Physique : Calculs de consommation et de tampons

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1 Calculs de consommation Question 1 01PHY-CS-4-19(1) Physique : Calculs de consommation et Question à 4 points Vous devez traiter un plongeur victime d un accident de décompression. Votre bouteille d O2 d un volume de 6 l est gonflée à 170 bars (lu mano). 1) Quelle est votre autonomie, sachant que le débit est de 15 l / min? (2 points) b) Vous estimez votre temps de route à 1 h 25 pour arriver au port où attendent les secours. Sur quelle valeur réglerez-vous votre débit si vous désirez ne pas interrompre l apport d oxygène à l accidenté durant le retour? (2 points) 1) Quelle est votre autonomie, sachant que le débit est de 15 l / min? Volume d oxygène utilisable : 6 x 170 = 1020 l. Débit = 15 L / min Durée : 1020 / 15 = 68 min soit 1 H 08 min 2) Sur quelle valeur réglerez vous votre débit si vous désirez ne pas interrompre l apport d oxygène à l accidenté durant le retour? Volume d oxygène utilisable : 6 x 170 = 1020 l. Durée du trajet : 1 h 25 soit 85 min Débit de l oxygène : 1020 / 85 = 12,00 L / min Soit une possibilité de régler le débit à 12 L / min Question 2 04PHY-CS-4-02(1) Question à 4 points Vous devez traiter un plongeur victime d un accident de décompression. Votre bouteille d O2 a un volume de 6L et est gonflée à 170b. Vous estimez votre temps de route à 1h25 pour arriver au port ou les secours vont intervenir. a) En réglant le débit sur 15 L/Min, aurez-vous suffisamment d O2 pour arriver au port? Justifiez? (2 pts) Que préconisez-vous? (2 pts) a) (6 x 170) = /15 = 68 minutes et non 85 minutes. Il n y aura donc pas suffisamment d O2 pour arriver au port. b- Que préconisez-vous? (2 pts) Une bouteille d O2 de capacité plus importante serait l idéal autrement limiter l éloignement des sites de plongée. Question 3 07PHY-CS-4-03(1) Question à 4 points Un adepte de la plongée souterraine prépare une expédition dans une grotte inondée. Il veut calculer sa consommation durant le séjour souterrain, sachant qu il consomme 18 l/mn en surface. L entrée de la grotte est à la même pression atmosphérique que la mer. 1

2 Le détail de son trajet est le suivant : Progression de 10 mn à 20 m de profondeur puis descente dans un puit de 45 m. Il compte y rester 16 mn, puis revenir à son point de départ. On néglige dans tous les cas la consommation durant les changements de profondeur et la durée nécessaire à ce changement. a) Combien de temps durera son immersion avant son arrivée au premier palier à l entrée du boyau? (1 pt) b) De quelle quantité d air aura-t-il besoin? On arrondira le volume trouvé à la dizaine c) Quel volume de scaphandre devra t il choisir (volume en eau) sachant qu il sera gonflé à 230 a) Durée de l immersion : 10 mn + 16 mn + 10 mn = 36 mn b) De quelle quantité d air aura-t-il besoin? On arrondira le volume trouvé à la dizaine inférieure. (2 pts) Consommation durant le trajet A/R à 20 m : 18 x 3 x 20 = 720 litres Consommation durant son séjour à 45 m : 18 x 5,5 x 16 = 1580 litres Volume nécessaire pour cette plongée : = 2300 litres c) Si l on applique la règle du tiers, le volume d air nécessaire est de : (2300 / 2) = 3450 litres Il lui faudra donc un bloc de 3450 / 230 = 15 L Question 4 07PHY-CS-6-01(2) Un plongeur Trimix souhaite conduire sa décompression avec un Nitrox 60/40 (60% O2 et 40% N2) 1) A partir de quelle profondeur, en respectant le code du sport pour la plongée aux mélanges, pourra t il utiliser ce Nitrox lors de sa remontée? (1 pt) 2) Ce plongeur a planifié sa décompression avec un logiciel qui lui donne les paliers suivants : Paliers Durée (en mn) 1 er palier 2 2 ème palier 3 3 ème palier 4 4 ème palier 7 5 ème palier 13 La consommation du plongeur est de 20 l/mn en surface. Les paliers se font tous les 3 m et on néglige la consommation de gaz entre les paliers. De quel volume de gaz détendu, ce plongeur aura-t-il besoin pour mener à bien sa décompression? (3 pts) 3) Sachant qu il veut prendre une marge de sécurité en appliquant la règle du tiers, quel sera le volume en eau du bloc à prévoir (gonflé à 200 b) pour cette décompression (on arrondira le volume de gaz à emporter à la centaine de litres inférieure)? (2 pts) 2

3 1) La PpO2 limite est de 1,6 b. La pression ambiante max d utilisation est donc de : Pamb max = 1,6 / 0,6 = 2,66 b soit une profondeur de 16,6 m 2) Les paliers seront réalisés à : 15,12,9,6 et 3 m. Les consommations respectives seront donc de : 20 x 2,5 x 2 = 100 l 20 x 2,2 x 3 = 132 l 20 x 1,9 x 4 = 152 l 20 x 1,6 x 7 = 224 l 20 x 1,3 x 13 = 338 l Soit un total de gaz détendu de : 946 litres 1) La PpO2 limite est de 1,6 b. La pression ambiante max d utilisation est donc de : Pamb max = 1,6 / 0,6 = 2,66 b soit une profondeur de 16,6 m 2) De quel volume de gaz détendu, ce plongeur aura-t-il besoin pour mener à bien sa décompression? (3 pts) 3) Sachant qu il veut prendre une marge de sécurité en appliquant la règle du tiers, quel sera le volume en eau du bloc à prévoir (gonflé à 200 b) pour cette décompression (on arrondira le volume de gaz à emporter à la centaine de litres inférieure)? (2 pts) Le volume à emporter sera de : (946 / 2) =1419 litres soit 1400 litres arrondis. Le volume du bloc sera donc de 1400 / 200 = 7 litres Question 5 07PHY-CS-6-02(2) A l issue d une plongée à l air, une équipe de 2 plongeurs souhaite faire ses paliers de 6 m et de 3 m à l oxygène pur. Durée des paliers à l air Paliers donné par la table MN90 (en mn) 6 m 6 3 m 12 Ils disposent pour ce faire, d un narguilé avec 2 embouts dont la moyenne pression en surface est de 8,7 b, et d un bloc oxygène de 9 litres gonflé à 100 b qu ils vont disposer sur pendeur à 3 m de profondeur. Toutes les pressions sont lues au mano. 1) Sachant que chacun des plongeurs consomme 18 litres/mn en surface, auront-il assez de gaz pour réaliser leur décompression? On néglige la consommation durant les changements de paliers et le retour en surface. (2 pts) 3

