’avènement d’un voile troublant la vue, assorti ou non d’une viscosité de l’état de conscience n’est pas une rare éventualité en voltige, au contraire. Ceci est d’autant plus vrai que les limites des avions de voltige ne cessent d’être repoussées alors que la tolérance du corps humain admet toujours certaines limitations infranchissables malgré un conditionnement physique de plus en plus pointu. En effet, les avions de voltige actuels admettent des caractéristiques vélocimétriques et des profils aérodynamiques qui leur permettent des vitesses de mise en accélération défiant la physiologie humaine. Les nouveaux avions de combat portent une étiquette H.S.G. laquelle est l’acronyme de « High Sustained G » ; cette appellation répond à une application d’une accélération d’au moins 6 G durant au moins 30 secondes. La voltige civile n’est pas loin de ces deux critères puisque les 6 G sont largement outrepassés mais la durée d’application ne dépasse pas 5 secondes, habituellement. Dans le cas contraire, ce sont les voiles gris puis noir qui annoncent la plage rouge de l’accéléromètre humain. À travers cet article nous souhaitons décortiquer les mécanismes des voiles gris et noir survenant en voltige.

notions de base

Voile gris, voile noir…

Ces états sont définis de façon subjective par l’avènement, lors de l’établissement d’une accélération, de troubles visuels. Le voile gris caractérise les troubles visuels partiels c’est-à-dire vision trouble des objets, alors que le voile noir constitue la jonction ultime entre la cécité transitoire et la perte de connaissance. Ces voiles surviennent lors de mise en œuvre d’accélération +Gz. Ce type d’accélération engendre une force centrifuge laquelle se dirige de la tête vers les pieds, chassant ainsi le sang dans le même sens. La vidange sanguine ainsi réalisée au niveau des organes nobles comme la rétine et le cerveau crée une carence d’apport sanguin qui se traduit par des troubles visuels et/ou une perte de conscience, selon la brutalité des manœuvres de voltige effectuées.

Lors de vols en Gz négatifs, certains pilotes ont décrit un voile rouge fugace. La survenue de ce dernier est très inconstante.

Les vitesses de mise en œuvre des accélérations

Plus la vitesse d’établissement d’une accélération est importante, moins la tolérance est bonne. II s’agit là du jolt », qui est une dimension métrologique de la vitesse de mise en accélération ; son unité de mesure théorique est le m/s2/s ou mieux le G/s. En fait, la tolérance, à Jolt élevé, est elle-même fonction de la durée de son application. En effet, plus la durée d’application est longue, plus la tolérance est moindre, même si la valeur algébrique de l’accélération est faible. C’est ce que nous allons tenter de montrer dans ce qui suit.

Les seuils de tolérance

Nous nous limiterons à exposer les tolérances dans le domaine des accélérations ±Gz de longues durées qui sont celles qui concernent le plus l’organisme vivant (fig.1). Ce sont ces accélérations qui engendrent le plus d’effets sur l’organisme, notamment sur le système cardio-vasculaire. Précisons que tous les travaux ayant porté sur la détermination des seuils de tolérance des accélérations ont été réalisés sur des sujets en état de relaxation avec comme critères d’étude des troubles visuels (perte de la vision périphérique, perte de vision centrale) et la survenue d’une perte de connaissance.

Rôle de l’importance du Jolt

II revient à répondre à la question : quel est l’impact de la rapidité et la brutalité de la mise en œuvre de l’accélération sur la tolérance physiologique?

Pour des vitesses de mise en accélération inférieures ou égales à 0,2 G/s les seuils « moyens » d’apparition des troubles sont les suivants:

- Le voile gris apparaît autour de +4 Gz;

- Le voile noir apparaît autour de +4,7 Gz ;

- La perte de connaissance survient autour de +5,5 Gz.

À des vitesses de mise en accélération se situant entre 0,2 et 0,7 Gis, les réflexes régulateurs régis par les systèmes de détection des variations de pression et de volume, au niveau du système cardio-vasculaire, n’ont pas le temps de réagir. De ce fait, les seuils de tolérance se trouvent abaissés. Dans ces conditions, la perte de connaissance survient aux environs de +3 Gz chez un pilote ne pratiquant pas de manœuvre et ne portant de combinaison anti-G.

À un G/s, l’inertie du système régulateur de la circulation sanguine est telle que la masse sanguine n’a pas eu le temps de se déplacer: les seuils sont meilleurs que dans les conditions précédentes.

Au-delà de 5 G/s, la perte de connaissance survient d’emblée en quelques secondes, sans troubles visuels annonciateurs.

Rôle de la durée d’application de l’accélération

Le temps d’application d’un facteur de charge est également un facteur à prendre en considération. Examinons la figure 2. Nous distinguons 3 zones:

- Une zone sous la courbe, qui constitue la zone de tolérance relative;

- Une zone intermédiaire (gris foncé) correspondant à la zone dans laquelle surviennent les troubles visuels et donc des voiles gris et noir;

- Enfin, une zone supérieure (gris clair) dans laquelle surviennent les troubles de conscience.

