La pression, la compressibilité, la flottabilité…
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Matthew Daillie 2010 CTD 13
1re partieIntroductionLa pression, qu’est-ce que c’est?Définitions et unités de mesureÉtats de la matière et compressibilitéRelation entre pression, volume et
températureExercices
Plongeur en immersionGonflage blocs
Conclusions sur la sécurité
2e partiePrincipes de la flottabilitéDémonstration ArchimèdeCentre de gravité, centre de pousséeDéfinitions et unités de mesureImplications dans notre vie de plongeur
LestageFlottabilité, vitesse de remontéeRelevage objets, sorties de l’eau
Exercices
Unités de mesureSystème InternationalUnité Nom Symbole
Surface mètre carré m2
Volume mètre cube m3
Masse kilogramme kg
Masse volumique Kilogramme par mètre cube kg m-3
Vitesse mètre par seconde m s-1
Force newton N
Pression pascal Pa
Temps seconde s
Température kelvin K
Équivalences utilisées en plongée
Pression atmosphérique
1 bar 1atm 760 mm Hg 1013 hPa
Volume 1 m3 1000 dm3 1 000 L
Force/Poids/ Poussée 10 N 1 Kg 1 L
Température 0 K -273°C
Les calculs
A
CB
A = B x CB = A / CC = A / B
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
La ForceUne Force se mesure en Newtons mais en
plongée onparle en kilogrammes
Elle peut changer la vitesse d’un objet ou le déformer.
Rappels
Pression relative = pression hydrostatique
Pression ambiante = pression absolue
SolideLiquide
Gaz
Les deux premiers sont considérés incompressibles
Les gaz sont compressibles
Mariotte et Boyle
À température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à sa pression.
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!)?
Relation entre pression, volume et température
P1 x V1
T1
=P2 x V2
T2
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
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?
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)
ExercicesQuestion 1Vous 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
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
La SécuritéBlocs
Gonflage À quel moment? À quelle pression? À quelle vitesse?
StockageChoix du volumeVidage
Accidents
Barotraumatismes
ADD
MatérielDétendeurs
SouplesseDébit
GiletsVolumeInflateur
ParachuteÀ purge?
La flottabilité d’un corps dépend de sa densité et de la densité du liquide déplacé.
Définitions et unités de mesure
La masse
On peut dire que la masse d’un objet est la quantité de matière qui la constitue
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
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
Exemplesla 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
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.
RappelsVolume
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)
ArchimèdeTout 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
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.
Implications pour notre vie de plongeuse/plongeurLe lestage
Risques d’un sur-lestage
Risques d’un sous-lestage
Besoin de changer en fonction du milieu
Emplacement (équilibre du plongeur)
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.
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…
…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?
Liens utilesAssistance 24h/24h : [email protected]
BibliographiePlonger en sécurité Avanzi, Galley & Héritier
ed. GründNouvelle plongée subquatique Molle & Rey
ed. AmphoraLa plongée sous-marine Foster ed. EDP
SciencesLe tour de la plongée en 80 problèmes
Aubert & Jonville (ed.)Plonger Plaisir exercices N4,5 et monitorats
Foret ed. Gap