Cours N4 CTLA 16 Janvier Emmanuel Bosbaty SP1

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1 Cours N4 16 Janvier 2016 Emmanuel Bosbaty SP1

2 1. Compressibilité des gaz Loi de Boyle - Mario.e Loi de Charles 2. La floiabilité : Principe d Archimède 3. Comportement des gaz Loi de Dalton Pressions par=elles Applica=ons à la plongée 4. L acousnque en immersion 5. La vision en immersion 6. Exercices d annales 7. IntroducNon à la parne II des lois de physique

3 rappels P absolue = Pression hydrosta=que + Pression atmosphérique

4 Compressibilité des gaz Loi de Boyle Mario.e Loi de Charles loi de Gay-Lussac

5 A température constante le volume d un mélange gazeux est inversement propor=onnel à la pression qu il subit

6 Loi de Boyle Mario.e P (bars) V (L) = Cste P1 V1=P2 V2= Cste

7 (P1 V1)+(P2 V2) = Pt Vt Avec Vt = V1 + V2 Pt = équilibre

8 Influence de la température Loi de Charles A volume constant, la pression absolue d un mélange gazeux et propor=onnel à sa température absolue P/T = Cste P1/T1=P2/ T2 T est en kelvin (K) T ( K ) = T ( C) + 273,15

9 Calculs d autonomie Calculs de consomma=on Calculs de gonflage par transfert Influence de la température

10 Calculs d autonomie Avec un bloc de 12 L gonflé à 200 bars et une conso de 20 L/mn,combien de temps pour vider le bloc, en surface? À 20 m? À 40 m Méthodologie: quelle loi? : Boyle Mariotte Volume d air dispo à la surface ( 1bar de pression ambiante ) : 12L comprimés à 200 bars, une fois détendus à 1 bar : = 2400 L à 1bar. Volume d air dispo à 20 m? Sous 3 bars de pression : P surface V surface = P à20m V à20m = 3 V à 20 m!v à 20 m = 800 L Volume d air dispo à 40 m? Sous 5 bars de pression : P surface V surface = P à 40m V à 40 m = 5 V à 40m!V à40m = 480 L

11 Si ma conso est de 20 L/mn, le temps d autonomie en air est donc : V dispo ( L ) / conso ( L/mn ) = temps d autonomie ( mn ) : À la surface : 2400 / 20 = 120 mn À 20 m : 800 / 20 = 40 mn À 40 m : 480 / 20 = 24 m

12 Ou Et en gardant une réserve de 50 bars?

13 Avec 50 bars de réserve? Volume dispo en surface à 1bar : 12 L 200 bars = 2400 L à 1 bar On veux garder 50 bars de réserve soit à 1 bars en surface : 12 L 50 bars = 600 L à 1 bar Volume dispo réserve = = 1800 L à 1 bars

14 Volume d air dispo à la surface ( 1bar de pression ambiante ) : 1800 L à 1 bars Volume d air dispo à 20 m? Sous 3 bars de pression : P surface V surface = P à20m V à20m = 3 V à 20 m!v à 20 m = 600 L à 3 bars Volume d air dispo à 40 m? Sous 5 bars de pression : P surface V surface = P à 40m V à 40 m = 5 V à 40m!V à40m = 360 L à 5 bars

15 Si ma conso est de 20 L/mn, le temps d autonomie en air est donc : V dispo ( L ) / conso ( L/mn ) = temps d autonomie ( mn ) : À la surface : 1800 / 20 = 90 mn À 20 m : 600 / 20 = 30 mn À 40 m : 360/ 20 = 18 m

16 Un plongeur remonte sur le bateau avec, 90 bars, dans son 15 L. Il s agissait d une plongée de profil carré de 20 minutes à 30 m, ce plongeur consomme en temps normal 25 L / mn, quelle était la pression du bloc en début de plongée?

17 La pression du bloc avant plongée correspond à la somme de la pression restante et de la pression consommée. La pression restante est de 90 bars. La pression consommée correspond au volume consommé à 1 bars, donc en surface, Soit avec une conso surface de 25 L /mn et un temps de 20 mn : = 500 L consommés P surface V surface = P fond V fond 1 V surface = 4 bars 500! V surface = 2000 L à 1 bar Volume résiduel du bloc, détendu à 1 bars = = 1350 L Volume total du bloc avant plongée = V résiduel + V consommé 1350 L L = 3350 L Pression ini=ale du bloc : P bloc V bloc = P ambiante V air détendu P bloc = P ambiante V air détendu / V bloc = / 15 = 223 bars