4 2) Ils décident finalement de procéder différemment, et prévoient de réaliser le palier de 6 m à l air. Quelle sera alors la pression résiduelle dans la bouteille d oxygène à la fin du palier de 3m? (2 pts) 3) Au retour au local de gonflage, ils complètent le bloc déco avec de l air jusqu à 200 b. Quel nitrox obtiennent-ils? On prendra 20 % d oxygène et 80% d azote. (2 pts) 1) La durée des paliers à l O2 est de : 5 mn à 6 m 12 mn à 3 m. P amb à 6 m = 1,6 b Consommation à 6 m : 1,6 x 18 x 2 x 5 = 288 litres Pamb à 3 m = 1,3 b Consommation à 3 m : 1,3 x 18 x 2 x 12 = 561,6 litres Volume d O2 nécessaire : ,6 = 849,6 litres La pression «indisponible» dans le bloc déco est de 0,3 + 8,7 = 9 b Volume d O2 disponible pour la déco : 9 x (100-9) = 819 litres Ils n auront donc pas assez d O2 pour finir les paliers. 2) Consommation à 3 m : 1,3 x 18 x 2 x 12 = 561,6 litres Il restera alors dans le bloc déco : (9 x 100) 561,6 = 338,4 litres Soit une pression de : 338,4 / 9 = 36,5 b 3) Volume d air ajouté lors du gonflage : 9 x (200 36,5) = 9 x 163,5 = 1471,5 litres Volume d O2 ajouté avec l air : 1471,5 x 0,2 = 294,3 litres Volume d O2 total dans le bloc à 200 b : 338, ,3 = 632,7 Pourcentage d O2 dans le bloc : 632,7 / (1800) = 0,352 soit 35,2% (accepter 35 %) Le nitrox obtenu sera donc un 35/65 Question 6 08PHY-CS-4-07(1) Question à 4 points Vous devez traiter un plongeur victime d un accident de décompression. Votre bouteille d O2 d un volume de 9 l est gonflée à 180 bars (lu au manomètre). Vous estimez votre temps de route à 2 h pour arriver au port où attendent les secours. 1) Calculer votre autonomie avec cette bouteille si vous administrez l O2 au débit nominal recommandé (15L/mn). Conclusion? (2 pts) 2) Sur quelle valeur réglerez-vous votre débit si vous désirez ne pas interrompre l apport d oxygène à l accidenté durant le retour? (2 pts) 1) Contenu de la bouteille d oxygène : 9 x 180 = 1620 l. Autonomie de la bouteille au débit de 15L /mn 1620/15 = 108 mn soit 1 h 48 mn Nous n aurons donc pas assez d O2 pour assurer le retour dans ces conditions. (2 pts) 2) Durée du trajet : 2 h soit 120 min. Débit de l oxygène : 1620/ 120 = 13,5 L/mn ( 2 Pts ) 4

5 Question 7 Physique : Calculs de consommation et 08PHY-CS-4-08(1) Question à 4 points Lors d une croisière plongée en Mer Rouge, vous devez traiter un plongeur victime d un accident de décompression. Votre bouteille d O2 d un volume de 20 l est gonflée à 100 bars (lu au manomètre). Le capitaine égyptien estime votre temps de route à 4 h pour arriver au port d Hurgada où attendent les secours. 1) Calculer votre autonomie avec cette bouteille si vous administrez l O2 au débit nominal recommandé (15L/mn). Conclusion? (2 pts) 2) Sur quelle valeur réglerez-vous votre débit si vous désirez ne pas interrompre l apport d oxygène à l accidenté durant le retour? (2 pts) 1) Contenu de la bouteille d oxygène : 20 x 100 = 2000 l. Autonomie de la bouteille au débit de 15L /mn 2000/15 = 133 mn soit 2 h 13 mn Nous n aurons donc pas assez d O2 pour assurer le retour dans ces conditions. (2 pts) 2) Durée du trajet : 4 h soit 240 min. Débit de l oxygène : 2000/ 240 = 8,3 L/mn ( 2 Pts ) Question 8 10PHY-CS-6-02(1) En tant que guide de palanquée, vous plongez avec un niveau 2 sur une épave à 40 mètres. Vous avez un bloc de 15 litres gonflé à 200 bars. Le niveau 2 a un bloc de 12 litres gonflé à 230 bars. 1) Sachant que vous remonterez lorsque le 1er manomètre indiquera 50 bars ; combien de temps pourrez-vous rester sur l épave? Les 2 plongeurs consomment 20 litres/minutes d air (la consommation de la descente négligeable) 2) Aurez-vous tous les deux assez d air pour effectuer vos paliers? (2 points) 3) Que pouvez-vous conclure? (1 point) 1) Niveau 4 (1 point) Quantité d air disponible : (200-50)*15 = 2250 litres Consommation à 40 mètres : 20*5 = 100 L/min Temps possible au fond : 2250/100 = 22,5 min Niveau 2 (1 point) Quantité d air disponible : (230-50)*12 = 2160 litres Consommation à 40 mètres : 20*5 = 100 L/min Temps possible au fond : 2160/100 = 21,6 min Ils pourront rester maximum 21,6 minutes sur l épave. (1 point) Vous remontez et devez effectuer un palier de 2 minutes à 6 mètres et de 19 minutes à 3 mètres. Vous consommez chacun 70 litres au cours de la remontée jusqu au 1er palier. (On négligera la conso pendant le transfert palier/palier ainsi que le transfert palier/surf.) 2) Aurez-vous tous les deux assez d air pour effectuer vos paliers? (2 points) 5

