PHYSIQUE N4 Strasbourg - décembre 2007

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1 PHYSIQUE N4 Strasbourg - décembre 2007 Katy LAMBINET Michaël MORIN PHYSIQUE N4 LOI DE DALTON SATURATION - OPTIQUE ACOUSTIQUE DALTON John Dalton ( 6 septembre juillet 1844 ) 1

2 DALTON 1. La loi de Dalton Rappel : composition de l air Azote (N2) : 79,03 % Oxygène (O2) : 20,93 % Gaz rare : 0,01 % Dioxyde de carbone (CO2) : 0,03% On simplifiera en prenant : N2 : 80 % O2 : 20 % DALTON ENONCE de la loi de Dalton : A température donnée, la pression d un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu aurait chacun des gaz s il occupait seul le volume total 2

3 DALTON Pabs = Pp gaz1 + Pp gaz2 + Pp gaz3 + Pp d un gaz = Pabs x % de ce gaz DALTON 2. La toxicité des gaz au cours de la plongée Pour l oxygène : Pour l azote : PpO2 max = 1,6 b PpN2 max = 5,6 b La plongée à l air est limitée à 60 m, qu est ce qui a motivé ce choix? 3

4 DALTON REPONSE : A 60m, Pabs = 7b % N2 = 80% % O2 = 20% Utilisons la formule: Pp gaz = Pabs x %gaz Pour l oxygène : Pp O2 = 7 x 0,2 = 1,4b < PpO2 max Pour l azote : PpN2 = 7 x 0.8 = 5,6b soit la PpN2 max C est donc l azote le facteur limitant DALTON 3. La narcose Les plongeurs les plus sensibles à la narcose, le sont dès 30 m, quelle est la PpN2 correspondante? 4

5 DALTON A 30 m, Pabs = 4b PpN2 = 4 x 0.8 = 3,2 b DALTON 4. Le Nitrox 4.1. Définition : le nitrox est un mélange O2 - N2 où le taux d O2 est supérieur à 21% 4.2. La PMU (Profondeur Maximale d Utilisation) En utilisant un nitrox (30% d O2), quelle est la profondeur à ne pas dépasser ou PMU? 5

6 DALTON REPONSE : On sait que Pp gaz = Pabs x %gaz Donc Pabs = Pp gaz / % gaz Pabs = 1,6 / 0,3 = 5,33 Soit une PMU de 43 m DALTON 4.3. La PEA (Profondeur Equivalente Air) ou comment plonger au Nitrox avec des tables MN 90? Soit une plongée Nitrox (30-70) à 30m Quelle est la PpN2? 6

7 DALTON REPONSE : Pp N2 = Pabs réelle x % N2 nitrox Pp N2 = 4 x 0,7 = 2,8b A quelle Pabs, à l air (Pabs fictive) a-t-on une telle PpN2? DALTON Pabs fictive = Pp N2 / % N2 air Or on sait que Pp N2 = Pabs réelle x % N2 nitrox Par conséquent Pabs fictive = (Pabs réelle x % N2 nitrox) / % N2 air Dans notre exemple, Pabs fictive = (4 x 0,7) / 0.8 = 3,5 b De la Pabs fictive on en déduira la PAE qui permettra de rentrer dans les tables MN 90 Soit une PEA de 25 m Remarque : Pabs fictive < Pabs réelle 7

8 DALTON 4.4. Exercice : Une palanquée plonge au Nitrox à 25 m 1. Quelle sera la PMU? 2. Déterminer la PAE DALTON REPONSES : A 25m, Pabs réelle = 3,5b % N2 = 60% % O2 = 40% PpO2 max = 1,6 b 1. Quelle sera la PMU? Pabs = Pp gaz / % gaz Pabs = 1,6 / 0,4 = 4 Soit une PMU de 30m 2. Déterminer la PAE Pabs fictive = (Pabs réelle x % N2 nitrox) / % N2 air Pabs fictive = (3,5 x 0,6) / 0.8 = 2,6b soit 16m L entrée dans la table se fera à 20m 8

9 PHYSIQUE N4 LOI DE DALTON SATURATION OPTIQUE ACOUSTIQUE SATURATION - William Henry ( 12 décembre septembre 1836 ) SATURATION - 1. HISTORIQUE 1861.BUCQUOY : il existe du gaz dissous dans le sang et lorsque la pression diminue, il se forme des bulles Paul BERT : seul l azote est concerné HALDANE : il établit les premières procédures de décompression. 9

10 SATURATION - 2. LES ELEMENTS DE CALCUL DE TABLES 2.1. La loi de Henry A température donnée et lorsque la saturation est atteinte, la quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression exercée par ce gaz à la surface du liquide. SATURATION - L état de saturation Si la pression et la température restent constantes, la quantité de gaz absorbée par ce liquide atteint un état d équilibre : c est la saturation. La saturation dépend de - la température - l agitation - la nature du gaz - du contact entre les deux surfaces 10

