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LES DETENDEURS Introduction Historique Les détendeurs à un étage Les détendeurs à deux étages Principe de fonctionnement Détendeur 1er étage non compensé à clapet simple - membrane Détendeur 1er étage a piston non compensé Détendeur 1er étage à piston compensé Deuxième étage non compensé et compensé Principale panne et prévention Givrage du détendeur Choix d’un détendeur Introduction

Le niveau 4 vous donne la responsabilité d’une palanquée, vous devez : - Connaître le fonctionnement du matériel de vos plongeurs en particulier le détendeur - Définir l’agencement des sorties du premier étage et le positionnement de l’ensemble sur la robinetterie afin de maîtriser les interventions d’assistance en plongée. - Prévenir afin d’éviter les disfonctionnements en plongée - Analyser et résoudre les disfonctionnements (incidents et les pannes) au niveau de l’utilisateur avant et pendant la plongée. -Connaître le degré de gravité afin de gérer les disfonctionnements au niveau de l’encadrant avant et pendant la plongée…….PLONGER ou NE PAS PLONGER - Conseiller l’utilisateur sur l’achat en fonction de la pratique de loisir désirée et la maintenance d’utilisateur

Un peu d’histoire Ce sont Benoît Rouquayrol et Auguste Denayrouse qui, en 1863, inventèrent « l'aérosphère », ancêtre du détendeur. L’appareil Rouquayrol-Denayrouze Par arrêté du 2 octobre 2006, le seul appareil plongeur Rouquayrol-Denayrouze conservé, a été classé au titre des monuments historiques, à Espalion (12). Benoît Rouquayrol, ingénieur des mines, obtient en 1860 un brevet pour un régulateur de l’écoulement des gaz comprimés, conçu pour le sauvetage des mineurs, dans une atmosphère irrespirable ou des zones inondées. La rencontre entre Rouquayrol et le lieutenant de vaisseau Auguste Denayrouze aboutit à la mise au point d’un appareil respiratoire autonome permettant d’évoluer en milieu sous-marin. Un réservoir d’air communique avec une chambre de décompression coiffée d’une membrane en caoutchouc qui actionne la soupape régulatrice de l’air comprimé. L’appareil

CCOODDEEPP 0011 -- FFOORRMMAATTIIOONN NN44

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classé est le prototype du régulateur basse pression du modèle 1864, qui obtient la première médaille d’or à l’exposition universelle de 1867. Sa capacité est d’un quart d’heure à moins dix mètres. Cet appareil est cité par Jules Vernes dans "Vingt mille lieues sous les mers"

Appareil régulateur de gaz Rouquayrol et Denayrouze En 1926, le commandant Yves Le Prieur améliore le système. Jacques Le prieur : De 1925 à 1933, Jacques Le prieur, canonnier fréquentant des scaphandriers de la Marine, va établir une passerelle entre le besoin de liberté des chasseurs sous-marins et les contraintes techniques d’un scaphandre autonome fiable. Bientôt homologué par la Marine nationale et distribué sur l’ensemble des bateaux de la Royale, le scaphandrier Le Prieur-Fernez va circuler parmi les gens susceptibles d’en avoir l’usage. L’officier de marine Philippe Tailliez rencontre en 1935 le commandant Jacques Le Prieur. Il s’empresse d’essayer le scaphandre léger conçu par son aîné de vingt ans. Le poussera vers J.Y Cousteau

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Le Prieur et son appareil de plongée

En 1943, Commheines réalise le premier détendeur à débit à la demande. En 1945, Émile Gagnan et le commandant Cousteau mettent au point le fameux CG 45 qui allait permettre de populariser la plongée. Ce détendeur est suivi par le fameux Mistral, modèle à un étage.