18 Calculs de gonflage Vous devez gonfler les blocs suivant à 200 bars : 4 blocs de 12litres à 30 bars 4 blocs de 15 litres vides A l aide d une rampe de gonflage avec 4 sor=es et 3 groupes de 4 bouteilles tampons : Tampon 1 : 4 blocs de 50 l à 200bars Tampon 2 : 4 blocs de 50 l à 230 bars Tampon 3 : 4 blocs de 50 l à 250 bars 1. Quelles sera la pression dans chacun des trois groupes de tampons à l issue du gonflage de tous les blocs 2. Si la pression des blocs est de 200 bars à chaud ( 47 C ) quelle sera elle une fois la température retombée à 25 C

19 Ques=on 1 Quelle loi? : Boyle Mario.e Dans quel ordre gonfler : On gonfle d abord les blocs les moins vides, avec en premier les tampons les plus vides On gonfle successivement

20 Gonflage des 4 bouteille de 12 L Pression équilibre tampon 1 : ( P1 V1 + P2 V2 )/V T = P T! VT = V1 + V2 ( ) + ( ) = 167, 09 bars ( 4 50 ) + ( 4 12 ) Pression équilibre tampon 2 : ( ) + ( ,09 ) =217,82 bars ( 4 50 ) + ( 4 12 ) Nous voulions gonfler les blocs à 200 bars seulement. Que faire? Il faut stopper le transfert avant l équilibre

21 Une fois le bloc gonflé à 167,09 bars il manque 32, 9 bars pour gonfler chacun des 4 blocs de 12L soit au total un volume nécessaire de : ,9 =1579 L à prélever dans les 4 blocs tampon. Les 4 tampons ont volume dispo : = L à 1 bar une fois prélevé aux tampon le volume résiduel des tampons sera donc de = L à 1 bar Répar= sur 4 tampons : / 4 =11 105,25L à 1 bar par tampon de 50 L P bloc V bloc = P ambiante V à pression ambiante P bloc = ( ,25) / 50 = 222,10 bars

22 Gonflage des 4 bouteille de 15 L à 0 bars Pression équilibre tampon 1 avec 167 bars restants : ( P1 V1 + P2 V2 )/V T = P T! VT = V1 + V2 ( ) + ( ) = 128, 46 bars ( 4 50 ) + ( 4 15 ) Pression équilibre tampon 2 avec 222 bars restants : ( ) + ( ,46) = 200 bars ( 4 50 ) + ( 4 15 )

23 Pression finale des tampons : Tampon 1 : 4 blocs de 50 L à 128 bars Tampon 2 : 4 blocs de 50 L à 200 bars Tampon 3 : 4 blocs de 50 L à 250 bars

24 Ques=on 2 Température des blocs? Quelle loi? Charles : P1/T1=P2/T2 T en K = T C C = 320 K = T1 25 C = 298 K = T2 200/320 = P2/298! P2 = 186,25 bars

25 Vous disposez d un compresseur de 50 m3/h avec 3 bouteilles tampons de 50 L à 300 bars, la rampe de gonflage vous permet de gonfler 4 bouteilles en même temps. 1. En adme.ant que les tampons soient vides, combien de temps pour les gonfler? 2. Vous devez ensuite gonfler 3 blocs en même temps à 230 bars : un 12 L à 45 bars,et deux 15 L à 60 bars, comment procédez vous? 3. Est il possible de gonfler les trois bouteilles uniquement à l aide des bouteilles tampon? ( on supposes qu elles sont reliées entre elles )indiquez la pression des tampons à l issu du gonflage?

26 Ques=on 1 Quel est la contenance des blocs tampons? P bloc V bloc= P ambiante V ambiant V ambiant = ( 300 bars 50 L ) / 1 bars = L Volume total des Tampons : = L Temps de gonflage : rappelons que 1 m3 = 1000dcm3 = 1000L Donc 45 OOO L = dcm3 = 45 m3 ( 45 m3 60 mn ) / 50 (m3/h) = 54 mn

27 Ques=on 2 Méthodologie Phase 1 me.re en équilibre les 3 blocs ( ) + ( ) = 55,7 bars ( ) phase 2 gonfler avec les tampons (ici ils communiquent) Phase 3 si les tampons ne suffisent pas on complète au compresseur

28 Ques=on 3 Pour gonfler les trois blocs à 230 bars, il faut un volume détendu à 1 bar de: (230 55,7) ( ) = 7320 L Le volume dispo dans les tampons, est de : ( bars ) 50 3 = L Il y a donc assez d air dans les tampons pour gonfler sans le compresseur

