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1 Réglementation Physique Matériel CANNES JEUNESSE PLONGEE Paul Franchi Février 1997 – révisé Nov 2002 Physiologie Accidents Tables.

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2 1 Réglementation Physique Matériel CANNES JEUNESSE PLONGEE Paul Franchi Février 1997 – révisé Nov 2002 Physiologie Accidents Tables

3 2 Quel est le seul équipement dont le plongeur ne peut pas se passer ? Pourquoi un cours théorique ? Couches basses: Réflexes conditionnés par lentraînement pratique Couches hautes: Savoir acquis par la formation théorique Situations habituelles Situations inhabituelles Physique - Physio - Accidents - Tables - Matériel - Réglementation

4 3 Réglementation Physique Matériel Physiologie Accidents Tables Pressions Flottabilité Compressibilité Pressions Partielles Dissolution Optique Acoustique Physique

5 4 Définition: La Pression est le résultat de lapplication dune Force sur une Surface Les Pressions Newton cm 2 bar Application aux pressions: atmosphérique (baromètre) des blocs (manomètre) hydrostatique (détendeur) artérielle (tensiomètre) Kg m2m2 Pascal P = F / S Pascal: 1 Pa = 1 N/m 2 1 HPa= 100 Pa bar: 1 bar = 10 5 Pa = 1000 HPa = 1,020 Kg/cm 2 1 bar = 1000 mb 1 kg/ cm 2 Physique

6 5 Expériences: Pour une même Force, la Pression est dautant plus petite que la Surface de contact est plus grande: Ski, Surf, raquettes Pour une même Force, la Pression est dautant plus forte que la Surface de contact est plus petite: Clou, Aiguille,Piston hydraulique Les Pressions Exemple: Un surfeur pèse 80 kg tout équipé, il se tient debout: sur ses chaussures dont la surface de contact avec la neige est 400 cm2: P = 80/400 =0,2 kg/ cm 2 0,2 bars sur son surf dont la surface de contact avec la neige est 0,4 m2 = 4000 cm2: P = 80/4000 =0,02 kg/ cm 2 0,02 bars Physique

7 6 Définition: Cest la pression que nous subissons dans lair. Cette pression est due au poids de lair de latmosphère terrestre; elle diminue donc avec laltitude. Pression Atmosphérique au niveau de la mer PAtm = 1,013 bar = 1013 millibars 1 bar 1 kg/ cm 2 La Pression Atmosphérique Variation avec laltitude: Entre Cannes et Isola 2000, il y a une différence de pression de 200 millibars (env.) due au poids de 2000 m dair 1013 mb 800 mb 0 m 2000 m Physique

8 7 Expérience de Torricelli: La pression atmosphérique au niveau de la mer est celle exercée par une hauteur de 76 cm de mercure. Poids de la colonne de mercure sur 1 cm 2 : 76cm * 1cm 2 * 13,59 g/cm 3 = 1033 g PAtm = 1033 / 1020 = 1013 millibars La Pression Atmosphérique 1013 mb 76 cm Pression presque nulle (vapeur de mercure) Physique

9 8 Tout corps immergé subit une pression Hydrostatique due au poids de la colonne deau située au dessus de lui; cette pression (dite Relative) augmente donc avec la profondeur. Poids dune colonne de 10 m deau: 1000 cm x 1cm 2 x 1 g/cm 3 = 1 kg Pression dans leau La Pression Absolue est la somme des pressions Atmosphérique et Hydrostatique 1 cm 2 10 m P.Abs = PAtm + P. Rel. P.Abs (bar) = 1 + Prof.(m) / 10 La Pression Relative augmente de 1kg/cm 2 (1 bar environ) tous les 10 m Physique La Pression sexerce perpendiculairement sur toute les surfaces dun corps immergé, eau air

10 9 Pression Relative et Absolue en plongée ? Calculs de Pression dans leau Profondeur pour une pression donnée ? Physique Prof(m)P Rel(b)P Abs(b) P Abs(b)1,22,53,54,85 Prof(m) Physique P.Abs (bar) = 1 + Prof.(m) / 10 Prof(m) =(P.Abs(bar)-1) *10