Le CG 45 J. Yves Cousteau

J. Yves Cousteau et Emile Gagnan

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En 1960, deux ingénieurs français, Bronnec et Gauthier, créent le détendeur à 2 étages (le Cristal). Ce système est alors repris par les Américains qui le perfectionnent. Aujourd'hui, l'ère des détendeurs compensés, assistés, etc., est arrivée. Si les techniques se perfectionnent sans cesse, le principe général de fonctionnement, lui, n'a pas vraiment évolué.

Mais si, monsieur, c'est possible ! Il suffit de prendre ce truc, là, vous le raccordez à la bouteille... là, et vous respirez, oui... là ! Ah !!!! et ce truc, comment ça s'appelle ? Cela s'appelle un détendeur, parce que ça prend de l'air à la haute pression (dans la bouteille) et ça le détend pour l'amener à la pression ambiante, celle du milieu où vous évoluez.

Rappel N2 et N3

Mais pourquoi détendre l'air ? L'air dans la bouteille est à 200 bars. Vous pensez bien qu'il est impossible de le respirer tel quel. Il faut donc bien le ramener à la pression ambiante pour que vous puissiez le respirer... En fait, le problème est encore plus complexe, le détendeur doit :

- fournir de l'air au plongeur, à la demande depuis la HAUTE Pression de la bouteille à une Pression Ambiante variable (souvenez-vous : la pression augmente au fur et à mesure que vous descendez...)

1er étage

2ème étage

Haute Pression

Moyenne Pression ou Pression Intermédiaire Etrier ou DIN

Royal Mistral

Respiration du plongeur

A problème complexe, solutions variées... Et, de fait, il n'y en a pas qu'un, de détendeur ! ……..Il y en a pléthore ! Il y a d'abord le détendeur dit "à un étage", qui ramène l'air de la haute pression directement vers la pression ambiante. Il est le premier à être apparu, mais aujourd'hui, on ne le voit plus que dans les musées ou chez les nostalgiques...

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La vedette aujourd'hui, c'est le détendeur à deux étages, ainsi nommé car il fait le travail en deux temps.

- D'abord, le premier étage ramène l'air de la haute pression (HP) vers une moyenne pression (MP) (supérieure de quelques bars à la Pression Ambiante).

- Ensuite, le second étage fait passer l'air de la moyenne pression ou pression intermédiaire(PI) à la pression ambiante.

Les détendeurs à deux étages

Comme son nom l’indique, le détendeur à 2 étages est composé de 2 étages de décompression.

• Le premier étage est fixé à la bouteille par l’intermédiaire de l’étrier ou du système à vis à la norme DIN. Il détend la haute pression du bloc (>200 bars) vers la pression moyenne (7 à 10 bars) et vers le plongeur la pression absolue du lieu

• Le deuxième étage, relié par un tuyau souple de 80 à 100 cm au 1er étage, se tient en bouche par un embout buccal. Il détend la moyenne pression du 1er étage vers la pression ambiante respirable. Ce type de détendeur est beaucoup plus souple que les détendeurs à un étage et le débit d’air n’est pas affecté par la position du corps dans l’eau.

Un détendeur est essentiellement constitué de boîtiers Reliés entre eux par un tuyau dans lesquels se trouvent les éléments suivants :

Au premier étage 3 - Une chambre moyenne pression. Sortie vers 2eme étage - Un clapet ou un piston ou Une membrane avec un pointeau I - Un ou plusieurs ressorts. - Un siège 4 - Une chambre humide à la pression ambiante 2-1 – chambre haute pression, sortie bloc

