Niveau 2  : Physique

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Dernière mise à jour 28/09/2008 19:23

DÉFINITIONS :

• FORCE : C'est toute cause qui modifie l'état d'un corps au repos. Cette force est déterminée par sa direction, son sens et son point d'application. Unité le Kg Force

• LE POIDS : C'est une force qui attire les corps vers le centre de la terre. Le poids est proportionnel à la masse (quantité de matière). Unité le Kg.

DÉFINITION : La pression est le principal effet physique auquel est confronté le plongeur. Il devra en tenir compte en permanence. Une pression c'est l'application d'une force sur une surface.

PRESSION ATMOSPHÉRIQUE :

La terre est entourée d'une couche d'air : l'atmosphère. Cet air possède un poids, et la pression exercée par cet air est appelé pression atmosphérique. La pression atmosphérique se mesure à l'aide d'un baromètre. Au niveau de la mer la valeur de la pression atmosphérique est de approximativement 1 Bar.

PRESSION HYDROSTATIQUE OU RELATIVE :

Lorsque l'on plonge, l'eau exerce sur le plongeur une force sur toute la surface de son corps. Cette pression augmente avec la profondeur de 1 Bar tous les 10 mètres d'eau.

PRESSION ABSOLUE :

Le plongeur qui s'immerge est soumis à l'ensemble des pressions.

• Pour déterminer la pression en fonction de la profondeur :

• Pour déterminer la profondeur  en fonction de la pression :

REMARQUES :

• Lorsque le plongeur descend la pression augmente.

• Lorsque le plongeur remonte la pression diminue.

• La pression absolue double entre 0 et 10 m (1 Bar - 2 Bar), elle doublera à nouveau entre 10 et 30 m (2 Bar - 4 Bar). La différence de pression est importante de 0 à 10 m.

• Ces variations de pression auront des conséquences sur l'homme et sur le matériel.

POUSSÉE D'ARCHIMÈDE :

ÉNONCÉ : Tout corps plongée dans un fluide (application à la plongée : eau douce ou eau de mer), reçoit de la part de ce fluide, une force dirigée de bas vers le haut égale au poids du volume de fluide déplacé. Cette force s'appelle la poussée d'Archimède.

Le plongeur possède tout équipé un poids qui correspond à la somme des poids des matériels qu'il emporte y compris son propre poids. Le plongeur avant de s'immerger possède son propre volume qui correspond au volume de son corps et celui du matériel qu'il emporte.

Ces données de départ vont être modifiées pendant la plongée.

• Le poids de l'air consommé entre le début et la fin de la plongée contenu dans la bouteille va modifier le poids total du plongeur.

• La respiration du plongeur, modification du volume de la cage thoracique.

• Le volume de la combinaison qui s'écrase sous l'effet de la pression lors de la descente.

• L'air injecté par le plongeur dans le S.S.G. va permettre de corriger ces variations.

Le plongeur ayant ses caractéristique de poids et volume devra adapter son lestage (Ceinture de plombs) en fonction du milieu dans lequel il plonge (Eau douce, Eau salée : Méditerranéenne ou Mer Rouge) car la densité de l'eau y est différente. Plus l'eau est salée plus elle sera dense et plus la poussée d'Archimède sera importante.

Attention : Le poids apparent sera différent en eau  douce (Densité 1) et en eau de mer (Densité 1.03). En eau de mer il faudra mettre 2 à 3 kg supplémentaires.

• FLOTTABILITÉ NULLE : Le plongeur est équilibré, la poussée d'Archimède compense le poids du plongeur.

• FLOTTABILITÉ NÉGATIVE : Le plongeur coule la poussée d'Archimède ne suffit pas à compenser le poids du plongeur.

• FLOTTABILITÉ POSITIVE : Le plongeur flotte, la poussée d'Archimède est supérieure au poids du plongeur.

LE BON LESTAGE :

Le bon lestage peut être vérifié par le plongeur à la surface de l'eau : S.S.G. vide et sans palmage de sustentation en respirant normalement le plongeur devra avoir de l'eau jusqu'à la moitié de son masque, en forçant l'expiration celui ci devra couler. Si en respirant normalement le plongeur coule c'est qu'il est trop lesté. Si le plongeur en expirant ne coule pas c'est qu'il n'est pas assez lesté.

