Cours théorique Niveau II - Les lois physiques. La Couronnée Théorie Physique NII 1

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1 Cours théorique Niveau II - Les lois physiques La Couronnée Théorie Physique NII 1

2 Introduction Le Niveau II Pourquoi passer le niveau II? Plonger en «autonomie» avec d'autres NII entre 0 et 20m (aptitude PA-2) Plonger encadré par un GP (NIV) entre 0 et 40m (aptitude PE-3) Accéder à une formation d'enseignement «Initiateur» La Couronnée Théorie Physique NII 2

3 Introduction Le Niveau II Compétences attendues GC1a : Utiliser son matériel GC1b : Comportements & gestes techniques en surface GC2 : Immersions et Retour en surface GC3 : Maitrise de la ventilation en plongée GC4 : Réactions aux situations usuelles GC5 : Autonomie de Plongée dans 0-20m GC6 : Connaissances théoriques La Couronnée Théorie Physique NII 3

4 Introduction Le Niveau II Compétences Théoriques attendues Lois physiques Procédures de désaturation Physiologie Accidentologie Matériel Environnement - Organisation des plongées La Couronnée Théorie Physique NII 4

5 Lois Physiques Forces & Pressions Compressibilité (Boyle-Mariotte) Flottabilité (Archimède) Pression Partielle (Dalton) Dissolution d'un gaz (Henry) Vision sous l'eau Acoustique dans l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 5

6 Lois Physiques Forces & Pressions Compressibilité (Boyle-Mariotte) Flottabilité (Archimède) Pression Partielle (Dalton) Dissolution d'un gaz (Henry) Vision sous l'eau Acoustique dans l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 6

7 Forces & Pressions Force = toute cause capable de modifier l'état & mouvement d'un corps Unité : Newton N Le poids est une force Poids (N) = Masse (kg) x 9,81 Abus de langage en plongée Poids ~ Masse En plongée il est plus simple de raisonner en kg qu'en Newton La Couronnée Théorie Physique NII 7

8 Forces & Pressions Notion de Pression : répartition d'une force sur une surface ex : effet du poids d'une personne avec/sans raquettes à neige La Couronnée Théorie Physique NII 8

9 Forces & Pressions P = PRESSION F = FORCE S = SURFACE P = F / S Unités F Newton - N S cm 2 / m 2 P bar - b (1 bar = 10 N / cm 2 ~ 1 kg / cm 2 ) P Pascal Pa (1 Pascal = 10 5 bar = 1 N / m 2 ) La Couronnée Théorie Physique NII 9

10 Forces & Pressions Pression Atmosphérique Poids de l'air 1,013 bar au niveau de la mer = 1 atm diminue de 0,1 bar par 1000 mètres Pression hydrostatique = Pression relative Poids de l'eau ~ 1kg / colonne 1cm 2 x 10m isotrope P relative = Profondeur (m) / 10 P absolue = P atm + P relative Application numérique... La Couronnée Théorie Physique NII 10

11 Lois Physiques Forces & Pressions Compressibilité (Boyle-Mariotte) Flottabilité (Archimède) Pression Partielle (Dalton) Dissolution d'un gaz (Henry) Vision sous l'eau Acoustique dans l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 11

12 Compressibilité (Boyle-Mariotte) Solides & Liquides incompressibles Gaz compressibles (pompe à vélo...) Immersion d'un verre gradué Observation Volume Air x Pression La Couronnée Théorie Physique NII 12

13 Compressibilité (Boyle-Mariotte) Loi de Boyle-Mariotte «A T constant, la Pression d'un gaz est inversement proportionnelle à son volume» état 1 état 2 P 1 x V 1 = P 2 x V 2 «PxV = Constante» La Couronnée Théorie Physique NII 13

14 Compressibilité (Boyle-Mariotte) Applications à la plongée Barotraumatismes (objet autre cours) Calcul de capacité d'un bloc Calcul d'autonomie en air Variation du volume d'un gilet (stab) Profondimètres à tube capillaire Application numérique... La Couronnée Théorie Physique NII 14

15 Lois Physiques Forces & Pressions Compressibilité (Boyle-Mariotte) Flottabilité (Archimède) Pression Partielle (Dalton) Dissolution d'un gaz (Henry) Vision sous l'eau Acoustique dans l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 15

16 Flottabilité (Archimède) Certains objets flottent, d'autres coulent... Le poids et le volume entrent en jeu La Couronnée Théorie Physique NII 16

17 Flottabilité (Archimède) Théorème d'archimède «Tout corps plongé dans un liquide reçoit une poussée verticale, dirigée vers le haut, et égale au poids du volume de liquide déplacé» Poids apparent (kg) = Poids réel Poussée Archimède La Couronnée Théorie Physique NII 17

18 Flottabilité (Archimède) - Si Papp > 0 flottabilité négative l'objet coule. - Si Papp = 0 flottabilité nulle l'objet est en équilibre entre 2 eaux. - Si Papp < 0 flottabilité positive l'objet remonte. Application numérique... La Couronnée Théorie Physique NII 18

19 Flottabilité (Archimède) Mariotte + Archimède = Conséquences importantes en plongée Poumon-Ballast Utilisation du gilet Calculs de lestage / relevage Application numérique... La Couronnée Théorie Physique NII 19