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Au second étage Une membrane Un clapet ou une buse Un siège. Un ou plusieurs ressorts. Des leviers. Un embout d’inspiration Un système d'expiration Fonctionnement général des détendeurs Au repos sans action du plongeur L’air ne passe pas ni au premier étage ni au second étage Par définition le siège est fixe et le clapet mobile La force à développer pour ouvrir le clapet est: Force = Pression x surface du clapet (SC) Au 1er étage La MP est donnée par la force du ressort et de la Pression ambiante (PA) qui s’équilibrent MP = PA + Ressort Au second étage la membrane déformée par la pression ambiante (PA) est repoussée par le levier et le clapet est en position fermé sur son siège par la force du ressort la PA et la MP s’équilibrent MP = PA + ressort Inspiration du plongeur - Le plongeur inspire par l’embout du second étage provoquant une dépression. - La membrane s’abaisse entraînant le levier qui actionne le clapet du second étage. - Libération de l’air MP qui se propulse dans les poumons jusqu’à la demande volontaire du plongeur, la MP chute en pression. - En même temps au premier étage la MP chute, il y a rupture dans les équilibres de pression entre MP et PA qui ont donné la valeur à la MP MP inférieure à la PA + ressort Expiration du plongeur - la pression dans l’embout repousse la membrane aidé de la force du ressort pour fermer le débit, le clapet repose sur son siège. - les pressions 1ér étage et 2ème étage se rééquilibrent MP = PA + ressort (1er étage) = MP=PA + ressort (2ème étage) Différents types de premier étage

- Clapet simple et membrane - Clapet simple compensé et membrane - Clapet compensé et membrane - Clapet piston simple - Clapet piston compensé - Gestion électronique

Différents types de deuxième étage - à clapet amont - à clapet aval - à buse mobile

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Fonctionnement d’un premier étage clapet simple et membrane

Différents 1er étages à clapet - membranes

PA + Ressort

- Premier étage à clapet simple et membrane il existe des détendeurs à membrane et clapet simple - Membrane séparant la chambre humide de la chambre sèche MP. - La membrane se déforme lors d'une dépression (inspiration au second étage) ou débit volontaire, - Ce qui déplace un pointeau qui appuie à son tour sur le clapet et commande l'ouverture du mécanisme, jusqu' à équilibre des pressions MP + Ressort = PA + ressort

=

MP

+

Ressort

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Fonctionnement d’un premier étage clapet simple compensé et membrane

MP

MP

PA

PA

FR – Fr :fosse ressort FPA : force pression ambiante FMP : force moyenne pression

HP

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Fonctionnement d’un détendeur 1 er étage à piston non compensé

Avant l’ouverture de la robinetterie : - l’ensemble des pièces du détendeur sont en équilibre - le clapet du piston ne repose pas sur le siège (cidessous) - la force R du ressort repousse le piston

Le piston est soumis à plusieurs forces : - Pression dans la chambre moyenne pression :

PI x surface du piston S3 - Force du ressort

R du ressort taré - Pression ambiante dans la chambre humide :

(P Abs) x surface du piston S2) - La HP Pression de la bouteille x surface du clapet S1

HP x surface du piston S1

À l’ouverture de la robinetterie :

- La HP entre dans la chambre en établissant la pression PI agissant sur S3 - Le piston se déplace en comprimant le ressort jusqu'à venir plaquer le clapet sur le siège S1 1- Dès que le clapet est fermé, la pression (PI) arrête d'augmenter, la PI ou moyenne pression est stabilisée aux 10 bars du tarage (R) du ressort + Pression ambiante

2- Si la PI ou moyenne pression baisse (inspiration du plongeur) ou si la pression ambiante (PA) augmente (descente du plongeur) la PI devient inférieure à la PA et le piston ne se maintient plus son clapet sur le siège.

- L'air entre de nouveau. La PI ou moyenne pression augmente, et ça recommence. On peut voir qu'en fonction de la pression (HP) dans la bouteille et de la surface du clapet(S1), la PI ou moyenne pression ne sera pas la même.

Ainsi, afin de minimiser cette force parasite et variable, les constructeurs doivent faire

surface du clapet aussi petite possible, ce qui limite le débit (petit trou) mais n'annule pas complètement cette force. La solution est donc un premier étage compensé,

Force du

ressort R

HP x S1 +

PA x S2 +

F resort

PI x S3

=

Trou laissant entrer l’eau

Bilan et équilibre des forces à l’arrivée de la HP

Sortie PI

HP

Sortie MP

P.A

.