11 10 Flottabilité Principe dArchimède Poids apparent Flottabilité Lestage Poumon- Ballast Relevage dobjets Physique

12 11 l Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui une poussée (force) verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé l Cette force sexerce sur le centre de carène de lobjet (centre de gravité du volume immergé) PArchim = VOLimmergé * fluide l Masses volumiques eau douce = 1 Kg/l eau de mer = 1,025 Kg/l air (niveau mer) = 1,293 g/l Physique Théorème dArchimède

13 12 Archimède:La preuve par la pression La différence de pression hydrostatique entre les 2 faces haute et basse est égale au poids du volume de liquide déplacé Physique

14 13 Poids apparent & Flottabilité Un objet de poids apparent positif coule flottabilité négative Physique Un objet de poids apparent négatif flotte flottabilité positive Un objet de poids apparent nul est en équilibre flottabilité neutre

15 14 Flottabilité Poids App Flottabilité air Préel PArchi > Préel - + eau Préel PArchi = Préel 0 neutre plomb Préel PArchi < Préel + - Poids Apparent = Poids Réel - Poussée Archi. Physique

16 15Lestage Un plongeur doit avoir une flottabilité neutre (gilet vide) à 3m (en fin de plongée). Lestage Physique Poids Réel Poussée Archimède Poids Apparent Flottab. Plongeur65 +Combin+3+8 (à 3 m) Bloc Gilet Equip Lest0 P.Archi(Plong.+ Combi + Equip.) = P.Réel(Plong.+ Combi+ Equip.) + Lest

17 16 Poumon Ballast: un plongeur est équilibré en immersion.Poumon Ballast: un plongeur est équilibré en immersion. Sil expire Sil expire son volume diminue => sa P.Archi. Diminue => son P.App. augmente => son volume diminue => sa P.Archi. Diminue => son P.App. augmente => sa flottabilité devient négative=> il coule (descend) sa flottabilité devient négative=> il coule (descend) Sil inspire Sil inspire son volume augmente => sa P.Archi. augmente => son P.App. diminue => son volume augmente => sa P.Archi. augmente => son P.App. diminue => sa flottabilité devient positive => il remonte sa flottabilité devient positive => il remonte Applications dArchimède - I Equilibrage au Gilet de Sécurité:Equilibrage au Gilet de Sécurité: Gonfler le gilet => augm. P.Archi. => dim. P.AppGonfler le gilet => augm. P.Archi. => dim. P.App Dégonfler le gilet => dim. P.Archi. => augm. P.AppDégonfler le gilet => dim. P.Archi. => augm. P.App Relevage dObjets: un ballon (ou parachute) permet de diminuer le poids apparent dobjets lourds en augmentant la poussée dArchimède.Relevage dObjets: un ballon (ou parachute) permet de diminuer le poids apparent dobjets lourds en augmentant la poussée dArchimède. Physique

18 17 Applications dArchimède - II Poids apparent à -3 m :Poids apparent à -3 m : Un plongeur pèse 60 kg et son volume nu est de 61 litres. Il porte une combinaison dont le poids est de 3 kg et le volume de 8 litres (sous 3m deau). Quel est son poids apparent à -3m? Flottabilité ? Que se passe t il ? Lestage et équilibrage à - 3 m:Lestage et équilibrage à - 3 m: Le reste de son équipement, hors la ceinture de plomb, a une flottabilité négative de 4 kg. Quel lest doit il porter pour avoir une flottabilité neutre à 3m? Poumon-Ballast - 1:Poumon-Ballast - 1: Le même plongeur veut descendre sans lest et sans palmer. Que doit il faire? Poumon-Ballast - 2:Poumon-Ballast - 2: Il descend sans lest, et à la fin de sa plongée, il a consommé 2,3 m 3 dair (= 3 kg environ). Peut il tenir le palier à 3m sans palmer ou tenir à un point fixe? Physique

