Eric Leroy Saison 2012-20131 Niveau 4 : La Physique appliquée à la plongée Sommaire : Physique élémentaire (rappels) Poussée d’Archimède Compressibilité

Eric Leroy Saison 2012-2013Eric Leroy Saison 2012-2013 11

Niveau 4 : La Physique appliquée à la plongéeNiveau 4 : La Physique appliquée à la plongée

Sommaire :

Physique élémentaire (rappels)Poussée d’Archimède

Compressibilité des gaz : loi de Mariotte

Dissolution des gaz : loi de Dalton

Pression partielle des gaz : loi de Henri

La vision en plongée

Le son en plongée


Physique élémentaire (rappels)

En plongée nous subissons des changements de pression et ce phénomène physique va avoir une incidence sur notre organisme.



La Masse désigne la quantité de matière. Elle s’exprime en Kg.1 Kg est la masse d’1 dm3 d’eau (pure à 4°C).On utilise souvent le terme de poids injustement.

La Masse volumique caractérise la masse d’un produit par rapport à son volume. Elle s’exprime en Kg/dm3La masse volumique du plomb dans 1 dm3 est de 11,3 Kg / dm3La masse volumique de l’eau douce est de 1Kg / dm3La masse volumique d’eau de mer est de 1,023 Kg /dm 3*L’air à une masse volumique de 1,29 g / dm3*cette valeur est donnée à titre indicatif et varie en fonction des océans.



• Exercice : Exercice : Calculer la masse de l’air contenu dans Calculer la masse de l’air contenu dans

un bloc de 15 litre gonflé à 200 bar.un bloc de 15 litre gonflé à 200 bar.

15 X 200 x 1,29 = 3870 g soit presque 4 15 X 200 x 1,29 = 3870 g soit presque 4 Kg.Kg.

Quel sera la masse en réserve (50bar) ?Quel sera la masse en réserve (50bar) ?15x 50 x 1,29 = 967 g soit presque 3 Kg 15x 50 x 1,29 = 967 g soit presque 3 Kg

de moins. Attention donc au lestage !de moins. Attention donc au lestage !



La Pression est égale à la Force exercée sur une Surface

P = F / SEn plongée : P exprimée en bar, avec F exprimée en Newton (N) et S exprimée en cm2.



En plongée on utilisera le bar pour la pression. Les autres mesures utilisées pour la pression :

1 mmHg = 1 mm de hauteur de mercure

1 Hectopascal = 1 newton / m2 (unité de mesure du système internationale)




La Pression atmosphérique (Pa) est la pression exercée par le poids de l’air (l’atmosphère). Cette pression est dépendante de la hauteur d’air et donc de l’altitude. Plus on monte et plus elle diminue.

Pression atmosphérique au niveau de la mer =1 bar=760 mmHg=1013 Hectopascal


La Pression Hydrostatique (Ph) est la pression exercée par le poids de l’eau. Cette pression est dépendante de la hauteur d’eau et donc de la profondeur. On considère qu’une hauteur d’eau de 10 m crée un pression de 1 bar.Cette pression hydrostatique augmente donc de 1 bar tous les 10 m.



La Pression Absolue (PA) est la pression exercée par la pression atmosphérique + la pression hydrostatique.

C’est la pression exercée sur votre corps lors de la plongée.




Poussé d’Archimède

Enoncé : tout corps plongé dans un liquide reçoit une poussé verticale, dirigée du bas vers le haut, et égale au poids du volume de liquide déplacé.

Incidence sur le plongeur->sa flottabilité.



Certains objets flottent alors que d’autre coulent.Cela est due à la masse volumique.

Si la masse volumique est inférieure à 1, l’objet flotte. Si celle-ci est supérieure, il coule.



La densité est également un facteur important :C’est la rapport entre sa masse et celle d’un autre corps pris comme référence, occupant le même volume.