6 Niveau 4 Niveau 2 Quantité d air restant en partant du fond: 50*15 = 750 litres Quantité d air restant en partant du fond: 50*12 = 600 litres Quantité nécessaire pour la remontée et les paliers: 70 + (2*1.6*20) + (19*1.3*20) = 628 litres Quantité nécessaire pour la remontée et les paliers: 70 + (2*1.6*20) + (19*1.6*20) = 628 litres 3) Que pouvez-vous conclure? (1 point) Le niveau 4 a assez d air d après les calculs. Par contre, le niveau 2 n aura pas assez d air pour effectuer ses paliers. Le niveau 4 aurait du prévoir de ne pas rester aussi longtemps au fond, de prévoir une réserve plus importante. Calculs Question 9 00PHY-TA-4-41(1) Question à 4 points Vous organisez une plongée. Vous disposez de 3 blocs tampons de 50 litres, chacun gonflé à 200 bars (*). Vous gonflez une bouteille de 15 litres où il reste 50 bars (*). 1) Quelle est la pression (*) finale si on ouvre les 3 tampons simultanément? ( 2 pts) 2) Sur une consommation estimée à 20 litres/mn (estimée en surface) et une réserve tarée à 50 bars, quelle sera l autonomie pour une plongée à 45 mètres? (On néglige le temps de descente à cette profondeur) (2 pts) Pression finale à l équilibre 1) En absolu (3 x 50 x x 51) / (3 x x 15) = 187,4 bars donc 186,4 bars au mano. En relatif (3 x 50 x x 50) / (3 x x 15) = 186,4 bars ( 2 Pts) 2) Pabs à 45 m : 5,5 bars. Consommation à 45 mètres : 20 x 5,5 = 110 litres par min. volume d air disponible : ( 186,4 50 ) x 15 = 2046 litres Autonomie : 2046 / 110 = 18,6 min. soit 18 min. 36 s ( 2 Pts ) 6

7 Question 10 00PHY-TA-6-11(1) Vous disposez d une rampe de 3 tampons de 50 litres chacun, gonflés à 250 bars (*) et vous désirez remplir (en même temps) 3 blocs de 12 litres dans lesquels il reste 50 bars (*) (PS = 230 bars) 1) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons simultanément? (2 points) 2) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons successivement? (On néglige le volume des tuyauteries.) (3 points) 3) Conclusion? (1 point) (*) Pressions lues au manomètre 1) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons simultanément? 2 façons de faire le calcul : en absolu ou en relatif ( 3 x 50 x x 12 x 51 ) / ( 3 x x 12 ) = 212,3 bars donc 211,3 bars au mano. ou ( 3 x 50 x x 12 x 50) / (3 x x 12) = 211,3 bars 2) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons successivement? premier tampon : (50 x x 12 x 51 ) / ( x 12 ) = 167,3 (1 point) deuxième tampon : (50 x x 12 x 167,3) / ( x 12 ) = 216 bars (1 point) troisième tampon : (50 x x 12 x 216) / ( x 12 ) = 235,8 bars (1 point) Donc les trois blocs pourront être gonflés à 234,8 bars (mano). La PS étant de 230 b on s arrêtera à cette pression. 3) Conclusion? Il vaut mieux utiliser la seconde méthode, qui permet d atteindre des pressions plus élevées dans les blocs de 12 L. Question 11 00PHY-TA-6-21(2) Un plongeur veut gonfler 1 bi-bouteille à l aide de 2 bouteilles tampons. Le bi-bouteille présente une capacité de 2 x 10 l et une pression de service de 200 bars, sa pression restante est de 30 bars (*). Il dispose de 2 bouteilles tampons indépendants de 50 l gonflés à 230 bars (*). Deux méthodes sont possibles pour gonfler le bi-bouteille. Laquelle choisissez-vous? Justifier votre réponse, en chiffrant les deux solutions (*) Pressions lues manomètre Deux méthodes sont possibles pour gonfler le bi-bouteille. Première solution : Les deux tampons en même temps. ( 2 x 50 x x 10 x 31 ) / ( 2 x x 10) = 197,7 bars donc 196,7 bars lu mano. ( 2 points ) Deuxième solution : Les tampons successivement. Tampons N 1 ; ( 50 x x 10 x 31 ) / ( x 10 ) = 173,9 bars. Tampons N 2 ; ( 50 x x 10 x 173,9 ) / ( x 10 ) = 214,7 bars 7

8 donc 213,7 bars lu mano. (2 points) Commentaires : - La meilleure solution est la deuxième car la pression finale est supérieure. (1 point) - Il faudra arrêter le gonflage du Bi à sa pression de service, c est-à-dire à 200 bars. (1 point) Question 12 00PHY-TA-6-51(2) On cherche à obtenir un gonflage à au moins 190 bars (*) dans une bouteille de 15 litres ne contenant plus que 20 bars (*) de pression résiduelle. Pour ce faire on dispose de 3 tampons de 30 litres chacun et gonflés à 200 bars (*) que l'on utilisera successivement. 1) Quelle sera alors la pression (*) dans le dernier tampon après le 3ème équilibre? (2points) 2) La mesure précédente est réalisée juste après le gonflage rapide du bloc. Sa température est alors de 50 C. Quelle sera la pression (*) du bloc après refroidissement à la température du local de gonflage 15 C? (2points) 3) En réutilisant uniquement le dernier tampon le lendemain, à quelle pression (*) pourrat-on gonfler le bloc avant d aller plonger? (2points) (*) Pressions lues au manomètre 1) Quelle sera alors la pression (*) dans le dernier tampon après le 3ème équilibre? Calcul en absolu Premier tampon : ( 30 x x 21 ) / ( ) = 141 bars Deuxième tampon : ( 30 x x 141 ) / ( ) = 181 bars Troisième tampon : ( 30 x x 181 ) / ( ) = 194,3 bars Ou calcul en relatif (30 x x 20) / ( ) = 140 bars (30 x x 140) / ( ) = 180 bars (30 x x 180) / ( ) = 193,3 bars Donc pression du dernier équilibre P=193,3 bars (lu au mano). 2) La mesure précédente est réalisée juste après le gonflage rapide du bloc. Sa température est alors de 50 C. Quelle sera la pression (*) du bloc après refroidissement à la température du local de gonflage 15 C? P1xV1/T1 = P2 x V2/T2 avec V1 = V2 T1 = ( ) = 323 K T2 = ( ) = 288 K P2 = P1 x T2/T1 = 193,3 x (288/323) = 172,4 bars 3) En réutilisant uniquement le dernier tampon le lendemain, à quelle pression (*) pourra-t-on gonfler le bloc avant d aller plonger? (30 x 194, x 173,4) / ( ) = 187,3 bars Calcul en relatif (30 x 193, x 172,4) / ( ) = 186,3 bars 8

