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Cours N2-N3

Cours N2-N3. Introduction. Comprendre les phénomènes physiques et physiologiques inhérent à la plongée, Appréhender les risques de la plongée Afin de plonger en toute sécurité. Plan de cours. Bases théoriques Physique, Physiologie, Anatomie, Avant de plongée La réglementation,

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Presentation Transcript

  1. Cours N2-N3

  2. Introduction • Comprendre les phénomènes physiques et physiologiques inhérent à la plongée, • Appréhender les risques de la plongée • Afin de plonger en toute sécurité

  3. Plan de cours • Bases théoriques • Physique, Physiologie, Anatomie, • Avant de plongée • La réglementation, • L’organisation de la plongée, • La descente • Les accidents, • Le milieu naturel, • La remontée • Les accidents, • Les tables de plongées, • La sortie de l’eau

  4. Notions de physiqueappliquée à la plongée Isabelle Maillet

  5. Plan du cours • La flottabilité (Principe d'Archimède). • L'effet de la pression sur les gaz (Loi de Boyle-Mariotte). • La pression partielle des gaz (Loi de Dalton). • La dissolution des gaz dans les tissus (Loi de Henry). • Les sons et l’audition. • La lumière et la vision. • Les échanges thermiques.

  6. 1. La flottabilité (Principe d’Archimède) 1.1. Rappels nécessaires la compréhension du phénomène. 1.2. Mise en évidence du phénomène. 1.3. Énoncé du théorème. 1.4. Conséquences pratiques en plongée.

  7. 1.1. Rappels : Caractéristiques de l’eau Salinité : • Eau de pluie : 33 mg/L • Eau de mer : 35 000 mg/L Poids des éléments : • Air : 1.29 g/L • Eau :

  8. 1. La flottabilité (Principe d’Archimède) 1.1. Rappels nécessaires la compréhension du phénomène. 1.2. Mise en évidence du phénomène. 1.3. Énoncé du théorème. 1.4. Conséquences pratiques en plongée.

  9. 1.2. Mise en évidence Dans l’eau, une force s’oppose à la pesanteur et nous flottons au lieu de chuter vers le bas. L’eau nous « soutient ». Les objets apparaissent aussi plus légers.  Notre immersion dans l’eau est la résultante de 2 forces : • Une poussée vers le haut = Poussée d’Archimède • Une force qui nous entraîne vers le bas = Poids réel. La résultante de ces forces est le Poids apparent P. app = P. réel – Poussée d’Archimède

  10. 1.2. Mise en évidence (suite)

  11. 1. La flottabilité (Principe d’Archimède) 1.1. Rappels nécessaires la compréhension du phénomène. 1.2. Mise en évidence du phénomène. 1.3. Énoncé du théorème. 1.4. Conséquences pratiques en plongée.

  12. 1.3. Énoncé du principe d’Archimède  Poussée d’Archimède = 86 kg (dans l’eau douce où 1 L pèse 1 kg) « Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée du bas vers le haut, égale au poids du volume du liquide déplacé."

  13. 1. La flottabilité (Principe d’Archimède) 1.1. Rappels nécessaires la compréhension du phénomène. 1.2. Mise en évidence du phénomène. 1.3. Énoncé du théorème. 1.4. Conséquences pratiques en plongée.

  14. 1.4. Conséquences pratiques 1.4.1. Facteurs influant laflottabilité du plongeur  1.4.2. Relevage d’objets à l’aide d’un parachute de relevage 1.4.3. Techniques d’immersion

  15. Plan du cours • La flottabilité (Principe d'Archimède). • L'effet de la pression sur les gaz (Loi de Boyle-Mariotte). • La pression partielle des gaz (Loi de Dalton). • La dissolution des gaz dans les tissus (Loi de Henry). • Les sons et l’audition. • La lumière et la vision. • Les échanges thermiques.

  16. 2. L’effet de la pression sur les gaz 2.1. Rappel : La pression. 2.2. Mise en évidence du phénomène. 2.3. Énoncé de la loi de Boyle-Mariotte. 2.4. Conséquences pratiques en plongée. 2.5. Exercices.

