Notions de physiques appliquées à la plongée

Transcription

1 Notions de physiques appliquées à la plongée la vision le son la pression (loi de Mariotte) la poussée d Archimède, la flottabilité les gaz respirés en plongée (règles de Dalton) dissolution des gaz (loi de Henry)

2 Sans masque, on voit trouble sous lʼeau. Lʼimage de lʼobjet que lʼon regarde se forme en arrière de la rétine. Ceci est provoqué par la différence entre lʼindice de réfraction de lʼair et de lʼeau (vitesse de propagation de la lumière) Distance apparente réduite = Distance réelle x 3/4 Dimension plus grande = Taille réelle x 4/3 champ de vision réduit

3 La vision dans l eau Absorption sélective des longueurs dʼonde (couleur) en fonction de la profondeur Diminution de lʼintensité lumineuse; monochrome bleu vers 50 m.obscurité totale vers 400 m

4 Le son dans l eau Le son se propage dans lʼeau (1500 m/s); 5 fois plus vite que dans l'air (330 m/s) Dans l'eau, un son est mieux perçu que dans l'air mais la direction d'où il vient est plus difficile à déterminer

5 La pression

6 Pression atmosphérique; Pression hydrostatique Pression atmosphérique = la pression exercée par le poids de l'air qui entoure la Terre. (1,293 g/l) Elle diminue donc avec l altitude; 0,1 bar par 1000 m. Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est d environ 1 bar, (exactement 1013 millibars), ou 1 atmosphère, ou Pascal, ou 1013 Hectopascal, ou 760 mmhg, ou 1 Kg/cm2 Lors de la plongée, la pression augmente à raison d environ une atmosphère tous les 10 m : ainsi, à 10 mètres de profondeur, la pression absolue est de 2 atm ; de 3 atm à 20 m, etc. P absolue = P atm + P hydro La relation entre la profondeur et la pression peut donc s écrire : Pa = 1 + (prof/10) Pa : pression absolue prof : profondeur (en m)

7 la Pression et la Plongée; loi de Mariotte les gaz sont compressibles. A température constante, la pression d un gaz est inversement propor?onnelle à son volume. P 1.V 1 = P 2.V 2 ou P.V = Constante Attention à la remontée! A la descente la pression augmente, les volumes diminuent A la remontée, la pression diminue et les volumes vont augmenter. La pression double entre 0 et 10 mètres, 10 et 30 mètres, 30 et 70 mètres. grand risque d accident barotraumatisme près de la surface

8 Quelle est la pression absolue à la profondeur de : 15 m; 3 m; 100 m? la Pression et la Plongée

9 Calculer son autonomie en air Durée d une plongée à 20 m. pour un plongeur consommant 15l d air / min en surface, avec un bloc de 12 l 200 bars. Consommation dʼair = 15 l/ minute à la surface Le bloc de plongée contient 12l à 200 bars, soit l. dʼair détendu A 20 mètres (Pa = 3 b.), on consomme 15 x 3 = 45 l / minute Autonomie du bloc = 2400 / 45 = 53 minutes. Tenir compte de la réserve pour regagner la surface. Immersion à 20 m. avec un bloc de 12 l à 150 b. Consommation en surface : 15 l/min. Pression dans le bloc après 25 minutes de plongée? air disponible : 12 x150 = 1800 l consommation à 20 m : 15 x 3 = 45 l/min Consommation en 30 min : 45 x 25 = 1125 l volume restant dans le bloc : = 675 l Pression restant dans le bloc : 675 / 12 = 56,25 bars Il est temps de remonter!

10 Le principe d Archimède A! B! Egalité des poids A! B! Immersion de A dans un récipient plein dʼeau. Il pèse moins que B A! B! On rajoute sur la balance le trop plein dʼeau. Il y a égalité des poids Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale dirigée de bas en haut égale au poids du volume du fluide déplacé

