PHYSIQUE appliquée à la plongée pour Niveau 4

GUIDE DE PALANQUEE – NIVEAU 4

Version 2017 1

Aspects théoriques

de l’activité

Dominique ROMAND IR 07/81

Plan du cours

- Le système MKSA, les principales notions et unités utilisées.

- La flottabilité et problèmes de relevage en association avec la

loi de Mariotte.

- La compressibilité des gaz (tampon, relevage, loi de Charles)

- Pression partielle (les lois de Dalton, nitrox, toxicité des gaz)

- La dissolution de l’azote dans le corps (loi de Henry, modèle

Haldanien…)

- L’optique et l’acoustique

2

GUIDE DE PALANQUEE – NIVEAU 4

A voir:

Système d’unités de mesure créé en 1960 par le

Système international (SI) MKSA avec :

Sept unités de base :

- le mètre, (m)

- le kilogramme, (kg)

- la seconde, (s)

- l'ampère, (A)

- le kelvin, (K)

- la mole, (mol)

- la candela (cd)

3

GP N4 – Le système MKSA

1 - La masse: (exprimée en Kg)

On peut se représenter la masse d'un objet comme

une mesure de la « quantité de matière » qui le

constitue.

4

GP N4 – Principales notions et unités utilisées

La masse = Densité x Volume

2 - La force: (exprimée en Newton N)

Une force désigne, en physique, l'interaction entre deux

objets ou systèmes.

La force est égale au produit de la masse (Kg) multiplié

par l’accélération . Le vecteur force est caractérisé par 4 éléments :

1 - la direction : orientation de la force

2 - le sens : vers où la force agit

3 - l'intensité : grandeur de la force, elle est mesurée en

"Newton" (N)

4 - le point d'application : endroit où la force s'exerce

5


3 - Accélération de la pesanteur:

Elle dépend de l’altitude et de la latitude.

Elle est représentée par g, elle est aussi exprimée en

m/s² ou en N/Kg et elle a pour valeur 9,81 N/Kg dans

nos régions.

6


4 - Le poids: (exprimé en Newton ou Kgf)

Un objet de masse m dans un lieu où l'accélération

de la pesanteur vaut g, apparaît soumis à une force

verticale, appelée poids de l'objet :

P = m x g

5 - La pression est une notion physique

fondamentale. On peut la voir comme une force

rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.

force (en N)

Pression = ------------------

surface (en m²)

NOTA : si la force est exprimée en Kgf et la surface

en cm² l’unité de pression est le bar.

7


Unité (SI) est le Pascal (Pa) : 1 Pa = 1N/m2 un newton par mètre carré. 1 bar = 105 Pa

https://fr.wikipedia.org/wiki/Pascal_(unit%C3%A9)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Newton_(unit%C3%A9)

6 - La masse volumique :

C’est le rapport entre masse d’un corps et son volume

masse (en Kg) masse (en g)

= -------------------- ou ----------------------

volume (en m3) volume (en litre)

masse volumique de l’air = 1,225 Kg/m3 ou 1,225 g/litre

masse volumique de l’eau douce = 1000 Kg/m3 ou 1 Kg/litre

masse volumique de l’eau de mer = 1030 Kg/m3 ou 1,03 Kg/litre

8


9

7- La densité d'un corps est le rapport entre sa

masse volumique et la masse volumique d'un corps

de référence.

Le corps de référence est l'eau (pour les liquides et

les solides) et l'air pour les gaz.

La densité est une grandeur sans dimension et sa

valeur s'exprime donc sans unité de mesure.


MERCURE

Tube de 1 cm2 de section

PRESSION

76 cm

Le poids c'est une FORCE FORCE = masse x accélération FORCE = 1,0336 Kg x 9,81 m/s/s FORCE = 10,13 Newtons soit 1,013 daN qui s'applique sur 1cm2 Donc la PRESSION est de : PRESSION = F / S PRESSION = 1,013 daN/1 cm2 PRESSION = 1,013 bar Soit 1013 mbar qui est la pression normale au niveau de la mer.

Et si, au lieu du mercure, nous avions eu de l'eau douce ? 1,0336 Kg d'eau douce, ça fait une hauteur de 10,336 m pour une section de 1cm2.

10

GP N4 – La pression atm. TORRICELLI (1644)

Volume 76 cm3 ou 0,076 dm3

Masse = 0,076 x 13,6 densité du mercure

Masse = 1,0336 Kg

Si on reproduit cette expérience à une altitude différente

du niveau de la mer.

