cours n 5 - physique & révisions 1 Christophe BADESCO

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1 cours n 5 - physique & révisions 1 Christophe BADESCO 12 janvier 2010 Formation théorique niveau 4 - saison 2009/ /09/2007

2 Sujets de physique : la vision La vision est modifiée en environnement subaquatique, notamment la taille et la distance apparente des objets. Expliquez dans quelles proportions 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 2/23

3 Sujets de physique : la vision La vision est modifiée en environnement subaquatique, notamment la taille et la distance apparente des objets. Expliquez dans quelles proportions La taille paraît augmentée dans une proportion de 4/3 (1 point). La distance paraît plus courte dans une proportion de ¾ (1 point) 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 3/23

4 Sujets de physique : Dalton Avec quels nitrox pouvez-vous plonger au maximum à 40 m sans dépasser une pression partielle d oxygène de 1,6 bar? Par sécurité, vous êtes invité à ne pas dépasser 1,4 bar de pression partielle d oxygène à cette même profondeur, quelle proportion d azote votre nitrox doit il comporter? Quelle est la pression partielle de l oxygène lorsque vous plongez à 60m à l air (contenant 20% d oxygène)? Pourquoi les paliers à l oxygène pur ne sont-ils permis qu à 3 et 6 mètres? 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 4/23

5 Sujets de physique : Dalton Avec quels nitrox pouvez-vous plonger au maximum à 40 m sans dépasser une pression partielle d oxygène de 1,6 bar? PpO2 max = 1,6 bar. Avec une PA de 5 bars (40 m), le % d O2 sera de 1,6 / 5 = 0,32. Il s agit donc de tout nitrox inférieur ou égal à 32/68 (1 point) Par sécurité, vous êtes invité à ne pas dépasser 1,4 bar de pression partielle d oxygène à cette même profondeur, quelle proportion d azote votre nitrox doit il comporter? Dans ce cas, le % d O2 sera de 1,4 / 5 = 0,28. Il s agira cette fois d un nitrox 28/72 avec 72% d azote. (1 point) Quelle est la pression partielle de l oxygène lorsque vous plongez à 60m à l air (contenant 20% d oxygène)? PpO2 = 7 X 0,2 = 1,4 bar (1 point) Pourquoi les paliers à l oxygène pur ne sont-ils permis qu à 3 et 6 mètres? A 9m, la PpO2 est de 1,9 bar (1 point) 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 5/23

6 Sujets de physique : Archimède Un plongeur équipé a un volume de 90 dm3 et pèse 86,7 kg ; de combien de kg de plombs (dont le volume sera négligé) doit-il se lester pour être équilibré dans une eau de mer de densité 1,03? 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 6/23

7 Sujets de physique : Archimède Un plongeur équipé a un volume de 90 dm3 et pèse 86,7 kg ; de combien de kg de plombs (dont le volume sera négligé) doit-il se lester pour être équilibré dans une eau de mer de densité 1,03? On cherche Papparent = Préel (Volume X 1,03) = 86,7 (90 X 1,03) = 86,7 92,7 = -6. Le plongeur doit donc ajouter 6 kg de plomb pour être équilibré (1 point) 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 7/23

8 Sujets de physique : Archimède Vous utilisez un bloc d une capacité de 6 litres de capacité gonflé à 175 bars pour gonfler un parachute d une capacité de 300 litres à 40 mètres sous la surface. Quel volume d air maximal allez-vous introduire dans ce parachute? Si vous remontez, à quelle profondeur le parachute sera-t-il plein? 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 8/23

9 Sujets de physique : Archimède Vous utilisez un bloc d une capacité de 6 litres de capacité gonflé à 175 bars pour gonfler un parachute d une capacité de 300 litres à 40 mètres sous la surface. Quel volume d air maximal allez-vous introduire dans ce parachute? Si vous remontez, à quelle profondeur le parachute sera-t-il plein? Capacité bloc = 6 X 175 = l soit litres utiles en surface ou (6 X 5) = litres utiles à 40m. On peut donc introduire 1050 / 5 = 210 litres dans le parachute. (2 points) P1V1 = P2V2 avec 5 X 210 = P2 X 300, d où P2 = (5 X 210) / 300 = 3,5 bars, soit 25 mètres. (2 points) 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 9/23