9 Question 13 Physique : Calculs de consommation et 01PHY-TA-6-01(1) (Toutes les pressions sont lues au manomètre) Vous désirez gonfler une bi-bouteille d une capacité de 24 L en eau sachant qu il y reste une pression de 20bar. Vous disposez de 3 bouteilles tampons d un volume de 40L chacune gonflée à 200 bars Le bi est mis en équilibre avec les 3 tampons en même temps. a) Pression finale dans le Bi? (2pts) b) Le bi est mis en équilibre avec les trois tampons successivement. Pression finale dans le Bi? (3 pts) c) Donnez votre conclusion quand aux méthodes d utilisation des tampons? (1 pt) a) (24L x 21b) + (3 x 40L x 201b) = (120l + 24l) x P finale = 144L x P finale P Finale = / 144 = 171 b donc 170 b au mano ou relatif. Autre calcul (24 x 20) + ( 3 x4 x 200) = 144 x P 144 P = = P = 24480/144 = 170bar b) Le bi est mis en équilibre avec les trois tampons successivement. Pression finale dans le Bi? (3 pts) 1er équilibrage : (24x20) + (200 x 40) P1 = = b 64 2ème équilibrage : (132.5 x 24) + (200 x 40) P2 = = b 64 3ème équilibrage : ( x 24) + (200 x 40) P3 = = bar au mano ou relatif. 64 c) Donnez votre conclusion quand aux méthodes d utilisation des tampons? (1 pt) Il vaut mieux utiliser les tampons l'un après l'autre. Question 14 01PHY-TA-6-02(2) On dispose d'une rampe de 3 blocs tampons de 50 litres chacun à 230 bars (*). On veut gonfler ensemble, à 200 bars (*): - 1 mono de 15 litres dans lequel il reste 20 bars (*). - 3 monos de 12 litres dans lesquels il reste 40 bars (*). On néglige le volume de la tuyauterie. (*) Pressions lues au mano 9

10 a) Quelle sera la pression (*) maximale de gonflage si on utilise les tampons simultanément? (2 pts) b) Quelle sera la pression (*) maximale de gonflage si on utilise les tampons successivement? (3 pts) c) Qu en concluez-vous? (1 pt) a) ( 3 x 50 x x x 12 x 41 ) / ( 3 x x x 12 ) = 181,3 bars donc au mano 180,3 bars. b) premier tampon : ( 50 x x x 12 x 41 ) / ( x 12 ) = 132,1 bars ( 1 Pt ) deuxième tampon : ( 50 x x 132,1 + 3 x 12 x 132,1 ) / ( x 12 ) = 181,1 bars. ( 1 Pt ) troisième tampon : ( 50 x x 181,1 + 3 x 12 x 181,1 ) / ( x 12 ) = 205,8 bars donc 204,8 bars lu au mano. ( 1 Pt ) c) La pression obtenue à l équilibre avec le troisième tampon, 204,8 bars, est supérieure aux 200 bars demandés. Il faut donc arrêter le gonflage à 200 bars. Question 15 01PHY-TA-6-04(1) Un plongeur veut gonfler 1 bi-bouteille à l aide de 2 bouteilles tampons. Le bi-bouteille présente une capacité de 2 x 10 l et une pression de service de 180 bars, sa pression restante est de 30 bars (*).(*) pressions lues au manomètre (ou pressions relatives) Il dispose de 2 bouteilles tampons indépendantes de 50 l gonflées à 200 bars (*). Deux méthodes sont possibles pour gonfler le bi-bouteille. a) Expliquer les deux méthodes? (1 pt) b) Laquelle choisissez-vous? Justifier votre réponse, en chiffrant les deux solutions? (5 pts) a) On peut utiliser les tampons simultanément ou successivement. b) Laquelle choisissez-vous? Justifier votre réponse, en chiffrant les deux solutions? (5 pts) Première solution : Les deux tampons en même temps. ( 2 x 50 x x 10 x 31 ) / ( 2 x x 10) = 172,7 bars donc 171,7 bars lu mano. ( 1 pt) Le calcul s appuyant sur les pressions lues est également accepté (ainsi que pour les questions suivantes). Deuxième solution : Les tampons successivement. Tampons N 1 ; ( 50 x x 10 x 31 ) / ( x 10 ) = 152,4 bars. Tampons N 2 ; ( 50 x x 10 x 152,4 ) / ( x 10 ) = 187,1 bars donc 186,1 bars lu mano. ( 2 Pts ) Commentaires : - La meilleurs solution est la deuxième car la pression finale est supérieure (1 pt) - Il faudra arrêter le gonflage du Bi à sa pression de service, c est-à-dire à 180 bars ( 1 pt ) 10

11 Question 16 Physique : Calculs de consommation et 01PHY-TA-6-05(1) On dispose de 5 bouteilles de 12 litres avec une pression résiduelle de 10 bars (*), leur pression de service étant de 230 bars. Nous disposons de 2 tampons de 50 litres à 300 bars (*) qui peuvent être isolés. (*) Pressions manomètre a) En gonflant les 5 blocs en même temps, quelle pression (*) restera-t-il dans les 2 tampons à la fin du gonflage en utilisant les tampons l un après l autre? (4 pts) b) En utilisant les tampons simultanément? (2 pts) a) Avec le premier tampon : (60 x x 301) / 110 = 142,8 bars Avec le deuxième tampon : (60 x 142, x 301) / 110 = 214,7 bars donc 213,7 bars lu mano Ou Calcul en relatif : (60 x x 300) / 110 = 141,8 bars (60 x 141, x 300) / 110 = 213,7 bars b) En utilisant les tampons simultanément? (2 pts) (60 x x 50 x 301) / 160 = 192,25 bars donc 191,25 bars lu mano Ou Calcul relatif (60 x x 50 x 300) / 160 = 191,25 bars Question 17 02PHY-TA-6-33(1) (*) Toutes les pressions sont lues au manomètre. Les quatre questions sont indépendantes Vous désirez gonfler un bi-bouteille de 2 10 L, sachant qu il reste 30 bars dans le bi. Vous disposez de deux bouteilles tampons de 40 L chacune, gonflée à 200 bars. 1/ Au préalable à tout calcul, vous semble-t-il possible de gonfler le bloc à exactement 200 bars? (0.5 pt) 2/ Le bloc est mis en équilibre avec les deux tampons en même temps. Quelle est la pression finale dans le bloc? (2 pts) 3/ Le bloc est mis en équilibre avec les deux tampons l un après l autre. 4/ Quelle est la méthode optimale de gonflage? (0.5 pt) 1) Non. 2) 166 bars. 3) Quelle est la pression dans le bloc lors du premier équilibre? (1 pt) Quelle est la pression dans le bloc lors du second équilibre? (2 pts) bars bars. 4) Utiliser les tampons l un après l autre. 11