On constate que la hauteur de la colonne de mercure diminue

en fonction de l’altitude.

Plus l’altitude augmente plus la hauteur diminue. C’est donc que la pression

atmosphérique diminue en fonction de l’altitude.

Ce qui paraît logique compte tenu de la diminution de l’épaisseur de la couche d’air.

On constate que la pression diminue de 0,1 bar tous les 1000 mètres

d’altitude.

Hauteur de mercure du lieu considéré / 760

==> Pression atmosphérique du lieu en bar

11

GP N4 – pression atmo. en altitude

Elle correspond au poids d’une colonne d’eau d’une section de

1 cm² multipliée par la hauteur d’eau, selon la masse volumique

de cette eau.

F

10 m D'EAU DOUCE sur 1cm2 ça fait quelle pression ? MASSE = volume x densité MASSE = 1 L x 1 MASSE = 1 Kg Le poids c'est une FORCE FORCE = MASSE x accélération FORCE = 1 Kg x 9,81 m/s/s FORCE = 9,81 Newtons ou 0,981 daN PRESSION=0,981daN/1cm2 = 0,981 bar Par rapport à 1 bar Il y a une différence de 0,019 en moins

10 m D'EAU de MER sur 1cm2 ça fait quelle pression ?

MASSE = volume x densité MASSE = 1 L x 1.030 MASSE = 1.030 Kg

Le poids c'est une FORCE FORCE = MASSE x accélération FORCE = 1.030 Kg x 9,81 m/s/s FORCE = 10.104 Newtons ou 1.010 daN

PRESSION=1.010daN/1cm2 = 1.010 bar

Par rapport à 1 bar Il y a une différence de 0,010 en plus

10 m

Et oui, contrairement à ce que l'on entend habituellement, c'est donc dans

L'EAU DE MER que l'on est le plus près d’un bar tous les 10 m.

12

GP N4 – Pression hydrostatique

13

Pression absolue est égale à:

Pression hydrostatique (Pression relative) + Pression atmosphérique

En mer la pression absolue sera pour une profondeur de:

GP N4 – Pression absolue

10 m 1 bar (hydrostatique) + 1 bar (atmosphérique) = 2 bars

28,50 m

En lac de montagne à 608mmHg la pression absolue sera

pour les mêmes profondeurs:

2,85 bars (hydrostatique) + 1 bar (atmosphérique) = 3,85 bars

10 m 1 bar (hydrostatique) + 0,8 bar (atmosphérique) = 1,8 bars

28,50 m 2,85 bars (hydrostatique) + 0,8 bar (atmosphérique) = 3,65 bars

Pression en Bar ? : Avec 608/760 = 0.8bar

14

Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une poussée verticale de

bas en haut égale au poids du fluide dont il a pris la place et appliquée au centre de

gravité du dit fluide.

Les pesées d’Archimède

Étape Initiale - une balance équilibrée.

GP N4 – La flottabilité – Archimède

Étape 1 - L’objet est tenu par un fil sous un plateau de la balance.

15


Étape 2 – En chargeant l’autre plateau pour obtenir l’équilibre il

en détermine le poids.

16


Étape 3 – il monte une casserole

contenant de l’eau jusqu’à ce que

l’objet soit complètement immergé.

Le plateau côté objet monte.

On sait maintenant que l’objet s’est allégé du poids de l’eau dont il a

pris la place.

17


Étape 4 – il suffit alors, gardant toujours l’objet immergé, de

charger le plateau coté objet pour, à l’équilibre, obtenir ce poids

d’eau.

Il ne reste qu’à transformer ce poids en volume d’eau.

18


19

• Formule :

P App. = P Réel – P Archimède

P App. = P Réel – ( V x d )

avec V = volume et d = densité

• Si le P App est > 0 coule

Si le P App est = 0 équilibre

Si le P App est < 0 flotte


20

Applications en plongée :


Le lestage du plongeur

Les calculs pour remonter un objet

L’application du poumon ballast

L’utilisation de la stab

Les techniques d’immersions

Le mannequin

Technique de la nage capelée

21

Un plongeur tout équipé pèse 100 kg et déplace un volume de 105 l.

1) Combien de plombs doit il mettre pour être équilibré à 3 m :

En eau de mer : densité 1,03

En eau douce : densité 1,0

2) Combien de plombs doit-il enlever ou remettre entre l’eau de mer et l’eau douce?

