Physique et applications à la plongée pour le

Niveau 2

Agenda

Pression

Boyle et Mariotte (Compressibilité des gaz)

Archimède (Flottabilité)

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PressionRappel

La Pression est une force qui s’applique sur une surface. Une pression de 1 bar est égale à 1kg sur une surface de 1cm2. Au niveau de la mer, donc pour les plongeurs, la pression atmosphérique adoptée par convention est de 1bar=1Kg/cm2=760mm de mercure=1ATM la Pression absolue est la somme de la pression atmosphérique et de la pression relative (Eau)

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Applications

Connaître la profondeur à laquelle le plongeur évolue selon la pression

Calculer la pression subie par le plongeur selon la profondeur

Comprendre les accidents pouvant survenir sous l’effet de la pression,

appelés accidents barotraumatiques, et surtout savoir agir pour les éviter

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Applications

P. absolue = 1+(profondeur/10)

Profondeur en mètre

Pression Atmosphérique

Pression Relative

Pression Absolue

0 1 Bar

10 1 Bar

20 1 Bar

30 1 Bar

40 1 Bar

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Calcul de pression

Applications P. absolue = 1+(profondeur/10)

X 1,3

Profondeur en mètre

Pression Atmosphérique

Pression Relative

Pression Absolue

0 1 Bar 0 Bar 1 Bar

10 1 Bar 1 Bar 2 Bars

20 1 Bar 2 Bars 3 Bars

30 1 Bar 3 Bars 4 Bars

40 1 Bar 4 Bars 5 Bars

X 2X 1,5

X 1,25

Entre la surface et 10 mètres la profondeur, la pression est doublée

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Compressibilité des gaz Boyle et Mariotte

Rappel

« A température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la pression qu’il subit »

P x V = constante P1 x V1 = P2 x V2 = P3 x V3

Précision : « A température constante » Par Exemple : Un bloc reste au soleil, sa pression est de 210 bar. Une fois immergé, sa pression n’est plus que 180 bar.

Quand la température augmente, la pression augmente. Quand la température diminue, la pression diminue.

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A volume fermé comme en apnée le volume des gaz augmente quand la pression diminue (à la remontée) et diminue quand la pression augmente ( à la descente)

Compressibilité des gaz Boyle et Mariotte

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A volume ouvert avec une bouteille de plongée et lors de laremontée, l’air va se dilater dans les poumons pour les remplir et faire varier leur volume.

Ce mécanisme oblige le plongeur a expirer l’air en remontant.

TOUJOURS BIEN EXPIRER A LA REMONTEE !!!!!

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Compressibilité des gaz Boyle et Mariotte

Applications

Prévention des accidents barotraumatiques, toujours souffler à la

remontée (pour éviter la surpression pulmonaire)

Calculer l’autonomie en air du plongeur en fonction de la profondeur

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Applications

Le volume de mon gilet stabilisateur gonflé est de 15 Litres à la surface, ramené aux

profondeurs ci dessous quel est sont volume ?

A. 0 mètres :

B. 10 mètres :

C. 20 mètres :

D. 30 mètres :

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Calcul des volumes

Applications A. surface :

P1xV1=C soit 1x15=15 litres B. 10 mètres :

P1xV1=P2xV2 1x15=2xV2 V2=(1x15)/2 V2=7,5 litres C. 20 mètres : P1xV1=P2xV2=P3xV3 1x15=2x7,5=3xV3 V3=(1x15)/3 soit V3=5 litres V3=(2x7,5)/3 soit V3=5 litres

D. 30 mètres :

P1xV1=P2xV2=P3xV3=P4xV4 1x15=2x7,5=3x5=4xV4 V4=(1x15)/4 soit V4= 3,75 litres V4=(2x7,5)/4 soit V4= 3,75 litres V4=(3x5)/4 soit V4= 3,75 litre

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Applications

Calcul de l’autonomie du plongeur

Un plongeur s'immerge avec une bouteille de 12 litres gonflée à 200

bars et ayant une réserve tarée à 50 bars.

Sachant qu'il respire 15 fois par minute et que chaque inspiration

correspond à 1 litre d'air, quelle sera l'autonomie de ce plongeur à 20

mètres, puis à 40 mètres ?

