Matériel N4 Blocs, détendeurs Christine le 26/04/2011

1. Matériel N4Blocs, détendeursChristine le 26/04/2011

2. Plan • Objectifs • Rappels • Blocs • Différents types • Réglementation, mentions obligatoires • Robinetterie • Détendeur à 2 étages • Principe, classification • 1er étage • 1er étage à piston • non compensé • Compensé • Bilan des forces • 1er étage à membrane • non compensé • compensé • 2ème étage • Principe • Compensation • Effet venturi • Effet vortex • Principales pannes rencontrées • Synthèse

3. Matériel et guide de palanquée : Objectifs Compréhension des règles d’utilisation et des principes de base de fonctionnement du bloc et du détendeur indispensable pour : • choisir, adapter les éléments de l’équipement (dont le lestage) en fonction de la nature de la plongée, des conditions, de l’organisation … l’encadrement en plongée • la mise en œuvre de son matériel et de celui de sa palanquée (déceler un disfonctionnement, régler un problème simple, assurer l’entretien courant) • conseiller les plongeurs dans le choix du matériel • appliquer la réglementation relative à la pratique de l’activité et la mise en œuvre de certains équipements

4. Rappels • Mariotte : PV = Constante • Charles = P/T = Constante • Les forces : P = F/S • d’où F = PS Vecteur force :

5. Blocs Mannesmann, Helser Blocs Alu (forgeage à froid) • Constitution : 2 technologies : • acier (35CD4) ou • alliage d’aluminium (à l’origine Al-Mg type AG5 ou 5283, maintenant Al-Si-Mg type 6351). • Principaux fabricants : IWKA ou Mannessman, Roth, Faber , Helser. • Volumes internes (en litres) : 6, 10, 12, 15, 18 … • Pression de service (en bars) : 175, 200, 230, 300 • Poids à vide en kg (pour acier) : • 6 L : 6.8 – 7.7 • 12 L : 16.1 – 17.4 • 15 L : 18.9 – 19.8 • À ce poids s’ajoute 1,2 kg parm3 d’air contenu dans un bloc (attention au lestage !) IWKA Faber ROTH

6. Pour info uniquement Procédé ROTH :

7. Dérogation fédérale Blocs • Réglementation applicable : • 1. Inspection :inspection visuelle • 2. Requalification : • épreuve hydraulique (1.5 X pression de service) • vérification des organes de sécurité • Dérogation fédérale : • Bouteille inscrite dans le registre club (possible pour une bouteille personnelle). • Inspection annuelle par un TIV (macaron sur le bloc et certificat de visite obligatoire). • Mentions obligatoires : • Marques d’identité : • fabricant, lieu/date de fabrication, n° de série, pression épreuve, volume interne, marque nationale ou européenne • Marques de service : • nature du gaz, pression de service, date de dernière épreuve. Couleur de l’ogive selon la nature du gaz (NFEN 1089-3)

8. Robinetterie Constitution Performances, qualités attendues

9. Robinetterie : principe de fonctionnement Siège, clapet Réserve manuelle à rampe hélicoïdale

10. Robinetterie et bouteille : utilisation, entretien

11. Le détendeur Un détendeur est composé d’un premier étage et d’un second étage… Au niveau du premier étage, deux modes de serrage, soit Din soit à étrier

12. Détendeur à deux étages • Le rôle d’un détendeur est de distribuer automatiquement de l’air • à la pression ambiante • à la demande du plongeur • Principe de fonctionnement : • le 1er étage détend l’air haute pression (HP) en moyenne pression (MP), également nommée pression intermédiaire. • le 2ème étage détend à nouveau l’air MP du 1er étage pour l’amener à pression ambiante, également nommée basse pression (BP), respirable par le plongeur. • HP (176 à 230 bars) -> MP (8 à 12 bars) -> BP (pression ambiante) • Classification des détendeurs à 2 étages : • - 1er étage à piston (ou clapet) simple, ou à membrane simple • 1er étage à piston (ou clapet) compensé, ou à membrane compensée • 2ème étage simple • 2ème étage compensé