12 Question 18 Physique : Calculs de consommation et 04PHY-TA-6-01(2) On souhaite gonfler à 190 bars exactement une bouteille de 15 litres ayant une pression résiduelle de 20 bars. On dispose de trois tampons de 30 litres chacun à 200 bars. 1) Justifier par le calcul la façon de procéder pour gonfler le bloc? (2 pts) 2) Une fois l opération terminée, on veut monter la bouteille de 190 bars à 230 bars à l aide d un compresseur dont le débit est de 12 m3/heure. Quel est le temps de gonflage? (2 pts) 3) 3 heures après, sur le bateau, la température du bloc est redescendue à la valeur ambiante (soit 20 C) et la pression est maintenant de 210 bar. Quelle était la température du bloc en fin de gonflage? (2 pts) 1) = P(15+90) P = 174,3b ne convient pas = P(15+30) P = 140b = P(15+30) P = 180b = P(15+30) P = 193b OK 2) P = 40 bars soit un volume d air à 1 bar de = 600l d où t = (600/12000).60 = 3 min 3) T1 = T2.(P1/P2) = (273+20).230/210 soit une température de 47,9 C Question 19 04PHY-TA-6-02(2) Vous disposez de 2 tampons de 50 l gonflés à 300 b. Ils sont reliés et ont 2 sorties différentes. Vous désirez gonfler 4 blocs de 15 l de 20 à 200 b. 2 méthodes sont possibles : 1) Vous gonflez les 4 blocs à l aide d un tampon, puis avec le deuxième tampon. Quelle pression reste t il dans les tampons? (3 points) 2) Vous gonflez les 4 blocs à l aide des 2 tampons reliés à la même sortie. Quelle pression reste t il dans les tampons? (2 points) 3) Que concluez-vous? Quelle vous semble être la méthode de gonflage la plus économique? 1) Chaque tampon contient 50 X 300 = L Chaque bloc initialement à 20 b contient : 15 X 20 = 300 L Au final chaque bloc contiendra : 15 X 200 = 3000 L Les 4 blocs ensemble contiennent donc initialement : 4 X 300 L = 1200 L Les 4 blocs ensemble contiendront au final : 4 X 3000 L = L On gonfle les 4 blocs sur un tampon, on enlève donc L au tampon soit L. Il reste donc dans le tampon n 1 : = 4200 L 12

13 On a donc une pression dans le tampon de 4200 /50 = 84 b. Ce n est pas possible car c est inférieur à 200 b. On cherche donc la pression d équilibre en mettant le tampon et les 4 blocs ensemble. ( ) / (4 X ) = 147,3 b (1,5 point) On a donc dans les 4 blocs : 4 X 15 X 147,3 = 8836 L Pour monter ces 4 blocs à 200 b, on enlèvera donc L = 3164 L du deuxième tampon. Il reste donc dans le deuxième tampon : L = L soit une pression de / 50 = 236,7 b dans le 2ème tampon. (1,5 point) 2) Vous gonflez les 4 blocs à l aide des 2 tampons reliés à la même sortie. Quelle pression reste t il dans les tampons? (2 points) On enlève donc soit L à la somme des 2 tampons : 2 X 15000l = L. Il reste donc dans les tampons : = L Donc la pression dans les tampons est / (2 X 50) = 192 b. (1 point) Ce n est pas possible : on cherche donc la pression d équilibre entre les 4 blocs et les 2 tampons soit (2 X ) / (2 X X 15) = 195 b dans les 4 blocs et les 2 tampons. (1 point) 3) Que concluez-vous? Quelle vous semble être la méthode de gonflage la plus économique? Conclusion : en gonflant d abord 4 blocs sur un tampon puis sur le 2ème tampon, on arrive à gonfler ces blocs à 200 b. Si on gonfle les 4 blocs en même temps sur les 2 tampons, on n arrive pas à gonfler ces 4 blocs à 200 b. La première méthode permet donc de gonfler les 4 blocs sans démarrer le compresseur. 1 point même si les calculs ne sont pas corrects Question 20 04PHY-TA-6-04(2) Un bloc de 18L gonflé à sa pression de service c'est-à-dire 180b (*) a une température de 40 C. (*) Pression lue au mano 1) Quelle sera la pression (*) lors du départ en plongée dans de l eau à 17 C? (2 pts) 2) Qu en déduisez-vous? (en tant que responsable d une station de gonflage) (2 pts) 3) Vous disposez sur le bateau de 1 bouteille tampon de 50 L à 230 b (*). Que proposezvous pour améliorer les choses? Quelle sera la pression résiduelle dans la bouteille tampon après l opération proposée? (2 pts) 1) P1/T1 = P2/T2 180/ (273+40) = P2/ (273+17) => P2 = 166b 2) Qu en déduisez-vous? (en tant que responsable d une station de gonflage) (2 pts) Les blocs de plongée en se refroidissant après gonflage, perdent de la pression. Il faut donc le cas échéant, ajouter un supplément d air une fois qu ils se sont refroidis. C'est-à-dire les regonfler cette fois «a froid». 13