Examinons la courbe de tolérance des accélérations selon la durée d’application.

Dans le cas de figure n°1, le sujet subit une mise en accélération à 3 G/s aboutissant très rapidement (3 s) à + 9 Gz qui seront maintenus. Il en résulte une perte de connaissance d’emblée sans troubles visuels annonciateurs.

Dans le cas n°2, pour une accélération-cible de 5 G, le sujet est soumis à un jolt de 0,4 G/s. Dans ces conditions, les troubles visuels surviennent et persistent assez longtemps (une dizaine de secondes) sans qu’une perte de conscience ne se manifeste.

Dans le cas n°3, l’accélération +6 Gz est atteinte avec un jolt de 0,2 G/s, mais la durée d’application (plus de 30 secondes) est telle que la perte de connaissance survient après la survenue d’un voile gris puis noir.

Cette analyse nous montre en fait, que le pilote peut subir des accélérations importantes sans avoir de troubles visuels ni syncope à condition que le rétablissement à l’accélération de référence (+1 Gz) soit très bref. Ceci est illustré par le cas de figure n°4 où le pilote subit une accélération de +10 Gz atteinte à 7 G/s avec retour quasi immédiat à +1 G à la même cadence. À l’inverse, le fait d’appliquer une accélération de moyenne intensité avec faible Jolt peut également aboutir à des troubles visuels et à une syncope si la durée d’application est suffisamment longue.

Mécanismes du voile et de la syncope

Bases biophysiques

L’écoulement du sang dans les vaisseaux est régi par de nombreux facteurs tels que la pression d’éjection engendrée par le muscle cardiaque, la viscosité du sang, le comportement des parois vasculaires ou encore la pression hydrostatique due à la différence de hauteur entre l’organe distributeur (cœur) et l’organe receveur (oeil ou cerveau par exemple). Tous les facteurs physiologiques évoqués plus haut se conjuguent dans une approche de mécanique des fluides. Aussi, si l’on néglige la viscosité du sang puisqu’elle ne varie pas du coeur aux yeux et si l’on considère que les conditions de contrainte des parois des vaisseaux restent identiques lors des variations des mises en œuvre des accélérations, on s’aperçoit que seuls deux facteurs apparaissent déterminants : la pression d’éjection du coeur et la pression hydrostatique (fig. 3).

La pression d’éjection à la sortie du coeur correspond en fait à la tension artérielle au niveau de la portion initiale de l’aorte et admet comme valeur numérique habituelle 120 mmHg (mm de mercure).

La pression hydrostatique est, quant elle, la composante de 3 facteurs : la masse volumique du sang à 37°C (r), la hauteur séparant le point receveur (h) du point distributeur et l’accélération appliquée au système (g). En termes mathématiques, la pression hydrostatique (PH) peut s’écrire sous la formule :

PH= p+ h.+ y(1)

Nous voyons d’emblée l’importance que peut prendre la valeur algébrique du facteur de charge (g).La hauteur h ne changeant pas et demeurant égale avant et après la mise sous accélération, chez l’homme, à près de 30 cm, la PH équivaut à 22 mmHg à l’entrée du crâne.

En négligeant la pression due à l’énergie cinétique, la perfusion sanguine d’un organe A correspond à la différence entre la pression de perfusion totale (soit la pression à la sortie du coeur) et la pression hydrostatique régnant à l’entrée des artères de ce même organe A.

Ainsi, on écrira que la pression de perfusion au niveau de l’organe A équivaut à

PperfA = Pcœur + Pcinétique – PHA (2)

Pcinétique est négligeable,

d’où (2) devient :

PperfA = Pcœur – PHA (3)

À partir de l’équation (3), il est possible d’étayer toutes les possibilités rencontrées en voltige selon l’importance de l’accélération. À 1 G, PH = 22 mmHg, ce qui nous permet d’avancer que le produit (p * h) équivaut à 22. De là, l’équation (3) devient :

PperfA = Pcœur – 22*y (4)

Les voiles et la perte de conscience

Soulignons que l’œil est une structure rigide englobant une espace liquidien qui lui-même admet une pression : la pression intraoculaire. La valeur de cette dernière est de 20 mmHg. Cette pression se comporte comme un obstacle supplémentaire à l’arrivée du sang éjecté par le cœur. Néanmoins, dans des conditions normales (au sol et sans accélération), la pression de perfusion assurée par le coeur (PH déduite) est nettement supérieure à la pression intraoculaire.

À 4 G, PperfA = Pcœur – 22*y devient 120-(22*4), soit 32 mmHg. La perfusion des yeux est altérée car la soustraction de la pression intraoculaire de 20 mmHg ne laisse que 12 mmHg, pression insuffisante pour assurer une vision normale, d’où l’émergence d’une vision trouble ; phénomène plus communément connu sous le vocable: voile gris.