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Applications - Consommation en surface : 15x1 = 15 l / mn

- Nombre de litres d'air dans la bouteille : 12x200 = 2400 litres

- On soustraie la réserve 12x50 = 600 litres

Donc l’air disponible = 2400 - 600 = 1800 litres

P1xV1 = P2xV2 = P3xV3

P1 = pression en surface = 1 bar

V1 = volume d'air disponible = 1800 Litres

1) A 20 mètres

P2 = pression à 20 mètres = 3 bars V2 = volume d'air disponible à 20 m

V2 = P1xV1 / P2 = 1800 / 3 = 600 litres

Si la consommation est de 15 l/mn => Autonomie = 600 / 15 = 40 mn

2) A 40 mètres

P3 = pression à 40 mètres = 5 bars V3 = volume d'air disponible à 40 m

=> V3 = P1xV1 / P3 = 1800 / 5 = 360 l

Si la consommation est de 15 l/mn => Autonomie = 360 / 15 = 24 mn

En conclusion, plus on descend profond et plus la plongée est écourtée

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Flottabilté - ArchimèdeRappel

« tout corps plongé dans un fluide, subit de la part de celui-ci une poussée verticale de bas en haut égale au poids du volume de fluide déplacé »

Le bateau, Le nageur et sa bouée Flottent Les plongeurs sont Equilibrés avec leur équipement ainsi que le poisson L’Ancre Coule

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Flottabilté - ArchimèdeUn plongeur en maillot de bain est correctement équilibré dans l’eau. la Poussée d’Archimède qu’il subie est égale à son poids. Soit par exemple le volume d’une personne de 75kg est d’environ 75 Litres.

Les équipements du plongeur agissent cet équilibre

La combinaison fait flotter grace aux micro-bulles prises dans le néoprène

Le détendeur, Le bloc, le lest coulent

Le gilets et les poumons font varier le volume d’air

La densite et salinité de l’eau de mer aide à flotter

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Flottabilté - ArchimèdeTout objet plongé dans un liquide est soumis à deux forces :

Son poids qui l’entraîne vers le bas Une poussée exercée par le liquide qui l’entraîne vers le haut

Une bouteille de plongée est lourde lorsque vous la mettez sur le dos Une bouteille de plongée semble plus légère en immersion.

La bouteille paraît avoir un autre poids qui est appelé le poids apparent par opposition au poids réel. Le poids apparent est plus faible que le poids réel et la différence entre les deux poids est la poussée d’Archimède.

Poids apparent = poids réel - poussée d’Archimède

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Applications

Calculer un lestage

Poumons ballast : le plongeur inspire, il remonte. Le plongeur expire, il

descend

Utiliser le gilet stabilisateur

utilser un parachute de relevage

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Applications

Un plongeur de 70 kg pour un volume de 75 litres se prépare à plonger dans la carrière de Rochefontaine (eau douce). Il s’équipe d’une combinaison semi etanche 6,5 mm d’un volume de 6 litres pour un poids de 2kg, d’un bloc de 12 litres pesant 16 kg.

1. Il se met a l’eau 2. Il rajoute une ceinture de lest de 5kg3. Il rajoute une seconde ceinture de lest de 2kg

Quels sont le poids apparent et la flottabilités pour chacune des étapes ?

Eau douce : 1L = 1 kg

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Calcul du lestage

ApplicationsEtape Poids réel

Poussée d’archimède

Poids apparents

Flottabilité

1 70+2+16=88 Kg 75+6+12=93 Kg 88-93= -5 kgFlottabilté positive, le

plongeur monte

2 88+5=93 Kg 75+6+12=93 Kg 93-93=0 kgFlottabilité Neutre, le

plongeur est entre deux eaux

3 93+2=95 Kg 75+6+12=93 Kg 95-93=2 kgFlottabilité Négative, le

plongeur coule

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Applications

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Vous devez remonter une ancre de bateau à l’aide d’un parachute dans une eau de mer a une densité de 1,03 L’ancre est en acier (densité 8) et sa masse est de 16 kg. Quel est le volume minimum du parachute nécessaire ? Formules pour calculs

Poids apparent = Poids réel - poussée d’Archimède Densité = Masse / Volume Poussée d’Archimède = Volume x densité eau (eau de mer)

Calcul de relevage

Applications

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1) Volume de l’ancre pour calculer la poussée d’archimède

Densité de l’acier = Masse en kg / Volume de l’ancre en litre 8=16/volume de l’ancre Volume de l’ancre = Masse en kg / Densité Volume de l’ancre = 16/8 = 2 litres

2) Poussée d’Archimède = Volume x densité eau

2 litres x 1,03 = 2,06 kg 3 )Poids apparent = Poids réel - poussée d’Archimède

Poids apparent = 16 – 2,06 = 13,94 kg Pour pouvoir remonter en surface, le poids apparent de l’ancre doit être inférieur ou égale à zéro. Donc le parachute devra avoir un volume supérieur ou égale à 13,94 litres

« Bonnes Bulles !!! »