Physique pour les plongeurs

Physique pour les plongeurs

Quelques termes La Force Représente l'action d'un objet sur un autre exemple : l'action de la terre sur le plongeur Elle a : Une direction : Verticale pour la force de la terre sur le plongeur Un sens : vers le bas Une amplitude : qui est la valeur de la force exercée La force de la terre sur le plongeur s'appelle le poids Unité SI => Newton F = m x a => Poids (Newton) = masse (kg) x gravité Unité en plongée => kg

Quelques termes La Pression Est le rapport entre la force et la surface sur laquelle elle agit Pression = Force / Surface Unité SI => Newton/m² (N/m² ) ou Pascal (Pa) ou millimètre de mercure (mmhg) 0.1 N/mm² = 100 000 Pa = 760 mmhg = 1 bar Unité en plongée => bar (bar)

Quelques termes La Pression Le plongeur est soumis à 2 pressions : La pression atmosphérique : exercée par l'air atmosphérique, 1 bar au niveau de la mer La pression hydrostatique : exercée par la colonne d'eau au-dessus du plongeur 10 m d'eau exerce une pression de 1 bar donc => pression hydrostatique = profondeur / 10

Quelques termes La Pression La pression ambiante (absolue) : pression ambiante = pression hydrostatique + pression atmosphérique Le corps du plongeur accepte volontiers de subir une pression ambiante différente qu'en surface, mais subir une variation brusque est néfaste

Quelques termes Le Volume Est une grandeur physique qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace Unité SI : décimètre-cube (dm³) Unité en plongée : litre (l) => 1 dm³ = 1 litre La masse volumique D'une matière est la masse par unité de volume en kg/dm³ ou kg/l masse volumique de l'eau douce (lac) = 1 kg/l masse volumique de l'au de mer = 1.024 kg/l masse volumique de l'air = 1.29 g/l

Quelques termes Densité D'une matière est le rapport de sa masse volumique par celle de l'eau Exemples de densités => plomb = 11.35, acier = 7.85

Quelques termes Densité La mer morte densité = 1.275!

La flottabilité Le principe d'archimède Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de ce liquide, une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du liquide déplacé Archimède (-287, -212) Poussée d'archimède = volume (du plongeur + équipement) x densité (de l'eau)

La flottabilité Le poids apparent Poids apparent = Poids réel Poussée d'archimède

La flottabilité Le poids apparent Papp > 0 => flottabilité négative => il coule Papp = 0 => flottabilité nulle => équilibre Papp < 0 => flottabilité positive => il remonte

La flottabilité Application à la plongée Poumon ballast Calcul de lestage et de levage Utilisation du gilet de stabilisation Conséquences La flottabilité diminue si la profondeur augmente (diminution du volume de la combinaison) La flottabilité augmente au cours de la plongée par la consommation d'air contenue dans la bouteille, pourquoi? Avec la loi de Boyle-Mariotte, le volume d'air dans le gilet augmente en remontée, donc la poussée d'archimède sera plus forte => risque de remontée rapide

Les variations de volume et de pression Loi de Boyle - Mariotte A température constante, le produit du volume occupé par un gaz par la pression de ce gaz est constante P1 x V1 = P2 x V2

Les variations de volume et de pression Loi de Boyle-Mariotte Ce phénomène peut être très facilement observé sur la colonne de bulles d'un autre plongeur Ce phénomène est très important pour les plongeurs : Nous respirons de l'air comprimé, pendant la remontée cette air va se détendre et augmenter en volume Si on bloque sa respiration => surpression pulmonaire Ne jamais bloquer sa respiration lors de la remontée!!!

Les variations de volume et de pression Applications Utilisation du gilet stabilisateur Gonflage des bouteilles Profondimètres Mise en place du parachute Levage du mouillage,... Conséquences Prévention des accidents barotraumatiques et de décompression Consommation d'air variable selon la pression Lestage,...

La pression partielle d'un gaz Le plongeur respire de l'air comprimé. L'air est composé de plusieurs gaz qui, à partir d'une certaine pression peuvent devenir toxiques Composition de l'air => 20,9 % (21 %) O2, 78 % N2, 0.03 % Co2, 0,97 % Gazes rares : néon, krypton, argon...