19 18 Compressibilité des gaz Pressions Loi de Mariotte Equilibrage Autonomie en air Gonflage des blocs Détendeurs Barotraumatismes Physique

20 19 A température constante, le volume dun gaz est inversement proportionnel à la pression quil subit LOI de Mariotte ( ) - Boyle( ) air Remontée: la pression diminue le volume augmente Descente: la pression augmente, le volume diminue eau supposé vrai en plongée Physique

21 20 Les formules de Mariotte LOI de Mariotte : Calculs Volume Constante P. Abs. P x V = C te P 1 x V 1 = P 2 x V 2 = C te Physique Prof(m)P(b)V(l)Cte V(l)Cte 6

22 21 tympan, jupe du masque Cavité fermée Sinus, Oreille implosion Placage de Masque, Dents succion Alvéoles pulmonaires, Dents,Sinus, Oreilles Estomac, intestins déformation Mariotte- Barotraumatismes Physique explosion

23 22 Mariotte & Archimède: Equilibrage Equilibrage: sans utiliser un gilet, il nest pas possible davoir une flottabilité neutre à toutes les profondeurs. Un plongeur descend, certains volumes diminuent: combinaison, gilet, etc => son poids apparent augmente. Sil remonte, certains volumes augmentent => son poids apparent diminue. Relevage dObjets: pendant la remontée, le ballon ne cesse daugmenter son volume. Avant la profondeur où lensemble Objet- Ballon atteint une flottabilité neutre, il faut assister la remontée. Après cette profondeur, lensemble remonte seul de plus en plus vite. Relevage dObjets: pendant la remontée, le ballon ne cesse daugmenter son volume. Avant la profondeur où lensemble Objet- Ballon atteint une flottabilité neutre, il faut assister la remontée. Après cette profondeur, lensemble remonte seul de plus en plus vite. Remontée:de plus en plus rapide remontée assistée flottablité neutre Equilibrage (dynamique) au Gilet: Equilibrage (dynamique) au Gilet: Gonfler => montée lente => flottablité augm. => montée rapideGonfler => montée lente => flottablité augm. => montée rapide Dégonfler => descente lente => flottablité dim. => descente rapideDégonfler => descente lente => flottablité dim. => descente rapide => affiner le réglage déquilibre avec Poumon-Ballast Physique

24 23 Calcul de consommation dair Calcul de consommation dair Un plongeur respire sur le rythme de 20 l / min. Son bloc est un 12 litres gonflé à 200 bars. Combien de temps peut il rester à 20 m, sil veut garder 50 bars de réserve ? (12l x 200b) = (12l x 50b) + (V x 3b) V à 20 m = Temps à 20 m = Mariotte - Calculs dautonomie en air Capacité des blocs: Capacité des blocs: Un bloc de12l gonflé à 200 bars est vidé à la pression absolue PA: si PA=P.Atm=1b => V=si PA=P.Atm=1b => V= si PA=P -30m = 4b => V=si PA=P -30m = 4b => V= Air utilisable Le Bloc Plein Fermé Le Bloc vide Ouvert Air utilisable à 20m Le Bloc Plein Fermé Le Bloc sur réserve Physique (12l x 200b) = (12l x PA) + (V x PA)

25 24 Calcul dautonomie en air Prof (m) Pabs (bar) PV du bloc RéserveAir dispo (en l) Cons (l/min) Durée (min) 0200x1250x x1250x x1250x x1250x litres 360 litres Physique

26 25 Détendeurs: Détendeurs: Pour diminuer la pression dun air comprimé, il suffit daugmenter son volume (Détente) à laide dun piston ou dune membrane et dune chambre. Premier étage: de la Haute à la Moyenne pression Second étage: de la Moyenne à la Pression Ambiante Mariotte- Matériel Compresseurs: Compresseurs: Pour obtenir de lair sous fortes pressions, il suffit de diminuer son volume (Compression). Dans les compresseurs, on réalise cette opération en plusieurs fois (étages en série), en utilisant des pistons ou des membranes. Physique

27 26 Pressions Partielles Pressions Composition de lair Pression Partielle Loi de Dalton Toxicité des gaz Physique

