PHYSIQUE GP/N4 1/3. Session Béatrice Geoffroy

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1 PHYSIQUE GP/N4 1/3 Session Béatrice Geoffroy

2 Rôle du guide de palanquée : responsabilités d encadrement Comprendre les mécanismes ayant une influence en plongée et être en mesure de les expliquer POURQUOI? 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 Épreuve écrite à l examen de Guide de Palanquée

3 1. PRESSIONS SOMMAIRE 2.1 Différents types 2.2 Histoire de poids/densité

4 2.1 Différents types 2.2 Histoire de poids/densité Rôle du GP: Pourquoi les pressions?? 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/densité 3.3 Influence de la température: UNITE de pression en plongée - > le Bar 1 bar = 1kg/cm² Autres unités de pressions : mmhg Hpa 1 bar = 1kg/cm² = 760 mmhg = 1000 HPa

6 2.1 Différents types 2.2 Histoire de poids/densité Pression atmosphérique Poids de l air Au niveau de la mer - > 1 bar En altitude - > - 0,1 bar tous les 1000 mètres 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 Patm Phydr Pabs Pabs = Patm+ Phydro

7 2.1 Différents types 2.2 Histoire de poids/densité 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) 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/ densité

9 Éléments influençant la flottabilité : 1. PRESSIONS - Volume - Poids - Densité

10 4. PRESSIONS PARTIELLES / TOXICITE 4.1 Dalton 4.2 Effets en plongée 4.3 Cas des plongées au Nitrox Différence de poids hors et dans l eau 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 4. PRESSIONS PARTIELLES / TOXICITE 4.1 Dalton 4.2 Effets en plongée 4.3 Cas des plongées au Nitrox Poussée d Archimède : POURQUOI? «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 PApp= Préel- PArchi Poussée d Archimède PArchi= Volume x densité Densité de l eau douce d = 1 Densité de l eau de mer d = 1,03

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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 ( densité = 1, 03) Réponse : Papp = Poids réel - Poussée Archimède Eau douce : Papp = 7,5 - ( 7,4 x 1) = 0,1 - > flottabilité négative La boite coule Eau de mer :Papp = 7,5 - (7,4 x 1,03) = 7,5-7,622 = - 0,122 - > flottabilité positive La boite flotte

14 3.3 Influence de la température: 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 1. PRESSIONS 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 Favoriser le travail du poumon- ballast

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 3. COMPRESSIBILITE DES GAZ 3.3 Influence de la température: Exercice: En lac, un plongeur doit remonter une statuette d un poids de 40kg et d un volume de 5L. La statuette est à une profondeur de 35 m. Il dispose pour cela d un parachute de levage de 40L. Notre plongeur introduit 25L d air dans le parachute. Que se passe- t- il? Papp de la statuette = 40 (5x1) =35kg En rajoutant de l air dans le parachute : Papp = 40 [(5x1)+25] = 10 - > flottabilité négative - >la statuette reste au fond. Il décide de remonter tout de même cette statuette sans ajouter de l air. A partir de quelle profondeur peut- il lâcher le tout? La flottabilité du tout doit être positive; il faut donc en premier lieu chercher la profondeur à laquelle cette dernière sera neutre. P1 xv1 = P2 x V2 A 35m, Pabs = 4,5b 4,5x25 = P2 X 35 P2 = (4,5X25)/ 35 = 112,5/35= 3,2b soit 22 m de profondeur. Il pourra lâcher l ensemble à 21,5m de profondeur Quel sera le volume d air contenu dans le parachute une fois arrivé en surface? Le parachute contiendra 40L (capacité max), le reste se sera échappé par en dessous (72,5L) P1 X V1 = P2 x V2 - > 4,5x 25 = 1x V2 - > V2 = 112,5 L

19 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

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

21 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 : Péq x Vtotal = [(P1 xvb1)+(p2 x Vb2)] Péq x (12+15)=[(40x12)+(80x15)] Péq =[(40x12)+(80x15)] / (12+15) = ( )/27= 1680 /27 Péquilibre = 62 bar

22 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

23 Exercice : On dispose de 2 blocs tampons de 50 l chacun, tous 2 gonflés à 200 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

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

25 CONSOMMATION - > AUTONOMIE 1. PRESSIONS 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.

26 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

27 LOI DE CHARLES «À volume constant la pression d un volume de gaz donné varie proportionnellement à la température.» P1 : P initiale en bar T1 : T initiale en Kelvin P1 / T1 = P2 / T2 P2 : P finale en bar T2 : T finale en Kelvin 3.3 Influence de la température:

28 Application à la plongée : 1. PRESSIONS 3.3 Influence de la température: 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).

29 3. COMPRESSIBILITE DES GAZ 3.3 Influence de la température: 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 : P1 / T1 = P2 / T2 T1 = = 310 K T2 = ,5 = 296,5 K V1 = 15 litres P2 = (P1 x T2) / T1 = (230 x 296,5) / 310 = 220 bars

30 3.3 Influence de la température: 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 à 13 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 ; P2 = 90 b P1/T1 = P2/T2 T2 = (T1 x P2) / P1 = (286 x 90) / 78 = 330 K = 57 C

31 MERCI DE VOTRE ATTENTION Questions?