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FR – Fr :force ressort FPA :force pression ambiante FMP :force moyenne pression FHP : force haute pression S : surface piston

Quand HP augmente MP augmente et vis

versa

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Fonctionnement d’un Premier étage Piston compensé

Compensation Nous avons vu qu’il reste une force parasite pouvant influer sur le bon fonctionnement en plongée des que la HP diminue, ce qui a amené à la conception du clapet compensé

Différence de fonctionnement entre un piston non compensé et un piston compensé Cette différence est illustrée dans le schéma ci-dessous. Nous avons deux cuvettes remplies d’eau avec deux systèmes de fermeture différents. Pour vider les cuvettes :

- A gauche nous devons faire un effort pour vaincre la force de l’eau qui appuie sur la surface du bouchon,

- A droite il n’y a aucune force à vaincre puisque la pression s’exerce sur les parois du tube.

Avec un détendeur La HP arrive perpendiculairement au mécanisme et ne participe plus à l’ouverture et à la

fermeture de celui-ci La compensation permet des débits importants améliorant le confort respiratoire en débitant une

PI stable malgré la baisse de la HP

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Avant l’ouverture de la robinetterie

- l’ensemble des pièces du détendeur sont en équilibre - le piston ne repose pas sur le clapet (ci dessous) - la force R du ressort repousse le piston

Le piston est soumis à plusieurs forces : - Pression dans la chambre moyenne pression :

PI x surface du piston S3 - Force du ressort

R du ressort taré - Pression ambiante dans la chambre humide :

(P Abs) x surface du piston S2) - La HP Pression de la bouteille sur la surface annulaire du piston s’annule

HP sur la surface du piston s’annule

À l’ouverture de la robinetterie :

La pression de la bouteille HP arrive dans la chambre HP du détendeur (légère détente si il y a débit), La pression ambiante dans la chambre humide PA plus la force du ressort(R) donnent la valeur de la PI (entre 10 et 15b), La moyenne pression ou PI sort de la chambre moyenne pression ou PI vers le 2ème étage Le principe de régulation de pression est le même que pour le détendeur non compensé: - équilibrage des forces engendrées par la moyenne pression ou PI sur le piston avec la force du ressort et de la force exercée par la pression ambiante (PA) Nous avons vu que que plus la surface d’appui de la HP augmente plus la surface d’appui de la PI doit augmenter Mais la force exercée par la haute pression a disparu, car la force exercée est annulaire sur l'extrémité de la tige du piston, il est à la même pression que la chambre Moyenne pression ou PI. Donc pas de force parasite. La compensation permet de dépasser cette difficulté car l’ouverture et la fermeture sont

indépendantes de la HP

Bilan et équilibre des forces à l’arrivée de la HP

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Expiration inspiration Schéma de fonctionnement 1er étage piston compensé et 2ème étage clapet aval C

Fonctionnement 2ème étage

Fonctionnement du 2ème étage Le deuxième étage a pour but de transformer la Pression Intermédiaire en pression ambiante air respirable confortablement pour le plongeur). Ce détendeur possède deux chambres :

Une chambre humide, PA Une chambre sèche MP séparée par une membrane.

Dans la phase d’inspiration du plongeur, une dépression se crée à l’intérieur du 2ème

étage :

- La membrane se baisse, actionnant ainsi le levier qui va tirer le piston et ouvrir le clapet. - L’air à la pression intermédiaire(MP) va se détendre dans la chambre sèche et permettre au plongeur d’aspirer de l’air à pression ambiante.

Dés qu’il y a équilibre des pressions dans le 2ème

étage, la membrane n’appuie plus sur le

levier et le clapet se ferme sous la poussée du resort.

Dans la phase d’expiration, l’air rejeté dans la Chambre sèche moyenne pression s’évacue par la soupape d’expiration. C’est une soupape souple qui interdit l’entrée de l’eau dans la chambre sèche et qui autorise l’échappement de l’air en surpression dans cette chambre.