1) Combien de plombs doit il enlever entre l’eau de mer et l’eau douce ? :

Poussée d’Archimède en eau douce : 105 X 1 = 105 kg (0,5 point)

Poussée d’Archimède en eau de mer : 105 X 1,03 = 108,15 kg (0,5 point)

En eau douce, il devra mettre 105 – 100 = 5 kg (1 point)

En eau de mer, il devra mettre 108,15 – 100 = 8,15 kg. (1 point)

2) Il doit enlever entre l’eau de mer et l’eau douce :

3,15 kg (1 point même si les calculs ne sont pas corrects et si le candidat sait qu’il faut enlever

environ 3 kg entre l’eau de mer et l’eau douce).

GP N4 – La flottabilité en applications

Réponses:

22

Formule :

P x V = P’ x V’ = constante

si température (T°) augmente alors la

pression ou le volume augmente et

inversement si la température baisse.

La température est exprimée en

°Kelvin ou °K, donc :

* °C = °K - 273

* °K = °C + 273

P = 1 et V = 1 avec PxV = 1

P = 2 et V = 0.5 avec PxV = 1

P = 3 et V = 0.33 avec PxV = 1

P = 4 et V = 0.25 avec PxV = 1

GP N4 – La compressibilité des gaz

La loi de Mariotte en application pratique

23

1 litres à 3 m

1 litres à 42 m

P1 x V1 = P2 x V2 1,3 b x 1 L = 1 b x 1,3 L

P1 x V1 = P2 x V2 5,2 b x 1 L = 4 b x 1,3 L

Si je veux respecter la vitesse d'accroissement des volumes, il faut que je mette 48s pour franchir 3 mètres.

12 m

15 m/mn

Entre 42 et 30 m on remonte à 15 m/mn

Si on remonte à 15 m/mn il faudra :

= 48s pour parcourir 12 m

Vous comprenez pourquoi, entre autre, plus on approche de la surface, plus on diminue la vitesse de remontée.

Actuellement 6 m/mn entre les paliers.

60s x 3 m

Vitesse

Soit : = 48 s d'où une vitesse de 3,75 m/mn

1,3 litres à 0 m 1,3 litres à 30 m

A quelle profondeur a-t-on 1,3L ?

X 60s

24

• QUESTION sur 6 points

Vous découvrez au cours d’une plongée à 40 mètres une ancre d’un poids réel de 60 kg et d’un volume

de 10 litres que vous voulez remonter.

Pour cela, vous introduisez 40 litres d’air dans un parachute de 60 litres (on négligera le poids et la

poussée d’Archimède du parachute).

1) Que va-t-il se passer ? Pourquoi ? (2 points)

2) A partir de quelle profondeur pourrez-vous lâcher l’ensemble (parachute et ancre) ? (2 points)

3) Quel sera le volume d’air dans le parachute arrivé en surface ? (2 points)

1) Poids apparent de l’ensemble (ancre parachute), après introduction des 40 litres d’air :

P App = P réel − P archi = 60 − (10 + 40) = 10 kg > 0 donc flottabilité négative, l’ancre reste au

fond.

2) Le poids apparent sera nul, lorsque le volume du parachute aura atteint 60 − 10 = 50 litres

P1xV1 = P2xV2 soit 5 x 40 = P2 x 50 => P2 = 4 bars

L’équilibre sera donc atteint à 30 mètres. On pourra lâcher l’ensemble dès que l’on sera

remonté de quelques centimètres.

3) Volume de l’air en surface : 5 x 40 = 1 x V soit V = 200 litres ! ! !

Le volume d’air dans le parachute arrivé en surface sera de 60 litres, celui-ci ne pouvant pas

contenir plus de 60 litres. Le surplus d’air s’échappera au cours de la remontée.

GP N4 – Relevage – flottabilité+Mariotte

Réponses:

Problèmes de bouteilles tampons… A l’aide d’une seule rampe de bouteilles tampons (100 litres, 250 bars), on souhaite gonfler, à la

pression la plus élevée possible, 1 bloc de 12 litres dont la pression initiale est de 50 bars, 1 bloc

de 15 litres dont la pression initiale est de 80 bars et 1 bloc de 18 litres dont la pression initiale est

de 60 bars.

