Les Lois Physiques régissent l ensemble de toutes les plongées, de la plongée loisir à la celle professionnelle. Elles ont des effets sur : - La physiologie du corps humain (identification des risques et prévention des accidents) - L équipement de plongée (conception, fonctionnement et utilisation) FORCE L'unité utilisée en plongée est le kilogramme, elle correspond au poids d'une masse de 1 kg. Lorsque cette force s'applique sur une surface, nous pouvons parler de pression. 1 kg PRESSIONS 1. Généralités La pression est l'action d'une force sur une surface, donc Pression = Force / Surface ou encore P = F / S Pour la plongée, l'unité de pression utilisée est le Bar qui correspond à une force de1 kg sur une surface de 1 cm². Trois pressions sont importantes à reconnaître pour le plongeur La pression atmosphérique La pression relative La pression absolue. 1 kg 2. Pression Atmosphérique La pression atmosphérique est la pression due au poids de l'air au-dessus de nous. Au niveau de la mer la pression de l air est en moyenne de 1 bar. En montagne Poids de l air à 2 000m = 0,8 bar au niveau de la mer poids de l air = 1 bar 1/6
3. Pression Relative La pression relative (ou pression hydrostatique) est la pression due au poids de l'eau se trouvant au-dessus du plongeur. Pression de 1 bar La pression hydrostatique est proportionnelle à la profondeur (hauteur d eau au-dessus du plongeur), elle augmente de 1 bar tous les 10 mètres. 10 m Colonne d eau Un plongeur à 20 mètres de profondeur subit une pression relative de 2 bars (1 bar par 10 mètres) Soit 1 litre d eau ou 1 dm3 d eau 3. Pression Absolue La troisième pression est la pression absolue ou ambiante. Il s'agit de la pression réelle à laquelle est soumis le plongeur. Elle est égale à la pression atmosphérique + la pression relative (pression de l eau) Pression Absolue = Pression Atmosphérique + Pression Relative Pression Atmosphérique 1b Pression (de l eau) Pression relative 1b 2b 3b 3,5b Pression absolue Niveau 0 m Pression Absolue = 1b Niveau 10 m Pression Absolue = 2b Niveau 20 m Pression Absolue = 3b Niveau 30 m Pression Absolue = 4b Niveau 35 m Pression Absolue = 4,5b Ses variations vont avoir des conséquences sur l'homme et sur le matériel A la descente la pression va augmenter A la remontée la pression va diminuer Suivant la profondeur où on se trouve, pour un même écart de profondeur, la pression ne varie pas de la même manière en pourcentage. Proportionnellement, les plus grandes variations de pression se situent entre la surface et 10 mètres de profondeur. Ces variations de pression auront des conséquences sur l'organisme d'où la nécessité d'être plus particulièrement vigilant entre 10 mètres et la surface, (à la descente et à la remontée) 2/6
Niveau 0 m PA = 1b Niveau 10 m PA = 2b Niveau 20 m PA = 3b Niveau 30 m PA = 4b Niveau 40 m PA = 5b P = 100 % = coef 2 P = 50 % = coef 1,5 P = 33 % = coef 1,3 P= 25 % = coef 1,25 La pression absolue (pression ambiante) est la pression prise en compte pour la plongée INCIDENCE DE LA PRESSION SUR LES GAZ 1. Règle générale Les corps solides et liquides sont pratiquement incompressibles. Les gaz sont facilement compressibles En plongée, la pression de l eau va donc comprimer les gaz. GAZ EAU Une bouteille remplie d eau ne peut pas être déformée 2. Compression des gaz ( loi de MARIOTTE ) Une bouteille remplie d air peut être déformée Bloc solide indéformable Surface = 1 bar abs C est en 1676 que Edme Mariotte met en évidence la compressibilité des gaz dans son traité sur LA NATURE DE L AIR Il détermine ainsi la loi qui porte son nom LOI DE MARIOTTE selon la quelle le volume d un gaz varie à l inverse de la pression = 2 bars abs Suivant cette loi : Plus la Pression augmente plus le Volume diminue Plus la Pression diminue plus le Volume augmente 20m = 3 bars abs 3/6
Il est facile de vérifier cette loi Si on retourne un bocal gradué vide ouvert et ouvert à surface de l eau, le volume est rempli d air à 1 bar de pression absolue. Si on descend ce bocal à 10 m soit à 2 bars de pression absolue, on constate que l air à diminuée de moitié A 30 m (4 Bars absolus) le volume d air est de 1/4 On constate donc que c est entre la surface et que les variation sont les plus grandes sur la pression et les gaz 1/2 Surface = 1 bar = 2 bars 1 1/4 30m = 4 bars A l inverse si on gonfle un ballon à 30 m de fond, soit 4 bars de pression ambiante (absolue) Suivant la loie de MARIOTTE A la remontée, Plus la Pression diminue plus le Volume augmente En surface(1 bars de pression absolue) le ballon aura 4 fois la dimension qu il avait au fond à 30 m (4 bars de pression absolue) 4/6