À 5 G, PperfA = Pcœur – 22*y devient 120-(22*5), soit 10 mmHg. La pression intraoculaire n’est plus possible le gradient de pression étant inversé (10-20 = -10 mmHg). C’est le voile noir.

À 5,5 G, PperfA = Pcœur – 22*y devient nulle 120-(22*5,5). À cet instant, la pression du sang pénétrant dans le crâne est nulle et aucune perfusion du cerveau n’est possible. Parfois, il s’opère même une aspiration du sang depuis le réseau artériel cérébral si l’accélération est supérieure à 6 G. C’est la syncope.

Les moyens de protection

Les moyens disponibles en voltige civile se limitent en pratique aux manœuvres volontaires et aux astuces personnelles. En revanche, l’aviation militaire dispose d’un arsenal plus fourni. Précisons que les moyens de protection concernent les accélérations +Gz seulement.

1-La manœuvre dite M1

La plus connue. Elle permet d’élever le seuil de tolérance de 1,5 Gz. En pratique, elle consiste à rentrer la tête et le cou dans les épaules (afin de diminuer la distance cœur-cerveau), à se pencher en avant en contractant les muscles du tronc et des cuisses, puis à expirer lentement et régulièrement, glotte semi-fermée. En réalité, c’est essayer de se recroqueviller en grognant. Si l’accélération se prolonge (au-delà de 15 secondes), il est utile d’entreprendre des inspirations superficielles et brèves (3-5 secondes) afin de garder la même pression intra-thoracique et intra-abdominale. II est important de souligner que l’inspiration qui succède à une expiration doit être brève, parce que la tension artérielle chute pendant l’inspiration. Le rendement de cette manœuvre peut être amélioré par un entraînement en centrifugeuse, mais cette méthode est loin d’être accessible aux pilotes civils.

2-La musculation

Bien dirigée, la musculation permet de fournir des pressions intra-abdominales suffisantes pour ralentir le transfert de la masse sanguine d’une extrémité du corps à l’autre. Une sangle abdominale efficace peut remplir la fonction d’une véritable combinaison anti-G!

3-L’entraînement physique

Comme nous l’avons déjà précisé plus haut, l’entraînement est un atout non négligeable aussi bien pour la réussite d’une compétition que pour la sécurité du pilote. Son but n’est pas seulement de doter le pilote d’une confiance en soi mais également de mettre en place un endoctrinement disciplinaire.

4-Les inclinaisons

Les changements de position du corps et/ou du siège ne sont pas possibles dans les avions de voltige civile. Ceci pour au moins deux raisons:

- La conception de sièges inclinables automatiquement est onéreuse; le concept du siège incliné de façon fixe est peu acceptable.

- Pour un meilleur repérage visuel, le dos doit être quasi perpendiculaire au fuselage.

En plus de ce qui a été développé plus haut, l’aviation militaire dispose de moyens de protection de haute technologie tels que les combinaisons anti-G, la respiration en surpression et l’inclinaison des sièges. Ici, l’inclinaison du siège dès la conception permet de réduire le facteur de charge de façon non négligeable. À 60° d’inclinaison, une accélération de 7 G n’est ressentie que comme 3 G. Pour mémoire, le siège de l’Alfajet a une inclinaison de 22°, celui du Mirage 2000 26° et celui du Rafale 38°. Pour les deux premiers, 7 G sont ressentis comme 6.

Conclusion

En voltige civile nous ne disposons que de peu de technologie permettant une bonne protection contre les lourds facteurs de charge. Les moyens de protection sont à développer par chaque pilote et se basent sur :

- Un bon entraînement physique afin d’affûter sa fonction cardio-circulatoire (rythme cardiaque bas et tension artérielle stable),

- Une sangle abdominale bien musclée afin de réaliser soi-même sa combinaison anti-G,

- Une bonne maîtrise des manoeuvres lors des entraînements techniques (répétitions de programme),

- Et enfin, une bonne connaissance théorique des limitations physiologiques et des possibilités de modification de leurs seuils.

Cette maigre liste constitue le minimum indispensable à tout « voltigeur’ ; en l’appliquant elle lui garantit une réduction de 1,5 G du facteur de charge qu’il subit en temps réel.

  1. Dr. Chérif ABDELKHIRANE

Fig. 1 – Plage de tolérance anatomique et physiologique aux accélérations selon la durée et le sens d’application du facteur de charge Gz.

Fig. 2 – Tolérance aux accélérations + Gz de longue durée en fonction de la vitesse d’établissement de l’accélération chez un sujet non protégé.

Fig. 3 – La perfusion sanguine des organes supracardiaques dépend de la pression cinétique du sang s’acheminant dans les vaisseaux et surtout de la pression hydrostatique (PH) qui elle-même dépend de la hauteur (h) séparant l’organe du coeur, de la masse volumique du sang (p) et de l’accélération (y).

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