Transcript Flottabilité N4

Flottabilité N4
• Objectifs
:
– Adapter votre flottabilité en tant que guide de palanquée
– Détecter les défauts d’équilibrage des personnes encadrées
– Donner les méthodes de calcul pour le passage de l’examen N4
• Connaitre la loi d’Archimède
• Connaitre les facteurs de modification de la flottabilité (facteurs physiques et
matériels)
• Plan
:
– Rappel sur la flottabilité N2 et loi de Mariotte
– Loi d’Archimède
• Mise en évidence
• Enoncé de la loi
• Notion de poids apparent
–
–
–
–
–
Lestage du plongeur
Influence des paramètres physiques
Effet du point d’application : modification de l’assiette
Poumon ballast
modification de la flottabilité due à la compressibilité des gaz
• Compression de la combinaison
– Gilet stabilisateur et poumon ballast
• A la descente
• A la remontée
– Remontée sans embout N4
– Synthèse : comportement du guide de palanquée
Rappels
• Flottabilité
– Flottabilité positive : on flotte en surface
– Flottabilité neutre : on reste en équilibre à la profondeur où l’on se trouve
– Flottabilité négative : on coule jusqu’au fond
• Loi de Mariotte
– Pinitial * Vinitial = Pfinal * Vfinal
– Le volume d’un gaz diminue quand la pression augmente (plus grande
profondeur).
– Le volume d’un gaz augmente quand la pression diminue (moins grande
profondeur).
Loi de d’Archimède
• Mise en évidence
Le cube est immergé dans le récipient de liquide
Le liquide déborde et la balance penche
L’équilibre est rétabli en remettant le liquide sur la
balance
Loi d’Archimède
• Enoncé de la loi
– Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de celui ci une poussée
verticale, dirigée vers le haut, égale au poids du volume du liquide déplacé
et appliquée au centre de gravité du volume déplacé.
C’est la Poussée d’Archimède.
Loi d’Archimède
• Démonstration
– Considérons un cube de 1m de côté immergé dans l’eau
Fsup = P*1m²
1m
Fcôté
Fcôté
Les efforts sur les côtés s’annulent
1m
Finf= (P+0.1b)*1m² = (P+10 000Pa)*1m²
– L’effort résultant F est égal à Fsup - Finf = 10 000N
soit le poids de 1m3 d’eau
• Nota : Différence entre poids P (N) et masse M (kg)
– P (N) = M (kg) * g (=9.81 m/s²)
– Le rapport entre les deux étant constant, nous confondrons les deux notions par
commodité.
Loi d’Archimède
• Notion de poids apparent d’un corps
– Papparent = Préel - PArchimède
PArchimède (kg) = Volume (l) * densité liquide (kg/l)
Préel (kg) = Volume (l) * masse volumique du corps (kg/l)
• Le poids apparent d’un ensemble de plusieurs composants
est la somme des poids apparents de ces composants
• Nota : Différence entre masse volumique et densité
– La masse volumique est la masse d’un volume d’un litre. Elle s’exprime en kg/l.
– La densité est le rapport de la masse volumique du corps considéré sur celle de
l’eau pure. Elle est sans unité.
– La masse volumique de l’eau pure étant de 1 kg/l, nous confondrons les deux
notions par commodité.
Lestage du plongeur
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Un nageur en maillot est naturellement équilibré dans l’eau.
La combinaison en néoprène a une flottabilité positive de 4 kg (volume 6 l).
une bouteille de plongée vide a un poids apparent de 2.5 kg.
un gilet a un poids apparent de -1 kg.
un détendeur a un poids de 1 kg pour un volume de 0.5 l.
• => lestage => lestage = -(-4kg + 2.5kg -1kg + 1kg - 0.5l*1kg/l) = 2kg
• => poids de la combinaison => poids réel = 6l*1kg/l -4kg = 2kg
• Influence de l’air de la bouteille
– L’air a une masse volumique de 1.29 kg/m3
– => poids de l’air de la bouteille (12l - 200b) => poids air = 12*200*1.29 = 3kg
• => modification de la flottabilité au cours de la plongée fonction de la
consommation d’air
Application à la plongée
Bon lestage
Sous lestage
Plongeur incliné vers le bas et
palmant pour lutter contre
la poussée d’Archimède
Sur lestage
Plongeur incliné vers le haut et
palmant pour lutter contre
la gravité
Influence des paramètres physiques
• Lestage d’un caisson photo de 1 litre pesant 750g.
