PHYSIQUE PLONGEURS(ses) N2 N3

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1 PLONGEURS(ses) N2 N3 Réglementation N2 N3 Jean-Paul GOURDOU E

2 INTRODUCTION Comprendre La physique en plongée sur : Acoustique Pourquoi nous nous lestons différemment? L influence de la pression. Pourquoi je gonfle ma stab? La limitation en profondeur (consommation, toxicité des gaz). Notre perception optique et. 2

3 - En tant que futurs N2 et N3, vous avez déjà acquis des notions sur le lestage. - La physique sert aussi à comprendre les accidents que tout plongeur peut avoir en profondeur. - En tant que futur autonome, vous serez co-responsable de la plongée.. 3

4 Physique élémentaire La Masse désigne la quantité de matière. Elle se dit en kg. Pression partielle 1 kg est la masse d 1 dm 3 d eau (pure à 4 C). On utilise souvent le terme de poids injustement. La Masse volumique caractérise la masse d un produit par rapport à son volume. Elle s exprime en kg/dm 3. (kg/litre) La masse volumique de l eau douce est de 1kg / dm 3. La masse volumique d eau de mer est de 1,023 kg/dm 3 * De l air est de 1,29 g / dm 3. *cette valeur est donnée à titre indicatif et varie en fonction des mers. 4

5 Physique élémentaire Pression partielle Le poids de notre corps à la surface de la terre est déterminé par l attraction. Il s exprime en Newton. En plongée, par soucis de simplification, on utilise le kgf. 1 kgf = 9,81 Newton. Ce qui permet de faire la confusion entre la masse et le poids. 5

6 Pression partielle Théorème d ARCHIMEDE Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui une poussée (force) verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé. 6

7 Théorème d ARCHIMEDE Dissolution de N2 Dans le corps 7

8 Théorème d ARCHIMEDE - Chaque objet déterminé pèse un certain poids, ce poids s exprime en kgf. C est ce que l on appellera : POIDS REEL - L immersion du plongeur entraîne un poids du volume déplacé, c est la POUSSEE D ARCHIMEDE - le plongeur ressent une diminution de ce son poids réel, c est : le POIDS APPARENT Poids apparent = Poids réél Poussée d Archimède 8

9 Théorème d ARCHIMEDE Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui une poussée (force) verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé. 9

10 Théorème d ARCHIMEDE Pds apparent = Pds réel Poussée d Archimède Un plongeur pèse 85 kg et a un volume de 90l. Quel est son poids apparent? Préel = 85kgf Poussée Archimède = 90kgf (car 90l d eau déplacée) PApp = 85kgf 90kgf = - 5kgf QUE FAIT LE PLONGEUR? IL FLOTTE! 10

11 Théorème d ARCHIMEDE e Pds apparent = Pds réél Poussée d Archimède! Si le plongeur est trop lourd. ( il se fatigue, il consomme, il s essouffle, il risque d abîmer le fond marin d où sa ressemblance à un Hippocampe ). Ex: Un plongeur pèse 85 kgf pour une volume de 80l, il s immerge. Que se passe t-il et pourquoi? Il coule car son poids apparent>0 (85kgf-80kgf = 5 kgf) Mais vu la température de l eau, il décide de rajouter sa combinaison d un volume de 10l, pesant 2kgf. Résultat? Il flotte car Poids Apparent <0 (87kgf 90kgf = - 3kgf) Que fait il? Il flotte donc il met 3kg de plomb. 11

12 Théorème d ARCHIMEDE Pds apparent = Pds réél Poussée d Archimède e Exercice 1 : Une amphore a un poids de 32 kgf sur Terre pour un volume de 15 dm 3. Quel sera le poids qu'elle aura l'air d'avoir dans l'eau? Coule-telle ou flotte-t-elle? Réponse : Papp = +17 kgf Elle coule car son poids apparent>0 Exercice 2 : Un plongeur se bricole un boîtier vidéo. Son volume est de 5 dm 3 pour un poids de 4 kgf. Il désire l'équilibrer. Quel lest doit-il ajouter à l'intérieur? Réponse : Papp = -1 kgf Il flotte car Poids Apparent <0 Il faut rajouter un kilo de plomb pour que Papp = 0. 12

13 Physique élémentaire : La PRESSION Lorsqu'une force s'exerce sur une surface, il est parfois intéressant de considérer la répartition de la force selon la surface. Par exemple, Par définition, la pression P = Où F est la force en newtons (N), S est la surface en m², P est en pascals (Pa), qui sont des N/m². F S neige neige 13

14 Physique élémentaire Volume 1 m 3 = 1000 L 1 L = 1000 cm 3 = 1 dm 3 Force 1 kgf = 9,81 Newton par soucis de simplification, on utilise le kg. Pression 1 bar = Pa 1 mbar = 100 Pa = 1 hpa 1 atm = 760 millimètre de mercure Hg 1 kgf/cm 2 = 0,981 bar 14

