PHYSIQUE GP/N4 1/3. Session Béatrice Geoffroy

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1 PHYSIQUE GP/N4 1/3 Session Béatrice Geoffroy

2 POURQUOI? Rôle du guide de palanquée : responsabilités d encadrement Comprendre les mécanismes ayant une influence en plongée et être en mesure de les expliquer Connaissances nécessaires avant d aborder les éléments de physiologie et accidents en plongée Contenu défini dans le Manuel de Formation Technique GP- N4, compétence 8: Connaissances théoriques Epreuve écrite à l examen de Guide de Palanquée

3 SOMMAIRE 2.1 Différents types 2.2 Histoire de poids/

4 Pourquoi les pressions?? 2.1 Différents types 2.2 Histoire de poids/ Rôle du GP: Encadrement de palanquées -> responsabilités Différences de pressions importantes à proximité de la surface Sécuriser -> prévoir Prévenir -> anticiper Expliquer

5 PRESSION = Force appliquée sur une surface P = F/surface (cm²) 2.1 Différents types 2.2 Histoire de poids/ UNITE de pression en plongée -> le Bar 1 bar = 1kg/cm² Autres unités de pressions : mmhg Hpa

6 Pression atmosphérique 2.1 Différents types Poids de l air Au niveau de la mer -> 1 bar En altitude -> -0,1 bar tous les 1000 mètres Patm 2.2 Histoire de poids/ Pabs Pression Hydrostatique Poids de la colonne d eau ( 10m sur 1 cm²) 1 bar tous les 10 m Pression absolue Somme des deux pressions précédentes Pabs = Patm+ Phydro Phydr

7 Exercices : 1) Un plongeur s immerge à une profondeur de 38 m en mer a) Quelle est la pression hydrostatique à cette profondeur? b) Quelle est la pression absolue à cette profondeur? 2.1 Différents types 2.2 Histoire de poids/ 2) Un plongeur s immerge à une profondeur de 38 m dans un lac situé à 2000 m d altitude. Réponses : Quelle est la pression absolue à cette profondeur? 1) a) Phydro= Prof/10 =3,8 bar b) Pabs = Patm+ Phydro = 1+3,8 = 4,8 bar 2) Pabs = Patm+Phydro = 0,8 + 3,8 = 4,6 bar

8 2.1 Différents types 2.2 Histoires de poids/

9 Eléments influençant la flottabilité : - Volume - Poids

10 Différence de poids hors et dans l eau température: Charles 4. PRESSIONS PARTIELLES / TOXICITE 4.1 Dalton 4.2 Effets en plongée 4.3 Cas des plongées au Nitrox - Poids réel = hors de l eau - Poids apparent = dans l eau NB : UN PEU DE VOCABULAIRE Poids = Masse x gravité -> se mesure en Newton. Masse = représente la quantité de matière que contient un corps. Invariable quel que soit le milieu -> s exprime en Kg. Pour plus de facilité, nous confondrons pendant ce cours le poids et la masse. Masse volumique = masse par unité de volume. Ex : masse volumique de l eau = 1 Kg/ Litre Densité = rapport entre masse volumique d une substance et la masse volumique d un corps de référence ( pour solides et liquides ->eau pure, 1Kg/L). S exprime avec un chiffre sans unités.

11 POURQUOI? Poussée d Archimède : «Tout corps plongé dans un liquide, reçoit de la part de celui-ci, une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du liquide déplacé» Poids apparent Poids Apparent = Poids réel Poussée d Archimède température: Charles PApp= Préel-PArchi Poussée d Archimède 4. PRESSIONS PARTIELLES / TOXICITE 4.1 Dalton 4.2 Effets en plongée 4.3 Cas des plongées au Nitrox PArchi= Volume x Densité de l eau douce d = 1 Densité de l eau de mer d = 1,03

