FLOTTABILITÉ NIVEAU 4 - DÉCEMBRE 2017

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1 FLOTTABILITÉ NIVEAU 4 - DÉCEMBRE 2017

2 PLAN DE L EXPOSÉ POURQUOI CE COURS? QUELQUES RAPPELS : DÉFINITIONS DE MASSE, FORCE (POIDS), PRESSION, MARIOTTE MASSE VOLUMIQUE ET DENSITÉ ARCHIMÈDE ET SA POUSSÉE APPLICATION À LA PLONGÉE : POIDS APPARENT ET FLOTTABILITÉ, LESTAGE, RELEVAGE EXERCICES D APPLICATIONS

3 POURQUOI CE COURS? La plongée est un sport d équilibre, la majorité des problèmes rencontrés survient lorsque cet équilibre n est pas atteint En tant que guide de palanquée, l équilibrage des débutants (et pas seulement ) est un de vos soucis constant que ce soit à l immersion, lors de la plongée et à la remontée Vous devez savoir expliquer et convaincre vos plongeurs de l importance de bien savoir s équilibrer et de bien adapter son lestage

4 QUELQUES RAPPELS La masse représente une quantité de matière : elle s exprime en kg, Une force représente l action d un objet sur un autre. Le poids, par exemple représente l action (l Attraction) de la Terre sur un objet. Elle se caractérise par : Une direction (verticale pour le poids) Un sens (vers le bas pour le poids) Une intensité (masse x 9,81 10 pour le poids) exprimée en Newton (N) La pression est le résultat d'une force appliquée sur une surface P = F / S elle d exprime en : Pascal : 1 Pa = 1 N / m² bar : 1 bar = 10 5 Pa = 10 N/cm² (= 1 kgf/cm²) : unité usuelle (mm de mercure : 760 mmhg = 1 bar)

5 QUELQUES RAPPELS (suite) La pression atmosphérique est due au poids de l air. Elle vaut 1 bar à la surface de la mer La pression hydrostatique est due au poids de l eau. Elle augmente d un bar tous les 10 m La pression totale est la somme P a + P h Mariotte : à température constante, le volume d un gaz est inversement proportionnel à la pression qu il subit." PV = Cte ou bien P 1 V 1 = P 2 V 2

6 MASSE VOLUMIQUE Pour un volume donné, Des corps différents corps ont des masses différentes La bouteille pleine pèse plus lourd que la bouteille vide 1 litre d eau est pus lourd qu un litre d air Masse volumique ( ) : masse d une matière par unité de volume, s exprime en kg/m 3 ou kg/l (plus pratique pour les liquides) ou g/l (pour les gaz) Eau pure : = 1 kg/l Air : = 1,29 g/l

7 DENSITÉ La densité d un corps est le rapport de sa masse volumique par celle d un corps de référence (eau pure pour les solides et les liquides, air pour les gaz) Masse volumique de l eau salée (en moyenne) : 1,024 kg/l densité : 1,024/1 = 1,024 Masse volumique de l acier : 7850 kg/m 3 densité : 7850/1000 = 7,85

8 EURÉKA! ARCHIMÈDE ET LA COURONNE DU ROI HIERON Archimède (-287 / -212) : savant grec Hiéron II (-306 / -214) : roi de Syracuse Masse volumique de l argent : kg/m 3 (densité 10,5) Masse volumique de l or : kg/m 3 (densité 19,3) AUCUN RAPPORT AVEC LA POUSSÉE D ARCHIMÈDE ET LA PLONGÉE!!

9 LA POUSSÉE D'ARCHIMÈDE Tout corps entièrement immergé dans un fluide subit une force verticale, dirigée de bas en haut et d intensité égale au poids du volume de fluide déplacé P A = m fluide x 9,81 = fluide x V x 9,81 N (Par la suite, on raisonnera en kg et non en Newton)

10 APPLICATION À LA PLONGÉE Bilan des forces agissant sur le plongeur : son poids et la poussée d Archimède s opposent. Le Poids apparent : P apparent = P réel P A La Flottabilité est l opposée du poids apparent P réel < P A P apparent < 0, flottabilité positive, on flotte P réel > P A P apparent > 0, flottabilité négative, on coule P réel = P A P apparent = 0, flottabilité neutre, équilibre

11 APPLICATION À LA PLONGÉE : LA FLOTTABILITÉ varie avec la profondeur Avec la profondeur le volume de l air emprisonné dans toutes les cavités (gilet, néoprène, estomac, etc.) diminue (Mariotte) : la flottabilité diminue, Utilisation du gilet de stabilisation pour adapter son volume et conserver une flottabilité neutre Le guide de palanquée doit être attentif : au sur lestage : à la mise à l eau (risque de couler à pic, vérifier que le gilet est gonflé), pendant la plongée (mauvaise position, gêne, mal au dos, consommation, raclage du fond et de la faune/flore), en surface (un gilet trop gonflé gêne si besoin de faire du capelé) au sous lestage : à l immersion (efforts, risques d essoufflement), à la remontée (remontée rapide, difficulté à tenir le palier) Prévention : plonger dans la courbe de sécurité, revenir au mouillage, avoir un ou deux plombs pédagogiques

