LA PHYSIQUE

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Les pressions

La loi de Mariotte

Le principe d'Archimède

La loi de Dalton

La loi d'Henry

 

 

LES PRESSIONS

 

 Définition

Le plongeur subit une augmentation importante de pression lorsqu'il s'immerge.

La pression est une force sur une surface

P = pression, exprimée en Kg force/cm2

F = force, exprimée en Kg force

S = surface, exprimée en cm2

L'unité légale est le bar :

1 bar = 1 Kg force/cm2.

On note que la pression est d'autant plus forte :

- si la force exercée est grande,

- si la surface sur laquelle s'exerce cette force est petite.

Exemple :

Prenons une force égale à 1 tonne force sur une surface de 1 dm2, quelle est la pression exercée ?

1 000 Kg force, divisé par 100 cm2 = 10 bar de pression

 

 La pression Atmosphérique

Au niveau de la mer on subit la pression atmosphérique qui est de 1 bar (poids de la colonne d'air s'exerçant sur 1 cm2 de surface). Elle diminue avec l'altitude. Un litre d'air pèse 1,293 gramme.

 

 La pression Hydrostatique ou pression relative

En immersion, le poids de l'eau vient s'ajouter : c'est la pression hydrostatique (poids de la colonne d'eau s'exerçant sur 1 cm2 de surface).

Une colonne d'eau de 10 mètres de haut sur 1 cm2 de surface, représente 1 bar.

 Exemple :

P. Relative à 30 m 30 / 10 = 3

P. Relative à 47 m 47 / 10 = 4.7

Inversement :

P. Relative = 4

profondeur ?

4 X 10 = 40 mètres

P. Relative = 5.2

profondeur ?

5,2 X 10 = 52 mètres

 

 Pression absolue

la pression totale que le plongeur reçoit en immersion est la somme des deux pressions ci-dessus.

P. Abs = P. Atm + P. Relative

Exemple :

P. Abs à 40m = 1 + (40/10) = 5

Inversement :

P. Abs = 3 bar

Profondeur ?

(3-1) x 10 = 20 mètres

 

 En plongée

- si l'on descend, la pression augmente

- si l'on remonte, la pression diminue

LOI DE MARIOTTE

 Mise en évidence

 

Le volume d'un gaz est inversement proportionnel à la pression qu'il subit :

P X V = Constante

Ou

P1 X V1 = P2 X V2

Formule : P1 x V1 = P2 x V2

Le volume d'un ballon en surface = 12 litres

Quelle sera son volume à 10 mètres ?

1 x 12 = 2 x V2

V2 = (1 x 12) / 2 = 6 litres

 

 Applications et conséquences en plongée

 

 Application

- chargement des bouteilles de plongée,

- amélioration de la flottabilité,

- profondimètres mécaniques,

- levage, bouées...

 

 Conséquences

- barotraumatismes,

- accident de décompression,

- consommation en air variable selon la pression.

 

PRINCIPE D'ARCHIMEDE

(La notion de flottabilité)

exemple :

le poids d'un bloc en dehors de l'eau est le poids réel. Dans l'eau, le bloc est moins lourd, c'est le poids apparent.

 

 mise en évidence

 

 Loi

Tout corps plongé dans un liquide reçoit, de la part de ce liquide, une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du liquide déplacé.

 

 Le poids apparent

Poids apparent = Poids Réel - Poussée d'Archimède

Prenons un corps est comparons :

- si P. app > 0 flottabilité négative il coule

- si P. app = 0 flottabilité nulle équilibre

- si P. app < 0 flottabilité positive il remonte

 

 

Poids apparent

Flottabilité

conséquence

1) P app = 0,5 - 1 = -0,5 kg

< 0

Positif

Remonte

2) P app = 1 - 1 = 0 kg

= 0

Nulle

équilibre

3) P app = 1,5 - 1 = 0,5 kg

> 0

Négatif

coule

 

 

 

 

 

 

Exemple :

1 ) Quel est le poids apparent d'une ancre pesant 32 kg pour un volume de 15 dm3

32 - 15 = 17 kg, donc elle coule

 

2) un boîtier de caméra pèse 4 kg et a un volume de 5 dm3. Quel poids doit-on ajouter à l'intérieur pour l'équilibrer dans l'eau.

