La pression, la compressibilité, la flottabilité…

1. La pression, la compressibilité, la flottabilité…

2. …et la plongée! Matthew Daillie 2010 CTD 13

3. 1re partie • Introduction • La pression, qu’est-ce que c’est? • Définitions et unités de mesure • États de la matière et compressibilité • Relation entre pression, volume et température • Exercices • Plongeur en immersion • Gonflage blocs • Conclusions sur la sécurité

4. 2e partie • Principes de la flottabilité • Démonstration Archimède • Centre de gravité, centre de poussée • Définitions et unités de mesure • Implications dans notre vie de plongeur • Lestage • Flottabilité, vitesse de remontée • Relevage objets, sorties de l’eau • Exercices

5. Unités de mesureSystème International

6. Équivalences utilisées en plongée

7. A B C A = B x C B = A / C C = A / B Les calculs

8. La Pression C’est une force sur une surface (P=F/S) 1 bar = 1Kg sur 1cm2= 760 mm Hg (une colonne de 760 mm de mercure)= 1013 hectopascals hPa 1Pa = 1N/m2

9. La Force • Une Force se mesure en Newtons mais en plongée onparle en kilogrammes • Elle peut changer la vitesse d’un objet ou le déformer.

10. Rappels • Pression relative = pression hydrostatique • Pression ambiante = pression absolue

11. Les États de la matière Solide Liquide Gaz Les deux premiers sont considérés incompressibles Les gaz sont compressibles

12. Mariotte et Boyle • À température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à sa pression.

13. Exercice de la RSE • Un plongeur prépare son N4. Il a une capacité pulmonaire de 5L. Il se trouve à 20m de profondeur. Sur un début d’expiration il lui reste 3L d’air. Lors de la remontée, à quelle profondeur se trouverait-t-il les poumons pleins (tout en sachant qu’en réalité il doit lâcher de l’air avant!)?

14. Relation entre pression, volume et température P1 x V1 T1 P2 x V2 T2 =

15. Kelvin (K) • C’est une mesure absolue de la température • La température de 0 K est égale à -273 °C et correspond au zéro absolu • le kelvin ne s’exprime pas en degré

16. Ça chauffe! • Un bloc de 15L se trouve dans un local à 20°C, gonflé à 200b. • Le bloc est transporté dans une voiture où la température est de 30°C. À quelle pression sera la bouteille à la fin du trajet?

17. Charles : À volume constant, la pression d’un volume de gaz donné varie proportionnellement à la température. • Gay Lussac : À pression constante, le volume d’un gaz varie proportionnellement à sa température absolue. • (Les deux lois sont découvertes par Charles mais confirmées par Gay-Lussac)

18. Exercices • Question 1 • 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 pts) • 2) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons successivement ? (On néglige le volume des tuyauteries). (3 pts) • 3) Conclusion (1 pt) • (*) Pressions lues au manomètre

19. Question 3 (sic) • Un plongeur N2 part en exploration avec un bloc de 12 l gonflé à 200b (*). Au retour de la plongée, il reste 50 b (*) dans son bloc. • 1) Quelle quantité d’air (détendue à la pression atmosphérique), le plongeur a-t-il consommé ? (1 pt) • 2) Sachant qu’il est resté 30 mn à 20 m, quelle est sa consommation par mn à cette profondeur (on néglige le temps de la descente et de la remontée)? (1 pt) • - Il dispose d’un bloc tampon de 150 L à 235 b. • - Il recharge son bloc à 200b (*). • 3) Quelle est la pression résiduelle (*) dans la bouteille tampon après la fin de l’opération? (2 pts) • 4) Un autre groupe de plongeurs veut utiliser ensuite la même bouteille tampon, pour remplir simultanément 2 blocs de 15 L vides. Quelle sera la pression maximale qu’ils pourront avoir dans les blocs après équilibrage? (2 pts) • (*) Pressions lues manomètre