20 Lois Physiques Forces & Pressions Compressibilité (Boyle-Mariotte) Flottabilité (Archimède) Pression Partielle (Dalton) Dissolution d'un gaz (Henry) Vision sous l'eau Acoustique dans l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 20

21 Pression Partielle (Dalton) Composition de l'air 20,97 % d'oxygène (O 2 ) : le carburant 79 % d'azote (N 2 ) : le diluant 0,02 % de gaz carbonique (CO 2 ) 0,01 % de gaz rares pour les calculs en plongée, 20 % de % de N 2 La Couronnée Théorie Physique NII 21

22 Pression Partielle (Dalton) Pression Partielle = dans un mélange gazeux, pression qu'aurait un gaz s'il occupait seul le volume Loi de Dalton «A T constante, la Pression d'un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu'auraient chacun des gaz s'il occupait seul le volume» «Pp. gaz = P absolue x %gaz / 100» «P absolue = Pp gaz1 + Pp gaz2 = Pp gaz3 +...» Application numérique... La Couronnée Théorie Physique NII 22

23 Pression Partielle (Dalton) Applications à la plongée Accidents bio-chimiques (toxicité) Plongée aux mélanges (Nitrox, Trimix, ) Elaboration des procédures de désaturation en N 2 La Couronnée Théorie Physique NII 23

24 Lois Physiques Forces & Pressions Compressibilité (Boyle-Mariotte) Flottabilité (Archimède) Pression Partielle (Dalton) Dissolution d'un gaz (Henry) Vision sous l'eau Acoustique dans l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 24

25 Dissolution d'un gaz (Henry) Les liquides dissolvent les gaz cf poissons qui consomment l'oxygène cf l'eau qui libère du gaz dans une casserole La pression joue un rôle dans cette dissolution cf bouteille de champagne que l'on débouche : Pression Bulles La Couronnée Théorie Physique NII 25

26 Dissolution d'un gaz (Henry) La Couronnée Théorie Physique NII 26

27 Dissolution d'un gaz (Henry) Loi de Henry «A T constante, la quantité de gaz dissoute à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle du gaz au dessus de ce liquide» La Couronnée Théorie Physique NII 27

28 Dissolution d'un gaz (Henry) Définition Pression Partielle indique la quantité d'un gaz dans un mélange gazeux Tension quantité d'un gaz dans un liquide où il est dissous La Couronnée Théorie Physique NII 28

29 Dissolution d'un gaz (Henry) Définitions des états d'un ensemble «mélange gazeux + liquide» Saturation équilibre (tension gaz = Pp gaz ) Sous-Saturation chaque gaz continue à se dissoudre (tension gaz < Pp gaz ) Sur-Saturation le liquide restitue le gaz (bulles) (tension gaz > Pp gaz ) La Couronnée Théorie Physique NII 29

30 Dissolution d'un gaz (Henry) La Couronnée Théorie Physique NII 30

31 Dissolution d'un gaz (Henry) Conséquences sur la plongée - Mélange gazeux = mélange respiré (air, nitrox, ) - Liquide = Corps composé de liquide à 75% (dont sang) L'O 2 dissous ne pose pas de problème La dissolution/restitution du N 2 est problématique (dégazage brusque Accident De Désaturation) Nécéssité d'établir des procédures de désaturation de l'azote La Couronnée Théorie Physique NII 31

32 Dissolution d'un gaz (Henry) La Couronnée Théorie Physique NII 32

33 Dissolution d'un gaz (Henry) Définitions Gradient = Tension gaz Sang Pp gaz Mélange Le gradient tend toujours vers zéro (équilibre=saturation) Tissu (ou Compartiment) = regroupement de parties du corps qui ont un comportement similaire vis à vis de la dissolution du N 2 La Couronnée Théorie Physique NII 33

34 Dissolution d'un gaz (Henry) Période d'un tissu = temps pour dissoudre la moitié du gradient Tissus courts : 7mn (sang, muscles très irrigués) Tissus moyens : 30 mn (muscles), 60 mn (graisses, muscles blancs) Tissus longs : 120 mn (moelle osseuse) Sc = seuil de sursaturation critique d'un tissu La Couronnée Théorie Physique NII 34

35 Dissolution d'un gaz (Henry) La Couronnée Théorie Physique NII 35

36 Dissolution d'un gaz (Henry) Le modèle physique «Tissus/Periode/Sc» permet d'établir des procédures de désaturation : «tables» ordinateurs La Couronnée Théorie Physique NII 36

37 Lois Physiques Forces & Pressions Compressibilité (Boyle-Mariotte) Flottabilité (Archimède) Pression Partielle (Dalton) Dissolution d'un gaz (Henry) Vision sous l'eau Acoustique dans l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 37

38 Vision sous l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 38

39 Vision sous l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 39

40 Lois Physiques Forces & Pressions Compressibilité (Boyle-Mariotte) Flottabilité (Archimède) Pression Partielle (Dalton) Dissolution d'un gaz (Henry) Vision sous l'eau Acoustique dans l'eau La Couronnée Théorie Physique NII 40

41 Acoustique sous l'eau Intervalle perception oreille gauche/droite Difficulté de localisation du son Transmission à travers boîte crâniene La Couronnée Théorie Physique NII 41