NIVEAU IV

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F L

OT

T

BA

I

I L

ET

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I - Objectifs

II - Rappels

III – Loi d’Archimède (mise en évidence)

IV – Loi d’Archimède (énoncé)

V – Poids apparent

VI – Poids apparent (exercice)

VII – Application à la plongée

VIII – Variation des paramètres

IX – Poumon -ballast

X – Variation de profondeur

PLAN

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Comprendre et adapter votre flottabilité en tant que guide de palanquée

Détecter les défauts d’équilibrage des plongeurs encadrés

Etre capable de calculer la flottabilité à partir de :La loi d’ArchimèdeDes facteurs de modification de la flottabilité (facteurs physiques et matériels)

I – OBJECTIFS

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• Flottabilité– Flottabilité positive : on flotte en surface.– Flottabilité neutre : on reste en équilibre à la profondeur où l’on se

trouve.– Flottabilité négative : on coule jusqu’au fond.

• Loi de Mariotte– Pinitial * Vinitial = Pfinal * Vfinal

– Le volume d’un gaz diminue quand la pression augmente (à la descente).

– Le volume d’un gaz augmente quand la pression diminue (à la remontée).

II – RAPPELS

VP x Constante=

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III – Loi d’Archimède – Mise en évidence

400 ml

300 ml

On positionne la bougie à vis dans le verre doseur vide!

On remplit le verre à 400 ml

La bougie flotte au raz de la surface, elle est en flottabilité neutre!

On retire la bougie, on lit le niveau à 350 ml

On pèse la bougie : 50g

Conclusion :La bougie a déplacé (400-350) = 50 ml (c’est donc son volume).1 L d’eau pèse 1 Kg soit 50 ml = 50 gLe poids du volume d’eau déplacé est égal au poids de la bougie!

Vol. déplacé

50

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IV – Loi d’Archimède – Enoncé

C’est la Poussée d’Archimède.

Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée vers le haut, égale au poids du volume du liquide déplacé et appliquée au centre de gravité du volume déplacé.

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V – Poids apparent

Poussée d’Archimède = Vol liquide x densité liquide.

Poids réel = Vol objet x densité objet.

• Nota : Différence entre masse volumique et densité– La masse volumique est la masse d’un volume d’un litre (ou 1 dm3). Elle s’exprime en

kg/l.– La densité est le rapport de la masse volumique du corps considéré sur celle de l’eau

pure. Elle est sans unité.– La masse volumique de l’eau pure étant de 1 kg/l, nous confondrons les deux notions

par commodité.

Poids apparent =

Poid réel – Poussée d’Archimède

Pds app = 0 : Equilibre

Pds app < 0 : Objet flotte

Pds app > 0 : Objet coule

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VI – Poids apparent - application

•Un nageur en maillot est naturellement équilibré dans l’eau.•Sa combinaison en néoprène a une flottabilité positive de 4 kg (volume 6 l).•Sa bouteille de plongée vide a un poids apparent de 2.5 kg.•Son gilet a un poids apparent de -1 kg.•Son détendeur a un poids de 1 kg pour un volume de 0.5 l.

Þ Lestage?

=> Poids de la combinaison?

•Influence de l’air de la bouteilleL’air à la pression atmosphérique (1b) a une masse volumique de 1.29 kg/m3 Þ poids de l’air de la bouteille (12l - 200b)?

=> modification de la flottabilité au cours de la plongée fonction de la consommation d’air

Flottabilité positive : on flotte.Flottabilité neutre :

équilibre.Flottabilité négative : on coule.

Pds app total = Somme de tous les poids apparents :Nag.(0)+Combi(-4kg)+bout.(+2,5kg)+SGS(-1Kg)+dét.(+1Kg-0,5 l x 1)

Soit : -4+2,5-1+0,5=-2Kg de poids apparent…Il faut donc ajouter un plomb de 2kg

PoidsApp = 4 Kg

PArchimède =Vol déplacé x deau

Soit 6 x 1 = 6 Kg

PoidsRéel= ??