12 température: Charles

13 Exemple : Une boite indéformable d un poids de 7,5 kg et d un volume de 7,4 L est immergé dans de l eau. Quel est son poids apparent: - En eau douce - Dans la mer ( = 1, 03) Réponse : Eau douce : Papp = Poids réel Poussée Archimède = 7,5 ( 7,4 x 1) = 0,1 -> flottabilité négative La boite coule Eau de mer Papp = 7,5 (7,4 x 1,03) = - 0,122 -> flottabilité positive La boite flotte

14 Matériel influençant la flottabilité Types de bouteilles : acier, alu, volume / poids Modèle de combinaison Gilet stabilisateur Lestage Autres éléments influençant la flottabilité Ventilation : volume pulmonaire Densité de l eau.

15 Rôle du Guide de Palanquée Mise à l eau en premier Vérification du lestage -> lestage adapté. Attention aux dangers du : Surlestage : risque accru d essoufflement, fatigue, augmentation de la consommation en air, difficultés à maintenir profondeur plancher, risque de «râcler» les fonds sous-marins Sous lestage : impossibilité de maintenir un palier Toute modification de lestage doit être progressive!!! S assurer que les plongeurs encadrés sachent de servir du Gilet

16 RAPPEL La pression influe également sur le volume d un objet, et joue donc sur la flottabilité -> Loi de Boyle-Mariotte «À température constante, le volume occupé par un gaz est inversement proportionnel à la pression qu il subit», soit P x V = Constante P1V1 = P2V2 Relevages : à l aide de parachutes spécifiques. En tant que GP, parfois dans le cas de relevage d ancres.

17 RELEVAGES : principes de bon sens ( exemple d une ancre à remonter) Avant : S assurer que toutes les palanquées soient sorties Après accord du capitaine du bateau S assurer de ne pas être sur la trajectoire de l objet à remonter Pendant Gonflage progressif du parachute Suivre l objet des yeux pendant qu il remonte Ne pas se placer sous l objet pendant qu il remonte S assurer de disposer d assez d air pour soi-même et pour gonfler le parachute

18 Les gaz se compriment aisément, c est ce facteur qui nous permet de pratiquer notre activité. Principe physique -> Loi de Boyle-Mariotte P x V = Constante P1V1 = P2V2 Applications à la plongée : - accidents de plongée liés aux variations de volumes - stabilisation (utilisation du gilet) - gonflage des blocs - consommation d air

19 Bouteilles «Tampons» = bouteilles à grande capacité couplées à un compresseur et gonflées à bar. Elles constituent un stock d air comprimé immédiatement disponible

20 Mise en équilibre des pressions: Exemple de deux blocs: - Un 12 L avec une pression restante de 40 bar ( Bloc 1) - Un 15 L avec une pression restante de 80 bar ( Bloc 2) A la mise en équilibre, qu affichera le manomètre??? Réponse : Air restant Bloc 1 = P1 x Vb1 = 40x12 = 480 L Air restant Bloc 2 = P2x Vb2 = 80x15 = 1200 L Pression d équilibre = (V1+V2) / (Vb1+ Vb2) ( )/ ( ) = 1680/ 27 = 62 bar

21 Transfert d une bouteille dans une autre Prenons les deux bouteilles précédentes. Nous voulons les gonfler à 230 bar à l aide d une série de 6 tampons de 50L chacun à 300 bar. 1 ) combien d air faut-il pour gonfler les bouteilles à la pression désirée. Pfinale-Pinitiale = = 168bar, soit 168x 27 = 4536 L 2) Quelle sera la pression finale dans les tampons après avoir gonflé les deux blocs? Pfinale =[ (Pinit x Vol)- air nécessaire] / Volume [(300 x 300)- 4536] / 300 = 284 b

22 Exercice : On dispose de 2 blocs tampons de 50 l chacun, tous 2 gonflés à200 bars. On veut gonfler un bloc de 10 l dans lequel la pression résiduelle est de 20 bars. Quelle méthode utiliseriez vous pour gonfler les blocs à pression maximale? 1) Gonflage sur les 2 tampons en même temps. 2) Gonflage successif sur un tampon, puis l autre. Réponse : 1 ) P1VTa+ PbVb= Pf x(vta+vb) (200x100)+(20x10) = Pf(100+10) Pf = (200x100)+(20x10)/ (100+10) = 183,6 bars 2) Calcul en deux étapes