11 SATURATION - L état de sursaturation (phase d élimination) Si la pression exercée par un gaz à la surface du liquide diminue, le gaz s échappe du liquide et reprend son état gazeux L état de sursaturation correspond à un état de déséquilibre. L état de sous saturation (phase de dissolution) Que se passe-t-il au cours d une plongée? SATURATION Comment connaître sa TN2? Le gradient Définition : Le gradient (G) représente la différence entre la tension d azote d origine (To) et la tension d azote finale (Tf) à saturation G = Tf - To Exemple : Je plonge 40 m jusqu à saturation Trouver : - To - Tf - G 11

12 SATURATION - REPONSE : - T o = 0,8 b - T f = 5 x 0,8 = 4 b - G = (4 0,8) = 3,2 b SATURATION La période Définition : on appelle période, le temps nécessaire à la dissolution ou à l évacuation de la moitié du gradient 12

13 SATURATION Quelle durée donner à la période? : La notion de compartiments Haldane divise l organisme en 5 compartiments de périodes différentes (5, 10, 20, 40 et 75 minutes) SATURATION - TN 2 = T 0 + G x % saturation ou TN 2 = T 0 + (T f - T 0 ) x % saturation 13

14 TN TN Coefficien 2 t de sursaturation critique = 2 Pabs Pabs SATURATION Connaissant la TN 2, comment effectuer la remontée? Coefficient de sursaturation critique = Sc = TN 2 / Pabs Chaque compartiment possède son Sc A la remontée, ne jamais dépasser le Sc SATURATION Comment déterminer la profondeur d un palier? Est-ce que je peux rejoindre la surface où Pabs =1? Il faut donc que : TN2/Sc 1 Application Reprendre les exemples 1 et 2 précédemment étudiés et déterminer les paliers éventuels ainsi que leur profondeur pour les compartiments 10 et 20 min. 14

15 SATURATION - REPONSE : Exemple 1 C 20 TN 2 = 2,4 b Sc = 2,04 Pabs = TN 2 / Sc = 2,4 / 2,04 = 1,18 b Prof = 1,18 m Le palier s effectuera à 3 m C 10 TN 2 = 3,2 b Sc = 2,38 Pabs = 3,2 / 2,38 = 1,35 Prof = 3,5 m Le palier s effectuera à 6 m C 10 est le compartiment directeur SATURATION - REPONSE : Exemple 2 C 20 TN 2 = 1,8 b Sc = 2,04 Pabs = TN 2 / Sc = 1,8 / 2,04 = 0,88 1 Pas de palier C 10 TN 2 = 2,3 b Sc = 2,38 Pabs = 2,3 / 2,38 = 0,97 1 Pas de palier 15

16 PHYSIQUE N4 LOI DE DALTON SATURATION OPTIQUE ACOUSTIQUE OPTIQUE OPTIQUE La vision dans l eau Conséquences: - ça rapproche: Distance apparente = 3/4 x Distance réelle. - ça grossit: Taille imaginaire = 4/3 x Taille réelle. 16

17 OPTIQUE L'eau absorbe sélectivement les différentes couleurs. Disparition des couleurs: - le rouge - l'orangé - le jaune - le violet - le vert - le bleu. OPTIQUE Exercice Je vois à 2,4 m de moi un superbe Silure d'environ 1.2 m. Question: Quelle est sa taille réelle? Quelle est la distance réelle? 17

18 OPTIQUE REPONSES: Taille imaginaire = 4/3 x Taille réelle. Taille réelle = ¾ x Taille imaginaire = ¾ x 1,2 = 0,9 m Distance apparente = 3/4 x Distance réelle Distance réelle = 4/3 x Distance apparente = 4/3 x 2,4 = 3,2 m PHYSIQUE N4 LOI DE DALTON SATURATION OPTIQUE ACOUSTIQUE ACOUSTIQUE 18

19 ACOUSTIQUE La vitesse de propagation du son est de : m /s dans l air m /s dans l eau ACOUSTIQUE Exercice 1 Une explosion a lieu en surface à 4500m du bateau. Combien de temps le son mettra-t-il pour atteindre : - les plongeurs au palier? - les personnes présentes sur le bateau? 19

20 ACOUSTIQUE REPONSES: - les plongeurs au palier Vitesse du son = 1500 m /s V = d/t t = d / V = 4500 /1500 = 3 s distance = 4500m - les personnes présentes sur le bateau Vitesse du son = 330 m /s distance = 4500m V = d/t t = d / V = 4500 /330 = 13,6 s ACOUSTIQUE Exercice 2 Des plongeurs entendent une explosion sousmarine, 5 secondes après qu elle ait eu lieu. A quelle distance de l explosion sont-ils situés? 20

21 ACOUSTIQUE REPONSE t = 5 s Vitesse du son = 1500 m /s V = d /t d = V x t d = 1500 x 5 = 7500 m 21