PoidsApp = PoidsRéel – Parchimède

Attention au sens des Flèches!!

-4 Kg = ?? - 6 Kg Soit ?? = 2 Kg

Z

2 Kg

Capacité bouteille = 12 x 200 = 2 400 l à 1barSoit 2,4 m3 x 1.29 Kg/m3 = 3,1 Kg

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Sur lestage =>palmage vers le haut

Lestage idéal =>palmage horizontal

Sous-lestage =>palmage vers le bas

VII – Application à la plongée

Si la flottabilité apparente du plongeur n’est pas correcte, il devra compenser Par un effort de palmage supplémentaire :

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VIII – Variation des paramètresLestage d’un caisson photo de 1,5 dm3 pesant 1200g.

– avec un plomb intérieur– avec un plomb extérieur– dans de l’eau douce– dans de l’eau de mer

Densité du plomb 11Densité de l’eau de mer 1,03

PoidsRéel caisson= 1,2 Kg

PArchimède = Vol déplacé x deau = 1,5L x 1 = 1,5 Kg

Pour que le caisson soit équilibré il faut :PArchimède = PoidsRéel caisson + PoidsRéel plomb

Soit1,5 Kg = 1,2 Kg + ?? Le plomb doit peser : 0,3 Kg soit 300 g

PoidsRéel plomb= ??

PArchimède = Vol déplacé x deau = 1,5L x 1,03 = 1,545 Kg

Pour que le caisson soit équilibré il faut :PArchimède = PoidsRéel caisson + PoidsRéel plomb

Soit1,545 Kg = 1,2 Kg + ?? Le plomb doit peser : 0,345 Kg soit 345 g

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VIII – Variation des paramètresLestage d’un caisson photo de 1,5 dm3 pesant 1200g.

– avec un plomb intérieur– avec un plomb extérieur– dans de l’eau douce– dans de l’eau de mer

Densité du plomb 11Densité de l’eau de mer 1,03

PoidsRéel caisson= 1,2 Kg

Parchi caisson = Vol déplacé x deau = 1,5L x 1 = 1,5 Kg

Pour que le caisson soit équilibré il faut :Parchi caisson + Parchi plomb = PoidsRéel caisson + PoidsRéel plomb

Soit1,5 Kg + ???= 1,2 Kg + ??1,5 Kg + (Vplomb x 1) = 1,2 Kg + (Vplomb x 11)1,5 Kg - 1,2 Kg = (Vplomb x 11) - (Vplomb x 1) 0,3 Kg = Vplomb x (11 – 1) soit Vplomb = 0,3 / 10 L

PoidsRéel plomb= ??

Parchi plomb = Vplomb x deau = ??? L x 1 = ??? Kg

PoidsRéel plomb = Vplomb x dplomb

?? = Vplomb x 11

PoidsRéel plomb = (0,3 / 10) x 11

Soit 0,330 Kg ou 330 g

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VIII – Variation des paramètresLestage d’un caisson photo de 1,5 dm3 pesant 1200g.

– avec un plomb extérieur– dans de l’eau douce– dans de l’eau de mer

Densité du plomb 11Densité de l’eau de mer 1,03

PoidsRéel caisson= 1,2 Kg

Parchi caisson = Vol déplacé x deau = 1,5L x 1,03 = 1,545 Kg

Pour que le caisson soit équilibré il faut :Parchi caisson + Parchi plomb = PoidsRéel caisson + PoidsRéel plomb

Soit1,545 Kg + ???= 1,2 Kg + ??1,545 Kg + (Vplomb x 1,03) = 1,2 Kg + (Vplomb x 11)1,545 Kg - 1,2 Kg = (Vplomb x 11) - (Vplomb x 1,03) 0,345 Kg = Vplomb x (11 – 1,03) soit Vplomb = 0,345 / 11,97 L

PoidsRéel plomb= ??