Etat 2 Tampons

100 L

? bars Bloc A

12 L

? bars

Bloc B

15 L

? bars

Bloc C

18 L

? bars

Etat 1 Tampons

100 L

250 bars Bloc A

12 L

50 bars

Bloc B

15 L

80 bars

Bloc C

18 L

60 bars

La quantité de gaz est la même que dans l’état ①

A la pression à laquelle se trouve cette quantité de gaz, on

sait que son volume est égal à 145 L (=12+15+18+100)

A quelle pression se trouve ce volume ?

Détendu à 1 bar, de combien de litres d’air dispose t’on ?

Lxxxx

V 278801

250100

1

6018

1

8015

1

50121

barsP 3,192100181512

278802

P1.V1 = P2.V2

GP N4 – La Compressibilité des gaz

25

26

QUESTION sur 6 points

Vous disposez d’une rampe de 3 tampons de 50 litres chacun, gonflés à 250 bars (*) et vous désirez

remplir (en même temps) 3 blocs de 12 litres dans lesquels il reste 50 bars (*)

(PS = 230 bars).

1) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons simultanément ? (2 points)

2) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons successivement ?

(On néglige le volume des tuyauteries). (3 points)

3) Conclusion (1 point)

(*) Pressions lues manomètre

1) Utilisation des trois tampons simultanément.

2 façons de faire le calcul en absolu ou en relatif

(3 x 50 x 251 + 3 x 12 x 51) / (3 x 50 + 3 x 12) = 212,3 bars donc 211,3 bars au mano. (2 points)

Ou (3 x 50 x 250 + 3 x 12 x 50) / (3 x 50 + 3 x 12) = 211,3 bars

2) Utilisation des trois tampons successivement.

Premier tampon : (50 x 251 + 3 x 12 x 51) / (50 + 3 x 12) = 167,3 bars (1 point)

Deuxième tampon : (50 x 251 + 3 x 12 x 167,3) / (50 + 3 x 12) = 216 bars (1 point)

Troisième tampon : (50 x 251 + 3 x 12 x 216) / (50 + 3 x 12) = 235,8 bars (1 point)

Donc les trois blocs pourront être gonflés à 234,8 bars (mano). La PS étant de 230 b, on s’arrêtera à

cette pression.

3) Conclusion : Il vaut mieux utiliser la seconde méthode, qui permet d’atteindre des pressions plus

élevées dans les blocs de 12 L. (1 point)

GP N4 – La Compressibilité des gaz

Réponses:

Remarque : on accepte les 2 raisonnements possibles : en pression relative ou absolue dès lors que le candidat le précise.

27

Si la température change, il faut appliquer pour les relations entre les volumes

et les pressions une autre loi :

La loi de Charles est une des lois de la thermodynamique.

Elle relie la pression et la température d'un gaz réel tenu dans un

volume constant, V

La loi de Charles évoque que «À volume constant, la pression d'une quantité fixe

de gaz est directement proportionnelle à sa température absolue» (la

température évoquée ici est en K)

P 1 P2

--------- = --------- = constante

T 1 T2

Avec T1 et T2 exprimés en °K. Rappel:

0° C = 273 ° K

GP N4 – Loi de Charles - Température

28


Un bloc dont la pression est de 180 bars (P. absolue) à 15 °C est stocké dans une

ambiance à 50 °C.

1) Quelle sera sa pression absolue quand il atteindra cette température? (2 points)

2) Lors de son utilisation à la mise à l’eau, sa pression est de 174 bars. Quelle est la

température sur le bateau ? (2 points)

1) Quelle sera sa pression absolue quand il atteindra cette température? (2 points)

P1xV1/ T1 = P2 xV2 / T2 comme V1 = V2 => P1 / T1 = P2 / T2

soit: P2 = (P1 x T2) / T1

Températures Absolues : T1 = 15 + 273 = 288 ° K et T2 = 50 + 273 = 323 ° K

P2 = (180 x 323) / 288 = 201,9 bars

2) Quelle est la température sur le bateau ? (2 points)

T2 = (P2 x T1)/P1

T2 = (174 x 288)/180 = 278,4 ° K

La température sur le bateau est donc de T°= 278,4 – 273 = 5,4 ° C

GP N4 – Loi de Charles - Température

Réponses:

29


Un plongeur consomme 20 litres d'air par minute en surface.

Sa bouteille, d'une capacité de 12 litres, est gonflée a 200 bars. Sa réserve est tarée à 40

bars.

