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Physique pour les plongeurs
Quelques termes
La Force
● Représente l'action d'un objet sur un autre
exemple : l'action de la terre sur le plongeur
Elle a :
● Une direction : Verticale pour la force de la terre sur le plongeur
● Un sens : vers le bas
● Une amplitude : qui est la valeur de la force exercée
● La force de la terre sur le plongeur s'appelle le poids
● Unité SI => Newton
● F = m x a => Poids (Newton) = masse (kg) x gravité
● Unité en plongée => kg
Quelques termes
La Pression
● Est le rapport entre la force et la surface sur laquelle elle agit
Pression = Force / Surface
● Unité SI => Newton/m² (N/m² ) ou Pascal (Pa) ou millimètre de mercure (mmHg)
0.1 N/mm² = 100 000 Pa = 760 mmHg = 1 bar
● Unité en plongée => bar (bar)
Quelques termes
La Pression
Le plongeur est soumis à 2 pressions :
● La pression atmosphérique : exercée par l'air atmosphérique,
1 bar au niveau de la mer
● La pression hydrostatique : exercée par la colonne d'eau au-dessus du plongeur
10 m d'eau exerce une pression de 1 bar
donc =>
● pression hydrostatique = profondeur / 10
Quelques termes
La Pression
● La pression ambiante (absolue) :
pression ambiante = pression hydrostatique + pression atmosphérique
● Le corps du plongeur accepte volontiers de
subir une pression ambiante différente
qu'en surface, mais subir une variation
brusque est néfaste
Quelques termes
Le Volume
● Est une grandeur physique qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace
● Unité SI : décimètre-cube (dm³)
● Unité en plongée : litre (l) => 1 dm³ = 1 litre
La masse volumique
● D'une matière est la masse par unité de volume en kg/dm³ ou kg/l
masse volumique de l'eau douce (lac) = 1 kg/l
masse volumique de l'au de mer = 1.024 kg/l
masse volumique de l'air = 1.29 g/l
Quelques termes
Densité
● D'une matière est le rapport de sa masse volumique par celle de l'eau
Exemples de densités => plomb = 11.35, acier = 7.85
Quelques termes
Densité
● La mer morte densité = 1.275 !
La flottabilité
Le principe d'Archimède
Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de ce liquide, une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du liquide déplacé
Archimède (-287, -212)
Poussée d'Archimède = volume (du plongeur + équipement) x densité (de l'eau)
La flottabilité
Le poids apparent
Poids apparent = Poids réel – Poussée d'Archimède
La flottabilité
Le poids apparent
● Papp > 0 => flottabilité négative => il coule
● Papp = 0 => flottabilité nulle => équilibre
● Papp < 0 => flottabilité positive => il remonte
La flottabilité
Application à la plongée
● Poumon ballast
● Calcul de lestage et de levage
● Utilisation du gilet de stabilisation
Conséquences
● La flottabilité diminue si la profondeur augmente (diminution du volume de la combinaison)
● La flottabilité augmente au cours de la plongée par la consommation d'air contenue dans la bouteille, pourquoi ?
● Avec la loi de Boyle-Mariotte, le volume d'air dans le gilet augmente en remontée, donc la poussée d'Archimède sera plus forte => risque de remontée rapide
Les variations de volume et de pression
Loi de Boyle - Mariotte
A température constante, le produit du volume occupé par un gaz par la pression de ce gaz est constante
P1 x V1 = P2 x V2
Les variations de volume et de pression
Loi de Boyle-Mariotte
Ce phénomène peut être très facilement observé sur la colonne de bulles d'un autre plongeur
Ce phénomène est très important pour les plongeurs :
● Nous respirons de l'air comprimé, pendant la remontée cette air va se détendre et augmenter en volume
● Si on bloque sa respiration => surpression pulmonaire
Ne jamais bloquer sa respiration lors de la remontée !!!
Les variations de volume et de pression
Applications
● Utilisation du gilet stabilisateur
● Gonflage des bouteilles
● Profondimètres
● Mise en place du parachute
● Levage du mouillage, ...
Conséquences
● Prévention des accidents barotraumatiques et de décompression
● Consommation d'air variable selon la pression
● Lestage, ...
La pression partielle d'un gaz
Le plongeur respire de l'air comprimé. L'air est composé de plusieurs gaz qui, à partir d'une certaine pression peuvent devenir toxiques
Composition de l'air =>
● 20,9 % (21 %) O2,
● 78 % N2,
● 0.03 % Co2,
● 0,97 % Gazes rares : néon, krypton, argon ...
La pression partielle d'un gaz
La loi de Dalton
=> Dans un mélange gazeux, la somme des pressions partielles des composants de ce mélange est égale à la pression du mélange
=> La pression partielle d'un gaz dans un mélange est obtenue par la formule suivante
Pp = Pabsolue x %du gaz
Ex :
● Quelle est la pression partielle de l'azote respirée en surface ?
