COURS THEORIQUE N1 La plongée est un sport technique pratiqué dans l'eau, milieu différent de celui dans lequel nous évoluons habituellement. Le milieu aquatique et ses caractéristiques physiques ont une influence non négligeable sur notre organisme. Aussi, est-il nécessaire de respecter certaines règles. Dans le cadre de leur progression, les plongeurs N1 devront être capables d'assurer leur propre sécurité. Ainsi, nous verrons les paramètres physiques qui permettent d'expliquer ce qui se passe dans l'eau, sur l'air que nous respirons et sur nous-mêmes. Nous aborderons les éventuelles conséquences physiologiques ou accidents de plongée, et surtout la manière de les éviter. Puis, nous verrons qu'il faut respecter une courbe de sécurité. Le suivi du déroulement d'une plongée permettra de définir toutes les consignes de sécurité à respecter. Enfin, des notions de réglementation de la plongée seront présentées.
NOTIONS DE PHYSIQUE EN PLONGEE Les Pressions, qu'est ce que c'est? Eau et air, par leur masse et mouvements internes appliquent une "force". On dit aussi la "poussée". Pour les fluides (liquides ou gaz), qui n'ont pas de volume délimité et ont tendance à se répandre, on parle de "pression". Pour une force exercée de manière uniforme et perpendiculairement à une surface, la pression est la force par unité de surface : F P= -------- Surface S Exemple : Le seau est percé. Le liquide contenu à l'intérieur exerce une pression perpendiculaire à la paroi comme le suggère la direction initiale du filet d'eau L'unité de mesure de la pression (P ), en plongée, est le bar (b).
Les différentes sources de pression subies par le plongeur sont : Pression atmosphérique = Pression de l'air. C'est la pression exercée par l'ensemble de l'atmosphère. Au niveau de la mer, elle vaut 1 bar. Pression relative ou hydrostatique = Pression de l'eau. La pression exercée par le milieu augmente d'1 bar tous les 10 mètres. Pression absolue = la pression de l'air + la pression de l'eau. C'est la somme de la pression atmosphérique et de la pression relative ou hydrostatique à la profondeur considérée. Elle correspond à la pression totale subie par le plongeur : Pression atmosphérique (P atm) 2000m = 0,8b Montagne 0 m = 1 b Niveau de la mer 10 m = 1 b 10 m = 1 b + 1b = 2b 20 m = 2 b 20 m = 1 b + 2 b = 3 b 30 m = 3 b 30 m = 1 b + 3 b = 4 b 40 m = 4 b 40 m = 1 b + 4b = 5 b Pression hydrostatique (P hyd.) ou relative Pression absolue = P atmosphérique + P hydrostatique
La compressibilité des gaz: Rappels : Avez vous remarqué que les bulles qui s'échappent de votre détendeur lors d'une expiration augmentent au fur et à mesure de leur «approche surface»... solide liquide gaz La pression a un effet sur les gaz car ils sont compressibles. En effet, comme vous pouvez le constater sur le schéma ci-dessus les molécules du gaz sont beaucoup plus libres et espacées les unes des autres.
Relation à la plongée : Ainsi, comme a pu vous l'expliquer votre moniteur(rice), le détendeur nous délivre de l'air à pression ambiante, c'est-à-dire à la pression absolue à laquelle on se trouve. En surface, je respire de l'air à 1 b de Pabs. Donc à 20 m, j'ai une Pabs de 3 b = mon détendeur me délivre de l'air à 3 b de Pression. Si on prend un ballon gonflé en surface avec 10 l d'air puis on l'immerge. Que remarque t-on? : Si la pression augmente, le volume diminue. Si la pression diminue, le volume augmente. Ce phénomène est inversement proportionnel. Prof : Pabs : Constante 10 l V/1 0 m 1b 10 m 5 l 2 b V/2 5 x 2 = 10 20 m 3.3 l 3 b V/3 3,3... x 3 = 10 30 m 2,5 l 4 b V/4 2,5 x 4 = 10 Volume x Pression = Constante
On observera que les variations de pression sont les plus importantes dans la zone 0m 10 m On parle de : la loi de Mariotte-Boyle: En d'autres termes, maintenir la température constante pendant une augmentation de pression d'un gaz entraîne une diminution de volume. Inversement, la réduction de la pression du gaz passe par une augmentation de volume. La valeur exacte de la constante n'a pas besoin d'être connue pour appliquer la loi entre deux volumes de gaz sous des pressions différentes, à la même température : P X V = P1 x V1
LES CONSEQUENCES EN PLONGEE : Les barotraumatismes : Le corps humain comportent de nombreuses cavités naturelles remplies d'air. En plongée, le masque s'y ajoute. En cas de non équilibre avec la pression ambiante, lors des variations de pression, elles peuvent subir des dommages. Les barotraumatismes sont directement liés à la loi de «Mariotte». L' oreille : L'oreille est isolée de l'extérieur par une membrane souple, le tympan. Derrière le tympan, l'oreille moyenne est reliée aux fosses nasales par un minuscule conduit, la trompe d'eustache, assurant l'équilibre de pression. Lorsque la trompe d'eustache est obstruée, en cas de rhume par exemple, l'équilibre ne se fait plus. Que se passe t-il? A la descente, la pression augmente du côté extérieur du tympan, mais pas du côté intérieur. Le tympan se déforme alors vers l'intérieur, éventuellement jusqu'à rupture. Insister peut conduire à un barotraumatisme de l'oreille : accident de plongée le plus fréquent.