23 Etape 1 P1VT1+ PbVb= Pf1 x (VT1+Vb) (200x50)+(20x10) = Pf(50+10) Pf1=[(200x50)+(20x10)] /(50+10) = 170 bars (200x50)+(170x10) = Pf2(50+10) Etape 2 P1VT2+ Pf1Vb= Pf2x (VT2+ Vb) Pf2= [(200x50)+(170x10)] /(50+10) = 195 bars Conclusion : Avec la 2e méthode, le bloc est plus gonflé. Il vaut mieux réaliser le gonflage en utilisant les tampons séparément.

24 CONSOMMATION -> AUTONOMIE En plongée l'air est délivré par le détendeur à la pression ambiante, donc à la pression absolue. Plus nous plongeons profond, plus notre consommation d'air sera importante-> le temps de plongée sera donc plus court. Exemple : Si à la surface je consomme 20 L/min, à 30 m la pression absolue étant de 4 bars je consommerai : 20 x 4 = 80 L/min. Ma consommation est 4 fois plus importante.

25 EXERCICE : Pour une consommation estimée à 20 litres/min (estimé en surface), bloc de 15 l gonflé au départ à 230 bars et une réserve demandée à 50 bars, quelle sera l autonomie pour une plongée à 45 mètres? (On néglige le temps de descente à cette profondeur) Réponse: A 45 m, Pabs= 5,5 bars consommation: 20 x 5,5 = 110 litres/min volume d'air disponible: P x V = (230-50) x 15 = 2700 L autonomie = temps nécessaire pour consommer l air disponible 2700 / 110 = 24 min

26 LOI DE CHARLES «À volume constant la pression d un volume de gaz donné varie proportionnellement à la température.» P1 : P initiale en bar P1 / T1 = P2 / T2 T1 : T initiale en Kelvin T2 : T finale en Kelvin P2 : P finale en bar

27 Application à la plongée : Si la température varie alors la pression à l intérieur d un bloc variera. Par conséquent le volume de gaz à disposition du plongeur dépendra de la température extérieure (influence l autonomie) Si la pression augmente dans un bloc la température du gaz augmente -> le bloc chauffe quand on le gonfle: la compression d un gaz produite de la chaleur. Si la pression diminue dans un bloc la température du gaz diminue-> le bloc se refroidit quand on le vide. La détente d un gaz produite du froid (intervient dans le givrage des détendeurs).

28 EXEMPLE : Après avoir été gonflé à 230 bars un bloc de 15l est à une température de 37 C. Une fois rangé sa température redescend à 23,5 C. Quelle pression indiquera un manomètre quand un plongeur vérifiera le bloc avant de plonger? REPONSE : T1 = = 310 K T2 = ,5 = 296,5 K V1 = 15 litres P2 = (P1 x T2) / T1 = (230 x 296,5) / 310 = 220 bars

29 Exercice : Après le gonflage de votre bouteille de plongée à 200 bars, la température du bloc est de 37 C. Avant de plonger, la température du bloc est passée à 13 C. 1) Quelle est la nouvelle pression de votre bouteille? 2) A l issue de votre plongée, il reste 78 bars dans votre bloc (toujours à13 C). Exposée à une source de chaleur, la pression de la bouteille atteint 90 bars. Quelle est la température de votre bouteille? Réponse: 1) P1 = 200 b ; T1 = 37 C = 310 K ; T2 = 13 C = 286 K P1/T1 = P2/T2 P2 = (P1 x T2) / T1 = (200 x 286) / 310 = 184,5 bars 2) P1 = 78 b ; T1 = 13 C = 286 K ; P1/T1 = P2/T2 P2 = 90 b