Cours Théorie Niveau III et prépa GP NOTION DE PHYSIQUE APPLIQUEE A LA PLONGEE Cours Théorie Niveau III et prépa GP Interdiction de diffusion sans l’accord du club des Hydronautes De France 07 93 00 54

Les Pressions, MARIOTTE, ARCHIMEDE Plan du cours 1.Les pressions 2.La loi de Mariotte 3.Le principe d’Archimède 4. Présentation succincte de La loi de Dalton ( pour information ) 5.Présentation succincte de la loi de Henry ( pour information )

LES PRESSIONS Les Pressions Introduction Rencontré tous les jours dans la vie courante, le phénomène de pression (pression atmosphérique, pneus, ...) est particulièrement important en plongée. Démonstration

En plongée, l'unité l'égale est le BAR : LES PRESSIONS Les Pressions Loi, Définition Si P= PRESSION SI F= FORCE SI S= SURFACE Une pression est le résultat d'une force appliquée à une surface, 1 liquide ou 1 solide n'est pas compressible, seul les gaz le sont. La pression au sein d'un fluide (eau, air) s'exerce en tous sens et se répartit uniformément. En plongée, l'unité l'égale est le BAR : 1 bar = 1 kg / 1 cm2

LES PRESSIONS Les Pressions Les différentes pressions en plongée Pression Atmosphérique (PAtm) C’est le poids de l’air qui entoure la terre. Cette pression diminue donc avec l’altitude, env. 0,1b tous les 1000 mètres. Au niveau de la mer, cette pression atmosphérique est de PAtm = 1 bar = 1 ATM = 760 mm Hg (mercure) Pression Relative ou hydrostatique (PR) C’est le pression dans l’eau, elle est dû au poids de l’eau Donc, plus on descend plus la pression sera forte. La pression relative sera égale à la profondeur en mètre / 10 PR= Profondeur / 10

LES PRESSIONS Les Pressions Les différentes pressions en plongée Pression Absolue (PAbs) C’est la pression réelle que nous subissons sous l’eau Exemples :

LES PRESSIONS Quelle est la pression Relative à la Prof. 25 mètres PR = 2.5 bars Quelle est la pression Relative à la Prof. 29 mètres ? PR = 2.9 bars Quelle est la pression Absolue à la Prof. 35 mètres ? PAbs = 4.5 bars Quelle est la pression Atmosphérique à la Prof. de 55 mètres ? PAtm = 1 bar Quelle est la pression Absolue à la Prof. 13 mètres ? PAbs = 2.3 bars (1.3 bar + 1)

Les Pressions, MARIOTTE, ARCHIMEDE Application à la plongée Le plongeur lors de son immersion va subir ses pressions A la descente, les pressions vont augmenter A la remontée, les pressions vont diminuer Ces variations vont avoir des conséquences sur l’homme (accidents) et sur le matériel. On peut remarquer que les plus grandes variations de pressions se situent entre 10 mètres et la surface. D’où l’intérêt d’être très vigilant entre 10 mètres et la surface surtout pour prévenir les barotraumatismes.

MARIOTTE La loi de Mariotte Robert Boyle (1627-1691) et l’abbé français Edme Mariotte (1620-1684) ont mis en évidence la compressibilité des gaz. Lorsqu'un plongeur expire de l’air de son détendeur, le gaz s’évacue sous forme de bulle. Celles-ci montent rapidement vers la surface en grossissant progressivement. L’augmentation du volumes des bulles est due à la diminution de la pression ambiante.

MARIOTTE La loi de Mariotte (Pour information) A température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la pression qu’il subit ou qu’il reçoit. P x V = P’ x V’ = C La loi de MARIOTTE La Pression x Volume = Constante

MARIOTTE Application à la plongée Cette loi nous permettra : Calcul du volume disponible dans une bouteille Variation des volumes en fonction de la pression Consommation en plongée Amélioration de la flottabilité (gestion gilet, épaisseur, Néoprène, ...) Comprendre les accidents mécaniques Comprendre les accidents de décompression

ARCHIMEDE Archimède de Syracuse est un mathématicien né à Syracuse (287 – 212 avant Jésus-Christ). Son théorème explique pourquoi certains objets coulent (bouteilles de plongée, couteaux..) et d’autres flottent (bateaux, planches, ...). En plongée, cela va nous permettre de calculer notre lestage, de calculer les volumes pour remonter des objets, etc...

ARCHIMEDE Le théorème (Pour information) Tout corps plongée dans un liquide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale du bas vers le haut égale au poids du volume du liquide déplacé

ARCHIMEDE Le Principe d’Archimède Formule : PApparent = P Réel – P Archimède Où P Archimède : Volume x Densité de l’eau (en dm3) P Réel : Poids de l’objet (en kg) On Flotte On est Stable On Coule

PApparent = PRéel – Parchimède ARCHIMEDE Un plongeur de poids réel (avec équipement) 87kg et d’un volume de 90 litres, veut s’avoir s’il doit se lester ou pas ? PApparent = PRéel – Parchimède P Apparent = 87kg – 90 l = -3 kg < 0 flottabilité positive Donc pour avoir une flottabilité neutre PApp = 0 soit 0 = (87 + P) – 90 => P = 90-87 = 3 kg, il faut donc ajouter 3 kg de plombs. Un plongeur de poids réel (avec équipement) 85kg et d’un volume de 91 litres, veut s’avoir s’il doit se lester ou pas ? P Apparent = 85kg – 91 l = -6 kg < 0 flottabilité positive Pour avoir une flottabilité neutre PApp = 0 soit 0 = (85 + P) – 91 => p = 91-85 = 6 kg, il faut donc ajouter 6 kg de plombs.