20. La Sécurité • Blocs • Gonflage • À quel moment? • À quelle pression? • À quelle vitesse? • Stockage • Choix du volume • Vidage

21. Accidents • Barotraumatismes • ADD

22. Matériel • Détendeurs • Souplesse • Débit • Gilets • Volume • Inflateur • Parachute • À purge?

23. Principes de la flottabilité La flottabilité d’un corps dépend de sa densité et de la densité du liquide déplacé.

24. Définitions et unités de mesure

25. La masse • On peut dire que la masse d’un objet est la quantité de matière qui la constitue

26. Le poids • C’est une mesure de la force de gravité (mesurée en Newtons) qui agit sur une masse (mesurée en kg). • Parce que l’on ne considère que la plongée sur terre, on va confondre les deux termes et parler en kg

27. La masse volumique • C’est la quantité de masse par unité de volume(eau 1kg pour 1L) • ρ (rhô) = m/V où m se mesure en Kg et V en m3 • Exemples • la masse volumique de l’air vaut 1,3 kg/m3 • celle de l’eau douce vaut 1 000 kg/m3 • celle de l’eau de mer 1 030 kg/m3 

28. La densité (relative) • C’est une notion de relativité. • Sans unité. • L’eau (à 4°C) est le corps de référence pour les liquides. • Eau salée 1,03 • Plomb 11,3 • Aluminium 2,7 • Acier 7,5 (alliage donc variable) • Un corps ayant une densité inférieure à celle de l’eau flotte, un corps ayant une densité supérieure coule.

29. Rappels • Volume • C’est l’espace occupé par un objet ou disponible dans un récipient. Symbole : V • Poids apparent (Papp) • Poids réel (Préel) • Poussée d’Archimède (PArch)

30. Archimède • Tout corps plongé dans un fluide subit une poussée verticale de bas en haut équivalente à l’intensité de la force de pesanteur du fluide déplacé. • La poussée d’Archimède d’un corps immergé est donc égale au poids de son volume d’eau. • La force d’Archimède sur un corps immergé est proportionnelle au volume du corps et la masse volumique du liquide

31. Le centre de gravité ≠ le centre du volume • La poussée d’Archimède s’applique au centre du volume immergé. • Le poids s’applique au centre de gravité et pas obligatoirement au centre du volume.

32. Implications pour notre vie de plongeuse/plongeur • Le lestage • Risques d’un sur-lestage • Risques d’un sous-lestage • Besoin de changer en fonction du milieu • Emplacement (équilibre du plongeur)

33. Remontées assistées • Plus l’écart entre volume et poids est grand, plus on monte vite. • Pour faire une remontée linéaire, il faut garder le même écart entre le volume et le poids (gestion des quatre volumes d’air). • Cas particulier de la DTH avec ses poussées.

34. Un copain toujours disponible! • Pour nous aider à sortir de l’eau • Pour aider à remonter les blocs sur le semi-rigide • Pour limiter nos efforts de palmage • Pour s’approcher de la faune • Et pour…

35. …relever des objets lourds tombés au fond! • À l’aide d’un parachute vous devez relever une ancre d’un volume de 4 dm3 et une densité de 8 posée sur un fond de 20 m. Densité de l’eau : 1Quel est le poids apparent de l’ancre ?Combien d’air faut-il insuffler dans le parachute pour que l’ancre soit en flottabilité neutre ?À quelle quantité d’air équivalent surface cela correspond-il ?Si vous avez une bouteille de 12 L, de combien de bars va baisser votre manomètre?

36. Liens utiles • Assistance 24h/24h : daillie@club-internet.fr

37. Bibliographie • Plonger en sécurité Avanzi, Galley & Héritier ed. Gründ • Nouvelle plongée subquatique Molle & Rey ed. Amphora • La plongée sous-marine Foster ed. EDP Sciences • Le tour de la plongée en 80 problèmes Aubert & Jonville (ed.) • Plonger Plaisir exercices N4,5 et monitorats Foret ed. Gap