Transcript Niveau II - Deep Dive

Niveau II
Notions de physique appliquée à
la plongée
Prolégomènes
Les lois de la nature s’appliquent en
permanence à tous sans exception
L’expérience et la formation ne permettent pas
de les contourner ou de s’en affranchir
Il faut les connaître et les comprendre pour
composer avec elles et éviter leurs effets les
plus dévastateurs
Le milieu du plongeur
L’eau
Son comportement
Ses effets sur le plongeur
L’air
Sa composition
Son comportement
Ses effets
De la flottabilité
 Certains objets flottent en surface, d’autres
coulent
 On flotte mieux en mer qu’en lac
 La matière de l’objet n’est pas directement en
cause
 La flottabilité est la résultante de deux forces
qui s’opposent
 Le poids
 La poussée d’Archimède
 La différence entre le poids et la poussée
d’Archimède est le poids apparent
De la flottabilité
La poussée d’Archimède est une force
proportionnelle
Au volume immergé
A la nature du liquide déplacé
Qui s’exerce verticalement de bas en haut
Qui s’applique au Centre de carène
La poussée d’Archimède est égale au poids du
liquide déplacé
De la flottabilité
Exemple : Calcul du poids apparent
Une bouteille en acier a une masse de 14,5 kg
Son volume est de 12,5 litres
Quand elle est immergée dans de l’eau, son poids
apparent est de : 14,5 – (12,5 x Poids d’un litre
d’eau) soit environ 2 kg : elle coule
Un bouteille de même volume en alu a une masse de
10,5 kg
Son poids apparent sera de 10,5 – 12,5 = -2kg : elle
flotte
De la flottabilité
Application à la plongée
Poumon ballast
Gilet de stabilisation
Lest à adapter selon que l’on plonge en mer ou en
lac
De la flottabilité
Exercice : relevage d’une ancre
On veut relever une ancre de 15 kg et de volume 2
litres à l’aide d’un sac de relevage de 1 kg et d’un
volume à vide de 2 litres.
Quel volume d’air devra-t-on mettre dans le sac ?
De la pression
Un véhicule à chenille s’enfonce moins en
terrain meuble
Il est plus facile d’enfoncer un objet pointu que
sans pointe
En plongée, il faut « passer » ses oreilles lors
de la descente
Tous ces phénomènes sont liés à la pression
La pression est le rapport d’une force sur une
surface :
F
P
S
De la pression
 La pression s’exprime en bar
 1 bar = 10 newtons / cm2
 On approxime à 1 bar = 1 kg / cm2
 La pression atmosphérique PATM est due au poids de l’air au dessus
de nous
 En plongée, on la considère constante et égale à 1 bar à la surface de
la mer
 La pression hydrostatique PH est due au poids de l’eau sur le
plongeur
 Elle croit avec la profondeur de 1 bar tous les 10 mètres
PH 
Prof
10
 La pression absolue PABS est la somme de la pression
atmosphérique et de la pression hydrostatique
PABS  PATM  PH  1  Prof 10
De la pression
De la pression
Exercices
Une voiture de 1,8 tonnes a des pneus gonflés à 3
bars : Quelle est la surface en contact avec le sol ?
Un plongeur s’immerge à 25 mètres : Quelle est la
pression ambiante ?
Un plongeur subit une pression de 4 bars : A quelle
profondeur évolue-t-il ?
De la pression
Solutions
Pression = 3 bars = 1800 kg / Surface
 Surface = 1800 / 3 = 600 cm2
PABS=PATM+PHYD = 1 + Prof / 10 = 3,5 bars
PABS=4=1+Prof / 10
 Prof = (4-1)x10 = 30 mètres
Des gaz
Compressibilité des gaz
Loi de Boyle-Mariotte : PV = nRT
Où
P est la pression
V le volume
n le nombre de moles
R la constante des gaz parfaits
T la température en Kelvin
A température constante, le produit du Volume par la
Pression est constant P1V1 = P2V2
Des gaz
Loi de Boyle-Mariotte
En plongée, on considère que la loi s’applique à
l’air et à toutes les pressions et on ne tient pas
compte des variations de température.
Exercices
Un bloc d’un volume de 15 litres est gonflé à 230
bars. Quel volume d’air atmosphérique a-t-il fallu
comprimer ?
Je gonfle un parachute de 50 litres à 30 mètres de
fond, quelle sera la baisse de pression dans mon
bloc de 12 litres ?
Un plongeur consomme 20 litres / minute. Quelle est
son autonomie à 20 mètres avec un bloc de 12 litres
à 200 bars ?
Des gaz
Solutions
15 x 230 = V x 1  V = 3450 litres
50 x 4 = 12 x P  P = 16,7 bars
Autonomie : A
200 x 12 = 20 x 3 x A
 A = (200x12)/(20x3)=40 min
Des gaz
Gaz composés
La pression totale est la somme des pressions des
gaz qui composent le mélange.
L’air sec
Azote : 79 %
Oxygène : 20%
Dioxyde de carbone et Gaz rares : 1%
Loi de Dalton
La pression partielle d’un gaz est égale au produit
de la pression totale par la proportion du gaz dans
le mélange.
Pp = Ptot x PropGaz
Des gaz
Exemple
A 40 mètres, la pression est de 5 bars
La PPO2= 5 x 20 % = 1 bar
La PPN2= 5 x 79 % = 3,95 bars
Voir cours sur les accidents pour les valeurs
limite.
Des gaz
Dissolution des gaz
Les gaz ont la capacité de se dissoudre dans
d’autres corps
Dans un liquide on parle de la tension du gaz
dissous.
Le système est en équilibre lorsque la tension du
gaz dans le liquide est égale à la pression partielle
du gaz à la surface (Loi de Dalton)
Des gaz
La dissolution
Lorsque la pression varie, le système est
déséquilibré.
La tension va varier pour rejoindre l’équilibre.
L’atteinte de l’équilibre prend du temps qui dépend
du gaz et de la nature du liquide.
Des gaz
Autres phénomènes
Optique
L’eau absorbe les couleurs en fonction de leur
longueur d’onde : d’abord le rouge pour finir par le
bleu
Le masque forme un dioptre plan
 Réduction du champ de vision (1/4)
 Les objets apparaissent plus gros (1/3)
 Les objets apparaissent plus près (1/4)
Acoustique
Les sons se déplacent plus vite et plus loin dans
l’eau
On entend de très loin
On ne peut pas localiser la source du son