10 Sujets de physique : Henry On considère que l organisme d un plongeur peut être modélisé en 4 compartiments de période 15, 20, 30 et 60 minutes, ce plongeur effectuant une plongée d une durée de 60 minutes à 30 mètres. Indiquez les tensions d azote à l issue des 60 minutes de plongée pour chaque compartiment. (PpN2 de l air en surface = 0,8 bar) 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 10/23

11 Sujets de physique : Henry Tissu Nb périodes % saturation TN 2 initiale P Abs fond PpN 2 fond TN 2 finale ,75% 0,8 b 4 b 3,2 b 3,05 b ,50% 0,8 b 4 b 3,2 b 2,9 b % 0,8 b 4 b 3,2 b 2,6 b % 0,8 b 4 b 3,2 b 2 b 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 11/23

12 Sujets de physique : gonflage Vous disposez d une rampe de 3 tampons d une capacité de 30 litres chacun gonflés chacun à 200 bars ; vous devez utiliser ces tampons pour gonfler votre bloc de 15 litres ayant subi une inspection visuelle et dont la robinetterie vient d être remontée (remarque : il s agit d un bloc dont la pression de service est égale à 230 bars). Vous pouvez : - soit utiliser les 3 tampons simultanément et gonfler votre bloc, - soit gonfler votre bloc sur chaque tampon en trois étapes successives. Calculez la pression finale du bloc à l issue du gonflage pour chacune des deux méthodes. Expliquez quelle méthode vous allez choisir en justifiant votre choix. 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 12/23

13 Sujets de physique : gonflage 1 méthode (équilibre sur les 3 tampons en série) : (200 x 90) + (1 x 15) = P x ( ) = P x 105 P = / 105 = 171,57 bars (1 point) 2 méthode (équilibre successif avec chaque tampon pris isolément) : 1 tampon : (200 x 30) + (1 x 15) = P x ( ) = P x 45 P = 6015 / 45 = 133,67 bars (1 point) 2 tampon : (200 x 30) + (133,67 x 15) = P x ( ) = P x 45 P = 8005 / 45 = 177,89 bars (1 point) 3 tampon : (200 x 30) + (177,89 x 15) = P x ( ) ,33 = P x 45 P = 8668,33 / 45 = 192,63 bars (1 point) La 2 méthode permet donc de gonfler le bloc à une pression plus élevée (1 point). 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 13/23

14 Sujets de physique : Henry On considère deux compartiments de période 5 mn, 15 mn et de coefficients de sursaturation critique respectifs de 2,72 et 2,20. - À l issue d une plongée à l air de 45 mn à 30 m, quelle sera la tension d azote dans chacun des compartiments? - Quelle sera la profondeur plafond à laquelle on peut remonter l ensemble de ces deux compartiments? À quelle profondeur sera le premier palier? 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 14/23

15 Corrigés de physique : Henry (5 points) Tensions : respectivement 3,2 et 2,9 bars. Profondeurs plafonds : respectivement 1,76 et 3,18 mètres. Palier à 6 mètres 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 15/23

16 Sujets de physique : Boyle & Mariotte Un plongeur utilise un bloc de 10 litres gonflé à 176 bars, ayant une réserve tarée à 48 bars, pendant 25 minutes à une profondeur de 22 m, puis il tire sa réserve et fait surface après des paliers éventuels. Il fait une intervention sur la réserve de ce bloc, le regonfle à la même pression que pour sa première plongée et s immerge sur un fond de 30 m pendant 10 minutes, puis passe 14 minutes sur un fond de 20 m de profondeur et tire sa réserve. On demande le nouveau tarage de sa réserve en considérant les descentes et les changements de profondeurs comme instantanés. NOTA : la consommation en air du plongeur est considérée comme régulière tout au long de ces deux plongées. 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 16/23