1) Combien de temps peut-il passer à 20 mètres avant de passer en réserve? (1 point)

et à 50 mètres ? (1 point)

2) En négligeant la consommation pour la descente et la remontée, la réserve sera-t-elle

suffisante pour les paliers si le plongeur a évolué à 50m?

NOTA: Paliers 22 mn à 3m et 4mn à 6m (1 point)

1) Dispo 200B – 40B = 160B x12l = 1920litres

A 20 mètres : P Abs. = 3 B soit une conso bloc de 20lx3B = 60l/mn

1920/ 60 = 32 mn

A 50 mètres : P Abs. = 6 B soit une conso bloc de 20lx6B = 120l/mn

1920/ 120 = 16 mn

2) NON !!!!

GP N4 – Consommation d’air en plongée

Réponses:

30

Rappel sur la composition de l’air

1 ppm (partie par million) = 0,0001 %

On retiendra pour des raisons de simplification: Nom Formule Proportion

Diazote N2 78,08 % vol

Dioxygène O2 20,95 % vol

Argon Ar 0,934 % vol

Dioxyde de carbone CO2 382 ppmv

Néon Ne 18,18 ppmv

Hélium He 5,24 ppmv

Monoxyde d'azote NO 5 ppmv

Krypton Kr 1,14 ppmv

Méthane CH4 1,7 ppmv

Dihydrogène H2 0,5 ppmv

Protoxyde d'azote N2O 0,5 ppmv

Xénon Xe 0,087 ppmv

Dioxyde d'azote NO2 0,02 ppmv

Ozone O3 0 à 0,01 ppmv

Radon Rn 6,0×10-14 ppmv

Nom Formule Proportion

Azote N2 78 % vol

Oxygène O2 21 % vol

Gaz rares Ar-Ne-He-Kr 0.97 % vol

Dioxyde de carbone CO2 0.03% vol

Nom Formule Proportion

Azote N2 79 % vol

Oxygène O2 21 % vol

Et de super-simplification:

Attention au CO (monoxyde de carbone).

C’est un gaz extrêmement nocif, même en faible

proportion. Ce gaz résulte d’une combustion

imparfaite et se combine d’une manière stable et

indissociable avec l’hémoglobine, empêchant ainsi

le transport normal de l’O2.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Radon

31

• Le plongeur respire de l'air comprimé. Plus on va descendre, plus cet air sera

dense.

• L'air est composé de plusieurs gaz, qui a une certaine profondeur peuvent être

toxiques (narcose, essoufflement, hyperoxie).

• Il nous est donc nécessaire de calculer la pression de ces gaz à telle ou telle

profondeur afin de mesurer leurs effets.

1ere règle :

A température constante, la somme des pressions partielles des gaz

qui constituent un mélange est égale à la pression de ce mélange.

Pour une pression atmosphérique de 1 bar nous aurons donc en

simplifiant:

P atm. = 0,21 bar d’ O2 + 0,79 bar de N2

P atm. = Pp O2 + Pp N2

GP N4 – Lois de Dalton – pressions partielles

32

2éme règle :

A température constante, la pression partielle d’un gaz qui

constituant un mélange est égale au produit de la pression totale

du mélange par le pourcentage de présence du gaz considéré dans

le mélange

Pour une pression atmosphérique de 1 bar, nous aurons donc en

simplifiant:

PpO2 = 1 bar x 0.21

PpO2 = 0.21 bar

Pp (Pression partielle) = P (Pression du mélange) x % de présence


33

3éme règle :

A température constante, un gaz constituant un mélange se

comporte comme si il était seul.

Application dans la plongée :

* Élaboration des tables de plongées

* Accidents dus à la toxicité des gaz

* Les mélanges (Nitrox, Trimix etc.)

Oxygénothérapie hyperbare (caisson de décompression)

et normobare.


34


1) Peut-on plonger à 40 mètres avec un mélange composé de 40% d’oxygène et

60% d’azote, sachant que la limite de toxicité de l’oxygène est de 1,6 bar ? Justifier

votre réponse. (2 points)

1) PpO2 = 5 x 0,4 = 2 bars PpO2 >1,6 bars donc Hyperoxie

Réponse : NON


Vous effectuez une plongée au Nitrox : O2 30 %, N2 70 %.

1) Quelle est la profondeur maximale que vous pouvez atteindre ?