15 Niveau IV Physique élémentaire Pression hydrostatique 10m d eau de mer 1b la pression atmosphérique diminue avec l'altitude. Par exemple à 1000 m elle est de 0.9 bar et à 5000 m de 0.5 bar (541. Pression atmosphérique au niveau de la mer: = 760 mm Hg = 10, 330 m d eau douce 1 b Pression absolue en mer Pabs (en bar) 1+(Prof(m) /10) 15

16 Physique élémentaire Compressibité 16

17 la LOI de Mariotte : Application à la plongée. Enoncé : A température constante, le volume d un gaz est inversement proportionnel à sa pression. 17

18 Comprendre la LOI de Mariotte : Enoncé : A température constante, le volume d un gaz est inversement proportionnel à sa pression. PV = constante Les liquides et les solides ne sont pas compressibles. Les gaz le sont. Pour simplifier on utilise souvent : Pression X Volume = Constante. Mais dans le cas d un gaz, la Température est un facteur important. 18

19 Question : P 1 = Pression de surface V 1 = Volume de surface P2 = Pression du fond V2 = Volume du fond V2 = P1 x V1 (12l )/ P2 (2 bars) 19

20 la LOI de Mariotte : Application à la plongée. Consommation de 20l/mn en surface A 20m; (200b 50b de réserve) x 12l 3bx20l/min 20

21 la LOI de Mariotte : Application à la plongée. Consommation : Volume du bloc utilisable 200b à 1 bar Air non 50b utilisable 12l /min Durée? 21

22 la LOI de Dalton : Application à la plongée. Enoncé : A température donnée, la pression d un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu auraient chacun des gaz s il occupait seul tout le volume. On parle de pression partielle d un gaz (Pp). Calcul pour la toxicité des gaz (Nitrox), oxygénothérapie Hyperbare, et aussi pour les tables de plongée (dissolution de l azote). 22

23 la LOI de Dalton : Application à la plongée. Enoncé : A température donnée, la pression d un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu auraient chacun des gaz s il occupait seul tout le volume. Composition de l air: On retiendra pour des raisons de simplification : L Azote qui est un diluant le N 2 à 79 % de vol. L Oxygène, O 2 à 21 % de vol Et de super-simplification pour les calculs 80%, 20%. Attention au CO (monoxyde de carbone). C est un gaz extrêmement nocif, INODORE, même en faible proportion. Ce gaz résulte d une combustion imparfaite et se combine d une manière stable et indissociable avec l hémoglobine (le sang), empêchant ainsi le transport normal de l O 2. 23

24 la LOI de Dalton : Application à la plongée. On parle de Pression partielle d un gaz (Pp). Toxicité des gaz Hyperoxie et hypoxie: Pp O2 Hypercapnie: Pp CO2 Narcose: Pp N2 Empoisonnement par le monoxyde de carbone : Pp CO - Obligation d utiliser dans un compresseur des huiles compatibles avec la pression et la respiration. 24

25 la LOI de Dalton : Application à la plongée. Notion de pression partielle et Dans un mélange de gaz, chaque constituant se comporte comme s'il occupait seul le volume disponible 1 l 0,8 0,2 1 bar 0,2 l 0,8 l oxygène azote

26 la LOI de Dalton : Application à la plongée. et Notion de pression partielle La somme des pressions partielles des composants d un mélange est égale à la pression du mélange. Pour l Air = Patm. = 0,2bar O2 + 0,8bar N2 = 1 bar P Abs = Pp N2 + Pp O2 Pp = Pabs x % Pabs = Pp / % Pp Pabs %O2 % = Pp / Pabs

27 Niveau IV la LOI de Dalton : Application à la plongée. Notion de pression partielle et A quelle profondeur Pp O2max = 1,4 bar? On cherche PAbs. PA = Pp O2 / % gaz X 100 PA = 1,4 / 20 x 100 PA = 7 bar soit 60 m Pp = Pabs x % Pabs = Pp / % Pp % = Pp / Pabs Pabs % 1) A quelle profondeur Pp O2max = 1,6 bar? On cherche PAbs. PA = Pp O2 / % gaz X 100 PA = 1,6 / 20 x 100 PA = 8 bar soit 70 m D où la limitation dans les tables MN90 à 65m,

