Physique élémentaire (rappels) Poussée d’Archimède Niveau 4 : La Physique appliquée à la plongée Sommaire : Physique élémentaire (rappels) Poussée d’Archimède Compressibilité des gaz : loi de Mariotte  Dissolution des gaz : loi de Dalton  Pression partielle des gaz : loi de Henri  La vision en plongée  Le son en plongée Eric Leroy Saison 2012-2013

Physique élémentaire (rappels) En plongée nous subissons des changements de pression et ce phénomène physique va avoir une incidence sur notre organisme. Eric Leroy Saison 2012-2013

La Masse désigne la quantité de matière. Elle s’exprime en Kg. Physique élémentaire (rappels) La Masse désigne la quantité de matière. Elle s’exprime en Kg. 1 Kg est la masse d’1 dm3 d’eau (pure à 4°C). On utilise souvent le terme de poids injustement. La Masse volumique caractérise la masse d’un produit par rapport à son volume. Elle s’exprime en Kg/dm3 La masse volumique du plomb dans 1 dm3 est de 11,3 Kg / dm3 La masse volumique de l’eau douce est de 1Kg / dm3 La masse volumique d’eau de mer est de 1,023 Kg /dm 3* L’air à une masse volumique de 1,29 g / dm3 *cette valeur est donnée à titre indicatif et varie en fonction des océans. Eric Leroy Saison 2012-2013

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Physique élémentaire (rappels) Exercice : Calculer la masse de l’air contenu dans un bloc de 15 litre gonflé à 200 bar. 15 X 200 x 1,29 = 3870 g soit presque 4 Kg. Quel sera la masse en réserve (50bar) ? 15x 50 x 1,29 = 967 g soit presque 3 Kg de moins. Attention donc au lestage ! Eric Leroy Saison 2012-2013

La Pression est égale à la Force exercée sur une Surface P = F / S Physique élémentaire (rappels) La Pression est égale à la Force exercée sur une Surface P = F / S En plongée : P exprimée en bar, avec F exprimée en Newton (N) et S exprimée en cm2. Eric Leroy Saison 2012-2013

En plongée on utilisera le bar pour la pression. Physique élémentaire (rappels) En plongée on utilisera le bar pour la pression. Les autres mesures utilisées pour la pression : 1 mmHg = 1 mm de hauteur de mercure 1 Hectopascal = 1 newton / m2 (unité de mesure du système internationale) Eric Leroy Saison 2012-2013

Physique élémentaire (rappels) La Pression atmosphérique (Pa) est la pression exercée par le poids de l’air (l’atmosphère). Cette pression est dépendante de la hauteur d’air et donc de l’altitude. Plus on monte et plus elle diminue. Pression atmosphérique au niveau de la mer =1 bar=760 mmHg=1013 Hectopascal Eric Leroy Saison 2012-2013

Physique élémentaire (rappels) La Pression Hydrostatique (Ph) est la pression exercée par le poids de l’eau. Cette pression est dépendante de la hauteur d’eau et donc de la profondeur. On considère qu’une hauteur d’eau de 10 m crée un pression de 1 bar. Cette pression hydrostatique augmente donc de 1 bar tous les 10 m. Eric Leroy Saison 2012-2013

C’est la pression exercée sur votre corps lors de la plongée. Physique élémentaire (rappels) La Pression Absolue (PA) est la pression exercée par la pression atmosphérique + la pression hydrostatique. C’est la pression exercée sur votre corps lors de la plongée. Eric Leroy Saison 2012-2013

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Incidence sur le plongeur->sa flottabilité. Poussé d’Archimède Enoncé : tout corps plongé dans un liquide reçoit une poussé verticale, dirigée du bas vers le haut, et égale au poids du volume de liquide déplacé. Incidence sur le plongeur->sa flottabilité. Eric Leroy Saison 2012-2013

Certains objets flottent alors que d’autre coulent. Poussé d’Archimède Certains objets flottent alors que d’autre coulent. Cela est due à la masse volumique. Si la masse volumique est inférieure à 1, l’objet flotte. Si celle-ci est supérieure, il coule. Eric Leroy Saison 2012-2013

La densité est également un facteur important : Poussé d’Archimède La densité est également un facteur important : C’est la rapport entre sa masse et celle d’un autre corps pris comme référence, occupant le même volume. Exemple : Eric Leroy Saison 2012-2013

Poids apparent: Poussé d’Archimède Poids apparent = poids réel – poussée d’Archimède Poids réel = masse volumique X densité. En immersion, si notre poids apparent est -positif : on coule ! -Négatif : on flotte ! -Nul : on est équilibré ! Eric Leroy Saison 2012-2013