14 3) Vous disposez sur le bateau de 1 bouteille tampon de 50 L à 230 b (*). Que proposez-vous pour améliorer les choses? Quelle sera la pression résiduelle dans la bouteille tampon après l opération proposée? (2 pts) On va pouvoir compléter le bloc sur le bateau. ((50 x 230) + (18 x 166))/(50 +18) = 213 b Conclusion on peut donc sans problème regonfler le bloc de 18 L à 180 b. Pour cela il faut y ajouter : 18 x ( ) = 252 L La chute de pression dans le bloc tampon sera donc de : 252/50 = 5,04 b Pression résiduelle dans la bouteille tampon : 230 5, 04 = 224,96 b (accepter comme bonne une réponse à 225 b Question 21 06PHY-TA-6-07(2) 1) Vous souhaitez gonfler un bi de 18 L vide à partir d une rampe de 2 tampons de 50 litres gonflés à 250 b. (*) Toutes les pressions sont lues au mano. Est-ce possible dans tous les cas? Quelle méthode préconisez-vous pour avoir le maximum de pression dans le bi et quelle sera cette pression? (4 pts) 2) Après refroidissement, vous constatez que le bi a «perdu» 20 b. Comme vous souhaitez plonger avec le maximum de gaz emporté, avez-vous une solution pour améliorer les choses en utilisant uniquement un des tampons? Pression max possible? (2 pts) 1) 1 ère méthode : les deux tampons à la fois (2 x 50 x 230) / (2 x ) = 194,9 bars 2 ème méthode : les deux tampons successivement. 1 er tampon : (50 x x 0) / ( ) = 169,1 bars 2ème tampon : (50 x x 169,1) / ( ) = 213,9 bars (accepter 214 bars) Il n est pas possible de gonfler le Bi à plus de 200 bars dans tous les cas. Seule l utilisation successive des tampons permet de dépasser 200 bars. Celle-ci permettra d obtenir après équilibrage avec le second tampon, une pression de 213,9 bars dans le Bi. 2) Avez-vous une solution pour améliorer les choses en utilisant uniquement un des tampons? Pression max possible? (2 pts) La pression du Bi après refroidissement est de : 213,9 20 = 193,9 bars Pour pouvoir disposer du maximum de pression dans la bouteille, on peut la «compléter» en la reconnectant au deuxième tampon. La pression finale après équilibrage est alors de : (50 x 213, x 193,9) / (50+18) = 208,6 bars Question 22 06PHY-TA-6-12(2) Vous disposez d une rampe de 3 tampons de 50 litres chacun, gonflés à 250 bars (*) et vous désirez remplir (en même temps) 4 blocs de 15 litres dans lesquels il reste 40 bars (*) (PS = 230 bars). (*) Pressions lues au manomètre. 1) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons simultanément? 2) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons successivement? 14

15 (On néglige le volume des tuyauteries). 3) Conclusion Physique : Calculs de consommation et 1) (3 x 50 x x 15 x 40) / (3 x x 15) = 190 b (2 pts) 2) 1 er tampon : (1 x 50 x x 15 x 40) / (1 x x 15) = 135,5 b 2 ème tampon : (1 x 50 x x 15 x 135,5) / (1 x x 15) = 187,5 b 3 ème tampon: (1x 50 x x 15 x 187,5) / (1 x x 15) = 215,9 b (3 pts) 3) Il vaut mieux utiliser la seconde méthode qui permet d obtenir la plus haute pression dans les blocs. (1 pt) Question 23 06PHY-TA-6-15(2) Vous désirez gonfler une bi-bouteille d une capacité en eau de 18 L (PS=200 b) sachant qu il y reste une pression de 20 bars Vous disposez de 3 bouteilles tampons d un volume de 40L chacune gonflée à 210 bars. (Toutes les pressions sont lues au manomètre) 1) Le bi est gonflé avec les 3 tampons en même temps. Pression finale dans le bi? (2 pts) 2) Le bi est gonflé avec les trois tampons successivement. Pression finale dans le bi? (2 pts) 3) Donnez votre conclusion quand aux méthodes d utilisation des tampons? Quelle pression reste t il dans le dernier tampon à la fin de l opération? (2 pts) 1) (3 x 40 x x 20) / (3 x ) = 185,2 b (2 pts) 2) 1 er tampon : (40 x x 20) / ( ) = 151 b 2 ème tampon : (40 x x 151) / ( ) = 191,7 b 3 ème tampon: (40 x x 191,7) / ( ) = 204,3b cela dépasse la PS! Donc il ne faut pas attendre l équilibre sur le 3 ème tampon, il faut arrêter à 200 b. La pression finale dans le Bi est donc de 200 b. 3) La seconde méthode est donc plus intéressante car elle permet de gonfler le Bi à sa pression de service. Quantité d air à ajouter dans le Bi après le 2 ème équilirage : Q = 18 x ( ,7) = 149,4 litres Baisse de pression dans le 3 ème tampon : 149,4/40 = 3,7 b Pression restante dans le 3 ème tampon : 210 3,7 = 206,3 b 15

16 Question 24 08PHY-TA-6-09(2) On veut fabriquer un mélange suroxygéné dont la composition sera de 40% d O2 et 60% d N2 à une pression de 200 b dans un bloc de 15 litres, initialement vide. On dispose pour ce faire, de deux tampons et d un dispositif d équilibrage avec manomètre. 1 er tampon : B50 (capacité en eau de 50 L) d Oxygène à 200 b 2 ème tampon : B50 d air à 250 b. La manœuvre s effectuera par deux tamponnages : 1 ère étape : L oxygène 2 ème étape : L air (*) Toutes les pressions sont lues au manomètre et l on prendra pour la composition de l air : 20 % O2 et 80% N2. 1) Quelle quantité d oxygène devra t on introduire dans le bloc? (3 pts) 2) Quelle sera la pression résiduelle dans chaque tampon à la fin de l opération? (2 pts) 3) Quelle est la profondeur limite d utilisation de ce mélange? (1 pt) 1) A la fin du gonflage, il faudra avoir dans le bloc de 15 L, 40 % d oxygène soit : 15 x 200 x 0,4 = 1200 litres Cet oxygène vient de la B50 d O2 et de l air ajouté. Soit Pi la pression initiale d O2 dans le bloc (après le 1er tamponnage). Volume O2 = 15 x Pi + 15 x 0, 2 (200 Pi) = 1200 Pi + 0, 2 (200 Pi) = 1200 / 15 = 80 Pi 0, 2 Pi = = 40 Pi = 40/0, 8 = 50 b La quantité initiale d oxygène pur à introduire dans le bloc est donc: 50 x 15 = 750 litres (3 pts) 2) Quelle sera la pression résiduelle dans chaque tampon à la fin de l opération? (2 pts) La baisse de pression dans la B50 d O2 est de : 750/50 = 15 b La pression résiduelle d oxygène dans la B50 sera donc : = 185 b (1 pt) Baisse de pression dans la B50 d air : Le volume total de nitrox fabriqué sera de : 15 x 200 = 3000 L Comme on injecte 750 L d O2 il restera ( ) soit 2250 L d air pour compléter le bloc. La chute de pression dans la B50 d air sera donc de : 2250 / 50 = 45 b La pression résiduelle dans la B50 d air sera donc de = 205 b (1 pt) 3) Quelle est la profondeur limite d utilisation de ce mélange? (1 pt) PpO2 max = 1,6 b Pabs = 1,6 / 0,4 = 4 b soit 30 m de profondeur (1 pt) 16