2 Piston 11 levier 6 Ressort basse pression 12 membrane basse pression 8 bouton poussoir 13 écrou Nylstop 9 Siège basse pression 14 embout orthodontique 10 Clapet basse pression 15 soupape d’expiration

8

2 9

10

6

11 12 13

14 15

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Schéma général de fonctionnement 2eme étage à clapet compensé

PA=P.air=MP

PA plus importante que P.air et MP

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s

Clapet Aval, clapet amont

On appelle Clapet amont, un clapet dont le ressort est dans la chambre de plus haute pression. De même, on appelle clapet aval, un clapet dont le ressort est dans la chambre de plus basse pression. Comme le dit Vance HARLOW, "Considérez ces mécanismes comme une porte de sortie d'une pièce pleine de gens", les clapets amont (ouvrants dans la pièce) seront plus difficile à ouvrir, mais une fois ouverts seront plus facile à fermer car le flot naturellement cherchera à fermer la porte, avec le même analogisme, les clapets aval (ouvrants sur l'extérieur de la pièce), seront faciles à ouvrir mais difficile à fermer.

La compensation du deuxième étage est sur le principe de celle du 1er étage ^

- autoriser un débit maximum sans être tributaire de l’équilibre des forces agissantes qui oblige avoir des volumes de boîtier trop important,

- cela permet de s’affranchir de la PI pour ouvrir ou fermer le mécanisme comme nous le constatons sur les schémas ci contre

Buse mobile Clapet amont

Différents détendeurs 2ème

étage compensé

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P Ambiante

effet venturi

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Les débits Nous avons tous constaté que dans l’utilisation normale, un détendeur non compensé bien réglé est tout aussi confortable qu’un détendeur compensé. La différence est notable dans des circonstances exceptionnelles telles que l’assistance sur un essoufflement ou respirer à deux sur le même détendeur tout en insufflant le gilet stabilisateur, un détendeur compensé ne perd pas son efficacité. Test d’un détendeur

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Les détendeurs respectent les normes

Principales pannes possibles Détendeur dur à l’inspiration • Second étage déréglé • Filtre d’entrée encrassé • Second étage encrassé • Premier étage déréglé (MP faible) • Premier étage encrassé Détendeur dur à l’expiration • Membrane d’expiration collée Entrée d’eau à l’expiration • Boîtier déformé ou desserré • Membrane détériorée • Membrane d’expiration endommagée Fuite d’air par la chambre humide • Membrane correspondante ou joint de piston du 1er étage détérior

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Fuite d’air apparaissant par l’embout 1er étage • Blocage du premier étage par encrassage de la chambre humide. • Moyenne pression trop élevée • Détérioration du siège ou du clapet 2éme étage • Entartrage ou corps étranger dans l’une des chambres • Boîtier déformé • Déréglage • Système du débit assisté coincé • Siège ou clapet endommagé

- Risques au niveau du flexible Un flexible HP ou MP usé peut se percer et même exploser, vidant ainsi la bouteille en quelques minutes Vous devez régulièrement vérifier l'état des flexibles pour repérer toute hernie ou coupure sur le tuyau et en changer. (Un flexible HP de manomètre fendillé ne va pas tarder à fuir)

Prévention 1. Lorsque le détendeur n’est pas sous pression (bouteille fermée, stockage), le clapet de

premier étage est ouvert. C’est un choix des constructeurs pour éviter de marquer le joint plan. Pour éviter de marquer ce joint, ouvrez la bouteille lentement en faisant fuser légèrement le deuxième étage ;

2. Rincer votre détendeur à l’eau douce après chaque sortie en pensant à mettre en place le bouchon de protection de premier étage. Le faire sécher à l’ombre et retirer le bouchon. 3. En cas de plongée à partir d’une plage, attention au sable. C’est un abrasif qui peut détériorer le mécanisme interne du détendeur. 4. évitez les chocs (sac de transport). 5. Faire faire des révisions par un spécialiste conformément aux recommandations du constructeur (1 fois par an, tous les 100 plongées….). Pas de chocs, ni écrasements : en prendre soin