17 Corrigés de physique : Boyle & Mariotte (6 points) Calcul de la pression utilisée par le plongeur avant le passage de la réserve : 176 bars 48 bars = 128 bars Calcul de la consommation d air (à la surface) que cela représente : (volume en eau x pression) 10 x 128 = 1280 litres Calcul de la pression hydrostatique : (profondeur / 10) = 22 / 10 = 2,2 Calcul de la pression absolue : (pression atmosphérique + pression hydrostatique = 2,2 + 1 = 3,2 Calcul de la consommation en immersion : (consommation surface / pression) = 1280 / 3,2 = 400 litres Durée de la consommation : 25 minutes Consommation à la minute du plongeur (consommation / durée) = 400 / 25 = 16 litres à la minute Calcul des pressions hydrostatiques de la deuxième plongée : 30 / 10 = 3 et 20 / 10 = 2 Calcul des pressions absolues de la deuxième plongée : = 4 et = 3 Consommation du plongeur pendant la deuxième plongée : (consommation x durée) 16 x 10 = 160 litres et 16 x 14 = 224 litres Consommation d air (à la surface) : (consommation x pression absolue) 160 x 4 = 640 litres et 224 x 3 = 672 litres soit un total de 1312 litres Volume d air à la surface de la bouteille : (volume en eau x pression) 10 x 176 = 1760 litres Calcul du volume d air restant (à la surface) après consommation : (volume bouteille consommation) : = 448 litres Calcul de la pression que cela représente : (volume air / volume en eau de la bouteille) = 448 / 10 = 44,8 bars 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 17/23

18 Sujets de physique : Archimède En fin de plongée, un plongeur revient sous son bateau avec 60 bars dans son bloc de 15 litres. La réserve est fixée à 50 bars. Il est chargé de gonfler le parachute de relevage de l ancre. Cette ancre fait 63 kg et elle est fabriquée dans un acier de densité 7. - Quel est son poids apparent? - Quel volume d air faut-il injecter dans le parachute à 20 m pour lever l ancre? - Le plongeur peut-il gonfler le parachute et remonter au bateau avec plus de 50 bars (il n a pas de palier à respecter et on néglige la consommation pendant la remontée)? 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 18/23

19 Corrigés de physique : Archimède (4 points) Poids apparent : 54 kg. Volume dans le parachute : 54 litres à 3 bars, soit 162 litres détendus à 1 bar. 162 litres représente 162/15 = 10,8 bars à prélever du bloc. Donc, avec 60 bars dans le bloc, le plongeur n a pas assez d air pour respecter la réserve. 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 19/23

20 Sujets de physique : les gaz En France, l exposition à une pression partielle d azote supérieure à 5,6 bar est interdite, que ce soit en plongée loisirs, ou en plongée professionnelle. Définir la profondeur maximum autorisée. En France, le seuil de l hyperoxie est de 1,6 bar. Quelle est la profondeur à laquelle ce seuil sera atteint en plongée à l air? Quelle conclusion en tirez-vous vis à vis de la réglementation en vigueur en France? Nota : composition de l air : 20% oxygène et 80 % azote L arrêté du 28 février 2008 limite la pression partielle d oxygène Pp(O 2 ) respirable en plongée aux mélanges : Pp(O 2 ) doit valoir au minimum 0,16 bar et au maximum 1,6 bar. - Avec un mélange contenant ce pourcentage minimum, jusqu à quelle profondeur maximale peut-on descendre? 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 20/23

21 Corrigés de physique : les gaz (4 points) En France, l exposition à une pression partielle d azote supérieure à 5,6 bar est interdite, que ce soit en plongée loisirs ou en plongée professionnelle. Définir la profondeur maximum autorisée. PPN2=5,6 bar soit Pabs=5,6/0,8 soit profondeur = 60 m (1 point) En France, le seuil de l hyperoxie est de 1,6 bar. Quelle est la profondeur à laquelle ce seuil sera atteint en plongée à l air? PPO2=1,6 bar soit Pabs=1,6/0,2 soit profondeur = 70 m (1 point) Quelle conclusion en tirez-vous vis-à-vis de la réglementation en vigueur en France? Nota : composition de l air : 20% oxygène et 80 % azote C est la toxicité du N2 qui limite la plongée en France (1 point) L arrêté du 28 février 2008 limite la pression partielle d oxygène Pp(O 2 ) respirable en plongée aux mélanges : Pp(O 2 ) doit valoir au minimum 0,16 bar et au maximum 1,6 bar. Avec un mélange contenant ce pourcentage minimum, jusqu à quelle profondeur maximale peut-on descendre? 90 mètres (1 point) 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 21/23

22 Sujets de physique : la température Quelle est l'influence de la température sur la pression de l'air d'une bouteille? 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 22/23

23 Corrigés de physique : la température (1 point) A volume constant, si la température d un gaz augmente, sa pression augmente. Si sa température diminue, sa pression diminue. 12/01/2010 Niveau 4 - cours 5 physique & révisions 1 Ch. Badesco 23/23