13. 1er étage à membrane simple Principe de fonctionnement : Dans ce type de détendeur, le piston est remplacé par une membrane épaisse, mais son principe est le même que celui du 1er étage à piston. Dans un 1er étage à piston, l'eau entre dans la chambre humide, elle peut y apporter du sable, du limon, des algues ou d'autres corps en suspension qui peuvent perturber le bon fonctionnement du piston. Cet inconvénient n'existe pas dans le cas d'un détendeur à piston membrane car l'eau n'entre pas dans le corps de détendeur. Le schéma ci-contre représente le système au repos, c'est-à-dire sans air sous pression ( tel qu'il est dans votre sac ). Seuls les deux ressorts exercent leur action sur les organes mobiles ( poussoir et clapet ). Le ressort R, plus puissant que le ressort r ( qui n'est là que pour le rappel du clapet ), appuie sur la membrane qui se déforme, transmet ce déplacement au poussoir et au clapet qui est donc écarté du siège.

14. On monte le détendeur sur la robinetterie d'un bloc gonflé et on ouvre le robinet de conservation. La HP du bloc entraîne le remplissage de la chambre HP, et, puisque le passage est ouvert, de la partie MP. En aval du tuyau MP, le volume est fermé ( on verra plus loin les systèmes du 2e étage ).Au fur et à mesure que le volume MP se remplit, la pression augmente. Elle exerce, sur les parois de cette chambre, des forces directement liées à sa valeur. Fonctionnement : 1ere étape • La membrane est repoussée vers sa position d’équilibre lorsque la force due à la MP équivaut à celle exercée par le ressort R (on constate que la force exercée par le ressort R définie la valeur de la MP ).La membrane, en reprenant sa position d'équilibre, laisse reculer le poussoir et le clapet qui vient en appui sur le siège et referme l'arrivée de la HP. Le système est en équilibre.La valeur de la MP dépend alors de la force de tarage du ressort appuyant sur la surface de la membrane : soit environ 8 à 10 bars selon les cas.

15. On immerge ce 1er étage sans inspirer ( par exemple, c'est mon détendeur de secours ). L'eau pénètre dans la chambre "humide" et vient transmettre l'action de la pression ambiante ( PA ) à la membrane. Son action s'ajoute à celle du ressort R et, à nouveau, la membrane quitte sa position d'équilibre, appuie sur le poussoir et provoque l'ouverture du clapet en le décollant du siège. La HP trouve le passage libre et l'air pénètre à nouveau dans la chambre MP. Fonctionnement : 2eme étape • La quantité d'air augmente et donc, sa pression. Lorsque la nouvelle valeur de cette MP est suffisante pour que la membrane retrouve sa position d'équilibre, le clapet revient en appui sur le siège et ferme le passage.A ce moment, le système est à nouveau en équilibre et la MP est égale à R + PA. Cet ajustement de la valeur de la MP est automatique.

16. Fonctionnement : 3e étape • En restant, cette fois-ci, à la même profondeur, j'inspire dans ce détendeur. Je prélève un volume d'air nécessaire et je provoque une diminution de la pression dans la chambre MP. • La membrane, sous l'action de R et de PA, quitte sa position d'équilibre, appuie sur le poussoir et repousse le clapet. L'air HP s'introduit dans la chambre MP et vient compléter le volume d'air prélevé. L'équilibre de position de la membrane est à nouveau atteind quand la MP a retrouvé sa valeur de départ ( avant inspiration ).Ce système correspond bien aux 3 principaux points du cahier des charges : • de l'air à la pression voulue, • de l'air fourni à la demande, • de l'air fourni automatiquement.

17. 1er étage à membrane compensé : Comment le reconnaître : les trous de la chambre sèche se trouvent au fond. Principe de fonctionnement :Le 1er étage à membrane compensé est de conception différente du précédent. La chambre de haute pression (HP) est maintenue fermée par un double piston à tige pleine. L’étanchéité du système repose aussi sur des joints toriques. Le sommet du piston est plaqué sur une membrane qui sépare la chambre humide (PA) de la chambre moyenne pression (PI). Un autre ressort « dynamométrique » maintien la membrane plaquée au piston.

