Physique Plan de l’exposé Pourquoi l’étude de la pression Notion de pression La poussée d ’Archimède La loi de Mariotte Exercices d ’application Synthèse

Pourquoi l’étude de la pression le plongeur est soumis à toutes formes de pression : Pression ambiante Pression de l’eau Pression des bouteilles Il est important d ’en connaître : Les mécanismes Les influences en plongée

Pression Notion de pression Une pression est une force exercée sur une surface L’unité de pression est le bar (en plongée) 1 bar équivaux à 1 kg sur 1 cm² Les autres unités de pression employées sont : 1 bar = 1 kg/cm² = 10 mCE = 1000 mB = 1000 Hpa = 760 mmHg F P = S

Pression Notion de pression Le pression à la surface de la mer est de 1 bar c’est la pression atmosphérique (équivalent du poids de l’air au dessus de nos têtes) La pression dans l'eau augmente progressivement de 1 bar tous les 10 m de profondeur (car l ’eau est incompressible) c’est la pression hydrostatique, ou relative (par rapport à la surface) Pression ABSOLUE = Pression RELATIVE + Pression ATMOSPHERIQUE

Exercice d ’application Pression Exercice d ’application Calculer le pression absolue à 30 m Calculer la pression relative à 13 m A quelle profondeur se trouve un plongeur soumis à une pression absolue de 4,5 bar Calculer la pression à 12 mètres de profondeur dans un lac de montagne ou la pression atmosphérique est de 0,8 bar

La poussée d ’Archimède Le poids dans l ’eau La vitesse à laquelle coule un objet dans l ’eau dépends de : Du poids de l ’objet Du volume de l ’objet De la densité de l ’eau D ’ou la notion de poids apparent La différence entre le poids réel, et le poids apparent est : La poussée d ’Archimède

La poussée d ’Archimède La densité = masse / volume (densité de l'eau = 1) Le poids réel = volume x densité de l'objet La poussée d'ARCHIMEDE = volume x densité du liquide Parchi = Vol x d. (densité de l'eau = 1 => Parchi = Volume) Le poids apparent = poids réel - poussée d'Archimède Papp = Preel - Parch si Papp > 0 l'objet coule si Papp = 0 l'objet est en équilibre si Papp > 0 l'objet flotte

La poussée d ’Archimède Application à la plongée Lestage d ’un plongeur Parachute ascensionnel Remontée d ’objet du fond

La poussée d ’Archimède Exercice d ’application 1 : Un corps mort, est constitué d ’un bloc de béton de 1m x 1m x 0.5m. La densité du béton utilisé est de 4. Quel volume d ’air devra-t-on introduire dans un parachute de relevage pour équilibrer l ’ensemble ? (On néglige le poids et le volume du parachute lui même)

Variation des volumes avec la pression Loi de MARIOTTE: A température constante le volume d ’ un gaz est inversement proportionnel à sa pression P x V = Constante P x V = Constante T en degrés Kelvin 1° K = 273° C T Applications: gonflage des blocs, gilets, accidents barotraumatiques

Loi de MARIOTTE

Loi de MARIOTTE P1 * V1 = 2 P1 * 1/2 V1 = 3 P1 * 1/3 V1 = 4 P1 * 1/4 V1

Application à la plongée Loi de MARIOTTE Application à la plongée Remplissage des bouteilles avec un volume important, et une pression importante Autonomie en plongée dépends de la profondeur (quantité d ’air absorbé à chaque inspiration) Stab ou parachute Accidents ...

Exercice d ’application 1 : Loi de MARIOTTE Exercice d ’application 1 : En supposant que nous restions à la même profondeur de 20 m Combien de temps pouvons nous plonger avec un bloc de 12 l, gonflé à 200 bars, si on décide d ’interrompre la plongée alors qu ’il ne reste que 50 bars ? (Consommation d ’un plongeur 20 l /mn) Exercice d ’application 2 : On veut remonter une ancre d ’une profondeur de 30 mètres en utilisant un parachute. L ’ancre à un poids apparent de 30kg, mais je ne peux introduire que 25 litres d ’air, dans mon petit parachute. Je décolle cette ancre en palmant. A partir de quel profondeur le système sera en équilibre, et poursuivra seul sa remontée ?