  17. 2.1. Rappel : La pression • Pression = force qui s’exerce sur une surface (P=F/S). L’unité du système international est le Pascal (Pa) qui correspond à une force de 1 Newton s’exerçant sur une surface d’un m² (N/m²). L’unité usuellement utilisée en plongée est le bar (= 105 Pa = 100 000 Pa ≈ 1 kgf/cm²). • La pression atmosphérique est de 1 bar (1000 hPa - météorologie) au niveau de la mer et diminue en altitude. • En plongée, s’ajoute la pression due au poids de la colonne d’eau qui surplombe le plongeur (P. hydrostatique dite relative). P.totale = P.atm +P.relative

  18. 2.1. Rappel : La pression (suite) Pression de la colonne d’eau ? Poids de la colonne par cm² ? Une colonne d’eau de 10 m de hauteur et de 1 cm² de section contient 1 dm3 soit 1 L d’eau. Cette quantité d’eau pèse environ 1 kg.  Pression de 1 kgf/ cm² = 1 bar pour 10 m.

  19. 2. L’effet de la pression sur les gaz 2.1. Rappel : La pression. 2.2. Mise en évidence du phénomène. 2.3. Énoncé de la loi de Boyle-Mariotte. 2.4. Conséquences pratiques en plongée. 2.5. Exercices.

  20. 2.2. Mise en évidence du phénomène • Exemple 1 : Lors de la remontée, nous vidons progressivement notre gilet car le volume d’air qu’il contient augmente. • Exemple 2 : Les bulles expirées par un plongeur grossissent progressivement au fur et à mesure qu’elles montent vers la surface.  Mise en évidence d’une relation entre la profondeur (et donc la pression) et le volume d’air. Celui-ci augmente lorsque la pression diminue.

  21. 2. L’effet de la pression sur les gaz 2.1. Rappel : La pression. 2.2. Mise en évidence du phénomène. 2.3. Énoncé de la loi de Boyle-Mariotte. 2.4. Conséquences pratiques en plongée. 2.5. Exercices.

  22. 2.3. Enoncé de la loi de Boyle-Mariotte « A température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la pression qu’il subit. » • P1V1 =P2V2 =P3V3 =…

  23. 2.3. Enoncé (suite)

  24. 2. L’effet de la pression sur les gaz 2.1. Rappel : La pression. 2.2. Mise en évidence du phénomène. 2.3. Énoncé de la loi de Boyle-Mariotte. 2.4. Conséquences pratiques en plongée. 2.5. Exercices.

  25. 2.4. Conséquences pratiques • Autonomie en air réduite en profondeur.Calcul d’autonomie : 2 méthodes possibles

  26. 2.4. Conséquences pratiques (suite) • Utilisation du gilet stabilisateur, des parachutes, du vêtement sec… • Écrasement du néoprène en profondeur. • Accidents barotraumatiques. • Utilisation de tampons pour gonfler les blocs. • Etc…

  27. 2. L’effet de la pression sur les gaz 2.1. Rappel : La pression. 2.2. Mise en évidence du phénomène. 2.3. Énoncé de la loi de Boyle-Mariotte. 2.4. Conséquences pratiques en plongée. 2.5. Exercices.

  28. 2.5. Exercices Exercice 3 : Objet de poids réel 25 kg, de volume 15 L posé sur un fond de 40 m. On injecte 8 L dans le parachute de relevage. (On considère que la densité de l’eau est égale à 1 et le poids du parachute négligeable.) A partir de quelle profondeur le parachute va-t-il remonter tout seul ? Exercice 1 : Bloc de 18 L gonflé à 200 b. Réserve souhaitée à 30 b. Consommation : 20 L/min. Autonomie à 30 m ? Exercice 2 : Bloc de 12 L gonflé à 190 b. Réserve souhaitée à 50 b. Consommation : 15 L/min. Autonomie à 20 m ?

  29. Plan du cours • La flottabilité (Principe d'Archimède). • L'effet de la pression sur les gaz (Loi de Boyle-Mariotte). • La pression partielle des gaz (Loi de Dalton). • La dissolution des gaz dans les tissus (Loi de Henry). • Les sons et l’audition. • La lumière et la vision. • Les échanges thermiques.