Pp N2 = 1 x 80/100 = 0.8 bar
● Pour l'oxygène
Pp O2 = 1 x 20/100 = 0.2 bar
La pression partielle d'un gaz
Application à la plongée
● Limite de la profondeur des plongées
● Utilisation de mélanges différents de l'air (nitrox, trimix)
● Calcul des tables de plongée
Conséquences
● Toxicité des gaz : Accidents bio-chimiques
ex : hypoxie, hyperoxie, essoufflement, narcose
Dissolution des gaz
La loi de Henry
La dissolution d'un gaz dans un liquide dépend de la température, de la pression du gaz et de la durée d'exposition
Donc pour un liquide en contact avec un gaz à forte pression, il y aura plus de gaz dans le liquide qu'à la pression normale
● Ex : Dans une bouteille de coca-cola, lorsqu'on ouvre la bouteille, la pression extérieur est de 1 bar (pression atmosphérique)
Comme cette pression est plus faible que la pression à laquelle le gaz est rentré dans le liquide (à l'usine), le gaz sort du liquide, d'où les bulles
● La dissolution de gaz est liée à plusieurs facteurs :
La durée d'exposition : c'est le temps de plongée
La pression exercée : c'est la profondeur de la plongée
La nature du liquide : prise en compte dans les tables
Dissolution des gaz
Applications à la plongée
● Calcul des tables, palier, accidents de décompression
● La loi de Henry met en évidence tous les effets dus à la dissolution des gaz dans tous les liquides de l'organisme rencontrés en plongée
● Pendant la plongée, pour la descente, il n y a pas de problème, le gaz entre dans l'organisme. Pour la remontée, la pression diminue donc on revient au problème de la bouteille de coca-cola
● C'est pour cela qu'il faut respecter une certaine vitesse de remontée et des paliers. Comme quand on veut ouvrir la bouteille de coca-cola que l'on a secoué. Il faut juste ouvrir un petit peu (vitesse de remontée), puis parfois, il faut refermer pour stabiliser la pression (paliers)
Acoustique
L'eau est un très bon conducteur pour le son. Comme l'eau est plus dense que l'air, le son s'y déplace plus vite
● Vitesse de déplacement du son dans l'air => 330 m/s
● Vitesse de déplacement du son dans l'eau =>1500 m/s
● Dans l'air => une source sonore est captée par une oreille, puis par l'autre
● Dans l'eau => le décalage entre deux oreilles est très bref
Donc ;
nous entendons dans l'eau mais,
nous sommes incapables d'en localiser la provenance,
nous sommes incapables d'en apprécier la distance.
Acoustique
Application en plongée
● Dans le monde du silence , tous les sons doivent nous attirer l'attention
● En règle générale les sons émis au fond sont en rapport avec la sécurité
● Les pétards de rappel signalent l'interruption d'une plongée et la remontée immédiate du groupe, dans le respect des règles de sécurités élémentaires
● Certaines embarcations ne respectent pas les pavillons de plongée C'est au bruit de leur moteur que l'on peut les repérer et les éviter
● Tour d'horizon, parachute
Optique
● Vitesse de lumière dans l'air 300 000 km/s
● Vitesse de lumière dans l'eau 225 000 km/s
Sans masque =>
● vision floue sous l'eau,
● les couleurs et la taille des objets sont soumis à des altérations de perception
le masque => rétablit la netteté
Optique
la vision dans l'eau dépend de :
● La qualité de la lumière qui franchit la surface (nuages, hauteur du soleil)
● De la profondeur
● De la transparence de l'eau
4 effets optiques dans l'eau
Optique
Les 4 effets optiques
● La réflexion (effet miroir)La loi de Snell-Descartes :
Quand l'angle d'incidence est supérieur à l'angle critique, le rayon n'est pas réfracté mais il est réfléchi
=> effet miroir
L'angle critique dépend des densités des deux milieux
Optique
Les 4 effets optiques
● La réfraction (Changement de direction)
La loi de Snell-Descartes :
Quand l'angle d'incidence est inférieur à l'angle critique, le rayon est réfracté
=> effet changement de direction
L'angle critique dépend des densités des deux milieux
Optique
Application à la plongée
● Une vision floue
Conséquences
● Le masque
Avec le masque il existe 3 inconvénients :
● Le grossissement (x 4/3)
● Mauvaise appréciation des
distances (+ proche de 3/4)
● Réduction du champ visuel
Optique
Les 4 effets optiques
● L'absorption● La lumière blanche est
la superposition de sept couleurs (violet, indigo, bleu, vert, jaune,orange et rouge)
● Ces rayons lumineux ont des longueurs d’ondes différents
=> donc ils sont absorbés différemment
Optique
Les 4 effets optiques
● La diffusion
Dans l'eau les particules en suspension diffusent la lumière ; elles l'envoient dans toutes les directions
Si ces particules sont nombreuses, la visibilité devient très faible et l’éclairage artificiel est inefficace.
MERCI
![COMPETENCE DU MF1 - [Plongeurs de l'AIN]](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/619db1fd0ecbf41b9a752259/competence-du-mf1-plongeurs-de-lain.jpg)
![Adapter sa ventilation en plongée - [Plongeurs de l'AIN]](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/62b3b34a648b135e1b7d6516/adapter-sa-ventilation-en-plonge-plongeurs-de-lain.jpg)