17 Question 25 10PHY-TA-6-05(2) On dispose d une rampe de 3 blocs tampons de 50 litres chacun à 220 bars. On veut gonfler à 200 bars: 2 blocs de 15 litres dans lesquels il reste 80 bars et 1 bloc de 12 litres dans lequel il reste 100 bars. Initialement la température de l ensemble du matériel est de 20 C 1) Quelle sera la pression maximale des blocs si l on utilise les 3 tampons simultanément? (2 pts) 2) Quelle sera la pression maximale des blocs si l on utilise les 3 tampons successivement? (3 pts) 3) Le lendemain (20 c), après avoir gonflé sur les 3 tampons en successif, vous contrôlez la pression des blocs et vous lisez 190 bars. Calculez la température à la fin du gonflage de la veille. (1 pt) (Toutes les pressions sont lues au manomètre) 1) Procédure simultanée : Volume d air des tampons : (3 x 50) x 220 =33000 litres Volume des tampons : 3 x 50 = 150 litres Volumes des bouteilles : (2 x 15) + (1 x 12) = 42 litres Volume d air restant dans les bouteilles : (30 x 80) + (12 x 100) = 3600 litres Volume total d air : = litres Volume total : = 192 litres Pression finale après équilibre : / 192 = 190,6 bars 2) Procédure successive : Tampon 1 Quantité d air du tampon 1 : 50 x 220 = L Volume des bouteilles : 42 L Quantité d air restant dans les bouteilles : (30 x 80) + (12 x 100) = 3600 L Quantité d air totale : = L Pression après équilibre : / 92 = 158,7 bars Tampon 2 Quantité d air du tampon 2 : 50 x 220 = L Volume des bouteilles : 42 L Quantité d air dans les bouteilles : 158,7 X 42 = 6665 L Quantité totale d air : = L Pression après équilibre : / 92 = 192,0 bars Tampon 3 : Quantité d air du tampon 3 : 50 x 220 = L Volume des bouteilles : 42 L Quantité d air dans les bouteilles : 192 x 42 = 8064 L Quantité totale d air : = L Pression finale après équilibre : / 92 = 207,2 bars 3) Température des blocs : P1 / T1 = P2 / T2 T en Kelvin = C / T1 = 190 / 293 T1 = 319 K T1 = 46 C 17

18 Question 26 Physique : Calculs de consommation et 10PHY-TA-6-01(1) Remarque : Toutes les pressions données sont des pressions lues au manomètre. Vous souhaitez gonfler votre bouteille de 15 litres dans laquelle il reste 50 bars avant de partir plonger. Vous disposez de 4 tampons de 50 litres gonflés à 200 bars chacun. 1) Quelle sera la pression finale de votre bloc si vous utilisez les 4 tampons simultanément? (2 points) 2) Quelle sera la pression finale de votre bloc si vous utilisez les 4 tampons successivement? (2 points) 3) Conclusion (1 point) 4) Vous constatez sur le bateau lorsque vous ouvrez votre bloc que la pression a varié par rapport à celle lue au club en fin de gonflage. Que s est-il passé? (1 point) 1) (4*50* 200) (15*50) bars 4* ) Quelle sera la pression finale de votre bloc si vous utilisez les 4 tampons successivement? (2 points) (50*200) (15*50) 165.4bars (50*200) (15*165.4) 192.0bars (50*200) (15*192.0) 198.2bars (50*200) (15*198.2) 199.6bars ) Conclusion? (1 point) Utilisation des tampons successivement. 4) Vous constatez sur le bateau lorsque vous ouvrez votre bloc que la pression a varié par rapport à celle lue au club en fin de gonflage. Que s est-il passé? (1 point) Explication de la loi de Charles. Question 27 11PHY-TA-6-02(1) On utilise deux bouteilles tampons de 50 L, chacune gonflée à 220 bars, pour regonfler une bouteille de 18 L vide (à la pression relative). 1) Calculer la pression finale de la bouteille de 18 L lorsqu on ouvre les deux tampons simultanément? (2 points) 2) Calculer la pression finale de la bouteille de 18 L lorsqu on utilise les tampons l un après l autre? (2 points) 3) Conclure quant à la façon d utiliser une rampe de gonflage? (2 points) 18

19 1) 2 méthodes : a) calcul avec les pressions relatives : Calcul de la pression finale dans le bloc : b) calcul avec les pressions absolues : Calcul de la pression finale dans le bloc : Soit 186,44 bars en pression relative ( ) = 186,44 bars ( ) = 187,44 bars Remarque pour le correcteur : les fractions à l impression ne sont pas forcément reconnues ; un message «Error» s affiche. Si c est le cas, voici les réponses : Calcul de la pression relative finale dans le bloc : (50 x x 220) / ( ) = 186,44 bars ou Calcul de la pression absolue finale dans le bloc : (50 x x x 1) / ( ) = 187,44 bars donc 186,44 bars en relatif 2) Calculer la pression finale de la bouteille de 18 L lorsqu on utilise les tampons l un après l autre? (2 points) 2 méthodes : a) calcul avec les pressions relatives : Calcul de la pression intermédiaire dans le bloc : 161,76 bars ( ) Calcul de la pression finale dans le bloc : b) calcul avec les pressions absolues : ,76 ( ) 204,58 bars Calcul de la pression intermédiaire dans le bloc : ( ) 162,76 bars Calcul de la pression finale dans le bloc : bars en pression relative ,76 ( ) 205,58 bars donc 204,58 Remarque pour le correcteur : les fractions à l impression ne sont pas forcément reconnues ; un message «Error» s affiche. Si c est le cas, voici les réponses : Calcul de la pression relative intermédiaire dans le bloc : (50 x 220) / ( ) 161,76 bars Calcul de la pression relative finale dans le bloc : (50 x x 161,76) / (50 +18) 204,58 bars ou Calcul de la pression absolue intermédiaire dans le bloc : (50 x x 1) / ( ) 162,76 bars Calcul de la pression absolue finale dans le bloc : (50 x x 162,76) / (50 +18) 205,58 bars donc 204,58 bars en relatif 19