Poids apparent = 4 - 5 = - 1 kg. On doit ajouter 1 kg pour avoir un poids apparent nul.

 

 Application à la plongée

- poumon ballast,

- calculs de lestages et de levages,

- utilisation du gilet de stabilisation.

 

 Conséquences

- la flottabilité diminue si la profondeur augmente (diminution du volume de la combinaison),

- la flottabilité augmente en cours de plongée, par la consommation de l'air contenu dans la bouteille,

- avec la loi de Mariotte (l'air contenu dans le gilet de stabilisation), le volume d'air augmente à la remontée, donc la poussée d'Archimède sera plus forte. Risque de remonter rapidement.

LOI DE DALTON

Le plongeur respire de l'air comprimé. L'air est composé de plusieurs gaz qui, à partir d'une certaine pression peuvent devenir toxiques. Il faut savoir calculer la pression partielle de chacun de ces gaz.

 

 Composition de l'air

 

Oxygène (O2)

20,9 %

Azote (N2)

79 %

Dioxyde de carbone (Co2)

0,03 %

Gaze rares : néon, crypton, argon...

0,07 %

 

 Mise en évidence

 

 

 Loi et formule

 la pression partielle d'un gaz dans un mélange est la pression qu'aurait ce gaz s'il occupait seul tout le volume du mélange.

 Dans un mélange gazeux, la somme des pressions partielles des composants de ce mélange est égale à la pression du mélange.

 La pression partielle d'un gaz dans un mélange est obtenue par la formule suivante :

Pp = (P absolue) X (% du gaz)

Exemple :

Quelle est la pression partielle de l'azote respiré en surface ? Pp N2 = 1 X 80/100 = 0,8 bar

Pour l'oxygène Pp O2 = 1 x 20/100 = 0.2 bar

 

 Application à la plongée :

- utilisation de mélanges différents de l'air (nitrox, trimix)

- calcul des tables de plongée

 

 Conséquences :

- toxicité des gaz : accidents bio-chimiques

- mécanisme de l'accident de décompression

 

LA LOI D'HENRY

(dissolution des gaz)

Les liquides dissolvent des gaz, exemple : ouverture d'une bouteille de boisson gazeuse.

Le plongeur va dissoudre plus d'azote qu'à la surface.

Conséquence : problème à la remontée, idem pour la bouteille de boisson gazeuse.

 

 Mise en évidence

état de saturation : état d'équilibre

(si Pp = T)

 

T

 

Q = Quantité de gaz dissout

T = tension :

état de sous-saturation : le liquide absorbe le gaz en le dissolvant

(si Pp > T)

 

T

 

La quantité augmente progressivement jusqu'à 2 Q

état de sous-saturation : le liquide absorbe le gaz en le dissolvant

(si Pp > T)

T

 

La quantité augmente progressivement jusqu'à 3 Q

état de saturation : état d'équilibre

(si Pp = T)

 

T

 

Equilibre parfait entre la pression partielle et la tension

état de sur-saturation : le liquide restitue le gaz dissout.

(si Pp < T)

 

T

 

La quantité de gaz dissout diminue progressivement jusqu'à la Pp de 1 bar et crée des micros bulles dans le liquide

On parle de tension d'un gaz lorsqu'on est en phase dissoute dans un liquide, et de pression partielle d'un gaz dans un mélange lorsqu'on est en phase gazeuse.

En plongée on respire de l'air à la pression ambiante, l'organisme va se charger en N2 sous l'effet de la pression. Pour éviter la sur-saturation rapide (avec bulles), le plongeur doit remonter lentement (15m/mn) et faire ses paliers si nécessaire. Sinon il a de grande chance de faire un accident de décompression.

 

 Les facteurs de dissolution pour un plongeur

- la profondeur : si elle augmente, Q augmente,

- la profondeur : si elle diminue, Q diminue,

- la durée : si elle augmente, Q augmente,

- l'effort physique : s'il augmente, Q augmente,

- la température : si elle augmente, Q augmente.

 

 La Loi

A température donnée et à saturation, la quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz au dessus du liquide.

 

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