- ne pas le laisser grée sur la bouteille au soleil - après la plongée, rincer à l'eau douce, sans eau dans le filtre - surveiller l'aspect du filtre et la souplesse à l'inspiration

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Eléments de choix : - Simple ou compensé ?: Les pistons compensés permettent de s’affranchir de l’influence de la pression de la bouteille. Les produits actuels deviennent très peu sensibles à ces phénomènes. - Compensé ou non compensé ? un détendeur compensé se justifie pour un guide de palanquée ou pour des plongées régulières au delà de 20 m. - La résistance à l'inspiration est aussi un critère. Mieux vaut choisir un détendeur ayant la résistance la plus faible possible. Certains détendeurs disposent d’un réglage de résistance.

- Piston ou membrane ? : Les performances actuelles rendent difficiles le choix. - Piston ou membrane ? Dans les deux cas, la performance est au rendez-vous. Dans le second type de détendeur, seule la membrane étant en contact avec l'eau, cela protège le mécanisme (eaux froides, eaux polluées ou chargées). Les pistons ont l'avantage de la robustesse et de la simplicité. - DIN ou étrier ? : - Les détendeurs DIN peuvent supporter des pressions plus fortes (230 – 300 bars). - Les détendeurs DIN offrent l'avantage de la fiabilité. Les joints toriques ne peuvent pas sortir de leur logement, ce qui n'est pas le cas avec un étrier.

- Tourelle ou non ?

Les 1ers étages à tourelle, permettent de faciliter les mouvements du plongeur.

Sans tourelle Tourelle 360 °

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- Le deuxième étage doit être léger, afin d'éviter une fatigue excessive des muscles buccaux, et être doté d'un système d'alimentation assez "sensible" pour réduire au minimum l'effort inspiratoire - Selon les instruments que vous greffez sur le détendeur (manomètre, direct-system du gilet, direct-system d'une combinaison étanche, détendeur de secours, etc.), le nombre de sorties HP et PI (ou MP) et leur position sur le premier étage est à considérer. - Enfin, d'autres critères tels que le prix, le poids ou l'esthétique sont propres à chacun. Rappel : Le deuxième étage de secours est obligatoire en autonomie. Il se raccorde sur une sortie moyenne pression (PI) du premier étage. Il devra être équipé d’un flexible suffisamment long (1 m). Préférer un flexible et un détendeur de couleur jaune afin de bien les distinguer.

Le givrage du détendeur Toute médaille ayant son revers: - La quantité de frigorie (calorie négative) produite à la détente d'un gaz étant principalement due au débit (E= 1,66 Q ln (Pi/Pf), avec E en watt, Q débit litre/minute, P pression absolue initiale et finale). - La détente se faisant dans le tube du piston enfermé dans une chambre d'eau non renouvelée. (La chambre humide P.Abs) Ce type de détendeur peut givrer plus vite qu'un détendeur du type non compensé Le givrage commence par le premier étage du détendeur. Celui-ci se met en débit continu ; la PI augmente et met le second étage en débit continu. Le point de froid se produit entre le tube du piston et le clapet, abaissement de la température du corps du détendeur et début du givrage de l’air détendu ensuite de l’eau dans la chambre humide, ceci bloquant le piston dans la position ouverte du fait de la force du ressort assurant la P.Intermediaire.

1er étage givré extérieurement

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Instantanément, le second étage se met en débit continu et givre à son tour, tout le détendeur se met en débit continu. Solution au problème :

- Passer sur détendeur de secours. - Remonter en laissant fuser avant de pouvoir intervenir sur celui ci en fermant la

robinetterie afférente pour stopper le débit continu. Prévention

- Positionner le direct système sur le second étage - Changer l’intensité de la respiration

Un détendeur bloqué en débit continu n’empêche pas de respirer en adaptant la respiration au débit.

1er étage givré intérieurement

2èmer étage givré intérieurement