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Quelle incidence sur notre lestage ?? Poussé d’Archimède Quelle incidence sur notre lestage ?? Poids apparent = volume x (densité corps immergé – densité eau) Exemple : un apnéiste en combi, de 85 litres : 85 x (0.9 – 1) = -8.5 Kg (poids apparent en eau douce : il mettra 8,5 kg pour être équilibré) Le même apnéiste en mer : 85 x (0.9 – 1,023) = -10,45 Kg Donc = il faudra se lester de 2 kg de plus en eau salée qu’en eau douce. Quel serait le lestage en mer morte ?? (densité = 1,6) 85 x (0.9-1.6) = 59,5 kg !!!!! Eric Leroy Saison 2012-2013

Pour simplifier on utilise souvent : Pression X Volume = Constante. Loi de Mariotte. Enoncé : à température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à sa pression. Les liquides et les solides ne sont pas compressibles. Les gaz le sont. Pour simplifier on utilise souvent : Pression X Volume = Constante. Mais dans le cas d’un gaz, la Température est un facteur important. Eric Leroy Saison 2012-2013

Mais dans le cas d’un gaz, la Température est un facteur important. Loi de Mariotte. Mais dans le cas d’un gaz, la Température est un facteur important. On considère donc : P X V / T = Constante Avec T la température exprimée en degrés Kelvin. (0°C = 273°K) Ou bien : P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2 Eric Leroy Saison 2012-2013

Loi de Mariotte. Exercice : Vous disposez de 2 bouteilles tampons de 50 litres à 300 bars, d’un compresseur de 50m3/h et d’une rampe de gonflage pouvant accueillir 4 bouteilles en même temps. Vous devez gonfler les bouteilles suivantes : Type de bloc Pression résiduelle N°1 N°2 N°3 N°4 12 L (230 b) 30 b 40 b 60 b 70 b 15 L (230 b) 80 b 90 b Eric Leroy Saison 2012-2013

Loi de Mariotte. Exercice : Vous devez gonfler à 300 bar les bouteilles tampon. Combien de temps cela va prendre ? 2 X 50 X 300 = 30 000 litres soit 30 m3 Avec un débit de 50 m3/h : 30/50 x 60 = 36 minutes. Vous devez ensuite gonfler les 8 blocs à 230 bar. Comment procédez vous ? Eric Leroy Saison 2012-2013

Loi de Mariotte. Méthode : 1/ Mise en communication des bouteilles entre-elles jusqu’à l’équi-pression. 2/Gonflage à l’aide des bouteilles tampons, en utilisant d’abord la bouteille la moins remplie. Eric Leroy Saison 2012-2013

1/ Mise en équipression des 4 blocs 12L: Loi de Mariotte. 1/ Mise en équipression des 4 blocs 12L: (12x30)+(12x40)+(12x60)+(12x70) = 50 b 12+12+12+12 Gonflage à l’aide du premier tampon à 300 b: (48x 50)+(50x300) = 177,55 b 48+50 Gonflage à l’aide du second tampon à 300 b (48x 177,55)+(50x300) = 240,02 b La pression est suffisante pour gonfler à 230b Eric Leroy Saison 2012-2013

Air nécessaire pour gonfler les bouteilles de 12 litres à 230 b ? Loi de Mariotte. Air nécessaire pour gonfler les bouteilles de 12 litres à 230 b ? 48 x (230 - 177,55) = 2517,6 litres Pression résiduelle dans le second tampon ? (50x300) - 2517,6 = 249,64 b 50 Donc tampon 1 = 177,55 b tampon 2 = 249,64 b Eric Leroy Saison 2012-2013

Loi de Mariotte. Après le 1er gonflage tampon 1 = 177,55 b Gonflage des blocs 15 L: Mise en équi-pression. (15x60)+(15x70)+(15x80)+(15x90)=75 bar 15+15+15+15 Eric Leroy Saison 2012-2013

Gonflage avec le premier tampon (177,55b) Loi de Mariotte. Gonflage avec le premier tampon (177,55b) (60x75)+(50x177,55) = 121,61 b 60+50 Gonflage avec le deuxième tampon (249,64b) (60x121,61)+(50x249,64) =179,80 b Eric Leroy Saison 2012-2013

(230-179,80)x60 = 3012 litres pour atteindre les 230 b demandés. Loi de Mariotte. Il manque : (230-179,80)x60 = 3012 litres pour atteindre les 230 b demandés. Temps nécessaire avec le compresseur ? 3012 x 60 = 3,6 min 50 000 Eric Leroy Saison 2012-2013

Lors du gonflage les bouteilles sont à 55°C (328°K) pour 230 b. Loi de Mariotte. Lors du gonflage les bouteilles sont à 55°C (328°K) pour 230 b. Quelle sera la pression lorsque la température sera 20°C (293°K)? Attention cette formule ne marche qu’en utilisant l’unité de température en Kelvin 230 = ? -> ? = 230 x 293 = 205,45 b 328 293 328 Eric Leroy Saison 2012-2013