12 APPLICATION À LA PLONGÉE : LA FLOTTABILITÉ varie entre le début et la fin de plongée L air dans la bouteille a une masse : air = 1,29 g/l (à 1 bar) Bloc 12 l à 200 bar : 12 x 200 = l soit 1,29 x = g À la réserve (50 bar) : 12 x 50 = 600 l soit 774 g On a donc perdu un peu plus de 2 kg d air Le guide de palanqué doit être attentif à cette perte de masse entre le début et la fin de plongée en particulier au palier (plombs pédagogiques, mouillage ou point fixe pour le palier). Le lestage, est déterminé de façon à permettre un palier de sécurité à 3 m, en fin de plongée, avec une bouteille et un gilet vides. bloc plein + stab vide + position debout + respiration normale = le niveau de l eau doit être au niveau des yeux (une expiration associée à un phoque permettent alors de s immerger). En fin de plongée, bouteille à 50 bar, gilet vide, maintien du palier à 3 m règle empirique : pour 1 plongeur débutant, ceinture de lest, environ le 10 ème du poids du plongeur diminué de 1kg (ex : plongeur de 80 kg, ceinture 8-1 = 7 kg)

13 APPLICATION À LA PLONGÉE : LA FLOTTABILITÉ varie selon les lieux de plongée plongeur 86 kg volume tout équipé 86 l eau douce : P A = 1 x 86 = 86 kg, flottabilité neutre eau salée (densité 1,024) : P A = 1,024 x 86 = 88,06 kg, flottabilité positive il doit augmenter son lestage de 2 kg eau fortement salée (densité 1,035) : P A = 1,035 x 86 = 89,01 kg il doit augmenter son lestage de 3 kg Le guide de palanqué doit être attentif à ces différences de lestage (plongée en eau douce : - 2 kg, passage en eau plus salée (Mer Rouge) : + 1 kg

14 APPLICATION À LA PLONGÉE : LE RELEVAGE Pour remonter le mouillage sans effort excessif (prévention ADD), il existe un moyen très efficace : le parachute de relevage qui permet de compenser le poids de l ancrer et d éviter qu elle soit engagée lors de la remontée. Idée : permettre à l ancre d atteindre une flottabilité neutre au fond ce qui lui évitera de rester engagée, peui lea fera remonter (Mariotte) de plus en plus rapidement et dans effeort. Exemple : nos ancres font 4 kg et un volume de 500 cm 3 (densité de l acier 8 environ). 1 ) à 40 m, on injecte 3 l d air dans le parachute, l ancre a-t-elle une flottabilité neutre? P apparent = P réel - P A = 4 (0,5 + 3) = 0,5 kg la flottabilité est négative l ancre reste au fond 2 ) si non, à quelle profondeur doit-on la remonter à la palme pour qu elle remonte seule? Le poids apparent s annule lorsque le volume dans le parachute atteint 3,5 l 40 m P1 = 5 bar V1 = 3 l P2 x 3,5 = 5 x 3 = 15 P2 = 15/3,5 = 4,3 bar. L ancre remonte seule à partir de 33 m.

15 EXERCICES D APPLICATION Un plongeur tout équipé pèse 100 kg et déplace un volume de 105 l. Combien de plombs doit il mettre pour être équilibré à 3 m en eau de mer : densité 1,03? en eau douce : densité 1,0? combien de plombs doit il enlever ou remettre entre l eau de mer et l eau douce? Un plongeur veut remonter une ancre de 200kg, de densité 10 par rapport à l eau (densité 1), immergée à 40m. Quel doit être le volume minimum du ballon de remontée? De combien de bouteilles de 10l, gonflées à 200b, aura-t il besoin? Quelle sera la pression restant dans les bouteilles utilisées? On veut remonter un bateau coulé, posé à l envers sur un fond de 30m. Son poids réel est de 3 tonnes, son volume est de 500 litres (il s agit du volume du matériau de la coque bois, fer etc ). On considère que la densité de l eau de mer est de 1. Quel est le poids apparent de l épave? On y vide un bloc de 12 l gonflé en surface à 200 b (lu au mano). Quel est le nouveau poids apparent? L entreprise de relevage, dispose d un parachute (de poids et volume négligeables) pour remonter l épave. Ce parachute est fixé sur la coque à la profondeur de 30 m. Sachant que l air disponible pour le gonflage du parachute est stocké dans 2 blocs de 15 L gonflés à 230 b (lu au mano), pourra t on remonter l épave? Le chef de chantier dispose d un cordage, et il lui vient une idée.qui lui permettra de remonter le bateau coulé. Quelle est cette idée? De combien doit-être au minimum la longueur du cordage pour réaliser l opération prévue? On néglige la longueur nécessaire aux amarrage. Le poids et le volume du cordage sont négligeables. Un plongeur s immerge en mer (densité de l eau de mer 1,03). Il sait qu il pèse 98 Kg tout équipé et a un volume (toujours tout équipé) de 101 dm 3. Il est équipé d un bloc de 15 l gonflé à 230 b. De quel lestage, dont on négligera le volume, a t il besoin pour être parfaitement équilibré? Sachant que lorsqu il remonte, il lui reste 35 b dans son bloc. Quelle sera sa flottabilité à ce moment?