Papp = Preel - Parch Parchi = Vol x d. Synthèse La pression Poids dans l ’eau Papp = Preel - Parch Parchi = Vol x d. Loi de Mariotte F P = S Pression ABSOLUE = Pression RELATIVE + Pression ATMOSPHERIQUE P x V = Constante T P1 * V1 = 2 P1 * 1/2 V1 = 3 P1 * 1/3 V1 = 4 P1 * 1/4 V1

Loi de DALTON Plan de l ’exposé Pourquoi la loi de DALTON Rappels Présentation de la loi et utilisation Exercices d ’application Application de DALTON à la plongée Synthèse A écrire au tableau, mais ne pas passer la diapositive à l ’écran

Loi de DALTON Pourquoi ? Le plongeur respire de l ’air comprimé L’air est composé de plusieurs gaz Suivant la pression, les gaz peuvent avoir des effets sur l’organisme Il est important de savoir calculer la pression des gaz compris dans un mélange C ’est LA PRESSION PARTIELLE John DALTON, Physicien Anglais 18/19ième siècle L ’air est un mélange Le pression partielle est donc la pression d ’un gaz dans un mélange

Loi de DALTON Rappels L ’air est composée de 21 % d ’oxygène O2 79 % d ’azote N2 P1 x V1 = P2 x V2 (à T°C constante) Pabs = Prel + Patm Notions qui ont été vues lors des cours de physique précédents On ne parlera pas des gaz rares dans ce cours (0,01%) mais il peuvent avoir une influence non négligeables à grande profondeur

Loi de DALTON La loi La pression partielle d ’un gaz dans un mélange est égale à la pression qu ’aurait ce gaz si il occupait seul la totalité du volume du mélange O2 Comme le gaz isolé a plus de place, la pression partielle sera plus faible que la pression absolue. C ’est un peu comme 2 équipes de supporter dans un stade qui font du bruit en encourageant leur équipe. Si on retire une équipe de supporter, le bruit généré est plus faible. O2 N2 N2 P abs P p O2 P p N2

Loi de DALTON La formule Pp gaz = Pabs * X / 100 X = concentration du gaz en % Pabs = Pression absolue du mélange Constatation 1 : Pp O2 < Pabs et Pp N2 < Pabs Constatation 2 : Pp O2 + Pp N2 = Pabs Faire calculer la pression partielle d ’O2 et de N2 dans l ’air à la pression atmosphérique. PpO2 = 0,21 bars PpN2 = 0,79 bars La deuxième constatation est une autre façon d ’exprimer la loi de dalton : - La pression d ’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu ’aurait chacun des gaz s ’il occupait seul le volume total.

Loi de DALTON Exemples d ’application On prendra Air = 20 % O2 et 80 % N2 Calcul de la PpO2 et de la PpN2 à 40 mètres A quel profondeur on obtient une PpO2 de 1,7 bars Quel est la proportion d ’O2 et de N2 pour obtenir une PpO2 = 1,7 bars à 40 mètres Exercice 1 : A 40 m Pabs = 5 bars Pp O2 = 5 * 20 / 100 = 1 bar Pp N2 = 5 * 80 / 100 = 4 bars On a bien 1 + 4 = 5 bars !!! Exercice 2 : Pp O2 = Pabs * 20 / 100 = 1,7 bars Pabs = 1,7 * 100 / 20 = 8,5 bars Prel = 8,5 - Patms = 7,5 bars Profondeur = 75 mètres Exercice 3 : Pp O2 = Pabs * X / 100 = 1,7 bars Pabs = 5 bars (à 40 m) X = Pp O2 * 100 / Pabs XO2 = 1,7 * 100 / 5 = 34 % XN2 = 100 - 34 = 66 %

Loi de DALTON Application à la plongée Toxicité des gaz à certaine profondeur PpN2 Narcose PpO2 Anoxie PpO2 Hyperoxie Réglage des mélanges respiratoires Nitrox pour la plongée loisir Plongée professionnelle > 100m Élaboration des tables de plongée Une explication plus précise de ces phénomènes sera faites pendant le cours sur les accidents. Nitrox mélange qui permet de réduire le taux d ’Azote dans l ’air pour limiter les temps de décompression. Mais attention aux effets d’Oxygène. Tables de plongée : Susceptibilité des tissus aux différentes pressions partielles d ’Azote.