  30. 3. La pression partielle des gaz 3.1. Rappels : La composition de l’air. 3.2. Loi de Dalton. 3.3. Conséquences pratiques.

  31. 3.1. Rappels : Composition de l’air 3.1.1. Composition de l’air atmosphérique : • Azote (N2)78.084 % • Oxygène (O2) 20.946 % • Argon 0.934 % • CO2 0.033 % • Gaz rares * 0.003 % * Néon, hélium, krypton, hydrogène, xénon, radon, monoxyde de carbone… • A la louche : • 79 % N2 • 21 % O2

  32. 3.1. Rappels : Composition de l’air (suite) 3.1.2. Composition de l’air expiré : • Azote (N2)79%  79% • Oxygène (O2) 21%  17% • CO2 traces  4% 3.1.3. Mélanges enrichis : • NitrOx (air enrichi en O2) : 32/68, 36/64, 40/60, 80/20… (%O2/%N2). • Trimix (oxygène, azote, hélium).

  33. 3. La pression partielle des gaz 3.1. Rappels : La composition de l’air. 3.2. Loi de Dalton. 3.3. Conséquences pratiques.

  34. 3.2. Loi de Dalton « A une 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. » Pression totale égale à la somme des pressionsexercées par chacun des gaz qui constituent le mélange. La pression exercée par chaque gaz est dite « pression partielle »  P = Pp1 +Pp2 +Pp3 +… La pression partielle de chaque gaz est pondérée par le pourcentage de ce gaz dans le mélange  Ppgaz = P x % gaz

  35. 3.2. Loi de Dalton (suite) Air : 80% N2 et 20% O2. P.tot = PpN2 + PpO2 PpN2 = P.tot x %N2 PpO2 = P.tot x %O2 En surface, P.tot = 1 bar PpN2 = 1 x (80/100) = 0.8PpO2 = 1 x (20/100) = 0.2On vérifie P.tot = PpN2 + PpO2 = 1 A 10 m, P.tot = 2 bar PpN2 = 2 x (80/100) = 1.6PpO2 = 2 x (20/100) = 0.4On vérifie P.tot = PpN2 + PpO2 = 2 A 20 m ? Loi de Dalton  calcul de la pression des différents gaz du mélange à différentes profondeurs d’évolution.

  36. 3. La pression partielle des gaz 3.1. Rappels : La composition de l’air. 3.2. Loi de Dalton. 3.3. Conséquences pratiques.

  37. 3.3. Conséquences pratiques • La pression partielle d’un gaz a une incidence sur la physiologie du plongeur.  La pression partielle doit se situer dans une fourchette en dehors de laquelle il y a risque d’accident. • Loi de Dalton utilisée pour calculer la limite d’utilisation d’un mélange. Pp = Ptot * %gaz  Ptot = Pp / %gaz  Ptotmax= Ppmax / %gaz

  38. 3.3. Conséquences pratiques (suite) Cas de l’azote Risque très élevé de narcose au-delà d’une PpN2 = 5.6 b. A l’air (80% N2), cette PpN2 max est atteinte à une pression totale de Ptot max = PpN2 max / %N2 = 5.6 / 0.8 = 7 barsoit une profondeur maximale de 60 m(limite réglementaire de la plongée à l’air en France). PpN2 < 5.6 bar PpN2 > 5.6 bar

  39. 3.3. Conséquences pratiques (suite) Cas de l’oxygène 0.16 < PpO2 < 1.6 bar Risque hypoxie en cas de défaillance du matériel ou humaine (recycleur, trimix…). Risque d’hyperoxie en cas d’utilisation de NitrOx  Calcul de la profondeur maximale d’utilisation de chaque mélange calculée de telle sorte que PpO2 < 1.6 b Ex : Avec un mélange 40/60, on peut aller à une pression max de 1.6/0.4 = 4 bar soit une profondeur max de 30 m. Avec de l’O2 pur, on ne peut pas dépasser 6 m.