Que faire? Equilibrer régulièrement vos oreilles pendant la descente, dès que vous avez la tête sous l'eau en faisant le Vasalva, BTV, déglutition... Ne jamais forcer, remonter lentement jusqu'à ce que la gène disparaisse et réessayer. Ne pas plonger enrhumé Ne pas suivre des plongeurs trop rapides à la descente... Avertir suffisamment tôt votre moniteur Cause : Les sinus Les sinus sont des cavités creusées dans les os de la face et du crâne, qui communiquent avec les fosses nasales par des canaux très étroits, assurant l'équilibre de pression. Lorsque ces canaux sont bouchés, lorsque l'on est enrhumé (rhinite) ou dans le cas d'une déviation de la cloison nasale, l'équilibre ne se fait plus. Si cela arrive lors de la descente, la pression augmentent, le volume d'air dans les sinus diminue et les muqueuses sont attirées vers l'intérieur. Au contraire, à la remontée, la pression décroît, le volume d'air dans les sinus augmente et les muqueuses sont écrasées.c'est le barotraumatisme des sinus. Que se passe-t-il? On ressent d'abord une gène, jusqu'à une très forte douleur au front ou aux maxillaires, selon les sinus touchés. Que faire? Ne pas insister Ne pas utiliser de décongestionnant en cas de rhume qui ne sont que de courtes durées.
Le placage de masque Cause : La pression augmentent à la descente, le volume d'air dans le masque diminue. La jupe du masque se déforme et le masque se rapproche du visage. La pression provoque un phénomène de ventouse de masque vers les globes oculaires. C'est le placage de masque. Que se passe-t-il? On ressent une gène, puis une douleur, une sensation d'aspiration ; peuvent venir des saignements de nez, les yeux deviennent rouge, puis "au beurre noir". Que faire? Expirer par le nez plusieurs fois au cours de la descente. Cause : Les dents L'air peut s'infiltrer tout doucement à l'intérieur de la cavité d'une dent (mauvais plombage, carie) pendant la plongée. En remontant, l'air se dilate, mais n'a pas le temps de s'échapper. C'est le barotraumatisme de la dent. Que se passe-t-il? On ressent une gêne jusqu'à une très forte douleur. Que faire? - Faire une visite régulièrement chez le dentiste.
Surpression pulmonaire La surpression pulmonaire est l'accident le plus grave et le plus dangereux en plongée. Les causes : A 20 m, nous respirons de l'air à 3 b. Soit pour le même volume (celui de nos poumons) nous consommons 3 x plus d'air. Si je décide de remonter, je diminue la pression, le volume d'air va donc augmenter... Si je bloque ma respiration l'air va se dilater et ne pourra pas s'échapper. Mes poumons ne sont pas extensibles... on risque alors une surpression pulmonaire. C'est pourquoi : on ne bloque jamais sa respiration. Comme nous l'avons vu précédemment, la zone où la variation de pression est la plus importante est la zone 0-10 m puisque la pression double sur une faible distance ( 1b à 0m, 2b à 10 m)-voir schéma. Cette zone est particulièrement sensible à ce phénomène, c'est pourquoi il vous faut être vigilant. Ne jamais bloquer sa respiration! Ne pas remonter trop vite de manière à avoir le temps de bien expirer pendant la remontée. Notre consommation : A 10 m, nous respirons de l'air à 2b, donc 2 fois plus qu'en surface, à 20 m nous respirons de l'air à 3b donc trois fois plus...donc plus nous sommes profond plus nous consommons rapidement l'air de notre bouteille.
