Aspects physiques appliqués à la plongée LES UNITES DE PRESSION Comité Départemental du Val de Marne – Marc TISON – Moniteur Fédéral 2ème degré

Densité moléculaire différente Force = Masse x Gravitation Les unités de pression Définition Dès le début de la formation du plongeur, les informations qui sont données mettent en évidence les relations permanentes qui existent entre les gaz et les liquides. Leurs structures sont différentes et expliquent les comportements observés l’un par rapport à l’autre, surtout face aux variations de pression. Pression = Force Surface Molécules Gaz Liquide Très espacées Très rapprochées Pour un même volume, le nombre de molécules est très différents. L’ensemble constitue leur MASSE. Un corps en orbite terrestre ne pèse rien et pourtant son poids est représentatif de sa masse. C’est l’attraction terrestre qui donne du poids à la masse. Densité moléculaire différente Elle s’exprime en mètre/seconde par seconde (m/s2), c’est la GRAVITATION. Force = Masse x Gravitation

Les unités de pression Ex : une masse de 1kg subit une accélération de 1 m/s2 puis de 8 m/s2. Elle exercera une force de 1 newton puis de 8 newtons. Dans le système métrique international, l'unité de mesure de la pression est le pascal (Pa) : une pression de 1 pascal correspond à une force de 1 newton exercée sur une surface de 1 m2. F S Si P. =  newton m2 = pascal*(unité de pression) Ex : 8 N 1 m2 = 8 pascals et 4 m2 = 2 pascals (2 Pa.) Le pascal est une mesure très petite. C’est la 100 000ème partie du bar : 1 bar = 105 pascals *1 pascal = 1 N/m2 où N, le Newton, est l'unité de mesure de la force. Le pascal est une petite unité. En météorologie, on utilise plutôt un multiple du pascal, l'hectopascal (hPa), pour les mesures de la pression atmosphérique.

Les unités de pression < La pression atmosphérique La terre est entourée d’une couche d’air, l’atmosphère. Cet air pèse 1,293 gramme / litre. La valeur et la présence de cette pression furent mis en évidence par Evangélista Torricelli (1643), à travers l’expérience du baromètre de mercure. Construction du premier baromètre à mercure : Torricelli remplit un tube de 1 m de long avec du mercure, il bouche le tube et le retourne dans une cuve elle-même remplie de mercure avant de le déboucher. Il constate alors que le niveau de mercure baisse dans le tube et s'arrête à 76 cm au-dessus du niveau du mercure dans la cuve. Il obtient ainsi 24 cm de vide dans le tube au-dessus du mercure (en réalité ce volume est occupé par de la vapeur de mercure mais la pression est effectivement très faible). Le mercure étant 13,591 fois plus dense que l'eau, Torricelli constate qu'une colonne (de cette matière) de 76 cm est donc tenue en équilibre par l'atmosphère.

Les unités de pression Densité Hg = 13,591 Volume de Hg (L x l x h) = 1cm x 1cm x 0,76cm = 76 cm3  0,076dm3 Masse = V x d = 0,076 x 13,591 = 1,0329 kg Gravitation 9,81m/s2 (niveau mer – altitude zéro) Force exercée (m x g) = 1,0329 kg x 9,81 = 10,1329 Newtons P.Atmo = 10,1329 N / m2 (10,1329 N x 10.000*) = 101.329 pascals 101.329 /100.000 = 1,013 bar ou 1013 millibars. (*si 1Pa = 1N/m2 alors aussi 1N/10.000cm2)

Les unités de pression GUERICKE (Otto VON), physicien allemand (1602-1686) né à Magdebourg. Il inventa en 1650 une machine pneumatique pour faire le vide. Il compléta les travaux de Torricelli sur la pression atmosphérique grâce à la célèbre expérience des hémisphères de Magdebourg en 1654.

Les unités de pression La pression atmosphérique diminue avec l’altitude (Blaise Pascal). L’épaisseur de la couche d’air est moins importante, sa masse et la gravitation diminue, son poids moléculaire aussi. On constate que les variations sont non linéaires et assez faibles. 1 hPa = 100 pascals. Anciennement, on utilisait le millibar comme unité de mesure pour la pression. 1 millibar (mb) = 1 hectopascal (hPa) La pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer est d'environ 1013 hPa (1013 mb)

Les unités de pression La pression hydrostatique 10,33m L’expérience de Torricelli peut être réalisé avec de l’eau au lieu du mercure :  13,591 (densité mercure) x 0,76m (baromètre de Torricelli) = 10,3291m (arrondir à 10,33m)  d’où 760 mmHg = 1,013 bar = 10,33m d’eau de mer = 10,07m d’eau douce = 1 atmosphère ……le niveau du liquide se stabilise à 10 mètres et quelques centimètres. Le ‘’bar’’ est donc une unité de pression dans le système international soit (105 pa). Il est généralisé en tant qu’indication de pression sur les manomètres métalliques et les bouteilles contenant un gaz sous-pression. Sur les manomètres il est à noter l’indication « zéro » à la pression atmosphérique. De ce fait, les manomètres indiquent une pression « relative » par rapport à la pression atmosphérique.

Les unités de pression Les variations de pression en plongée Elles découlent des notions présentées et acquises précédemment. Le milieu liquide est incompressible (ou presque), l’augmentation de pression enregistrée est directement proportionnelle à la profondeur d’immersion. Le plongeur supporte 1 bar de pression tous les 10 mètres, plus la pression atmosphérique du lieu de plongée. On constate que la pression double à –10m. Elle double à nouveau à –30m, ……et encore à –70m.

Les unités de pression En résumé Application à la plongée Calcul de la profondeur réelle dans une eau de densité supérieure à 1 Calcul des Pressions partielles d’N2 dans une eau de densité supérieure à 1 Calcul de la profondeur réelle à partir d’une lecture sur un profondimètre type bathymètre dans un lac de montagne (d = 1) Calcul d’une profondeur équivalente mer/lac pour des plongées en altitude.

FIN