On parle de pression partielle d’un gaz (Pp). Loi de Dalton. Enoncé : à température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu’auraient chacun des gaz s’il occupait seul tout le volume. On parle de pression partielle d’un gaz (Pp). A la pression atmosphérique on considère que l’air contient 80% d’azote et 20% d’oxygène. La Pp d’azote est donc de 0,8 bar A une profondeur de 20 M, la Pp d’azote sera: 3 X 0,8 = 2,4 bar. Eric Leroy Saison 2012-2013

Exemple : à quelle profondeur Pp O2 = 1,4 bar ? On cherche PA. Loi de Dalton. Formule : Pp gaz = PA x % gaz / 100 (PA = Pression Absolue) Exemple : à quelle profondeur Pp O2 = 1,4 bar ? On cherche PA. PA = Pp O2 / % gaz X 100 PA = 1,4 / 20 x 100 PA = 7 bar soit 60 m Eric Leroy Saison 2012-2013

Loi de Dalton. Application à la plongée : calcul pour la toxicité des gaz et aussi pour les tables de plongée (dissolution de l’azote). Eric Leroy Saison 2012-2013

Loi de Henri. Enoncé : à température donnée, la quantité de gaz dissoute à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle des gaz au dessus de ce liquide. En plongée, l’azote qui n’est pas consommé, (comme l’est l’oxygène), se dissout dans notre corps. Eric Leroy Saison 2012-2013

On utilise les termes suivants: Saturation = état d’équilibre. Loi de Henri. On utilise les termes suivants: Saturation = état d’équilibre. Exemple : en surface avant plongée. Sous-saturation = le gaz se dissout dans le liquide qui l’absorbe. Exemple : notre corps absorbe l’azote lors de la plongée. Sur-saturation = le liquide restitue le gaz. Exemple : notre corps rejette l’azote lors de la remontée. Eric Leroy Saison 2012-2013

Ce terme sera utilisé dans la partie relative aux tables de plongée. Loi de Henri. On utilisera le terme de Tension pour parler d’un gaz dissout dans un liquide et de pression partielle lorsqu’il est à l’état gazeux. Ce terme sera utilisé dans la partie relative aux tables de plongée. Eric Leroy Saison 2012-2013

En plongée, notre vision est modifiée : -On voit plus gros La vision en plongée En plongée, notre vision est modifiée : -On voit plus gros -les choses paraissent plus proches -le champ de vision est rétréci -Les couleurs sont modifiées Eric Leroy Saison 2012-2013

L’eau modifie la lumière sous 4 critères : La vision en plongée L’eau modifie la lumière sous 4 critères : Eric Leroy Saison 2012-2013

La vision en plongée Vision sans masque : La pression de l’eau Vient déformer la cornée. On devient Hypermétrope. (L’image est formée derrière la rétine) Eric Leroy Saison 2012-2013

La vision en plongée Vision avec masque : L’air contenu dans le masque évite la déformation de la cornée. L’image arrivant sur la vitre du masque subit l’effet de la Réfraction. Effet : grossissement Eric Leroy Saison 2012-2013

Diminution de l’angle de champ du système optique. La vision en plongée Diminution de l’angle de champ du système optique. Le point A est vu en A’. Effet : rapprochement Eric Leroy Saison 2012-2013

restituer les couleurs. La vision en plongée L’eau absorbe les couleurs en fonction de la profondeur. Un phare permet de restituer les couleurs. Eric Leroy Saison 2012-2013

La vitesse du son dans l’eau est de 1500 m/sec Le son en plongée La vitesse du son dans l’eau est de 1500 m/sec Alors que pour l’air seulement 330 m/sec Le son se propage donc 4,5 X plus vite dans l’eau. Eric Leroy Saison 2012-2013

Comment détecter la direction d’un son ? Le son en plongée Comment détecter la direction d’un son ? Vous verrez en physiologie la description de l’oreille. Retenez que la distance séparant nos deux oreilles est d’environ 15 cm. Le son dans l’air arrive à 330 m/sec. Notre organisme est créé pour arriver à réagir assez vite pour qu’une oreille interprète un son avant l’autre et donc donne sa direction. Eric Leroy Saison 2012-2013

Effet : impossibilité de situer la provenance du son. Le son en plongée Mais avec un son à 1500 m /sec, notre cerveau n’a pas le temps d’interpréter laquelle des oreilles a perçu le son la première. (on peut pas implanter un processeur plus rapide, désolé !!) Effet : impossibilité de situer la provenance du son. Seule l’intensité du son peut nous indiquer si la source est proche ou non, mais en aucun cas sa direction. Eric Leroy Saison 2012-2013