Mise en application : Ex : J'ai deux bouteilles de 12 l gonflée à 200 b. Ma consommation moyenne de 20 l/mn. Sur une plongée avec la 1ère bouteille, je suis resté(e) 30 mn à 20 m. Sur la deuxième avec la deuxième bouteille, je suis resté(e) 40 mn à 15 m. Combien d'air ( en l et en b) me reste t-il dans ma bouteille à la fin de ces 2 plongées? Calculer l'air détendu = air à 1b de votre bloc : P x V = P1 x V1 12 x 200 = P1 x 1b 12 x 200b = 2400 l je dispose dons de 2400 l dans chacune de mes bouteilles 1 b 1) Combien d' air ai-je consommé à ma première plongée? PAbs = 3 b, dons je consomme 3 x plus d'air qu'en surface. Ma Consommation = (3 x 20 l) x 20 = 1200 l J'ai utilisé 1200 l pour cette 1ère plongée, il reste dans la première bouteille : B1 = 2400 1200 = 1200 l soit 100 b. P X V = P1 X V1 1200 = P1 x 12 l P1 = 1200 = 100 b Il nous restera 100 b dans la bouteille N 1 en fin de plongée 12 2 ) Combien ai-je utilisé d'air pour la 2ème plongée? V B2 = 12 l P V2 = 200 b (début de plongée) Conso perso = 20 l/ mn Tps plongée = 30 mn Prof = 15 m Pabs = 2,5 b Durant la plongée, j'ai consommé = (20 x 2,5b) X 30mn = 1500 l Il me reste donc : 2400 l 1500 = 900 l soit P 2 = 900/12 = 75 b en fin de 2ème plongée. A VOUS! EX 1 : Bouteille : 12 l gonflée à 200 b Consommation : 18 l/ mn Plongée : 10 à 20 m, puis 30 à 12 m. Combien me restera t-il d'air à la fin de la plongée en l et en b? EX 2 : Bouteille : 15 l à 200 b Consommation : 18 l/mn Plongée : 18 m Combien de temps je pourrais rester à cette profondeur sachant que je veux remonter avec 50 b dans ma bouteille?
LA FLOTTABILITE EN PLONGEE Avez vous remarqué lors de vos premières plongées que la bouteille d'air est beaucoup plus lourde sur terre que dans l'eau... En effet, sur terre nous sommes soumis à la pesanteur qui est une force qui nous permet de garder les pieds sur terre, dans l'eau une nouvelle force entre en jeu : la poussée d'archimède. Définitions : Poids réel = poids du plongeur sur terre P.Réel Poids Apparent = poids du plongeur dans l'eau P.App Poussée d' Archimède = Poussée de l'eau dirigée de bas en haut PA Nous allons mieux comprendre sur ce schéma = Flottabilité positive Flottabilité nulle Flottabilité négative PA > P.réel PA = P.réel PA < P.réel Poids Apparent (P.app) = Poids réel (P.réel) poussée d' Archimède (PA) Flottabilité nulle = le plongeur est stabilisé P.app = 0 Flottabilité positive = le plongeur remonte P.app < 0 Flottabilité négative = le plongeur coule P.app > 0
POUR INFO : Théorème d' Archimède : Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une force dirigée du bas vers le haut égal au poids du volume de fluide déplacé... En résumé, ce qui fait qu'un objet coule ou flotte, c'est son rapport poids/volume. La flottabilité et le plongeur : Votre moniteur vous a parlé du Poumon-ballast...J'espère! En effet notre ventilation va faire varier le volume d'air contenu dans nos poumons. Si j'inspire, mon volume d'air augmente donc je remonte - si j'expire, mon volume d'air diminue donc je coule. Qu'est ce que la stabilisation? Notre gilet : Un état d'équilibre : grâce à mon poumon-ballast ou l'air de mon gilet, j'évolue à une profondeur constante sans effort. La difficulté est de savoir doser l'air que je mets dans mon gilet pour ne pas remonter trop vite, ni être trop lourd. Vous apprendrez cette technique avec votre moniteur et surtout les repères nécessaires en milieu aquatique. Attention : A la remontée, si je mets 5 litres d'air dans mon gilet à 20 m, que se passera t il si je remonte à 10 m? L'air va se dilater puisque la pression passera de 3 à 2 bars. Au fur et à mesure de la remontée, il faudra purger régulièrement votre gilet pour ôter le surplus d'air sans quoi vous remonterez trop vite. Le lestage et notre équipement : Le lest ne sert pas à couler!! Il compense la flottabilité +++ de la combinaison. On adaptera notre lest à la situation. Ex : bouteille acier (16kg) + combinaisons 7mm 2 couches bouteilles aluminium (10kg) + combinaison 5mm