Pmax O2 = 1,6 bar (2 points)

Pp O2 max = 1,6 bar

Pp O2 = 0,30 x PABS soit PABS = PpO2 max/ 0,30 soit PABS = 1,6 / 0,3 = 5,33 bar.

Soit une profondeur de 43,30m.


35

Henry a démontré que la quantité de gaz dissous dans un

liquide augmente avec la pression.

Cela concerne particulièrement le plongeur qui voit la quantité

d'azote dissoute dans leur sang augmenter avec la profondeur.

Cette quantité de gaz dissous est liée:

De manière inverse à la température

De manière proportionnelle à la pression et à la surface de contact,

De manière exponentielle au temps de contact,

A la nature du gaz,

A la nature du liquide,

A l’agitation,

GP N4 – Dissolution des gaz – Loi de Henry

36

Notion de Tension

La pression partielle d’un gaz (Pp) correspond à la phase gazeuse.

Nous parlerons de Tension (T) lorsque le gaz est dissout.

La saturation

Pp = TN2, à la surface le plongeur est à PpN2 = TN2

Le liquide ne peut plus dissoudre de gaz, la pression = la tension.

État stable.

La sous-saturation

TN2 < PpN2, à la descente le plongeur dissout du gaz. Le gaz pénètre

dans le liquide, la dissolution est progressive.

État instable.

La sursaturation

TN2 > PpN2, à la remontée la pression diminue, formation de

microbulles.

Phase de dégazage.

Sursaturation critique

si la diminution de la Pp est trop rapide, les bulles grossissent en

nombre et en volume et se regroupent au sein d’un même tissu.

GP N4 – La décompression – les états

37

Suivant la loi de Henry, le modèle Haldanien qui est à l’origine de

notre MN90 est fondé sur une approche physique et mathématique

d’un processus physiologique.

MODELE FORMULES

MATHEMATIQUES

EXPERIMENTATION

VALIDATION

Tables de plongée Ordinateurs de

plongée

John Scott Haldane s’est vu confié vers 1906 par la marine anglaise

la mise au point des règles de sécurité assurant le retour sans

incident des plongeurs.

Il propose en 1908 une table de remontée, retenue par la Royale

Navy jusqu’en 1958.

GP N4 – Le modèle de Haldane

38

3) La PERIODE est le temps nécessaire pour saturer ou

désaturer la moitié du gradient.

1) Le corps humain est représenté par une liste de régions

anatomiques fictives, appelées « COMPARTIMENTS » nb 12

2) La quantité maximale d’azote que ces compartiments peuvent

dissoudre correspond à la différence entre la PpN2 au plus

profond et la PpN2 en surface. Cette différence est appelée

« GRADIENT » au niveau alvéolaire.

On parlera de « TENSION » au niveau tissulaire.

4) La saturation ou désaturation en azote, est exponentielle.

A la fin d’une période la moitié (50%) du gradient est dissout.

Puis encore 50% du restant pour la période suivante, etc.

GP N4 – Le modèle Haldanien

50% 75% 87,5% 93,75% 96,875% 98,4375%

Lexique

39

TN2 initiale = 1bar x 80% = 0.8 bar

0.8

Temps en mn

TN2

1) On place les axes orthonormés.

2) Puis les intitulés d’abscisse et d’ordonné.

3) Les valeurs initiales et finales concernant la TN2

pour une plongée à 30m par exemple.

TN2 finale = 4bars x 80% = 3.2 bars

3.2


Hypothèse: Profondeur 30m -> Pression : 4bars

40

0.8

Temps en mn

TN2

3.2

4) En prenant par exemple un compartiment de

période 10mn pour une plongée de 40mn nous

plaçons sur l’échelle de temps les graduations.

0 10 20 30 40

1ère

période

2ème

période

3ème

période

4ème

période

5) Le gradient , c’est la différence entre TN2 finale et

TN2 initiale.

GR

AD

IEN

T


41

0.8

Temps en mn

TN2

3.2

6) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 10mn?