– avec un plomb intérieur
– avec un plomb extérieur
– dans de l’eau douce
– dans de l’eau de mer
densité du plomb 13 kg/l
densité de l’eau de mer 1.03 kg/l
Influence des paramètres physiques
•
Dans l’eau douce
– Poids apparent du caisson dans l’eau douce = 0.750 - 1 = -0.250 kg
– avec un plomb intérieur => le volume du caisson n’est pas modifié
Il faut composer la flottabilité positive de 250g par un plomb de 250g
–
avec un plomb extérieur => le volume du caisson est modifié par l’ajout du volume du plomb
Poids apparent d’un volume V de plomb dans de l’eau douce = V*(13kg/l - 1kg/l) = V*12kg/l
Poids apparent de l’ensemble caisson et d’un plomb de volume V = -0.250 + V*12
Flottabilité nulle =>
-0.250 + V*12 = 0
=> V = 0.0208 litre
Poids du plomb de volume V = V*13kg/l = 0.271 kg
Il faut lester avec un plomb de 271g
•
Dans l’eau de mer
– Poids apparent du caisson dans l’eau de mer = 0.750 - 1*1.03 = -0.253 kg
– avec un plomb intérieur => le volume du caisson n’est pas modifié
Il faut composer la flottabilité positive de 253g par un plomb de 253g
–
avec un plomb extérieur => le volume du caisson est modifié par l’ajout du volume du plomb
Poids apparent d’un volume V de plomb dans de l’eau douce = V*(13kg/l - 1.03kg/l) = V*11.97kg/l
Poids apparent de l’ensemble caisson et d’un plomb de volume V = -0.250 + V*11.97
Flottabilité nulle =>
-0.253 + V*11.97 = 0
=> V = 0.0211 litre
Poids du plomb de volume V = V*13kg/l = 0.275 kg
Il faut lester avec un plomb de 275g
Effet du point d’application de la poussée d’Archimède
un nageur faisant la planche
Modification de l’assiette
• Position de la bouteille
• Ne pas confondre avec le sur ou sous lestage
ici le plongeur ne palme pas
• Influence des autres éléments matériels
– position des plombs
– haut de combinaison
– air dans le gilet ou dans les poumons
Poumon ballast
• La variation du volume pulmonaire modifie la flottabilité
– une inspiration forcée tend à faire remonter le plongeur
– une expiration forcée tend à le faire descendre
• La variation du volume pulmonaire modifie l’assiette car le
poumon est situé dans le haut du corps
– une inspiration à faire basculer le plongeur tête en haut
– une expiration tend à le faire basculer tête en bas
Inspiration
Poumon
Expiration
Poumon ballast
Inertie
• La variation de profondeur n’est pas immédiate mais prend
un certain temps pour vaincre l’inertie du plongeur.
– L’inertie est plus grande quand on est en position horizontale que
lorsqu’on est vertical.
• Un décalage entre la respiration et l’évolution verticale du
plongeur permet de maintenir une profondeur constante
tout en continuant à respirer.
– Quand on sent une tendance à monter ou à basculer tête en haut on
expire et inversement
Modification de la flottabilité par la compressibilité des gaz
• Le volume de l’air contenu dans une enveloppe souple est
modifié par la profondeur
– Plus la profondeur est importante et plus le volume est petit
• => La flottabilité d’une enveloppe souple contenant de
l’air est modifiée par la profondeur
– le poids apparent est plus important quand la profondeur augmente
• Nota : bien que contenant de l’air, la bouteille de plongée ne voit pas
sa flottabilité évoluer avec la profondeur (s’il n’y a pas de
consommation d’air) car elle est rigide.
Modification de la flottabilité par la compressibilité des gaz
• Ecrasement de la combinaison
– une combinaison en Néoprène est une mousse contenant des bulles
d’air pour assurer l’isolation thermique
– Sous l ’effet de la pression due à la profondeur les bulles d’air
s’écrasent ce qui modifie le volume de la combinaison.
– => plus le plongeur descend et plus son poids apparent est
important
– => accélération de la vitesse avec la profondeur à la descente
• => nécessité de compenser cette variation de flottabilité :
gilet stabilisateur
Gilet stabilisateur et poumon ballast
• Le gilet comme le poumon permet une modification du
volume du plongeur
mais
– le poumon se remplit et se vide plus vite
– son volume est ajusté plus précisément
• => le poumon doit toujours être utilisé en premier
– Si on veut augmenter son volume, on fait en premier une
inspiration forcée et si cela ne suffit pas, on gonfle le gilet.
En cas de sur-gonflage du gilet, il est alors possible de vider un peu
d’air des poumons.
Gilet stabilisateur et poumon ballast
A la descente
Poumon
Gilet
Les poumons et le gilet sont vides pour
forcer la descente
Les poumons sont remplis
pour ralentir la descente
Le gilet est rempli pour
interrompre la descente
La stabilisation est affinée
avec le poumon ballast
Gilet stabilisateur et poumon ballast
A la remontée
Gilet
Poumon
Et ainsi de suite
Une inspiration forcée permet de maintenir la vitesse de remontée
Quand le volume du poumon ne peut plus diminuer, le gilet est purgé
Le volume du gilet augmente avec la baisse de pression
Une respiration sur le volume expiratoire permet le contrôle de la vitesse
de remontée
Une inspiration forcée déclenche la remontée
Au fond, la flottabilité est neutre avec une respiration sur volume courant
Synthèse
Vérification du lestage sur le bateau attention si >7-8 kg
Mise à l’eau avec une flottabilité positive
Attente de la mise à l’eau de l’encadré avec
une flottabilité neutre pour être manœuvrant
et réactif.
Attente en surface avec une
flottabilité positive adaptée
à l’état de la mer
A l’arrivée du bateau mise
en flottabilité neutre
Test de flottabilité en surface
Rendez vous à 3m
pour contrôle de
flottabilité (en début
de plongée on doit
être lourd)
Accélération de la
vitesse de descente
due à l’écrasement
de la combinaison
Anticipation du
gonflage du gilet
pour une
stabilisation rapide
Avoir un plomb
supplémentaire
« pédagogique » pour faire
face à un sous lestage de
l’encadré au palier
Remontée sur
poumon ballast
et gilet
Evolution au fond sur
le poumon ballast
Démarrage sur un poumon ballast
inspiratoire + gilet + un coup de
palme