29 Pression à l équilibre ( ) + ( 42 55,7 )= 246,5 bars ( ) Nous ne voulions que 230 bars, il faut donc stopper les gonflage avant l équilibre Nous avons vu que nous avions besoin de 7320 L à 1 bars pour gonfler les blocs Le volume total disponible dans les tampons est de : = L V dispo V nécessaire = L = volume d air résiduel dans les 3 blocs Répar= sur les trois tampons de 50 L : V résiduel à 1 bar P ambiante / V bloc = P bloc = 251,2 bars

30 La flo.abilité ( Principe d Archimède ) Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verncale dirigée de bas en haut égale au poids du volume de fluide déplacé par le corps. P arch ( kg ) = poids du volume de fluide ( kg ) P arch (kg ) = ρ fluide (Kg/dcm3) V fluide déplacé ( dcm3 )

31 Masse volumique ( ρ ) et densité ( d ) ρ ( kg/dcm 3 ) = M (kg) / V ( dcm 3 ) d corps ( sans unités ) dcm3) = ρ corps ( kg/dcm3) / ρ eau ( kg/ ρ eau douce ( kg/dcm 3 ) = 1

32 Poids apparent Poids apparent = Poids réel Poussée d Archiméde P app < 0! floiabilité posinve = floie P app = 0! floiabilité neutre = équilibré Poids réel = poussée d Archimède P app > 0! floiabilité néganve = coule

33 Eléments ayant un impact sur le poids apparent

34 Quelles applica=ons? Relevage d objets immergés Équilibrage d objets immergés Équilibre d objets en surface

35 Exercices Exercice 1: Un plongeur tout équipé pèse 100 kg. Il à un volume de 98 Dcm3. quel est son poids apparent : - En eau douce de densité : d = 1 - En eau de mer de densité : d= 1,03

36 Quelle loi? Archimède : P app = P réel Poussée archi Ici on à : P réel = 100 kg et V = 98 L Poussée Archimède = ρ du liquide( KG /dcm3 ) V déplacé de liquide ( dcm3 ) Poussée Archimède = = 98 KG en densité d=1 Poussée Archimède = 1 1,03 98 = 100,94 kg

37 P app = = +2 kg en d =1 P app = ,94 = - 0,94 en d = 1,03 Conclusion en eau douce le poids est posi=f donc le plongeur est lourd, il coule, donc flo.abilité néga=ve en eau salée, le poids apparent est néga=f, on pèse moins de 0 kg donc on flo.e, flo.abilité posi=ve.

38 Exercice 2 : Quelle pression absolue ( réelle ) règne à 50 m de profondeur en eau de mer de masse volumique : 1,03 kg / dcm3? En théorie on arrondi à 1 bar tous les 10 m, donc 6 bars, mais en réalité cela dépends de la densité de l eau puisque : P ambiante = Patm + P hydrosta=que La pression hydrosta=que c est le poids d une colonne d eau de 10 m de hauteur appliqué sur 1cm 2, 1bar = 1kg /cm2 Ici: P absolue = 1 + hauteur d eau surface de 1cm2 ρ eau P P absolue = 1 + (( 500 (dcm) 0,01( dcm2)) 1,03 ( kg / dcm3)) =6,15 bars

39 Exercice 3 Un bloc vide de 12 litres pèse 15 kg, pour un volume extérieur de 14 L. Quel est son poids apparent dans l eau douce? Ce même bloc de 12 L est gonflé à 200 bars. Un litre d air pèse 1,29 g, Quel est le nouveau poids apparent? quelle est la varia=on de poids apparent de ce bloc une fois gonflé?

40 Principe d Archimède P app = P réel Poussée d archi P app = 15 kg 14dcm3 1 = +1 kg Donc lourd, flo.abilité néga=ve puisqu' il coule

41 Un bloc de 12 L gonflé à 200 bar con=ent 12 L 200 bars = 2400 L à 1 bar ρ air = 1,29 g/l Poids de l air = V (L) ρ ( g/l) = ,29 = 3096 g = 3,1Kg Nouveau poids apparent du bloc = ( ,1) 14 = +4,1 Kg Moralité le lestage se règle précisément en fin de plongée bloc à 50 bars

42 Exercice levage Michel va remonter le mouillage au parachute. Le mouillage à un poids apparent de 100 kg. Quel volume d air à 1 bar faut il me.re à 20 m dans le parachute pour décoller : En eau douce d = 1 En eau de mer d = 1,03 On gardera le même poids apparent quelque soit la densité de l eau

43 Archimede : P app = Preel Poussée Archimèdes = 100 kg Nous avons donc besoin d une poussée de 100Kg Ρ eau V = 100 Kg En eau douce : V = 100 /1 = 100 L a pression ambiante, de 3 bars En eau de mer : V = 100 / 1,03= 97,1L à pression ambiante de 3 bars

44 Volume d air détendu à 1 bar Mario.e : P1 V1=P2V2 En eau douce : 1 bar V surface = 3 bars 100 L! 300 L à 1bar En eau de mer : 1 bar V surface = 3 bars 97,1! 291,3 L à 1 bar

45 On remonte une ancre au parachute, de 30 m de fond en eau de mer d = 1,025. L ancre à un poids réel de 123 kg, et un volume de 20 L Volume d air nécessaire pour décoller l ancre? Volume du parachute en surface?