0 10 20 30 40

TN2 (10mn) = (3.2 – 0.8)/2 + TN2 initiale = 2.4 / 2 + 0.8 = 2 bars

2


TN2 (20mn) = (3.2 – 2)/2 + TN2 initiale = 1.2 / 2 + 2 = 2.6 bars

2.6


42

0.8

Temps en mn

TN2

3.2


0 10 20 30 40

TN2 (30mn) = (3.2 – 2.6)/2 + TN2 initiale = 0.6/2 +2.6 = 2.9 bars

2


TN2 (40mn) = (3.2 – 2.9)/2 + TN2 initiale = 0.3/2 + 2.9 = 3.05 bars

2.6

2.9 3.05

Courbe de saturation (du

tissu de période 10mn)


43

0.8

Temps en mn

TN2

3.2

Établissons maintenant,

la courbe de saturation en TN2 du tissu de période 20 mn.

0 10 20 30 40

2

2.6

2.9 3.05




44

0.8

Temps en mn

TN2

3.2

Et la désaturation ! Prenons un tissu de période 10 mn que

nous soustrayons de la pression au bout de 30mn.

0 10 20 30 40

2

2.6

2.9

1.85

50

Qu’elle est la TN2 de ce tissu au bout de 50mn?

2.9 devient la TN2 initiale et 0.8 la TN2 finale.

1.325


45

Tissu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

T (mn) 5 7 10 15 20 30 40 50 60 80 100 120

Sc 2,72 2,54 2,38 2,20 2,04 1,82 1,68 1,61 1,58 1,56 1,55 1,54

Il y aura nécessité d'effectuer un palier lorsque, à la remontée, la valeur

du rapport TN2 / PABS d'un tissu, atteint la valeur du coefficient de

sursaturation Sc.

Au cours de la remontée, le rapport entre la TN2 de chaque

compartiment et la P ABS. ne dois jamais dépasser le seuil du Sc.

TN2

Sc = ----------------

P ABS

TN2

P abs = ---------------

Sc

Lorsque plusieurs compartiments ont un résultat supérieur à 1, c’est le

compartiment ayant la valeur la plus élevée qui devient

« COMPARTIMENT DIRECTEUR »

Sc : Sursaturation Critique

46

0.8

Temps en mn

TN2

3.2

0 10 20 30 40

2

2.6

2.9 3.05

Tissu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

T (mn) 5 7 10 15 20 30 40 50 60 80 100 120

Sc 2,72 2,54 2,38 2,20 2,04 1,82 1,68 1,61 1,58 1,56 1,55 1,54

Détermination du tissu directeur entre tissu 10 et 20mn.

Tissu 10mn 3.05/2.38 = 1.28 bar

Tissu 20mn 2.6/2.04 = 1.275 bar

C’est le tissu 10mm qui est directeur imposant un arrêt à 2.80m.





TN2

P abs = --------

Sc

47


a) Quelle sera la tension d'azote dans un compartiment de période 20 minutes, initialement saturé

à l'air atmosphérique après une immersion (à l’air) de 40 minutes à une profondeur de 40 m ? 2 pts

Le coefficient de sursaturation critique (noté Sc) de ce compartiment 20 minutes est égal à 2,04.

b) Quelle serait la conséquence d'un retour immédiat en surface après les 40 minutes à 40 m? 2pts

c) Quelle sera donc la profondeur théorique du premier palier? 2 pts

Le modèle Haldanien en théorie

a) Profondeur de 40 mètres

soit PABS = 5 bars et PpN2 = 5 x0.8 = 4 bars;

compartiment de période 20 minutes ;

40 minutes d’exposition à la pression ; soit 2 périodes.

T N2 (20mn) = (4+0.8)/2 = 2,4 bars

T N2 (40mn) = (4+2.4)/2 = 3,2 bars

Sc = T N2 / PABS

Ici pour un retour en surface on aurait : T N2 / PABS = 3,2 / 1 = 3,2

b) Pour le compartiment 20 min, le Sc est égal à 2,04 (cette valeur correspond au seuil au-delà

duquel se produirait l'accident de décompression.). Un retour en surface donnerait une valeur de

3,2 valeur largement au delà de la limite, d'où le fort risque d'accident.

c) Pabs = T N2 / Sc = 3,2 / 2,04 = 1,57 bar

soit une profondeur de palier théorique de 5,7 m

0.8 T (mn)

TN2 4

0 20 40

2,4

3,2

48

La réflexion La réfraction La diffusion L’absorption La salinité et la clarté de l’eau

Les objets apparaissent plus gros et plus proche : • Distance apparente = 3/4 distance réelle • Taille apparente = 4/3 taille réelle

Effet de diffusion plus ou moins important en fonction du nombre de particules en suspension dans l’eau (effet phare/brouillard, Flash Appareil photo)

GP N4 – La vision

Distance Dimension couleur des objets.

contribuent à la perception du

plongeur sous marin

Le rétrécissement du

champ de vision

49

GP N4 – La vision

Si un rayon lumineux rencontre un miroir (ou toute

surface réfléchissante), il change de direction, on dit

qu'il se réfléchit.