DALTON (Pour information) La loi de DALTON A température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu’aurait chacun de ces gaz s’il occupait seul le volume total Sachant que l’air que nous respirons est composé de : • Oxygène: (O²) 20,9% • Azote: (N²) 79% • Gaz Carbonique: (CO²) 0,03% • +autre gaz: 0,07% Nous prendrons en compte pour les calculs une composition simplifiée 20% de O² et 80% de N²

Exercice d’application DALTON Exercice d’application Si la P.Abs est de 3 bars a quelle profondeur sommes nous ? 20m Donnez moi le Pp N2 pour cette profondeur. Pp N² = 80% x 3b soit 0,8 x 3 = 2,4b Idem pour la Pp O2 PpO² = 20% x 3b soit 0,2 x 3b = 0,6b Que remarquez-vous ? 2,4b + 0,6b = 3b

HENRY (pour information) La loi de HENRY: Compression des gaz Loi de William Henry (1774 - 1836) Physicien et chimiste anglais. En 1803, il énonce la loi sur la dissolution des gaz dans les liquides A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression qu'exerce ce gaz sur le liquide. Lorsqu'un gaz est mis en contact avec un liquide, une partie de ce gaz se dissout dans le liquide. Différents facteurs influencent le degré de cette dissolution, en particulier la Pression et le Temps. Le corps humain étant composé à 70 % d'eau il s'effectue des échanges entre les mélanges gazeux contenu dans les poumons et les tissus humains. Le plongeur par la pression qu’il subit en immersion est directement affecté.

HENRY (pour information)

Calcul de l’AUTONOMIE

Calcul de l’AUTONOMIE Pourquoi doit on calculer son autonomie Comment calculer son autonomie 4 éléments à connaître Formule de calcul d’autonomie Comment éviter la panne d’air

Afin de planifier sa plongée. Pourquoi doit on calculer son autonomie? Afin de planifier sa plongée. Plusieurs paramètres à prendre en compte: Le volume et la pression de son bloc La consommation d’air La profondeur donnée Le temps de plongée

Comment calculer son autonomie? 1er élément à connaître: Connaître volume d’air de son bloc: 8, 10, 12, 15, 18 Litres Rappel: Loi de MARIOTTE P1 x V1=P2 x V2 P x V= Constante

Comment calculer son autonomie? 2ème élément à connaître: Connaître la pression de gonflage de son bloc: 176, 200, 230 bars? Bloc de 12L gonflé à 200 bars Pression x Volume = Constante 200b X 12L = 2400 Litres d’air

Comment calculer son autonomie? 3ème élément à connaître: Connaître sa consommation d’air: La moyenne de consommation d’air d’un humain en surface est de 20 Litres par minute (20L/mn) On prendra toujours cette base de 20L/mn dans tous les calculs Nota: Chaque individu à une consommation différente

P. Abs = P. Atm.+ P. Hydrostatique Comment calculer son autonomie? 4ème élément à connaître : Connaître la profondeur donnée: Suivant La profondeur à laquelle le plongeur évolue sa consommation d’air sera différente. Il faut connaître sa Pression absolue. 20 mètres = 3 bars 15 mètres = 2,5bars Rappel: les pressions P. Abs = P. Atm.+ P. Hydrostatique

Comment calculer son autonomie? ATTENTION !!! Par sécurité on retire obligatoirement 50 bars de pression de gonflage. Cette marge de sécurité peut être augmentée selon la profondeur. Donc, sur un bloc gonflé à 200 bars le calcul se fera automatiquement sur 150 bars

(P. Atm +P. hydro. =P. Abs soit 1b+2b=3bars) Comment calculer son autonomie? Formule de calcul d’autonomie • La plongée est prévue à une profondeur donnée de 20 m On recherche la P. Abs 20 Mètres = 3 bars de P. Abs (P. Atm +P. hydro. =P. Abs soit 1b+2b=3bars) • On recherche la conso à profondeur donnée: 20L x 3b = 60L de consommation d’air à 20 Mètres

= 26 minutes d’autonomie à 20M Comment calculer son autonomie? Formule de calcul d’autonomie • Je dispose d’un Bloc de 12L gonflé à 180b 180b – 50b= 130b (50b = réserve de sécurité) = 130b x 12L = 1560L volume d’air Recherche du temps disponible à la profondeur donnée • Temps à Prof = Volume air / Consommation à Prof Temps à Prof = 1560/60 = 26 minutes d’autonomie à 20M

Comment éviter la panne d’air? Bonne gestion de l’air pendant la plongée (surveiller sa consommation) Bonne planification du temps et de la profondeur (avant l’immersion) Entretien et vérification régulière de son matériel (par un professionnel) Ne jamais mentir sur sa consommation réelle (l’Ego du plongeur)

Exercices: Mireille et Edwige ont chacune un bloc de 12 Litres gonflé à 190 Bars. Leur plongée est prévue à 2,5bars de pression absolue. Quelle quantité d’air disposent-elles? Quelle est la profondeur à 2,5 Bars? Quelle est la consommation d’air à cette profondeur? combien de temps pourront-elles rester à cette profondeur avant d’être en réserve ?

Réponses exercices: Mireille et Edwige ont chacune un bloc de 12 Litres gonflé à 190 Bars. 190b – 50b =140b 140b x 12L = 1680L Leur plongée est prévue à 2,5bars de pression absolue. 2,5b P. Abs = 15M Quelle est la consommation d’air à cette profondeur? 15M = 2,5b x 20Lminute = 50L mn combien de temps pourront-elles rester à cette profondeur avant d’être en réserve? 1680L/50L = 33,6 soit 33 minutes