  40. Plan du cours • La flottabilité (Principe d'Archimède). • L'effet de la pression sur les gaz (Loi de Boyle-Mariotte). • La pression partielle des gaz (Loi de Dalton). • La dissolution des gaz dans les tissus (Loi de Henry). • Les sons et l’audition. • La lumière et la vision. • Les échanges thermiques.

  41. 4. La dissolution des gaz dans les tissus 4.1. Rappels : - Le phénomène de dissolution.- Les échanges gazeux. 4.2. Énoncé de la loi de Henry. 4.3. Application à la plongée. 4.4. Facteurs agissant sur la dissolution.

  42. 4.1. Rappels 4.1.1. Rappel sur le phénomène de dissolution : L’eau de mer contient environ 35 g/L de sel. Bien qu’il soit présent dans l’eau, on ne le voit pas car il est dissous. Si on continue à ajouter du sel à cette eau, l’eau devient de plus en plus salée jusqu’à ce que des cristaux de sel apparaissent. L’eau est saturée. 4.1.2. Rappel sur les échanges gazeux : Les poumons sont le siège des échanges gazeux entre le milieu aérien et le sang qui les véhicule jusqu’aux tissus. Les échanges se font dans le sens de la plus forte vers la plus faible concentration. L’azote est un gaz physiologiquement neutre qui intervient peu dans ces échanges.

  43. 4. La dissolution des gaz dans les tissus 4.1. Rappels : - Le phénomène de dissolution.- Les échanges gazeux. 4.2. Énoncé de la loi de Henry. 4.3. Application à la plongée. 4.4. Facteurs agissant sur la dissolution.

  44. 4.2. Énoncé de la loi de Henry « Lorsqu’un gaz, à une température et sous une pression données, est en équilibre avec un liquide dans lequel il est soluble (sans réaction chimique mutuelle), la masse de gaz dissoute dans un volume donné de liquide est proportionnelle à la pression. »  Selon cette loi, la quantité de gaz inerte (azote) dissous dans un liquide (tissu) est proportionnelle à la pression que ce gaz exerce au-dessus du liquide (tissu). En cas de baisse de pression, le gaz (azote) peut ressortir du liquide (tissu) et retrouver sa forme initiale (état gazeux). Loi à la base desaccidents de décompression sur laquelle s’appuient lesprocédures de décompression (tissus assimilés à des liquides et gaz inerte = azote).

  45. 4. La dissolution des gaz dans les tissus 4.1. Rappels : - Le phénomène de dissolution.- Les échanges gazeux. 4.2. Énoncé de la loi de Henry. 4.3. Application à la plongée. 4.4. Facteurs agissant sur la dissolution.

  46. 4.3. Application à la plongée

  47. 4. La dissolution des gaz dans les tissus 4.1. Rappels : - Le phénomène de dissolution.- Les échanges gazeux. 4.2. Énoncé de la loi de Henry. 4.3. Application à la plongée. 4.4. Facteurs agissant sur la dissolution.

  48. 4.4. Facteurs agissant sur la dissolution La connaissance des facteurs qui influent sur la dissolution de l’azote doivent guider la conduite à tenir pour diminuer au maximum le risque d’ADD.

  49. Plan du cours • La flottabilité (Principe d'Archimède). • L'effet de la pression sur les gaz (Loi de Boyle-Mariotte). • La pression partielle des gaz (Loi de Dalton). • La dissolution des gaz dans les tissus (Loi de Henry). • Les sons et l’audition. • La lumière et la vision. • Les échanges thermiques.

  50. 5. Les sons et l’audition • Propagation des sons sous l’eau : Propagation des sons est environ 5 fois plus rapide dans l’eau que dans l’air (1500 m/s contre 330 m/s).  On entend très bien sous l’eau mais la provenance des sons est difficile à localiser. • Applications pratiques : • Temps nécessaire au retour d’un écho  calcul de la profondeur par un sondeur. • Utilisation de signaux sonores pour attirer l’atten-tion de la palanquée. • Nécessité de faire un tour d’horizon avant de remonter.

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