46 Archimède P app = P réel Poussée archi P app = 123 kg (1, L) =102,5 Kg Il faudra donc une poussée supplémentaire de!102,5 Kg et donc en volume : V (L ) = Poids ( KG ) / ρ ( Kg/L )= 102,5 / 1,025!100L

47 Dilata=on du volume du parachute Quelle loi : Mario.e P30m V 30m = P surface V surface V 30m=100 litres D ou : V surface = P 30m V30 m / P surface =!400 L en surface a 1 bar

48 Comportement des gaz dans un mélange ( Loi de Dalton ) La loi des pressions parnelles snpule que, à une température donnée, la pression totale d'un mélange gazeux est égale à la somme des pressions parnelles exercées par chacun des gaz composant le mélange. P absolue = Σ P par=elles des gaz cons=tuant P absolue air = Pp oxygène + Pp azote + Pp CO2 + Pp argon + Pp Hélium +.

49 Pression par=elle Dans un mélange chaque cons=tuant se comporte comme s il occupait seul le volume disponible. P par=elle gaz = P absolue % gaz Le corps humain est sensible à ces varia=ons de pression Il existe des seuils de Pp toxiques! limite d u=lisa=on

50 No=on de Nitrox Mélange enrichi en 02 Conven=on u=lisée : nitrox 40/60 = 40% o % N2 plus Secure Toxicité de la PpO2 à 1,6 bars : profondeur limite d u=lisa=on

51 Exercice Profondeur maximale pour un NX 32 / 68 et une Pp02 à 1,6 bars? Profondeur maximale pour un NX 36/64 et une PpO2 à 1,5 bars? Profondeur maximale pour un NX 40/64 et une PpO2 à 1,4 bars?

52 Dalton : applica=on PpO2= P absolue C ( % ) Quelle pression absolue pour quelle profondeur peut on a.eindre pour : NX32 avec Ppo2 à 1,6: P absolue = 1,6/32%= (1,6/32) 100=5 bars!40m NX36 PpO2 à 1,5 : P abs = 1,5 / 36% = 4,1 bars!31m NX40 PpO2 à 1,4 : Pabs =1,4 / 40% = 3,5 bars!25m

53 N2 toxique pour PpN2 = 5,6 bars : narcose 02 toxique pour PpO2 = 1,6 bars : hyperoxie

54 Le son et sa propaga=on dans l eau Les sons se propagent sous la forme d une onde dans leurs milieu de propaga=on En fonc=on de la densité du milieu dans lequel il est émis La molécule d eau transmet mieux les vibra=on que la molécule d air car plus dense

55 V air 340 m/s ( à 20 c ) ( 330 m/s à 0 c ) V eau 5 fois supérieur :1500 M/S stéréophonie : Les deux oreilles ne sont pas à la même distance de la source sonore Le cerveau analyse le déphasage entre les deux oreilles et détermine la la direc=on d ou proviens le son Si la vitesse du son augmente le déphasage diminue et devient impercep=ble pour notre cerveau : il y a perte de la stéréophonie Transmission osseuse aux deux oreilles par la boite crânienne Le cerveau humain n est pas habitué à l audi=on stéréophonique subaqua=que

56 Vision

57

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59 En tant que GP : Conséquences Avoir un phare pour res=tuer les couleurs Etre a.en=f aux sons : Bruit bateaux Bruit respira=on des «encadrés «Cris / signaux d appel ( pétards, shaker, etc. ) Perte de la stéréophonie peu être perturbant

60 ANNALES Le Code du Sport 60/22

61 Le Code du Sport 61/22

62 Le Code du Sport 62/22

63 Le Code du Sport 63/22

64 Le Code du Sport 64/22

65 Le Code du Sport 65/22

66 Le Code du Sport 66/22

67

68 Si on à le temps.. Le Code du Sport 68/22

69 La quannté de gaz dissous dans un liquide est propornonnelle à la pression qu exerce ce gaz au-dessus du liquide Pression du gaz sur le liquide = dissolunon En état d équilibre : Tension ( gaz dissous ) = pression ( gaz gazeux ) 69/22