20 Conclure quant à la façon d utiliser une rampe de gonflage? (2 points) Quand on regonfle des blocs il est plus intéressant de les gonfler tampon par tampon. A la fin de l opération, la température enregistrée était de 49 C. Le lendemain, lorsque le plongeur récupère son bloc de 18 L, il contrôle sa pression et il peut lire 190 bars (pression relative). Quelle est donc la température du bloc? (1 point) T1 = 49 C = = 322 K On utilise la relation : P1 T1 = P2 T2 204,58 d où = et T2 = = 299,05 K 322 T2 204,58 T2 = 299, = 26,05 26 C Remarque pour le correcteur : les fractions à l impression ne sont pas forcément reconnues ; un message «Error» s affiche. Si c est le cas, voici les réponses : On utilise la relation : P1 / T1 = P2 /T2 d où 204,58 /322 = 190 /T2 et T2 = 190 x 322 / 204,58 = 299,05 K Physique : Tampons + Consommation Question 28 01PHY-TC-4-07(1) Question à 4 points Vous organisez une plongée. Vous disposez de 3 blocs tampons de 50 litres, chacun gonflé à 200 bars (*). Vous gonflez une bouteille de 15 litres où il reste 50 bars (*). (*) Pressions lues manomètre 1)Quelle est la pression (*) finale si on ouvre les 3 tampons simultanément? (2 pts) 2) Sur une consommation estimée à 20 litres/min (estimé en surface) et une réserve tarée à 50 bars, quelle sera l autonomie pour une plongée à 45 mètres? (On néglige le temps de descente à cette profondeur) (2 pts) 1) Pression finale à l équilibre En absolu (3 x 50 x x 51) / (3 x x 15) = 187,4 bars donc 186,4 bars au mano. En relatif (3 x 50 x x 50) / ( 3 x x 15) = 186,4 bars 2) Pabs à 45 m : 5,5 bars. Consommation à 45 mètres : 20 x 5,5 = 110 litres par min. Volume d air disponible : ( 186,4 50 ) x 15 = 2046 litres Autonomie : 2046 / 110 = 18,6 min. soit 18 min. 36 s 20

21 Question 29 01PHY-TC-6-06(1) Un plongeur NII part en palanquée en exploration avec un bloc de 12 l gonflé à 200b (*). Au retour de la plongée, il reste 50 b (*) dans son bloc. (*) Pressions lues manomètre. 1 Quelle quantité d air (détendu à la pression atmosphérique), le plongeur a-t-il consommé? (1 pt) 2 Sachant qu il est resté 30 mn à 20 m, quelle est sa consommation par mn à cette profondeur? (on néglige le temps de la descente et de la remontée) (1 pt) 3 Quelle est la pression résiduelle (*) dans la bouteille tampon après la fin de l opération? (2 pts) 4 Un autre groupe de plongeurs veut utiliser ensuite la même bouteille tampon, pour remplir simultanément 2 blocs de 15 L vides. Quelle sera la pression maximale qu ils pourront avoir dans les blocs après équilibrage? (2 pts) 1) Le plongeur a consommé : (200-50) x 12 = 1800 l d'air à 1b 2) A 20 m la pression absolue est de 3 b. La consommation par mn en air détendu est : 1800/30 = 60 Litres La consommation par minute à 20 mètres est donc de : 60/3 = 20 litres/mn 3) Il manque 1800 litres d air à 1 bar ; soit pour un tampon de 150 litres 1800 / 150 = 12 bars Il reste donc dans le tampon : = 223 bars Ou 150 X 235 = l = l : 150 = 223 bars 4) (150 x x 15 x 0) / ( x 15) = 185,8 bars (au mano) Question 30 06PHY-TC-6-09(1) Daniel veut effectuer une plongée sur un fond de 35 m. Il va utiliser son bloc de 15 litres (PS=230 b) dans lequel il reste 45 b, et dispose de 2 bouteilles tampon de 50 litres à 240 bars pour gonfler son bloc. (*) Toutes les pressions sont lues au mano 1) Quelle méthode de gonflage va-t-il utiliser pour pouvoir emporter le maximum d air en plongée? Justifiez votre réponse? Quelle sera la pression dans son bloc (arrondir au bar supérieur)? (2 pts) 2) Sachant qu il consomme 20 l/mn en surface, combien de temps pourra t il rester au fond? On néglige la descente et Daniel souhaite débuter sa remontée avec une réserve de 50 bars. (2 pts) 3) Au cours de sa plongée, il est amené à gonfler un parachute de levage d un volume de 100 litres. De combien sa plongée sera-t-elle écourtée? (2 pts) 1) Méthode 1 : Les deux tampons en même temps : (2 x 50 x x 45) / (2 x ) = 214,6 bars Méthode 2 : Les tampons l un après l autre : 1 er tampon : (50 x x 45) / ( ) = 195 bars 2 ème tampon : (50 x x 195) / ( ) = 229,6 bars 21

22 On voit donc qu il vaut mieux utiliser les tampons successivement pour arriver à une pression plus importante dans le bloc. Celle-ci sera de 229,6 bars arrondis à 230 b (2 pts) 2) Volume disponible au fond : V = 15 x (230 50) = 2700 L La consommation de Daniel à 35 m (Pabs = 4,5 b) est : 20 x 4,5 = 90 L/mn d air détendu Il pourra donc rester : 2700 / 90 = 30 mn au fond. (2 pts) 3) Au cours de sa plongée, il est amené à gonfler un parachute de levage d un volume de 100 litres. De combien sa plongée sera-t-elle écourtée? (2 pts) Volume d air utilisé pour gonfler le parachute : V = 100 x 4,5 = 450 L Sa plongée sera donc écourtée de : 450 / 90 = 5 mn (2 pts) 22