11 Principe d Archimède et plongée Poids apparent dʼun objet immergé = Poids réel - Poussée dʼarchimède bouteille de plongée pleine dʼair = 21 kg volume extérieur = 16 l poussée dʼarchimède = 16 kg poids apparent dans lʼeau = 5 kg Un plongeur de 70 kg a un volume extérieur de 80 l; il flotte Un plongeur de 70 kg a un volume de 65 l; il coule Importance de la nature du liquide. Eau douce ; eau de mer. Salinité différente densité différente Densité dʼun corps est le rapport de sa masse volumique à celle dʼun corps de référence (lʼeau). eau douce = 1 eau de mer (atlantique ) = 1,025 eau de mer (Egypte) = 1,035 mer morte = 8,5

12 Flottabilité Un plongeur de 80 kg a un volume total de 90 dm3. Son équipement pèse 21 kg pour un volume de 16 dm3. Quel lestage doit-il mettre pour être en équilibre sous lʼeau? Plongeur : poids réel = 80 kg ; poussée dʼarchimède = 90 kg; poids apparent= -10 kg. Il flotte Equipement : poids réel = 21 kg; poussée dʼarchimède = 16 kg; poids apparent = 5 kg. Il coule Plongeur + équipement : flottabilité positive de 5 kg. Il faut ajouter 5kg de plomb pour être en équilibre

13 Mélange de gaz; règles de Dalton L'air est un mélange gazeux composé de : 79 % d'azote (N2) 20,9 % d'oxygène (O2) 0,07 % de gaz rares 0,03 % de dioxyde de carbone (CO2) 80% N2 + 20% O2 1 bar 80% N2 0,8 bar bar + 20% O2 0,2 bar bar LA PRESSION PARTIELLE DʼUN GAZ DANS UN MELANGE CORRESPOND A LA PRESSION QUʼEXERCERAIT CE GAZ SʼIL OCCUPAIT SEUL LE VOLUME DU MELANGE LA PRESSION DʼUN GAZ EST EGALE A LA SOMME DES PRESSIONS PARTIELLES DES GAZ CONSTITUANT CE MELANGE LA PRESSION PARTIELLE DʼUN GAZ DANS UN MELANGE EST PROPORTIONNELLE A SON POURCENTAGE DANS LE MELANGE Pp de N2 et 02 dans l air respiré à la profondeur de 20 m?

14 Mélange de gaz; règles de Dalton

15 Dissolution d un gaz dans un liquide; loi de Henry Le bilan des mouvements des molécules de gaz, entre deux milieux de concentration différente en gaz sera une diffusion du milieu le plus concentré vers le milieu le moins concentré et ceci dʼautant plus rapidement que la différence de concentration entre les deux milieux est importante et que la taille des molécules est petite. La diffusion dépend de : La concentration de départ des deux milieux Le temps (au bout duquel on veut connaître la nouvelle concentration) La nature des molécules (la masse molaire) La température La nature de la barrière séparant les deux milieux La quantité de molécules nʼest pas une donnée facile à manipuler. Aussi lui a-t-on substitué la notion de Pression partielle. (ou Pp). Lorsquʼil sʼagit dʼun gaz dissout dans un liquide, on préfère parler de Tension plutôt que de Pression. En effet, le gaz dissout nʼexerce strictement aucune pression sur le liquide. A TEMPERATURE DONNEE ET A SATURATION, LA QUANTITE DE GAZ DISSOUT DANS UN LIQUIDE EST PROPORTIONNELLE A LA PRESSION DU GAZ AU-DESSUS DU LIQUIDE

16 Dissolution des gaz dans les liquides et plongée En surface, tous les tissus de notre organisme se trouvent dans un état de saturation vis-à-vis des gaz composant lʼair. Equilibre. Lors de la descente, la pression augmente. LʼO 2 sera consommé, mais lʼn 2 (gaz inerte) sera dissous dans notre organisme. Sa pression partielle dans notre organisme sera fonction de la profondeur (pression) et de la durée de la plongée. Lors de la remontée, la pression diminue. LʼN 2 dissous dans les tissus va retourner à l'état gazeux entrainant la formation de micro bulles d'azote dans lʼorganisme, qui seront éliminées par les poumons. Le respect de la vitesse de remontée et des paliers, permettront à lʼn 2 dʼêtre évacué dans de bonnes conditions. En cas de remontée rapide ou de non respect des paliers, les bulles ne pourront pas être éliminées et seront acheminées vers différents organes et leur taille va augmenter. Risque dʼaccident.