Exemple :



Poids apparent:

Poids apparent = poids réel – poussée d’ArchimèdePoids réel = masse volumique X densité.

En immersion, si notre poids apparent est -positif : on coule !-Négatif : on flotte !-Nul : on est équilibré !




Quelle incidence sur notre lestage ??

Poids apparent = volume x (densité corps immergé – densité eau)Exemple : un apnéiste en combi, de 85 litres : 85 x (0.9 – 1) = -8.5 Kg (poids apparent en eau douce : il mettra 8,5 kg pour être équilibré)

Le même apnéiste en mer : 85 x (0.9 – 1,023) = -10,45 Kg

Donc = il faudra se lester de 2 kg de plus en eau salée qu’en eau douce.

Quel serait le lestage en mer morte ?? (densité = 1,6)85 x (0.9-1.6) = 59,5 kg !!!!!


Loi de Mariotte.

Enoncé : à température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à sa pression.

Les liquides et les solides ne sont pas compressibles. Les gaz le sont.

Pour simplifier on utilise souvent :Pression X Volume = Constante.Mais dans le cas d’un gaz, la Température est un facteur important.


Loi de Mariotte.

Mais dans le cas d’un gaz, la Température est un facteur important.On considère donc :

P X V / T = ConstanteAvec T la température exprimée en degrés Kelvin.(0°C = 273°K)

Ou bien :

P1 x V1 / T1 = P2 x V2 / T2


Loi de Mariotte.

Exercice :Vous disposez de 2 bouteilles tampons de 50 litres à 300 bars, d’un compresseur de 50m3/h et d’une rampe de gonflage pouvant accueillir 4 bouteilles en même temps. Vous devez gonfler les bouteilles suivantes :

Type de bloc

Pression résiduelle

N°1 N°2 N°3 N°4

12 L (230 b) 30 b 40 b 60 b 70 b

15 L (230 b) 60 b 70 b 80 b 90 b


Loi de Mariotte.

Exercice :Vous devez gonfler à 300 bar les bouteilles tampon. Combien de temps cela va prendre ?

2 X 50 X 300 = 30 000 litres soit 30 m3Avec un débit de 50 m3/h :30/50 x 60 = 36 minutes.

Vous devez ensuite gonfler les 8 blocs à 230 bar. Comment procédez vous ?


Loi de Mariotte.

Méthode :

1/ Mise en communication des bouteilles entre-elles jusqu’à l’équi-pression.

2/Gonflage à l’aide des bouteilles tampons, en utilisant d’abord la bouteille la moins remplie.


Loi de Mariotte.

1/ Mise en équipression des 4 blocs 12L:(12x30)+(12x40)+(12x60)+(12x70) = 50 b

12+12+12+12Gonflage à l’aide du premier tampon à 300 b:(48x 50)+(50x300) = 177,55 b

48+50Gonflage à l’aide du second tampon à 300 b(48x 177,55)+(50x300) = 240,02 b

48+50La pression est suffisante pour gonfler à 230b


Loi de Mariotte.

Air nécessaire pour gonfler les bouteilles de 12 litres à 230 b ?48 x (230 - 177,55) = 2517,6 litres

Pression résiduelle dans le second tampon ?

(50x300) - 2517,6 = 249,64 b50

Donc tampon 1 = 177,55 btampon 2 = 249,64 b


Après le 1er gonflagetampon 1 = 177,55 btampon 2 = 249,64 b

Gonflage des blocs 15 L:Mise en équi-pression.

(15x60)+(15x70)+(15x80)+(15x90)=75 bar

15+15+15+15

Loi de Mariotte.


Gonflage avec le premier tampon (177,55b)

(60x75)+(50x177,55) = 121,61 b60+50

Gonflage avec le deuxième tampon (249,64b)

(60x121,61)+(50x249,64) =179,80 b60+50

Loi de Mariotte.


Il manque :

(230-179,80)x60 = 3012 litres pour atteindre les 230 b demandés.