Demander à votre moniteur de vérifier votre lest : En fin de plongée,il faut que vous soyez correctement équilibrés à 3 m, gilet vide, 50b dans votre bloc et une ventilation normale. Le bon lestage est une garantie de sécurité et de confort. De sécurité parce qu'il est l'assurance que vous puissiez rejoindre facilement la surface. De confort, parce qu'il évite d'avoir mal au dos, une mauvaise position dans l'eau et vous permet de garder une consommation normale. «Sur lestage» = Danger Le froid Cause : L'Homme doit garder sa température constante (~ 37 C). Or, dans l'eau l'équilibre thermique se fait à plus haute température que dans l'air. De plus, on réchauffe l'eau qui circule dans la combinaison et l'on doit aussi réchauffer l'air que l'on respire. La conséquence est une perte d'énergie,la fatigue et le stress. Que se passe-t-il? Cela se traduit par divers phénomènes, par ordre chronologique : 1. Augmentation du rythme respiratoire (pouvant entraîner un essoufflement) ; 2. Petit frissons : "chair de poule" ; 3. Refroidissement important des extrémités (mains, pieds,...) ; 4. Envie d'uriner ; 5. Grands frissons, tremblements ; 6. Isolement du plongeur. Que faire si cela arrive? Le froid en plongée n'est pas anodin. Il FAUT IMMÉDIATEMENT PRÉVENIR le chef de palanquée, qui vous surveillera de près et avisera s'il faut cesser la plongée. N'ayez pas peur d'avertir! Comment prévenir? Eviter de plonger en étant fatigué (après un long voyage, une soirée arrosée...) ; Avoir une bonne alimentation ; Avoir une combinaison adaptée (pour éviter la circulation d'eau).
L'essoufflement Cause : L'essoufflement en plongée est causé par la présence d'une quantité trop importante de gaz carbonique (CO2) dans l'organisme. Plusieurs raisons peuvent être invoquées : respiration sur matériel l'augmentation de la pression et de la densité de l'air inspiré avec la profondeur ; des efforts trop importants un robinet mal ouvert ; le froid Que se passe-t-il? La respiration devient superficielle. La fréquence de la respiration augmente, au détriment de l'amplitude. On finit par avoir la sensation de suffoquer. Attention, un essoufflement peut entraîner d'autres problèmes, voir finir en noyade.
La courbe de sécurité : L'air que nous respirons est composé d'environ 21% d'oxygène, de 78% d'azote et de différents gaz à l'état de trace. L'oxygène (O2) est utilisé par notre organisme, c'est un combustible. En revanche, l'azote (N2) ne l'est pas. Avec la pression qui augmente, l'azote va infiltrer nos tissus. Plus on va profond et plus on reste longtemps plus on emmagasine de l'azote. Il faudra donc avoir le temps pendant la remontée d'évacuer celui-ci de manière à ce qu'il ne devienne pas dangereux pour nous. Sinon nous risquons un accident de décompression dit l'add. Afin prévenir l'add, il faut respecter une vitesse maximale de remontée et faire si nécessaire des arrêts impératifs à certaines profondeurs, appelés paliers. Des tables de plongées définissent la vitesse maximale de remontée et la profondeur et durée des paliers.
En lisant ces tables, on voit qu'il existe pour chaque profondeur, une durée à partir de laquelle il faut faire des paliers. Donc, pour une profondeur donnée, si la plongée est inférieure à cette durée, il n'est pas nécessaire de faire des paliers. L'ensemble de ces durées, pour toutes les profondeurs, définit la courbe de sécurité. Ce qu'il faut savoir : La vitesse maximale de remontée est de 15 mètres/minute : dans l'eau, c'est à peu près la vitesse des plus petites bulles (devant la vitre de votre masque) que l'on expire. Un palier est un arrêt impératif, à une profondeur donnée et pour une durée déterminée par les tables de plongée. La courbe de sécurité définit, à des profondeurs données, le temps maximum de plongée pour lequel il n'est pas obligatoire de faire un palier. Ex : je peux rester 40 min à 20 m sans faire de palier.