LA COMPRESSIBILITE DES GAZ Lois et principes physiques appliqués à la plongée LA COMPRESSIBILITE DES GAZ La Loi de Boyle & Mariotte Comité Départemental du Val de Marne – Marc TISON – Moniteur Fédéral 2ème degré

La compressibilité des gaz Introduction Dans l’antiquité mais plus particulièrement au 17e siècle, le moyen de respirer sous l’eau avait été résolu partiellement par l’emploi de cloche à plongeur. Le plus gros problème constaté dans ce type d’enceinte est qu’au fur et à mesure de sa descente, l’eau monte dans la cloche. Le volume d’air diminue et la pression augmente à égalité avec la pression ambiante. 0m 10m 30m 70m 1b 2b 4b 8b Indications lues Pression exercée En mesurant ces variations de volume, on peut constater que si la pression augmente de deux, quatre ou huit fois, le volume diminue dans les mêmes proportions.

La compressibilité des gaz La loi de BOYLE & MARIOTTE Ce phénomène a été mis en évidence indépendamment par deux physiciens, Boyle et Mariotte, qui énoncèrent la loi suivante : « A température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la pression qu’il subit » en conséquence : « le produit de la pression par le volume est constant » 8 P x V = Constante 4 2 1

La compressibilité des gaz Conséquences Ce qui est vrai dans une cloche à plongeur est vrai aussi pour les volumes gazeux emportés par le plongeur. A la descente : Les poumons ont un volume qui varie dans le cas de la plongée libre (apnée). Ce phénomène ne concerne pas le plongeur en scaphandre autonome car son détendeur lui fourni de l’air à pression ambiante. A la remonté : Le phénomène est inverse et l’apnéiste retrouve le volume initial de ses poumons. Le plongeur en scaphandre autonome doit penser à expirer pour maintenir ce volume constant. Exemple : Cela met en évidence la nécessité qu’à le plongeur d’expirer à la remonté. On peut constater aussi que pour remplir ses poumons à -70m, il faut huit fois plus d’air détendu à P.Atm. qu’en surface  la consommation augmente avec la profondeur.

La compressibilité des gaz Autre conséquence lorsqu’on comprime un gaz, son poids. Il est en effet multiplié par la pression à laquelle on l’a comprimé : Air au litre 1,293g. En plongée, ce volume d’air est d’autant plus pesant que le plongeur est profond. L’air circule moins bien dans ses voies aériennes supérieures et ses poumons. Cela lui impose de contrôler sa respiration afin d’éviter un trop grand travail respiratoire à la limite de l’essoufflement. On sent bien qu’il faut adapter sa respiration à la profondeur. Autre implication importante concernant les variations de volumes, le gilet. Au cours d’une plongée, la flottabilité du plongeur varie car son volume abdominal et sa combinaison diminue avec la profondeur. Le poids réel est constant, la poussée diminue, le poids constant augmente.

La compressibilité des gaz Si l’équilibre est obtenu près de la surface avec un lestage approprié, la flottabilité devient nettement négative en profondeur. Solution appropriée le gilet (SGS). Mais attention avec une utilisation trop rapide chez le débutant mal formé à son usage car l’augmentation de volume au fond (pour compenser) impose une évacuation du volume en expansion à la remontée afin d’éviter une ascension trop rapide.

La compressibilité des gaz Exercice d’application : On cherche à gonfler 3 blocs de 15 l à 200 bars. La pression résiduelle pour chacun des trois blocs est de 20 bars. On utilise pour cela 2 bouteilles tampons de 50 litres à 275 bars. Deux méthodes possibles. 1ère méthode : Utilisation des deux tampons simultanément On peut appliquer « littéralement » la formule P1V1 = P2V2….. Mais aussi Pression de gonflage = Total de l’air détendu Total des volumes disponibles P = (2 t x 50 litres x 275 bars) + (3 b x 15 litres x 20 bars) V tampons (2 x 50 litres) + V bouteilles (3 x 15 litres) 27500 litres 900 litres 28400 145 196 b 100 45

La compressibilité des gaz 2ème méthode : Utilisation 1 tampon à la fois P = (50 litres x 275 bars) + (3 b x 15 litres x 20 bars) V tampon 50 litres + V bouteilles (3 x 15 litres) 13750 litres 900 litres 14650 95 154 b 50 45 1er P = ( 50 litres x 275 bars) + (3 b x 15 litres x 154 bars) V tampon 50 litres + V bouteilles (3 x 15 litres) 13750 litres 6930 litres 20680 95 218 b 50 45 2ème 218 bars c’est trop. Rechercher une utilisation du 2° tampon pour gonfler à 200 bars uniquement Il manque 46 bars ( 200 – 154 ) pour 3 bouteilles de 15 litres soit : (46 b x 15 l) x 3 = 2070 litres. Air disponible dans le 2° tampon : 275 x 50 = 13750 litres – 2070 litres Il restera dans le 2° tampon 11680 / 50 = 234 bars

100 bars FIN