Loi de DALTON Ce qu ’il faut retenir La pression partielle d ’un gaz dans un mélange est égale à la pression qu ’aurait ce gaz si il occupait seul la totalité du volume du mélange Pp gaz = Pabs * X / 100 Pp O2 < Pabs et Pp N2 < Pabs Pp O2 + Pp N2 = Pabs

Loi de Henry Plan de l’exposé Pourquoi la loi de Henry La loi de Henry Les facteurs favorisant

Pourquoi l’étude de la loi de Henry Les gaz se dissolvent dans les liquides (Bouteille de champagne), et le taux de dissolution dépends de la pression le plongeur respire un mélange gazeux à différentes profondeurs, donc à différentes pressions. Certain de ces gaz sont utilisés par l ’organisme, d ’autres dissous dans les tissus. Il est important d ’en connaître : Les mécanismes Les conséquences

Loi de Henry Loi de HENRY A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissoute dans un liquide est directement proportionnelle à la pression exercée par ce gaz en contact avec le liquide. Dissolution : gaz pénétrant dans un liquide sous l'effet d'une pression externe Tension : pression d'un gaz dans un liquide Saturation : état d'équilibre entre la pression et la tension d'un gaz dans un liquide

Loi de Henry Principales conséquences en plongée Données utilisées pour l ’élaboration des tables de plongée et des programmes d ’ordinateurs. Le corps humain est composé de plusieurs type de tissu, regrouper en fonction de leur constante de temps. Générateur des accidents de décompressions Dégazage d ’Azote pas suffisamment maîtrisé Remontée trop rapide Non respect des tables

Loi de Henry Les facteurs favorisants de la dissolution La pression : Plus on descend profond, plus la remonté sera longue La température : Prendre des marges / Ne pas insister en cas de froid Le temps : Plus on reste longtemps à une profondeur, plus la remonté sera longue Surface de contact : L ’agitation : Ne pas faire d ’effort pendant et après une plongée La nature des tissus : Les constantes sont différentes (les graisses sont de grands fixateurs d ’Azote)

La Vision Plan de l ’exposé Pourquoi la vision Notions d ’optique Réflexion / réfraction / Diffusion / Absorption Application à la plongée Exercices d ’application Synthèse Qu ’avez vous remarquer lors de vos premières plongées ?

La Vision Pourquoi la vision? On voit plus gros On voit plus proche Le champs de vision rétréci Les couleurs disparaissent avec la profondeur Plus l ’eau est trouble, moins on voit loin Qu ’avez vous remarquer lors de vos premières plongées ?

La Vision Cela dépends de l ’angle et des indices des 2 milieux Notions d ’Optique 1 La réflexion : le miroir i = r Le réfraction : le bâton brisé dans l ’eau i > R i = incidence / r = réflexion / R = réfraction A la frontière entre 2 milieux différents, un rayon lumineux est dévier, et il peut se réfléchir ou se réfracter Faire les dessins de l ’attelage de bœufs : Suivant l ’angle d ’attaque et les indices des milieux, un rayon peut se réfléchir ou se réfracter. i = angle d ’incidence r = angle de réflexion R = angle de réfraction Cela dépends de l ’angle et des indices des 2 milieux Pré Labour Pas d ’effet Réfraction Réflexion

Au fond, on obtient le grand bleu La Vision Notions d’Optique 2 L ’absorption : l ’intensité lumineuse diminue en fonction de la profondeur L ’absorption commence par les couleurs proches du rouge pour finir par le bleu Absorption, effet de filtrage des longueurs d ’ondes des rayons lumineux Composition de la lumière du soleil = Arc en ciel Violet Indigo Bleu Vert Jaune Orange Rouge Au fond, on obtient le grand bleu

La Vision Notions d ’Optique 3 La diffusion : Combinaison de la réflexion (95 %) et de la réfraction (5 %) sur des particules Exemple : les phares dans le brouillard Faisceau Réfléchis Faisceau Source A chaque rencontre avec une surface, l ’intensité se divise en un rayon réfléchi, et un rayon réfracté, donc la lumière se diffuse.

La Vision Application à la plongée Oeil Rayons Sans le masque L ’image se forme en arrière de la rétine : hypermétropie On voit floue Oeil Rayons Contact œil / air La direction du rayon lumineux est déviée, car l ’œil à un indice proche de celui de l ’eau, donc à la frontière de l ’œil, le rayon prend une direction différente suivant qu ’il vient de l ’air ou de l ’eau. Jacques Mayol corrige sa vue dans l ’eau uniquement avec des lentilles. Contact œil / eau

La Vision Application à la plongée Tour d ’horizon indispensable Avec le masque Le champs de vision rétrécie La direction du rayon lumineux est déviée. A l ’air libre sans le masque A l ’air libre avec le masque Dans l ’eau avec le masque Air Tour d ’horizon indispensable Eau

La Vision Application à la plongée ça rapproche Avec le masque ça rapproche Distance apparente = Distance réelle * 3 / 4 ça grossit Taille apparente = Taille réelle * 4 / 3 Parler de la perception sensorielle d ’un objet dans un champs de vue qui rétrécie. Faire un schéma au tableau : Rayon dans l’air Masque Rayon dans l ’eau L ’écart angulaire crée un rapport de 4/3