28 27 Pressions partielles Composition de lair: % exact% arrondi % exact% arrondi Oxygène O2 : 20,9 % 21 % Azote N2 : 79 % 79 % Gaz CarboniqueCO2 : 0,03 % 0 % Gaz rares : néon, argon,... 0,07 % 0 % Intoxications En plongée, les pressions partielles des gaz augmentent, ce qui peut provoquer des intoxications. Oxygène hyperbare A linverse, dans les caissons hyperbares, on utilise loxygène sous de fortes pressions pour ses vertus thérapeutiques Physique

29 28 l Définition : la pression partielle dun gaz G dans un mélange M est égale à la pression quil aurait sil occupait seul tout le volume occupé par M. l Loi: –PP G : Pression Partielle de G –P M : Pression de M –% G : Quantité de G / Quantité de M LOI de Dalton ( ) Physique

30 29 Pour les dyslexiques de la règle de trois l Moyen facile de se rappeler des formules: Pp = Pa * % Pa = Pp / % % = Pp / Pa * Physique

31 30 l La somme des pressions partielles des composants dun mélange est égale à la pression du mélange. l Pour lAir P Abs = PP N2 + PP O2 Et pour tous les NITROX Un autre Dalton Physique

32 31 l Toxicité des gaz –Hyperoxie et hypoxie: PP O2 –(essoufflement) Hypercapnie: PP CO2 –Narcose: PP N2 –Empoisonnement par un polluant: PP CO l Obligation dutiliser dans un compresseur des huiles qui ne vont pas carboniser aux PP O2 rencontrées Dalton coupable ? Physique

33 32 Toxicité des gaz Profondeur limite et toxicité des gaz:.Profondeur limite et toxicité des gaz:. Pour loxygène, le risque de toxicité devient élevé si on excède 1,6 b Palier à lO2 pur Palier à lO2 pur Profondeur maximum => Limite juridique de la plongée à lair Limite juridique de la plongée à lair Profondeur limite => Profondeur limite => Physique

34 33 Dissolution des gaz Pressions Loi de Dalton Loi de Henry Saturation Tables ADD Physique

35 34 Une dissolution virtuelle 1b 3 b Après lappui, le piston descend dabord seul (une nouvelle quantité de gaz se dissous) puis se stabilise: cest un état de saturation 1b 3 b 1b 3 b Un relâchement rapide de la pression, fait apparaître des bulles dans le liquide Physique

36 35 Au bout dun certain tps, à léquilibre Au bout dun certain tps, à léquilibre A température constante, la quantité de gaz dissous, à saturation, dans un liquide est proportionnel à la pression du gaz au dessus de ce liquide LOI de Henry ( ) Tissus Pp Azotesupposé vrai en plongée Dissolution: Un liquide peut dissoudre une quantité maximum Q de gaz qui dépend: FacteursEn plongée FacteursEn plongée la nature du Gaz Azotela nature du Gaz Azote la nature du Liquide Tissus (Compartiments)la nature du Liquide Tissus (Compartiments) la Température Température du corpsla Température Température du corps si T Q si T Q la Pression Profondeurla Pression Profondeur si P Q si P Q la durée de contactTemps de plongéela durée de contactTemps de plongée la Surface de contact Tissus + ou - vascularisésla Surface de contact Tissus + ou - vascularisés Agitation QAttention aux efforts Agitation QAttention aux efforts Physique

37 36 SUR_SAT CRITIQUE 3 b 5 b SOUS-SAT SAT SUR-SAT ++ SUR-SAT 1 b Chaque correspond à une PpN2 de 0,8 b +++ SUR-SAT Palier de désaturation + SAT ADD ++ SUR-SAT Vitesse <15m/min Vitesse excessive Profil de plongée et saturation en azote Physique