FLOTABILITE La flottabilité est un équilibre instable entre le poids et le volume de tout corps plongé dans un liquide DEMONSTRATION THEOREME D ARCHIMEDE Prenons un cube creux, fermé, étanche et indéformable de poids nul, de volume 1 litre, il flotte en surface sans pénétration dans l eau Si on dépose un poids de 500g il va s enfoncer dans l eau de moitié. On en déduit qu il subit une force verticale vers le bas égale au poids de 500g mais aussi une force verticale vers le haut (identifiée sous le nom de POUSSEE d ARCHIMEDE Dans ce cas la poussée d Archimède est supérieure au poids du cube, ce qui le fait flotter Ie cube a une flottabilité positive Si on dépose 1kg dans le cube il reste entre deux eaux au gré du mouvement de l eau, les deux forces en oppositions sont égales Le cube a une flottabilité neutre Si on dépose un poids supplémentaire le cube coule La force vers le bas est supérieure à la poussée d Archimède (vers le haut) Le cube à une flottabilité négative Poids du volume Poussée d Archimède Cube de 10 cm de coté 1dm3 1 Litre APPLICATION A LA PLONGEE Un plongeur cherche suivant le cas : -A être plus lourd que l eau qui l entoure pour descendre, -A être à la même densité que son environnement pour rester à la même profondeur et se balader -A être plus léger que le milieu ou il est pour remonter Le Plongeur va subir et aussi jouer pendant sa plongée avec les facteurs suivants : -La règle de la variation de pression -La loi de MARIOTTE sur la compression des gaz -Le Théorème d ARCHIMEDE sur la poussé de l eau Le plongeur est en fait constitué de plusieurs éléments normalement fixés solidement entre eux. -Le plongeur lui-même qui a normalement une flottabilité neutre Il peut modifier cet équilibre quand il gonfle ou quand il vide ses poumons. -La combinaison iso thermique qui a une flottabilité positive -Le gilet stabilisateur qui a lui aussi à souvent une flottabilité neutre à vide. Il sera gonflé et dégonflé au grès des besoins pour corriger la flottabilité globale pendant la plongée -Les accessoires de sécurité et de confort (phare, parachute, instruments, vidéo, photo, etc ) -La bouteille qui elle a une flottabilité négative (forte ou faible suivant le type de bouteille et la pression de l air inclus «poids de l air») Attention certaines bouteilles Alu peuvent être plus légères que l eau de mer situation fréquente en Mer Rouge -Le détendeur qui est aussi de flottabilité négative 5/6
Cet ensemble est souvent équilibré ou nécessite un complément de lest (ceinture de plombs) pour avoir une flottabilité neutre à 3 mètres en fin de plongée «gilet stabilisateur vide» et bouteille presque vide VARIATION DE LA FLOTABILITE A LA DESCENTE Si on considère un plomb de 1kg attaché à une bouée de 1 litre juste sous la surface de l eau, le rapport poids/volume est neutre donc équilibré à cette profondeur 1dm3 = 1litre Si on tire légèrement l ensemble vers le bas la bouée va subir une pression externe plus forte et son volume va diminuer entraînant un déséquilibre poids /volume, l ensemble va descendre naturellement de plus en plus vite vers le fond, le volume de la bouée diminuant au fur et a mesure de la descente. 1 kg Equilibré Pour notre plongeur, si nous considérons la bouée comme l ensemble Gilet Stabilisateur /poumons/combinaison, et le plomb comme le poids global du plongeur équipé Si il est équilibré juste sous la surface et si il force légèrement sa descente au début, il descendra naturellement sans action ensuite. a Equilibrer AIR 1 kg Pour se stabiliser et/ou diminuer la vitesse de descente, nous pouvons utiliser le gilet pour rectifier l équilibrage et nos poumons pour affiner ce réglage en respirant avec les poumons bien gonflés (volume haut) ou légèrement dégonflés (volume bas) Ce jeux avec les poumons s appel le poumon ballast 1 kg déséquilibré Déséquilibré VARIATION DE LA FLOTABILITE A LA REMONTEE A l inverse de l exemple précédent, si nous partons d une situation stable et équilibrée au fond et si on décide de remonter à vitesse stabilisée voir marquer un arrêt Gilet Stabilisateur Poumons Abstraction faite de la combinaison qui se détend, l air contenu dans le gilet et nos poumons vas se dilater de plus en plus et provoquer une accélération de la remonté Pour compenser ce phénomène il faut dégonfler le gilet progressivement au fur et à mesure de la remontée de façon à maintenir notre flottabilité légèrement positive ou neutre suivant notre souhait AIR Gilet Stabilisateur Poumons Expirer En parallèle de cette gestion de base, nous respirons de ce fait l excédent d air s échappe naturellement des poumons, ils ne subissent donc pas de sur-gonflage comme le gilet, nous pouvons même jouer sur le volume disponible pour pratiquer du poumon ballast (ralentir, accélérer notre progression voir s arrêter.) Un risque subsiste uniquement si on bloque sa respiration particulièrement pendant les phases de remontées Gilet Stabilisateur Poumons 6/6