Un test simple permet en fin de plongée de vérifier son équilibre au palier de 3 mètres : S.S.G. vide en respirant normalement le plongeur devra maintenir son niveau d'immersion. Si il remonte c'est qu'il n'est pas suffisamment lesté. Si au contraire il descend c'est qu'il est trop lesté.

Ces deux tests devront être effectués lors de chaque plongée de réadaptation, et à chaque fois que l'on change de matériel ou de milieu (Eau salée et eau douce).

LA LOI DE MARIOTTE :

ÉNONCÉ : A température constante le produit de la Pression par le Volume d'un gaz est une Constante.

Sur la terre on trouve des solides des liquides et des gaz.

Les solides et les liquides sont incompressibles :

• On remplit une seringue d'eau.

• On bouche l'extrémité de la seringue avec un doigt.

• On presse sur le piston de la seringue : Il est impossible de faire bouger le piston de la seringue.

Les gaz sont compressibles :                          

• On remplit une seringue d'air.

• On bouche l'extrémité de la seringue avec un doigt.

• On presse sur le piston de la seringue : le piston s'enfonce et l'air contenu dans la seringue se comprime.

• On arrête de presser le piston de la seringue : l'air comprimé dans la seringue reprend sa place et le piston retrouve sa position d'origine.

MISE EN ÉVIDENCE :

• Si on immerge un ballon de contenant 4 litres d'air en surface à une profondeur de 30 m, ce ballon en descendant subit  la pression du milieu à la profondeur ou il se trouve. Ainsi à une profondeur de 30 m celui-ci ne fait plus qu'un volume de 1 litre d'air.

• A l'inverse si on gonfle à l'aide d'un détendeurs à 30 m un ballon de 1l de volume, on le ferme, et on le lâche, lorsque ce ballon va atteindre la surface celui-ci va éclater car son volume aura quadruplé et sa limite d'élasticité sera largement dépassée. Voici ce qui peut se passer avec les poumons d'un plongeur en cas de remonté incontrôlée, si celui-ci bloque sa respiration.

• Par contre si on refait l'expérience précédente et qu'on lâche le ballon de 30 m de profondeur sans l'avoir refermé, celui-ci atteindra la surface sans aucun problème, il sera intact. C'est le cas d'un plongeur qui contrôle sa remontée et qui souffle lors de sa remontée.

APPLICATION A LA PLONGÉE :

• Le calcul d'autonomie (Consommation d'air en fonction de la profondeur).

• L'utilisation du S.S.G.

• L'écrasement de la combinaison (Bulles d'air contenues dans le néoprène) en fonction de la profondeur.

• La prévention des accidents barotraumatiques.

LA COMPOSITION DE L’AIR :

            L’air est un mélange de plusieurs gaz  :

• L’Azote dont le symbole est : N²

• L’oxygène ou Dioxygène dont le symbole est : O²

• Le Dioxyde de Carbone dont le symbole est : CO²

• Le reste étant des gaz rares

LA LOI DE DALTON :

INTRODUCTION :

La plongée à l’air, comporte des limites qui sont liées à la nature et à la pression des gaz respirés. Le plongeur niveau II doit être capable d’expliquer ces limites afin de mieux comprendre et anticiper les accidents de plongée de type biochimiques.

MISE EN EVIDENCE :

L’expérience de BERTHOLET :

Deux bouteilles de volume identique, contiennent chacune un gaz parfait. Ici la bouteille de gauche contient à pression atmosphérique (1 bar) d’oxygène pur (100%), l’autre bouteille celle de droite contient de l’Azote pur (100%) toujours à pression atmosphérique. Les deux bouteilles sont reliées entre elles par une tuyauterie et un robinet. Le robinet est fermé.

            On ouvre le robinet d’isolement entre les deux bouteilles. Les gaz (l’oxygène et l’Azote) se mélangent. Après équilibre (au bout d’une durée suffisamment importante) on fermera le robinet d’isolement.

Après analyse du mélange de chacune des bouteilles, on constatera que les bouteilles toujours à pression atmosphérique renferment exactement le même mélange Azote (50%) et Oxygène (50%).  

DEFINITIONS :

La pression partielle d’un gaz correspond à la pression de ce gaz si il occupait seul le volume total.

La pression d’un mélange gazeux correspond à la somme des pressions partielles des gaz constituant le mélange.