38 37 Sur & Sous saturation Tension: Cest la pression dun gaz dissous dans un liquide (ex: TN2 la tension dAzote dans le sang). Saturation: Cest létat (déquilibre) dun liquide quand la Tension = Pression Partielle Ambiante Désaturation: cest le moyen de « rendre » lazote dissous, pendant la remontée, Pour lazote à saturation => TN2 = PPN2 à saturation => TN2 = PPN2 en sous-saturation =>TN2 croît vers PPN2 en sous-saturation =>TN2 croît vers PPN2 en sur-saturation =>TN2 décroît vers PPN2 en sur-saturation =>TN2 décroît vers PPN2 en sur-saturation critique => TN2 > P.Abs >> PPN2 en sur-saturation critique => TN2 > P.Abs >> PPN2 le coefficient de sursaturation critique Sc donne la valeur maximale de la Tension pour un Tissu à une pression absolue P: le coefficient de sursaturation critique Sc donne la valeur maximale de la Tension pour un Tissu à une pression absolue P: T < Sc < ScP Physique

39 38 Henry et les tables de plongée La loi de Henry permet de calculer des temps de remontée de façon que les compartiments chargés en azote puissent désaturer sans jamais être en sursaturation critique. Vitesse maximun de remontée Vitesse maximun de remontée Paliers de désaturation Paliers de désaturation Tension dazote dissous (reliquat) due aux plongées précédentes. Tension dazote dissous (reliquat) due aux plongées précédentes. Compartiments: un modèle mathématique pour représenter les parties du corps humain possédant le même comportement vis à vis de la dissolution de lazote, en particulier le même coefficient de sursaturation critique. cette classification nest pas directement associée à celle des tissus anatomiques: sang, os, muscle, graisse, compartiments pour la table MN90 Physique Les accidents de décompression (ADD) sont dus à une désaturation trop brutale

40 39 Optique sous leau - I Les principaux effets: LOUPE: plus gros, plus proche LOUPE: plus gros, plus proche OEILLERES: le champs de vision rétrécit OEILLERES: le champs de vision rétrécit LE GRAND BLEU: plus on descend, plus on perd les couleurs LE GRAND BLEU: plus on descend, plus on perd les couleurs TROUBLE: la visibilité diminue TROUBLE: la visibilité diminue Absorption lumineuse: Intensité lumineuse: Disparition des couleurs 0m100% 5m40% 15 m14% 25m7% 60m1,5% 400m 0% Diffusion : Effet du à la réfraction et à la réflexion des rayons lumineux sur les particules en suspension dans leau.Diffusion : Effet du à la réfraction et à la réflexion des rayons lumineux sur les particules en suspension dans leau. Physique

41 40 Optique sous leau - II Réflexion et Réfraction: à la surface air-eau (donc le masque), les rayons lumineux: rebondissent (10%) sur la surface avec un angle égal à langle dincidence (réflexion) rebondissent (10%) sur la surface avec un angle égal à langle dincidence (réflexion) pénètrent (90%) la surface avec un angle inférieur à langle dincidence (réfraction) pénètrent (90%) la surface avec un angle inférieur à langle dincidence (réfraction) 48° maxi Plus gros (Taille x 4/3) Plus proche (Dist. x 3/4) Physique

42 41 Acoustique sous leau Ce nest pas Le Monde du Silence:Ce nest pas Le Monde du Silence: bulles et détendeurs bulles et détendeurs hélices et moteurs hélices et moteurs animaux: oursins, baleines, langoustes, etc. animaux: oursins, baleines, langoustes, etc. crier, rire dans lembout crier, rire dans lembout choc sur le bloc, shaker choc sur le bloc, shaker pétard de rappel pétard de rappel Vitesses du son:Vitesses du son: dans lair : 330 m/sec dans lair : 330 m/sec dans leau : 1500 m/sec dans leau : 1500 m/sec Direction des sonsDirection des sons dans leau, il est très difficile de localiser lorigine dun son, car les ondes sonores arrivent presquen même temps aux deux oreilles (perte de leffet stéréo). Absorption:Absorption: dans leau, les sons sont rapidement atténués avec la distance, et les aigus plus vite que les graves. On entend un HB à quelques dizaines de mètres, et un cargo à quelques milles. Communications entre plongeurs Physique


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