La Vision Exercices Un poisson est à 4 mètres du plongeur, et mesure 90 cm. Quelle sera la longueur que donnera le plongeur ? A quelle distance croit il le voire ? L ’ancre d ’un bateau vue depuis la surface avec un masque semble mesurer 80 cm et être à 15 mètres de profondeur Quelles sont les tailles et profondeurs réelles ? Exercice 1 : Tapp = Tr * 4 / 3 = 0,9 * 4 / 3 = 1,20 m Dapp = Dr * 3 / 4 = 4 * 3 / 4 = 3 m Exercice 2 : Tapp = Tr * 4 / 3 ==> Tr = Tapp * 3 / 4 Tr = 0,8 * 3 / 4 = 0,6 m Dapp = Dr * 3 / 4 ==> Dr = Dapp * 4 / 3 Dr = 15 * 4 / 3 = 20 m

La Vision Application à la plongée Emporter une lampe Les couleurs s ’atténue en fonction de la profondeur La luminosité diminue Incidence des rayons du soleil : Réflexion Particules en suspension : Diffusion Emporter une lampe Plonger quand le soleil est haut Plonger en eau claire Ne pas remuer le fond

Ce qu ’il faut retenir : Dans l ’eau ! La Vision Ce qu ’il faut retenir : Dans l ’eau ! ça rapproche Distance apparente = Distance réelle * 3 / 4 ça grossit Taille apparente = Taille réelle * 4 / 3 Le champs de vision rétrécie Tour d ’horizon indispensable La profondeur, la réflexion et la réfraction perturbe la visibilité Prendre une lampe, Plongée au Zenit, dans de l ’eau claire

L ’ACOUSTIQUE Plan de l ’exposé Pourquoi parler de l ’acoustique Les principaux phénomènes acoustiques Exercices d ’applications Application à la plongée Synthèse A écrire au tableau, mais ne pas passer la diapositive à l ’écran

La mer n ’est pas le monde du silence L ’ACOUSTIQUE Pourquoi ? Bruit de moteur de bateau Choc sur la bouteille Voix dans le détendeur (Parfois des chants) Pétard de rappel La mer n ’est pas le monde du silence Qu ’entend on dans l ’eau ? Qu ’avez vous déjà entendu dans l ’eau ?

Importance du tour d ’horizon L ’ACOUSTIQUE Les principaux phénomènes Vitesse Perception Absorption Direction Le son s ’atténue en fonction de la distance Difficile a appréhender dans l ’eau Le son va plus vite dans l ’eau On entend mieux dans l ’eau Phénomène On entend avec le tympan Air 330 m/sec Vitesse A peu près 3 fois plus rapide dans l ’eau que dans l ’air Perception On entend aussi avec la boite craniène, car l ’eau est plus dense que l ’air Absorption On entend mieux les paquebot que les vedette ou petit bateau au loin Direction La direction est difficile a discerner, car comme on entend avec la boite craniène, le son semble venir de tous les cotés Importance du tour d ’horizon Les sons aigus s ’atténue plus vite que les sons graves Fonction des organes de perception Et avec la boite craniène Eau 1500 m/sec

L ’ACOUSTIQUE Exercices d ’application Une explosion se produit à la surface de l ’eau à 5 Km du bateau. Qui l ’entendra en premier (Marins ou plongeurs) ? Combien de temps séparera les 2 perceptions ? Un sondeur émet une onde vers le fond, et reçoit l ’écho un dixième de seconde après Quelle est la profondeur ? Exercice 1 : Les plongeurs l ’entendront les premiers Distance = Temps * Vitesse Temps = Distance / Vitesse Tair = 5000 / 330 = 15,2 sec Teau = 5000 / 1500 = 3,3 sec Ecart de temps = 11,9 sec Exercice 2 : Il faut calculer la distance parcourue par l ’onde Distance = 0,1 * 1500 = 150 m Profondeur = Distance / 2 = 75 m Execcice 2

Il faut être attentif aux bruits en plongée L ’ACOUSTIQUE Application à la plongée Communication entre plongeurs Choc sur la bouteille Voix dans le détendeur Communication entre plongeurs et surface Pétard de rappel Prévention des accidents Bruit de moteur de bateau Bruit des animaux Baleines, Langoustes, Mâchoires de murènes Il faut être attentif aux bruits en plongée

Il faut être attentif aux bruits en plongée L ’ACOUSTIQUE Ce qu ’il faut retenir Le son va plus vite dans l ’eau que dans l ’air Dans l ’air 330 m/sec Dans l ’eau 1500 m/sec Les sources de bruits sont des informations utiles en plongée Il faut être attentif aux bruits en plongée