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Texte à méditer :  Qui trop écoute la météo, passe sa vie au bistrot   
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Théorie Niveau 1 - Notions de physique

Forces et Pressions

Archimède

Mariotte

Conduction thermique

Dissolution des gazs

Le Son

La vision

La composition de l'air

separateur.jpg

FORCE ET PRESSIONS

FORCE
: toute poussée qui s'exerce sur un corps, capable de le déformer ou d'en modifier l'état de repos ou le mouvement (sa direction ou sa vitesse).

Exemples:

puce.gif Le poids est une force (dite force de gravitation).
puce.gif La force du vent dans les voiles fait avancer un bateau.

Comme unité de force, en plongée, on utilise surtout le Bar mais aussi le  kilogramme-force (kgf) correspondant au poids d'une masse de 1 kg. La force n'est pas une notion suffisante. En effet, pourquoi est-ce que, sur la neige, je m'enfonce si je suis en chaussures mais pas si je suis avec des skis ?

D'où la notion de PRESSION.

Pression : la force qu'un fluide exerce sur une surface est proportionnelle à cette surface. On définit donc la pression comme le rapport entre les deux :

PRESSION = Force / Surface soit P = F / S

1 bar correspond à une force de 1 kgf appliquée sur une surface de 1 cm²
Pression atmosphérique : C'est la pression due au poids de l'air au-dessus de nous. Au niveau de la mer, elle est en moyenne d'environ 1 bar. Elle s'exprime aussi en hectopascal (Hpa) ==> 1 bar = 1000Hpa.

Pression relative (ou "hydrostatique") : C'est la pression due au poids de l'eau se trouvant au-dessus du plongeur. Elle est directement proportionnelle à la profondeur. D'une manière générale, la pression relative (exprimée en bars) est égale à la profondeur (en mètres) divisée par 10 (autrement dit, la pression augmente de 1 bar tous les 10 m).

Pression absolue (ou pression ambiante) : C'est la pression réelle (c'est à dire totale) à laquelle est soumis le plongeur.

Pression absolue = Pression atmosphérique + Pression relative

Variation de la pression avec la profondeur :


Profondeur
en mètres
P atm
en bars
P relative
en bars

P absolue
en bars
Surface 1 0  1
3 1 0,3  1,3
5 1 0,5  1,5
10 1 1  2
15 1 1,5  2,5
17 1 1,7  2,7
20 1 2 3

Exemple de calcul de pression hydrostatique
(pour info) :

Prenons un plongeur immergé à 10 mètres de profondeur. Chaque cm² sera soumis à une pression hydrostatique due au poids du volume d'eau situé au-dessus.

La hauteur d'eau étant de 10 mètres (= 1000 cm) sur une surface de 1 cm², le volume d'eau est de : 1000 x 1 = 1 000 cm3 = 1 litre, ce qui représente un poids d'environ 1 kgf appliqué sur une surface de 1 cm² autrement dit, une pression de 1 bar.

 

separateur.jpg


PRINCIPE D'ARCHIMEDE

Énoncé : Tout corps, plongé dans un fluide (eau, air...), subit de la part de celui-ci une poussée verticale (dite poussée d'Archimède), dirigée de bas en haut, et égale au poids du volume de fluide déplacé.

Autrement dit la poussée d'Archimède est indépendante du poids réel du corps immergé et ne dépend que de son volume.

Poids apparent = Poids réel -Poussée d'Archimède

Applications pratiques :

puce.gif Bouteille de plongée : plus légère dans l'eau que dans l'air ==> poids d'environ 15kg, volume de 12litres, soit 12 kg de moins à porter
puce.gif Poumon ballast : par la respiration, on peut faire varier le volume des poumons ce qui fait varier la poussée d'Archimède et donc le poids apparent. ==> la variation de contenance des poumons étant de 4 litres environ, cela fait 4kg de variation possible.
puce.gif Bouée de sécurité
puce.gif Lestage (ceinture de plombs)

 

Exercices sur les pressions :

1/ Quelle est la pression absolue à 15 mètres de profondeur ?

Patm = 1 bar
Phydro = 1,5 bars
Pabs = Patm + Phydro = 1 + 1,5 = 2,5 bars

2/ A quelle profondeur faut-il aller pour doubler cette pression ?

Pabs = 5 bars
Patm = 1 bar
Phydro = Pabs - Patm = 5 - 1 = 4 bars

Soit 40 mètres de profondeur.

3/ Quelles sont les différentes profondeurs qu’il faudrait atteindre pour doubler successivement trois fois la pression atmosphérique de la surface de 1 bar ?

 

separateur.jpg

LOI DE MARIOTTE

Si on descend en plongée avec un ballon de baudruche d'un volume de 1 litre en surface, on peut remarquer que ce ballon a son volume qui diminue avec la profondeur.
Il est, en effet, soumis à une pression qui augmente avec la profondeur et la même quantité d'air, se trouvant comprimée, occupera un volume moins important.
La loi de Mariotte énonce ce mécanisme : Pour une quantité donnée d'un gaz, le produit de sa pression (P) par son volume (V) est constant (à température constante).

P x V = Constante

Remarque : Cette loi n'est applicable que pour un gaz. Elle n'est (heureusement) pas vraie pour un liquide ou un solide (ex : un plongeur !!).

Exercices sur la loi de Mariotte :

1/ Prenons un ballon gonflé d’air et d’un volume de 1 litre en surface, quel sera son volume sous 10 m d’eau ? Puis sous 40 m d’eau ?

2/ Que représente en volume et à la pression atmosphérique la quantité d’air contenue dans un bloc de plongée d’une contenance de 12 litres et gonflé à 200 bars ?

