NOTIONS DE PRESSION INTRODUCTION La pression se définie par le rapport d une force sur une surface, l unité de pression étant le BAR (1kg/1cm2). Force P = Surface 1 kg 1 bar = 1cm2 PRESSION ATMOSPHERIQUE La pression atmosphérique est la pression exercée par la couche d air entourant la terre sur la surface de celle-ci. La pression atmosphérique est de 1 bar au niveau de la mer NB : En fait, cette pression varie en fonction de l altitude ou l on se trouve (plus on monte, plus la pression diminue). Elle est très exactement de 1033 millibars à l altitude 0 contre 0,5 bar à 5000 m. PRESSION HYDROSTATIQUE OU PRESSION RELATIVE La pression hydrostatique est la pression qu exerce l eau sur tout corps immergé. Celle-ci est de 1 bar à 10 mètres et augmente de 1 bar à chaque fois que l on redescend de 10 autres mètres. (ainsi, à 30 mètres, la pression hydrostatique est de 3 bars). On appelle aussi cette pression : pression relative. Profondeur en mètres P.Hyd = 10
PRESSION ABSOLUE On appelle pression absolue, l addition de la pression atmosphérique et de la pression hydrostatique. C est la pression que subit réellement le plongeur. P.ABS = P Atm + P. Rel. EXERCICE Profondeur en mer Pression Hydrostatique Pression Absolue 0 m?? 10 m?? 20 m?? 40 m?? 75 m?? 120 m??
LOI DE BOYLE MARIOTTE Variations de volume des gazs INTRODUCTION - RAPPEL A l inverse des solides et des liquides les gaz sont compressibles. C est à dire que soumis à une augmentation de la pression, ils diminuent de volume. De même, une baisse de la pression ambiante augmente leur volume. Pression Pression Volume Volume Nous sommes en plongée continuellement confrontés à ces phénomènes : gestion du stock d air, du gilet de stabilisation, de la consommation, mal aux oreilles, risque de surpression pulmonaire EXPERIENCE Prof P abs Volume Un ballon de baudruche que l on descend en plongée diminue de volume en fonction de la profondeur, c est à dire que plus la pression augmente, plus le volume diminue et ce proportionnellement 0 m 1 bar 10 m 2 bars 10 L 5 L 30 m 4 bars 2,5 L EXERCICE On immerge un ballon ayant un volume de 12 litres Profondeur Pression absolue Volume P x V 0 M? 12 L? 10 M? 6 L? 20 M? 4 L? 30 M? 3 L? On constate que le produit de la pression et du volume donne une valeur constante, car quand la pression augmente de 2, 3, ou 4 fois, le volume gazeux diminue dans les mêmes proportions.
LOI DE MARIOTTE ET FORMULE A température constante, le volume d un gaz est inversement proportionnel à la pression qu il subit Cette loi est notée : PxV=Constante ou P1xV1=P2xV2 EXEMPLE D APPLICATION Un ballon en surface à un volume de 20 litres, quel est son volume à 40 mètres? Méthodologie de résolution : Formule à utiliser P1xV1 = P2xV2 Paramètres connus P1= 1 V1= 20 P2= 5 Définition de l inconnue Poser la formule Calculer V2 = Inconnue 1 x 20 = 5 x V2 1 x 20 = V2 5 Solution 4 = V2 V2 = 4 L Le volume du ballon à 40 mètres sera de 4 litres EXERCICES On trouve une amphore sur un fond de 20 mètres. Pour la remonter, on dispose d un parachute d une capacité de 50 litres. Quel sera le volume du parachute à la surface, si l on met 10 litres d air comprimé à 20 mètres? Un plongeur insuffle 3 litres d air dans sa stab pour être équilibré juste sous la surface. Quel sera le volume de cette stab à 20 mètres? (Question subsidiaire : quel sera son poids apparent? voir Archimède) Combien d air faut-il mettre dans un ballon à 50 mètres pour qu il atteigne le volume de 3 litres en surface?