28 la LOI de Dalton Pp = Pabs x % Pabs = Pp / % % = Pp / Pabs et APPLICATIONS CHIFFREES Exercice 1 : L'air étant composé de 80 % d'azote et de 20 % d'oxygène, quelle sera la pression partielle de chacun de ses composants à 40 m de profondeur? Réponse : 4 bars et 1 bar. Exercice 2 : En gardant la même composition pour l'air, à quelle profondeur aura-t-on PPO 2 = 1,7 bar? Pp Réponse : 8,5 bars soit 75 mètres. Exercice 3 : Pour quel mélange O 2 / N 2 a-t-on? PPO 2 = 1,7 bars à 40 m de fond? Réponse : 34% d'o 2 et 66% de N 2. Exercice 4 : Quelle est la profondeur d'un plongeur qui respire de l'air dont la pression partielle d'oxygène est de 0,525 bar? Réponse : 2,625 bars soit 16,25 mètres Pabs %

29 la LOI de Dalton : Application à la plongée. 29

30 La vision subaquatique POURQUOI? La lumière est soumise à plusieurs phénomènes : L'interaction des particules de lumières (photons) et les molécules d'eau va entraîner l'absorption des couleurs donc modifier leur perception et la réfraction. De même, les particules en suspension vont interférer avec la lumière et seule une partie sera retransmise selon l'incidence initiale : c'est la diffusion. 30

31 La vision subaquatique POURQUOI? 31

32 La vision subaquatique Absorption des couleurs 32

33 La vision subaquatique Le masque réduit le champ visuel. Sans le masque on perçoit à environ 180. Avec le masque on ne perçoit plus qu'à 60 à 65. Le choix d'un masque avec une jupe en silicone transparent apportera une sensation de luminosité. L'effet Grossissement tunnel sera moindre et la sensation d'oppression ressentie parfois par les débutants sera maîtrisée. Cependant cette luminosité relativement importante va contracter la pupille et l'œil percevra encore moins Rapprochement de détail de l'environnement. L'usage de masque à jupe noire permettra, par la faible luminosité aux abords de l'œil de maintenir la pupille dilatée et d'avoir une meilleure acuité 33 visuelle.

34 La vision subaquatique 34

35 Niveau IV La vision subaquatique Taille Perçue = 4/3 x Taille réelle Distance apparente = 3/4 x Distance réelle 35

36 Exercice La vision subaquatique Je vois à 2 m de moi un superbe CONGRE d'environ 1.5 m. : Questions : - Quelle est sa taille réelle? - Quelle est la distance réelle? REPONSES:. Qu elle est la première couleur qui disparaît et à quelle profondeur?? Taille imaginaire = 4/3 x Taille réelle. Taille réelle = ¾ x Taille imaginaire = ¾ x 1,5 = 1,13m Distance apparente = 3/4 x Distance réelle Distance réelle = 4 3 x Distance apparente = 4 3 x 2, =2,66m 36

37 L Acoustique subaquatique L eau n'est pas le monde du silence, c est très bruyant : Acoustique - Les hélices de bateaux. - Les pétards de rappel? - Les Grossissement chocs sur la bouteille. - Les cris dans le détendeurs. - Les cris des baleines, des dauphins. - Les poissons grognés. - Les poulpes mangés Rapprochement Un son se caractérise par son intensité, sa fréquence ou hauteur et son timbre. 37

38 Acoustique L Acoustique subaquatique En fait, les sons se propagent très bien dans l'eau et même mieux que dans l'air. Dans l'eau, les sons aigus portent plus loin que les sons graves. - Vitesse du son dans l'air : 330 m/s. - Vitesse du son dans l'eau : 1500 m/s. C'est pour Grossissement cela qu'il est difficile de repérer la provenance d'un son sous l'eau car sa vitesse est tellement élevée qu'il arrive en même temps aux deux oreilles d'où rupture de la stéréophonie. Sur Terre, c'est en fait le léger décalage entre la perception de chaque Rapprochement oreille (la stéréophonie) qui permet de situer sa provenance. De plus, dans l'eau, la boite crânienne transmet les sons à l'oreille, ce qui perturbe en plus le mécanisme de reconnaissance de la provenance d'un son. 38

39 L Acoustique subaquatique Acoustique Exercice 1 : Un bâtiment explose a 4950 mètres d'un bateau. Combien de temps les plongeurs au palier sous le navire l'entendront-ils avant le marin reste a bord? Réponse : 11,7 secondes. Exercice 2 : Un sondeur émet une onde sonore vers le fond et en reçoit l'écho un dixième de seconde après l'émission. A quelle distance se trouve le fond? Réponse : 75 mètres. 39

40 Acoustique - Plongée.net - Plongée plaisir, Alain Foret et Pablo Torres. - Différents CTR FFESSM. - Wikipédia. - Remerciements à différents Plongeurs, vu sur le net, - Remerciement à ma tutrice Sandrine Malpièce E4. 40

41 Merci de votre attention Le prochain cours portera les éléments de calcul de tables Application de la loi de Henry 41