3/ Si on veut que son parachute de palier soit gonflé totalement en surface, quel volume d’air doit-on y mettre lors du remplissage à 6 mètres de la surface ? (le parachute ayant un volume de 10 litres)

 

separateur.jpg


AUTRES NOTIONS UTILES

Conduction thermique

Dissolution des gazs

Le Son

La vision

La composition de l'air

 

Conduction thermique

La conduction thermique de l'eau est 25 fois plus importante que celle de l'air, d'où l'utilité du port d'une combinaison de plongée pour se protéger du froid.

 

Dissolution des gaz

La quantité de gaz dissoute dans les liquides (et les tissus de l'organisme) est d'autant plus importante que la pression du gaz est forte (à cause de la profondeur) et que la durée d'application de cette pression est importante (temps de plongée).
Applications à la plongée : Accidents de décompression (cf. chap. D) Vitesse de remontée limitée à 15 à 17 m/mn (sauf entre les paliers), calcul des tables de plongée.

 

Le son

Mise en évidence :
Sous l'eau, dans la piscine les sons sont bizarres : on n'arrive pas facilement à détecter d'où ils proviennent et certains s'entendent mieux que d'autres.

Détails sur le son sous l’eau

Propagation du son

Le son met un certain temps à se déplacer (par exemple lors d'un orage on voit l'éclair avant d'entendre le tonnerre alors qu'ils se produisent en même temps).
Dans l'air le son se déplace à 340 mètres par seconde.
Dans l'eau il se déplace environ 5 fois plus vite (environ 1500 mètres par seconde).

Conséquences pour le plongeur

On reconnaît la provenance d'un son en faisant la différence entre l'arrivée du son à l'oreille droite et à l'oreille gauche. Comme dans l'eau le son se déplace plus vite, le cerveau est perdu et ne sait plus faire la différence : on se sait plus d'où il provient.
Par contre le son porte plus loin : on entend plus de bruits, surtout les sons graves. C'est pour cela qu'au cours du tour d'horizon il faut écouter pour vérifier qu'il n'y a pas un bateau qui arrive.

Le son est aussi utile pour communiquer avec d'autres plongeurs :

puce.gif coups contre l'échelle en piscine,
puce.gif coups contre la bouteille,
puce.gif pétards utilisés pour rappeler les plongeurs en mer en cas de problème (dans ce cas la plongée est terminée et il faut  remonter en faisant d'éventuels paliers)
puce.gif cris dans le détendeur pour attirer l'attention

 

La vision

Mise en évidence:
Sous l'eau, sans masque la vision est trouble.
Avec un masque, les objets paraissent plus gros et plus près.
De plus, le champ de vision est réduit : il faut tourner la tête pour voir sur le coté.
Les couleurs apparentes sont modifiées, et l’eau est moins transparente que l’air.

Détails sur la vision sous l’eau

Cela provient de la différence entre l'eau et l'air. Par exemple si on plonge à moitié un bâton dans un récipient rempli d'eau on observe que le bâton semble cassé :

niveau1_refraction.gif

Pourtant le bâton est toujours le même. Ce n'est donc qu'une illusion liée à la différence entre les propriétés optiques des deux milieux..

Applications à la plongée

Les applications sont multiples. Ainsi quand l'on porte un masque, la vision est déformée dans l'eau car on a bien, comme dans l'exemple du bâton, deux milieux différents : l'air dans le masque et l'eau à l'extérieur.

niveau1_vision.gif

 

En conséquence, dans l'eau on voit plus près (la distance perçue vaut 3/4 la distance réelle) ou plus gros (la taille perçue vaut 4/3 de la taille réelle).

Ce rapport de 4/3 a une influence sur notre comportement de plongeur : par exemple les poissons que l'on voit sont toujours beaucoup plus gros que dans la réalité ; lorsque l'on veut attraper quelqu'un pour lui signaler quelque chose il est en réalité trop loin pour être touché. Toutefois, le cerveau corrige automatiquement ces phénomènes.

La déformation explique également pourquoi les meilleures périodes de plongée se situent en été, vers midi, lorsque les rayons du soleil ont une direction verticale.

Autres phénomènes

D'autres phénomènes viennent s'ajouter à cette déformation. Les couleurs diminuent en fonction de la profondeur, l’eau étant un filtre réagissant différemment selon la couleur de la lumière :

niveau1_absorbsion_couleurs.gif

Ce qui explique d'une part la couleur bleue de la mer et d'autre part la nécessité d'une lampe pour restituer les couleurs

Un autre phénomène qui vient perturber la vision est l'effet brouillard dû à la présence de plancton ou de sable : l'effet est le même que celui d'un brouillard en voiture. Pour éviter cela il faut faire attention à la période à laquelle on plonge et ne pas remuer trop de sable en palmant près du fond.

 

La composition de l'air

L'air est un mélange composé :

puce.gif d'azote 80%
puce.gif d'oxygène 20%
puce.gif de gaz carbonique  0,03%

Le gaz carbonique joue un rôle dans l'essoufflement comme nous le verrons plus loin.

L'oxygène est le gaz qui alimente et permet au corps de travailler.
L'azote ne sert que comme diluant lorsque nous sommes dans l'air. En plongée, il joue un rôle majeur dans l'accident de décompression.



separateur.jpg


Date de création : 24/12/2010 - 17:03
Dernière modification : 27/12/2010 - 22:07
Catégorie : Théorie Niveau 1
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Texte à méditer :  Elle n'est pas froide mais tonique et vivifiante !   Camille Gélébart
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