En plongée : La surface de l'eau joue en partie le rôle

d'un miroir en réfléchissant une partie des rayons du

soleil.

Plus le soleil est haut dans le ciel, moins il y aura de

rayons réfléchis et les couleurs sous l'eau seront

d'autant plus vives.

La réflexion

Lorsque l'on plonge un bâton dans l'eau, une illusion

d'optique tend à faire croire que ce bâton s'est brisé au

contact de l'eau. On a mis ainsi en évidence le

phénomène de réfraction.

Un rayon lumineux qui passe de l'air dans l'eau se

réfracte.

La réfraction

Lorsque des particules (plancton, sable, limons,

algues...) sont en suspension dans l'eau, la visibilité

peut être très réduite, voire même nulle, et l'apport d'un

phare n'y changera pas grand chose.

C’est la perte de lumière due à la profondeur ou à la

distance

L’absorption C’est la partie de lumière perdue par des éléments en

suspension.

La lumière se réfléchit sur les particules et qu'elle soit

naturelle ou artificielle elle va se diffuser (comme un phare

dans le brouillard).

La diffusion

50

GP N4 – La vision

Rétrécissement du champ de vision

• Attention à vos plongeurs (Positionnement par rapport à vous)

• Balayer du regard (tourner la tête) pour regarder.

• Faire les signes bien en face d’eux

• Regarder dans toutes les directions (surtout vers le haut)

• Faire un tour d’horizon (360°) en remontant vers la surface.

En tant que Guide de planquée

51

Les différentes couleurs qui composent la lumière visible sont absorbées de manière sélective par l’eau.

Peu de lumière atteint les 100 m.

A 1000 m, c’est la nuit noire.

GP N4 – La vision

Les couleurs sont filtrées au fur et à

mesure que la profondeur augmente.

L’absorption :

Le milieu aquatique étant 800

fois plus dense que l’air, la

lumière est absorbée. On a donc

une perte de luminosité et de

couleurs.

52

Avec les instruments de mesure moderne, on sait que, dans l'eau, la

vitesse de propagation de l'onde sonore varie entre 1437 et 1500m/s.

Trois facteurs sont à l'origine de la modification de la vitesse de

propagation du son dans un liquide comme l'eau:

1) la température,

2) la salinité

3) la pression hydrostatique.

Compte tenu que cette vitesse de propagation est importante, et

considérant un écart entre nos 2 oreilles de 10 cm environ. Il est

difficile de déterminer la source d’un bruit.

Nous retiendrons une vitesse de 1500 mètres/seconde.

Soit environ 5 fois plus que la vitesse de propagation du son dans l’air

(330m/s).

GP N4 – L’acoustique

En plongée, à l’approche de la surface, on sera attentif aux bruits (moteur de bateau).

Pour l’appel d’un plongeur de sa palanquée, on pourra taper sur la bouteille avec un

couteau ou plomb par exemple.

Pour le rappel des plongeurs en immersion (en dehors des pétards de rappel) :

frapper la partie immergée de l’échelle, frapper violemment la surface de l’eau avec un

objet dur et plat.

53


Alors que vous êtes en plongée, vous entendez le son d’une explosion sous-marine

6 secondes après qu’elle ait eu lieu.

a) A quelle distance de l’explosion êtes vous situé ? 2 pts

b) De quelles manières est modifiée la vision sous-marine ? 2 pts

b) De quelles manières est modifiée la vision sous-marine

• Les distances paraissent raccourcies : rapprochement.

• La taille apparente des choses augmente : grossissement.

• La lumière diminue à mesure que la profondeur augmente.

• Absorption des couleurs avec la profondeur.

• Réfraction de la lumière. 2 pts

a) A quelle distance de l’explosion êtes vous situé

Le son se propage à 1500 mètres par seconde dans l’eau.

Distance de l’explosion : 1500 x 6 = 9000 mètres soit 9 km. 2 pts

GP N4 – La vision et l’acoustique en théorie

Merci de votre attention

55

56

Documents

PHYSIQUE appliquée à la plongée pour Niveau 4