La pression partielle d'un gaz La loi de Dalton => Dans un mélange gazeux, la somme des pressions partielles des composants de ce mélange est égale à la pression du mélange => La pression partielle d'un gaz dans un mélange est obtenue par la formule suivante Pp = Pabsolue x %du gaz Ex : Quelle est la pression partielle de l'azote respirée en surface? Pp N2 = 1 x 80/100 = 0.8 bar Pour l'oxygène Pp O2 = 1 x 20/100 = 0.2 bar

La pression partielle d'un gaz Application à la plongée Limite de la profondeur des plongées Utilisation de mélanges différents de l'air (nitrox, trimix) Calcul des tables de plongée Conséquences Toxicité des gaz : Accidents bio-chimiques ex : hypoxie, hyperoxie, essoufflement, narcose

Dissolution des gaz La loi de Henry La dissolution d'un gaz dans un liquide dépend de la température, de la pression du gaz et de la durée d'exposition Donc pour un liquide en contact avec un gaz à forte pression, il y aura plus de gaz dans le liquide qu'à la pression normale Ex : Dans une bouteille de coca-cola, lorsqu'on ouvre la bouteille, la pression extérieur est de 1 bar (pression atmosphérique) Comme cette pression est plus faible que la pression à laquelle le gaz est rentré dans le liquide (à l'usine), le gaz sort du liquide, d'où les bulles La dissolution de gaz est liée à plusieurs facteurs : La durée d'exposition : c'est le temps de plongée La pression exercée : c'est la profondeur de la plongée La nature du liquide : prise en compte dans les tables

Dissolution des gaz Applications à la plongée Calcul des tables, palier, accidents de décompression La loi de Henry met en évidence tous les effets dus à la dissolution des gaz dans tous les liquides de l'organisme rencontrés en plongée Pendant la plongée, pour la descente, il n y a pas de problème, le gaz entre dans l'organisme. Pour la remontée, la pression diminue donc on revient au problème de la bouteille de coca-cola C'est pour cela qu'il faut respecter une certaine vitesse de remontée et des paliers. Comme quand on veut ouvrir la bouteille de coca-cola que l'on a secoué. Il faut juste ouvrir un petit peu (vitesse de remontée), puis parfois, il faut refermer pour stabiliser la pression (paliers)

Acoustique L'eau est un très bon conducteur pour le son. Comme l'eau est plus dense que l'air, le son s'y déplace plus vite Vitesse de déplacement du son dans l'air => 330 m/s Vitesse de déplacement du son dans l'eau =>1500 m/s Dans l'air => une source sonore est captée par une oreille, puis par l'autre Dans l'eau => le décalage entre deux oreilles est très bref Donc ; nous entendons dans l'eau mais, nous sommes incapables d'en localiser la provenance, nous sommes incapables d'en apprécier la distance.

Acoustique Application en plongée Dans le monde du silence, tous les sons doivent nous attirer l'attention En règle générale les sons émis au fond sont en rapport avec la sécurité Les pétards de rappel signalent l'interruption d'une plongée et la remontée immédiate du groupe, dans le respect des règles de sécurités élémentaires Certaines embarcations ne respectent pas les pavillons de plongée C'est au bruit de leur moteur que l'on peut les repérer et les éviter Tour d'horizon, parachute

Optique Vitesse de lumière dans l'air 300 000 km/s Vitesse de lumière dans l'eau 225 000 km/s Sans masque => vision floue sous l'eau, les couleurs et la taille des objets sont soumis à des altérations de perception le masque => rétablit la netteté

Optique la vision dans l'eau dépend de : 4 effets optiques dans l'eau La qualité de la lumière qui franchit la surface (nuages, hauteur du soleil) De la profondeur De la transparence de l'eau

Optique Les 4 effets optiques La réflexion (effet miroir) La loi de Snell-Descartes : Quand l'angle d'incidence est supérieur à l'angle critique, le rayon n'est pas réfracté mais il est réfléchi => effet miroir L'angle critique dépend des densités des deux milieux

Optique Les 4 effets optiques La réfraction (Changement de direction) La loi de SnellDescartes : Quand l'angle d'incidence est inférieur à l'angle critique, le rayon est réfracté => effet changement de direction L'angle critique dépend des densités des deux milieux

Optique Application à la plongée Une vision floue Conséquences Le masque Avec le masque il existe 3 inconvénients : Le grossissement (x 4/3) Mauvaise appréciation des distances (+ proche de 3/4) Réduction du champ visuel

Optique Les 4 effets optiques L'absorption La lumière blanche est la superposition de sept couleurs (violet, indigo, bleu, vert, jaune,orange et rouge) Ces rayons lumineux ont des longueurs d ondes différents => donc ils sont absorbés différemment

Optique Les 4 effets optiques La diffusion Dans l'eau les particules en suspension diffusent la lumière ; elles l'envoient dans toutes les directions Si ces particules sont nombreuses, la visibilité devient très faible et l éclairage artificiel est inefficace.

MERCI