18. 1er étage à membrane : Bilan des forces Non compensé Compensé

19. 1er étage à piston simple Comment le reconnaître : arrivée HP en ligne. Principe de fonctionnement : :Malgré divers joints toriques, le piston s’use plus que la membrane que nous verrons ci-après. Pour ces mêmes raisons, il n’est pas préconisé en eau trop chargée (trop salée , etc.).Par contre il est plus simple et plus fiable parce qu’il possède moins de pièces. Il est souvent moins coûteux. Schéma 1er étage dans le sac de plongée :

20. 1er étage à piston simple (suite) Principe de fonctionnement : quand on gré le détendeur et que l’on ouvre le bloc

21. 1er étage à piston compensé Objectif : la compensation du clapet/piston du 1er étage a pour but le maintien d’une MP stable par neutralisation de l’action de la HP Principe de fonctionnement : la compensation Sans compensation Avec compensation : - Forces verticales neutralisées - Les forces radiales s’annulent Intérêts : - Confort respiratoire constant du 2ème étage - Dans les situations critiques demandant un effort important, la stabilité de la MP est un facteur de sécurité

22. 1er étage à piston compensé Comment le reconnaitre : arrivée de la HP sur le côté Principe de fonctionnement : Puisque la HP décroît au cours de la plongée, la force appliquée sur le clapet va diminuer et rendre plus difficile le passage de la HP à la MP. De là est venue l'idée de neutraliser ce phénomène par la mise au point du "clapet-piston compensé". En position fermée : expiration En position ouverte : inspiration

23. 1er étage à piston : Bilan des forces Compensé Non compensé

24. La surcompensation

25. 2ème étage Objectif : A pour but de transformer la pression intermédiaire en pression ambiante et de donner de l’air à la demande Principe de fonctionnement du 2eme étage : Il est composé de deux chambres, une chambre sèche et une chambre humide, séparées par une membrane.

26. Fonctionnement : En phase d’inspiration, une dépression se forme dans la chambre sèche. La membrane se baisse, la cuillère (le levier) tire le piston et ouvre le clapet. L’air à pression intermédiaire se détend dans la chambre sèche, et permet ainsi au plongeur de respirer de l’air à la pression ambiante. Dès qu’il y a équilibre des pressions au niveau du deuxième étage, la membrane n’appuie plus sur le levier, et le clapet se ferme. Le second étage (suite)

27. 2ème étage compensé

28. 2ème étage Effet Vortex Le résultat est le même mais cette fois ci on ajoute un effet de tourbillon dans le détendeur. Quand le mélange arrive dans notre embout il y a embouteillage de celui ci du fait de la différence de section entre l’embout et le volume interne du 2ème étage. Pour faciliter le passage de l’air on crée un tourbillon ( Vortex ) dans le 2ème étage.Du coup le mélange tourne sur les parois et au centre il n’y a rien. quand j’inspire il n’y a pas de résistance du au mélange sur la membrane d’ouverture de la MP.Plus simplement si on prend une bouteille d’eau pleine et que l’on retourne celle ci elle se vide par à-coup, car l’air en voulant entrer dans la bouteille repousse l’eau; si je fait tourner l’eau dedans et que je vide, un tourbillon se crée et l’eau s‘évacue par les cotés alors que l’air entre par le centre, le vidage est plus rapide. Effet venturi L'effet Venturi (du nom du physicien italien Giovanni Battista Venturi) est le nom donné à un phénomène de la dynamique des fluides où les particules gazeuses ou liquides se retrouvent accélérées à cause d'un rétrécissement de leur zone de circulation. Dans certains détendeurs de plongée sous-marine, le flux d'air moyenne pression injecté dans le deuxième étage de ces détendeurs est orienté de telle manière qu'il participe à l'aspiration de la membrane. Cette membrane appuyant sur le levier qui provoque l'injection d'air, l'effet venturi réduit alors l'effort inspiratoire .

29. Principales pannes rencontrées

30. Principales pannes rencontrées : synthèse

31. Synthèse