PRESSION ET MARIOTTE INTRODUCTION Etre capable de préciser les effets qu induit la pression sur les gaz, en vous aidant d exemples tirés de votre expérience de plongeur. I - RAPPELS SUR LES PRESSIONS La Pression (P) est une Force (F) exercée sur une Surface (S) : P = F / S En Europe, les unités employées couramment en plongée sont : *le bar (b) *le kilogramme force par centimètre carré (kgf/cm2) 1 bar = 1 kgf (environ) La pression au sein d un fluide (eau, air), s exerce en tous sens et se répartit uniformément. La pression atmosphérique, due au poids de l air, est d environ 1 bar au niveau de la mer La pression relative, due au poids de l eau, varie de 1 bar tous les 10 mètres Pression absolue = Pression atmosphérique + Pression relative Quelle est la pression ou la profondeur (au niveau de la mer)? Profondeur en mètres Pression atmosphé. en bars Pression relative en bars Pression absolue en bars 0 1 0 1 10 1 1 2 25 1 2,5 3,5 32 1 3,2 4,2 35 1 3,5 4,5
II - LES VARIATIONS DE PRESSION DANS L EAU D après le tableau précédent, que peut-on constater? 0 m 1 bar 10 m 2 bars + 100 % (x 2) 20 m 3 bars + 50 % (x 1,5) 30 m 4 bars + 33 % (x 1,3) 40 m 5 bars + 25 % (x 1,25) AUGMENTATION DE LA PRESSION Pour un écart de même profondeur : 10 mètres, la pression ne varie pas de la même manière en pourcentage. Proportionnellement, les plus grandes variations de pression se situent entre 10 mètres et la surface. Ces variations de pressions auront des conséquences sur l organisme d où la nécessité d être particulièrement vigilant entre 10 mètres et la surface, notamment pour prévenir les accidents barotraumatiques (oreilles, sinus, poumons).
III - LES EFFETS DE LA PRESSION SUR LES GAZ Nous pouvons constater que lorsque la pression augmente, le volume du ballon diminue et inversement à la remontée. De plus comme pour la pression, nous pouvons remarquer les plus grandes variations de volumes ont lieu entre 10 mètres et la surface. IV - LA LOI DE MARIOTTE Si dans l exemple précédent, le volume initial du ballon en surface est de 12 litres : En surface P1= 1 bar V1 = 12 litres P1 x V1 = 1 x 12 = 12 A 10 mètres P2= 2 bars V2 = 6 litres P2 x V2 = 2 x 6 = 12 A 20 mètres P3= 3 bars V3 = 4 litres P2 x V2 = 3 x 4 = 12 D après notre précédente observation, nous pouvons vérifier la loi de Mariotte. Le volume d un gaz est inversement proportionnel à la pression qu il subit, ceci à température constante. Nous pouvons en déduire la formule suivante : P1 x V1 = P2 x V2 = Constante
V - CONSEQUENCES EN PLONGEE 6 l 6l 3 l 6l 2l 6l En apnée : En plongée autonome : Lorsque l on plonge en apnée, plus on s enfonce dans l eau, plus le volume des poumons diminue avec l augmentation de la pression et inversement. Ceci est vrai, en théorie, si on exclut certains phénomènes d adaptation physiologiques. Nous utilisons un détendeur qui nous fournit de l air sous pression avoisinant la valeur de la pression ambiante. Le volume de nos poumons ne varie donc pas lors de la descente.
Mais rétablir l équilibre des pressions présente des inconvénients : Que constate-t-on? Le volume fermé Il a explosé en surface car il a dépassé sa limite d élasticité, son volume ayant quadruplé depuis le fond de 30 mètres. Au fond : P1 = 4 bars V1 = 1 litre En surface : P2 = 1 bars V2 =? litres D après la formule : V2 = P1 x V1 = 4 litres P2 C est l exemple du plongeur inexpérimenté qui aurait bloqué son expiration lors de la remontée. Le volume ouvert Il est remonté sans encombre en surface, l air s échappant régulièrement. Son volume n a pratiquement pas varié. C est l exemple du plongeur averti qui contrôle son expiration à la remontée.
La combinaison en néoprène Elle composée de millions de microbulles de gaz s écrase avec la pression, son épaisseur est donc moindre au fond. L air insufflé au fond dans votre gilet va augmenter de volume lors de la remontée.
VI CALCULS D AUTONOMIE EN PLONGEE La panne d air ou une quantité d air insuffisante peut avoir de graves conséquences en plongée, d où la nécessité de calculer son autonomie avant de plongée. a) La ventilation en surface et en plongée En moyenne, on considère qu une personne consomme 20 litres/min, pour un effort moyen en surface. b) Les facteurs de la consommation La profondeur L effort La forme physique Le froid L anatomie L âge Stress... L équipement La forme psychique (stress ) en relation avec l expérience Une bonne condition physique + l entraînement permettent de réduire considérablement votre consommation. c) Les conséquences de la pression sur la consommation Plus vous descendez plus l air pèse. C est pour cette raison qu en profondeur, la ventilation demande plus d effort qu en surface (adaptation du palmage). Dans des conditions égales, votre consommation en air est proportionnelle à la pression que vous subissez : Soit une bouteille de 6 l gonflée à 200 bars : quelle est votre autonomie en surface? à 10 m? Conso en surface (1 bar) : Conso à 10 mètres (2 bars) : P1 x V1 = P2 x V2 soit 200 x 6 = 1 x? P1 x V1 = P2 x V2 soit 1 x 1200 = 2 x? V2 le v3 dans votre bouteille est de 1200 l V2 le v3 dans votre bouteille est de 600 l Autonomie : 1200 l /20 = 60 min Autonomie : 600 l /20 = 30 min Entre 10 m et la surface variation de pression x 2 et Consommat x 2
d) Calcul de votre autonomie en plongée Exercice : Consommation surface 20 l / min Bloc de 12 litres à 200 bars Profondeur de la plongée 30 m Réserve à 50 bars Par simplification, on considèrera que la consommation par minute ne varie pas lors de la plongée. Calculer 1 Capacité en air de votre bouteille (en surface) 2 Volume d air disponible (en surface) 3 Autonomie en fonction de la consommation (à 30 mètres) *Capacité en air de votre bouteille (volume d air détendu) = 12 litres x 200 bars = 2 400 litres à 1 bar *Volume d air disponible = Volume en air détendu - réserve = 2 400 litres - (50 bars x 12 litres) = 1 800 litres à 1 bar *Autonomie en fonction de la consommation Volume d air disponible à 30 mètres : P1 x V1 = P2 x V2 soit 1800 x 1 = 4 x V2 Soit à 30 mètres un volume d air disponible de 1800/4 = 450 litres Notre plongeur pourra rester : 450 bars / 20 min = 22 min e) Autonomie moyenne suivant la pression et le matériel (Consommation de 20 l/min et réserve à 50 bars) Attention la réserve sur le bi n est que sur une bouteille soit 50 bars x 10 litres = 500 bars Profondeur en mètres Pression absolue en bars Consommation en litres/min Bouteille de 12 litres Bouteilles de 15 litres Bi de 2 x 10l 0 1 20 90 min 112 min 175 min 10 2 40 45 min 56 min 87 min 20 3 60 30 min 37 min 58 min 30 4 80 22 min 28 min 43 min 40 5 100 18 min 22 min 35 min