Physique Pression Flottabilité (Principe d'Archimède)

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1 Physique Pression Flottabilité (Principe d'Archimède)
Compressibilité des Gaz (Loi de Mariotte) Loi de Dalton Loi de Henry

2 Pression Une pression est une force appliquée sur une surface.
Soient P la pression F une force en kg S une surface en cm² P = F / S En plongée, l’unité de pression utilisée est le bar. 1 bar correspond à l'application d'une force de 1 kg sur une surface de 1 cm² 1bar = 1 kg / cm2

3 Pression Pression atmosphérique
Elle est due au poids de l'air situé au dessus de nous. Au niveau de la mer elle a une valeur d'environ 1 bar. Pression relative Appelée aussi pression hydrostatique, elle correspond à l'application du poids de l'eau sur un corps. Elle a une valeur de 1 bar pour 10m d’eau. Pression absolue Appelée aussi pression totale ou pression ambiante, c'est finalement la pression que l'on subit sous l'eau : P abs. = P atm. + P rel.

4 Pression Les plus grandes variations de pression se situent entre 10 mètres et la surface. Ces variations de pression auront des conséquences sur l'organisme d'où la nécessité d'être plus particulièrement vigilant entre 10 mètres et la surface, notamment pour prévenir les accidents barotraumatiques.

5 Flottabilité Poids apparent = poids réel – poussée d’Archimède
Un corps immergé ( un plongeur) subit l’action de 2 forces opposées: Son poids, appelé poids réel : force de haut en bas La poussée d’Archimède, dépendant de son volume : force de bas en haut « Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée du bas vers le haut, égale au poids du volume du liquide déplacé » Dans l’eau, calcul de la poussée d’Archimède simple : 1 litre d’eau = 1 dm3 = 1 kg Poids apparent = poids réel – poussée d’Archimède Flottabilité négative, positive, nulle

6 Flottabilité : applications
En plongée d'exploration, flottabilité nulle = facteur de confort et de sécurité, car déplacement sans effort. Mais équilibre précaire, qui varie durant la plongée  poids réel : Entre le début et la fin de la plongée, l'air contenu dans la bouteille est consommé et le poids réel va diminuer. Pour un bloc de 15 litres, allégement d’environ 3.5 kg en fin de plongée. poussée d’Archimède : La combinaison s’écrase sous l’action de la pression. Le poids apparent du plongeur devient d'autant plus grand que le plongeur descend profond. Variation qui peut atteindre 3 à 4 kg pour une combinaison de 7 mm. Pour compenser cette perte de flottabilité, utilisation du gilet gonflable. Impératif en plongée profonde, poumon ballast insuffisant, assistance avec gestion des 2 gilets.

7 Flottabilité : applications
D’une plongée à l’autre, plusieurs facteurs peuvent varier et modifier la stabilisation : Le type de combinaison, choisi en principe en fonction de la température de l’eau Le volume du bloc et le matériau dans lequel il est réalisé La densité de l’eau Nécessité de vérifier le lestage, si changement de conditions Attention au sur-lestage

8 Flottabilité : applications
Risques du surlestage Utilisation fréquente du gilet, difficulté à trouver l’équilibre Difficulté à rester à l’horizontale. Palmage dans de mauvaise position, source de fatigue, de risque d’essoufflement et d’augmentation de consommation Difficulté à maintenir un niveau d’immersion stable le long d’un tombant. Risque de dépasser la profondeur plancher. Difficulté à assurer l’assistance d’un équipier.

9 Compressibilité des gaz
Les gaz sont compressibles, leur volume varie de façon inversement proportionnelle à la pression. loi de Mariotte : à température constante, le volume (V) d'un gaz est inversement proportionnel à la pression (P) qu’il subit. Lorsque la pression augmente, le volume diminue. De même, lorsque la pression baisse, on observe une augmentation du volume. formule mathématique : (T en °Kelvin) P x V/T = constante ou P1 x V1/T1 = P2 x V2/T2

10 Compressibilité des gaz

11 Compressibilité des gaz : applications
Barotraumatismes (cf. cours spécifique) Consommation et autonomie plongée dans l’espace lointain ð grande vigilance vis à vis de la consommation d’air. panne d’air ð risque important de noyade, surpression pulmonaire (remontée rapide vers la surface) ou accident de décompression (non respect des procédures) L’autonomie diminue avec la profondeur  En cas d’essoufflement, consommation majorée (de l’ordre de 100 l/mn chez certains individus). A 50 mètres, cela réduit l’autonomie d’un bloc de 15 litres à 200 bars à quelques minutes.

12 Compressibilité des gaz : applications
Comportement en plongée profonde : Les plongées profondes doivent être planifiées, en intégrant la durée des paliers dans le calcul de la durée de la plongée. Le signe « mi-pression » prend une signification particulière au cours d’une plongée dans l’espace lointain, puisqu’il correspond pratiquement au début de la remontée, surtout si la consigne est de garder une marge de sécurité de 30 à 50 bars à l’arrivée en surface.

13 Loi de Mariotte : exercices
Un bloc de 12l est gonflé à 180 bars à une température de 15°C. Quelle est sa pression si la température est 50°C? (Temp. en °K=Temp. en °C+273)

14 Loi de Dalton Pression partielle d'un gaz dans un mélange
« A température donnée, 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. » Pression partielle d'un gaz dans un mélange Pression partielle = % du gaz * Pression absolue

15 Loi de Henry Les gaz sont solubles dans les liquides : la quantité de gaz dissoute dans un liquide dépend de la pression P du gaz au dessus du liquide. Le phénomène pas immédiat : rapide au début, il se ralentit secondairement puis se stabilise.

16 Loi de Henry Le liquide ne peut plus dissoudre de quantité de gaz supplémentaire pour la pression considérée. On dit qu’il est saturé, qu’il est à saturation pour cette pression loi de Henry : “ A saturation et à température constante, la quantité de gaz dissout dans un liquide dépend de la pression du gaz au-dessus du liquide” Le gaz dissout dans le liquide exerce une pression à l’intérieur du liquide : on appelle cette pression la Tension (T) A saturation, on a la relation : P = T Gaz Liquide

17 Loi de Henry Si la pression diminue, le gaz dissout repasse à l’état gazeux : c’est la dessaturation, phénomène inverse à la dissolution.

18 Loi de Henry

19 Loi de Henry : application
dissolution de l'azote dans l'organisme au cours de la plongée élaboration des tables et procédures de décompression explication des accidents de décompression (dont facteurs influants)