ENONCE DE LA LOI :

A température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu’aurait chacun des gaz s’il occupait seul le volume total. A température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions partielles des gaz qui le compose.  

EXEMPLES :

Question : Pourquoi la plongée à l’air est-elle limitée à 65 m (tables de plongée MN90) ? L’oxygène est toxique à partir d’une pression partielle PP O²=1,6 Bar

Question : A la pression atmosphérique, quelles sont les pressions partielles d’Azote et d’Oxygène ?

APPLICATIONS :

• Détermination de la profondeur maximum d’utilisation d’un mélange en fonction de la toxicité des gaz.

• Élaboration des tables de plongée.

• Oxygénothérapie hyperbare.

LA LOI DE HENRY :

INTRODUCTION :

Cette loi concerne la dissolution des gaz par les liquides.

Le plongeur qui respire un mélange gazeux en profondeur (air), va dissoudre plus d ‘azote que s’il respirait à la surface. Cette dissolution va influencer la remontée du plongeur à la surface.

DEFINITIONS :

Observons le schéma suivant :

• Dans le milieu le "+" symbolise la quantité d’azote engendré par la respiration du plongeur.

•  Dans le bloc du plongeur le "+" symbolise la quantité d’azote dissous dans l’organisme du plongeur.

Observons les différentes étapes :

•  LA SATURATION : Le plongeur respire de l’air à la surface. Il est à l’état d’équilibre.

• LA SOUS-SATURATION : Le plongeur s’immerge, la quantité d’azote engendrée par le milieu augmente du fait de la pression, l’organisme n’a pas encore eu le temps de se saturer en Azote.

• LA SATURATION : Le plongeur est au fond depuis un moment. La quantité d’Azote engendrée par le milieu augmente et l’organisme du plongeur a emmagasiné l’azote (l’oxygène étant consommée par l’organisme du plongeur), il est comme à la surface en état d’équilibre.

• LA SUR-SATURATION : Le plongeur remonte normalement (plongeur rouge sur le schéma). L’Azote engendré par le milieu diminue. L’organisme du plongeur n’a pas eu le temps d’éliminer la totalité de l’azote en excès contenu dans son organisme. Il remonte lentement et effectue ses paliers. Quand il sort de l’eau, le plongeur est toujours en état de sursaturation.

• LA SUR-SATURATION CRITIQUE : Le Plongeur remonte anormalement (plongeur bleu sur le schéma), il n’a pas le temps d’éliminer correctement l’azote excédentaire. Les bulles de gaz s’évacuent se forment dans l’organisme du plongeur. Au-delà de cette sursaturation critique, il se produit un dégazage anarchique, menant le plongeur à un accident inévitable.

ENONCE DE LA LOI :

A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression exercée par ce gaz sur le liquide.

LES FACTEURS DE DISSOLUTION :

La dissolution est différente :

• Selon le type de gaz

• Selon le type de liquide (le corps du plongeur est assimilé à plusieurs liquides de densités différentes : les tissus)

• Si la température diminue, la quantité de gaz dissous augmente (Normalement 37°c constant température du corps humain)

• Si la pression augmente, la quantité de gaz dissous augmente (augmentation de la profondeur)

• Si le temps d’exposition augmente, la quantité de gaz dissous augmente (durée de la plongée)

• Si la surface de contact augmente la dissolution des gaz augmente

• En cas d'agitation du liquide le passage à l'état gazeux est favorisé (Prenons par exemple le cas d'une bouteille de boisson gazeuse secouée et ouverte brutalement, il s'en suit un dégazage important).

LA NOTION DE TISSUS :

Le corps du plongeur est assimilé à des tissus  (liquides de différentes densités : sang, muscles, os etc.…)  Le plongeur lorsqu’il respire consomme l’oxygène de l’air, mais l’Azote n’étant pas consommé, doit être éliminé par l’organisme par l'intermédiaire de la respiration. Les tissus de différentes densités vont donc se saturer et se déssaturer  à des vitesses différentes.

APPLICATIONS A LA PLONGÉE :

Lors de la remontée l’Azote excédentaire emmagasiné par l’organisme du plongeur doit être éliminé. Les tables de plongée découlent directement de cette loi de HENRY.

• Détermination de la vitesse de remontée (ne pas dépasser la sursaturation critique d’un seul tissu de l’organisme).

• Détermination des paliers de leur profondeur et de leur durée en fonction du profil de plongée effectué.