Temps nécessaire avec le compresseur ?3012 x 60 = 3,6 min50 000

Loi de Mariotte.


Lors du gonflage les bouteilles sont à 55°C (328°K) pour 230 b.Quelle sera la pression lorsque la température sera 20°C (293°K)?Attention cette formule ne marche qu’en utilisant l’unité de température en Kelvin

230 = ? -> ? = 230 x 293 = 205,45 b328 293 328

Loi de Mariotte.


Loi de Dalton.

Enoncé : à température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu’auraient chacun des gaz s’il occupait seul tout le volume.

On parle de pression partielle d’un gaz (Pp).

A la pression atmosphérique on considère que l’air contient 80% d’azote et 20% d’oxygène.La Pp d’azote est donc de 0,8 barA une profondeur de 20 M, la Pp d’azote sera: 3 X 0,8 = 2,4 bar.


Loi de Dalton.

Formule :

Pp gaz = PA x % gaz / 100(PA = Pression Absolue)

Exemple : à quelle profondeur Pp O2 = 1,4 bar ?

On cherche PA.

PA = Pp O2 / % gaz X 100PA = 1,4 / 20 x 100PA = 7 bar soit 60 m


Loi de Dalton.

Application à la plongée : calcul pour la toxicité des gaz et aussi pour les tables de plongée (dissolution de l’azote).


Loi de Henri.

Enoncé : à température donnée, la quantité de gaz dissoute à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle des gaz au dessus de ce liquide.

En plongée, l’azote qui n’est pas consommé, (comme l’est l’oxygène), se dissout dans notre corps.


Loi de Henri.On utilise les termes suivants:

Saturation = état d’équilibre.Exemple : en surface avant plongée.

Sous-saturation = le gaz se dissout dans le liquide qui l’absorbe.Exemple : notre corps absorbe l’azote lors de la plongée.

Sur-saturation = le liquide restitue le gaz.Exemple : notre corps rejette l’azote lors de la remontée.


Loi de Henri.

On utilisera le terme de Tension pour parler d’un gaz dissout dans un liquide et de pression partielle lorsqu’il est à l’état gazeux.

Ce terme sera utilisé dans la partie relative aux tables de plongée.



En plongée, notre vision est modifiée :

-On voit plus gros-les choses paraissent plus proches-le champ de vision est rétréci-Les couleurs sont modifiées


L’eau modifie la lumière sous 4 critères :



Vision sans masque :La pression de l’eauVient déformer la cornée. On devient Hypermétrope.(L’image est formée derrière la rétine)



Vision avec masque :L’air contenu dans le masque évite la déformation de la cornée. L’image arrivant sur la vitre du masque subit l’effet de la Réfraction.

Effet : grossissement




Diminution de l’angle de champ du système optique.

Le point A est vu en A’.

Effet : rapprochement



L’eau absorbe les couleurs en fonctionde la profondeur.

Un phare permet de restituer les couleurs.


Le son en plongée

La vitesse du son dans l’eau est de 1500 m/secAlors que pour l’air seulement 330 m/secLe son se propage donc 4,5 X plus vite dans l’eau.


Le son en plongée

Comment détecter la direction d’un son ?Vous verrez en physiologie la description de l’oreille. Retenez que la distance séparant nos deux oreilles est d’environ 15 cm.Le son dans l’air arrive à 330 m/sec. Notre organisme est créé pour arriver à réagir assez vite pour qu’une oreille interprète un son avant l’autre et donc donne sa direction.


Le son en plongée

Mais avec un son à 1500 m /sec, notre cerveau n’a pas le temps d’interpréter laquelle des oreilles a perçu le son la première. (on peut pas implanter un processeur plus rapide, désolé !!)

Effet : impossibilité de situer la provenance du son.Seule l’intensité du son peut nous indiquer si la source est proche ou non, mais en aucun cas sa direction.

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