Parchi plomb = Vplomb x deau = ??? L x 1,03 = ??? Kg

PoidsRéel plomb = Vplomb x dplomb

?? = Vplomb x 11

PoidsRéel plomb = (0,345 / 9,97) x 11

Soit 0,381 Kg ou 381 g

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VIII – Variation des paramètresRépartition des efforts

Chaque corps plongé dans l’eau a un poids apparent, leur répartition (combi, stab, bouteille, etc…) permet une stabilité ou un déséquilibre.

Poids apparent SGS

Poussée Archimède

plongeur

Poids réel plongeur

Poids apparent ceinture

Poids apparent bloc

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IX - Poumon-ballast• La variation du volume pulmonaire modifie la flottabilité

– une expiration forcée tend à faire descendre le plongeur.– une inspiration forcée tend à faire remonter le plongeur.

• La variation du volume pulmonaire modifie aussi l’assiette car le poumon est situé dans le haut du corps– une expiration tend à faire basculer le plongeur tête en

bas.– une inspiration tend à faire basculer le plongeur tête en

haut.

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IX- Poumon – ballast (inertie)

La variation de profondeur n’est pas immédiate mais prend un certain temps pour vaincre l’inertie du plongeur.

– L’inertie est plus grande quand on est en position horizontale que lorsque l’on est vertical.

Un décalage entre la respiration et l’évolution verticale du plongeur permet de

maintenir une profondeur constante tout en continuant à respirer.– Quand on sent une tendance à monter ou à basculer tête

en haut on expire et inversement

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X – Variation de profondeur

Modification de la flottabilité par la compressibilité des gaz

Le volume de l’air contenu dans une enveloppe souple est modifié par la profondeur.

– Plus la profondeur est importante et plus le volume est petit (Mariotte).

=> La flottabilité d’une enveloppe souple contenant de l’air est modifiée par la profondeur.– le poids apparent est plus important quand la profondeur

augmente.

Nota : bien que contenant de l’air, la bouteille de plongée ne voit pas sa

flottabilité évoluer avec la profondeur (s’il n’y a pas de consommation d’air)

car elle est rigide.

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X – Variation de profondeur

Ecrasement de la combinaison– une combinaison en Néoprène est une mousse contenant des

bulles d’air pour assurer l’isolation thermique.– Sous l ’effet de la pression due à la profondeur les bulles d’air

s’écrasent ce qui modifie le volume de la combinaison.– => plus le plongeur descend et plus son poids apparent est

important.– => accélération de la vitesse avec la profondeur à la descente.

=> Pour compenser cette variation de flottabilité : Système Gilet Stabilisateur (SGS).Le gilet comme le poumon permet une modification de volume

cependant :– le poumon se remplit et se vide plus vite!– son volume est ajusté plus précisément!

=> le poumon doit toujours être utilisé en premier!– Si on veut augmenter son volume, on commence par une

inspiration forcée et si cela ne suffit pas, on gonfle le gilet.En cas de sur-gonflage du gilet, il est alors possible de vider un peu d’air des poumons.

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XI - Gilet stabilisateur et poumon - ballastA la descente

Poumon Gilet

Les poumons et le gilet sont vides pour forcer la descente

Les poumons sont remplis pour ralentir la descente

Le gilet est rempli pour interrompre la descente

La stabilisation est affinée avec le poumon ballast

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XI - Gilet stabilisateur et poumon - ballastA la remontée

PoumonGilet

Au fond, la flottabilité est neutre avec une respiration sur volume courant.

Une inspiration forcée déclenche la remontée.

Le volume du gilet augmente avec la baisse de pression.

Une expiration permet le contrôle de la vitesse de remontée.

Quand le volume du poumon ne peut plus diminuer, le gilet est purgé.Une inspiration permet de maintenir la vitesse de remontée.

Et ainsi de suite…

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MERCI pour votre attention!

Bon stage!