CALCULS D AUTONOMIE Il est primordial pour un plongeur d avoir avant de plonger une estimation précise du temps disponible avant l arrivée sur réserve. Connaître en avance sont temps de plongée permet de prévoir d éventuels paliers, et de mettre en place la logistique nécessaire. Chaque plongeur a, bien sur, une consommation différente, mais il est très intéressant de pouvoir l estimer afin de déterminer les caractéristiques de sa plongée. Le calcul de l autonomie d un plongeur est une des principales applications pratiques de la loi de Mariotte. Les paramètres à connaître au préalables sont : - la consommation d air en surface On s accorde sur une norme de 20 litres/minute - la capacité de la bouteille 12l, 15l - la pression de gonflage 200b, 230b - la profondeur d évolution elle détermine la pression de l air respiré L élément clé du calcul d autonomie est de bien réaliser que le plongeur, en profondeur, respirera toujours un volume d air de 20l/mn, mais que ce sera de l air comprimé à la pression ambiante par le détendeur. Ainsi 20 l/mn d air à 3 bars (20 mètres) représentent 60 litres d air à 1 bar. Pour pouvoir s y retrouver entre l air à la pression de la bouteille, l air débité à la pression ambiante, et la consommation du plongeur, nous recommandons de tout convertir dès le départ en une unité commune, de tout ramener à 1 bar
EXEMPLE DE CALCUL D AUTONOMIE Un plongeur consomme 20 l /mn, il dispose d un bloc de 12 l gonflé à 200 bars. Quel temps pourra-t-il passer à 30 mètres en gardant une réserve de 50 bars. On calcule la contenance de la bouteille les 50b de réserve déduits (200b-50b) On calcule la consommation à 30 m (4b) 12 l x 150 b = 1800 l 20 l/mn x 4 = 80 l/mn On calcule l autonomie 1800 =? 80 Notre plongeur a une autonomie de 22 mn 30 s à 30 mètres (NB : ce calcul ne tiens pas compte des paliers éventuels) TONOMIE
LOI D ARCHIMEDE Pour pouvoir plonger, il faut couler. Le théorème d Archimède permet de calculer le poids que nous auront sous l eau, et de comprendre les incidences de notre lestage, du gonflage de notre stab, oude l usage du poumon ballast. Il est utile aussi en cas de «bricolage» sous-marin comme fabrication de lampes, phares ou autre accessoire. THEOREME «Tout corps plongé dans un liquide reçoit une poussée verticale du bas vers le haut égale au poids du volume de liquide déplacé» MISE EN EVIDENCE Cette poussée est appelée «Poussée d Archimède» Dans de l eau qui pèse 1 Kilo pour 1 Litre, on peut dire que la poussée d Archimède que subit un objet est égale à son volume ; Si le poids réel est supérieur au volume, la poussée d Archimède est vaincue et l objet coule On parle de poids apparent positif ou de flottabilité négative Si le poids réel est inférieur au volume, la poussée d Archimède l emporte et l objet flotte. On parle de poids apparent négatif ou de flottabilité positive Si le poids est égal au volume, il s équilibre avec la poussée d Archimède et le corps reste entre deux eaux. On parle de poids apparent nul ou de flottabilité nulle. Poids réel? Kg Volume 1 Litre Poussée 1Kg
FORMULE Poids Apparent = Poids réel Volume Pap = Pr - V NB : cette formule n est juste que dans l eau douce ou le volume égale la Poussée d Archimède EXERCICE Une amphore a un volume de 15 litres et pèse 32 kg. Poids apparent? Elle coule ou elle remonte? Formule Données: Résultat Pap = Pr V Pap = 32 15 = 17 kg Poids positif : elle coule Pour la remonter, je lui fixe un parachute ; combien de litres d air dois-je lui insuffler pour qu elle décolle? En fait je recherche le moment ou son poids apparent devient nul C est le moment ou le poids et le volume de l ensemble s équilibrera C est le moment ou les 17 kg de poids apparent seront équilibrés par 17 litres de volume supplémentaire. Je dois insuffler au moins 17 litres EXERCICES COMPLEMENTAIRES Un boîtier de caméra a un volume de 5 litres et pèse 4kg. Quel poids doit-on lui ajouter pour l équilibrer dans l eau? Un plongeur est en flottabilité nulle à 5mètres (poids 80 kg Volume 80 litres) Supposons qu à la profondeur de 20 mètres, son volume a diminué de 2 litres. Quels sont sa nouvelle flottaison et son poids apparent? Combien de litres d air doit-il ajouter dans sa bouée pour se stabiliser?
OPTIQUE ACCOUSTIQUE OPTIQUE On constate que sous l eau, on voit plus gros, plus proche, que les couleurs disparaissent, et que l on dispose d un champ de vision plus étroit. Un effet de grossissement. L eau agissant comme une loupe avec le masque, nous voyons les objets un tiers plus grands qu ils ne sont en réalité. Quant à lui, le champ de vision se rétrécit. La luminosité diminue. Un rayon de lumière, une fois dans l eau, perd rapidement de son intensité lumineuse. Ainsi à 1 mètre de profondeur, il ne subsiste que 40 % du rayon lumineux, et seulement 1,5 % à 40 mètres. Les couleurs disparaissent. les rouges sont absorbés dès les premiers mètres, puis les oranges, etc A 20 mètres ne subsistent que les bleus verts. Pour les plongées profondes, la lampe est nécessaire pour restaurer la luminosité et les couleurs ; ACCOUSTIQUE Taille réelle Taille apparente Bien qu appelé «le monde du silence «par Cousteau, la mer n est pas du tout étanche aux sons. Par rapport à l air, le son se propage même beaucoup plus vite (1500 m/s contre 330 m/s). Ce phénomène est très utile lors de la remontée pour savoir si un bateau à moteur arrive à la surface, permettant alors d attendre que le danger s écarte.