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PHYSIQUE N4Strasbourg - décembre 2007

Katy LAMBINETMichaël MORIN

� PHYSIQUE N4

� LOI DE DALTON� SATURATION -

DESATURATION� OPTIQUE� ACOUSTIQUE

DALTON

John Dalton ( 6 septembre 1766 – 27 juillet 1844 )

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• 1. La loi de DaltonRappel : composition de l’air

Azote (N2) : 79,03 %Oxygène (O2) : 20,93 %Gaz rare : 0,01 %Dioxyde de carbone (CO2) : 0,03%

On simplifiera en prenant :N2 : 80 %O2 : 20 %

DALTON

• ENONCE de la loi de Dalton:

A 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

DALTON

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Pabs = Pp gaz1 + Pp gaz2 + Pp gaz3 +…

Pp d’un gaz = Pabs x % de ce gaz

DALTON

• 2. La toxicité des gaz au cours de la plongée

Pour l’oxygène : PpO2 max = 1,6 bPour l’azote : PpN2 max = 5,6 b

La plongée à l’air est limitée à 60 m, qu’est ce qui a motivé ce choix ?

DALTON

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DALTON

REPONSE :

A 60m, Pabs = 7b % N2 = 80% % O2 = 20%

Utilisons la formule: Pp gaz = Pabs x %gaz

Pour l’oxygène : Pp O2 = 7 x 0,2 = 1,4b < PpO2 maxPour l’azote : PpN2 = 7 x 0.8 = 5,6b soit la PpN2 maxC’est donc l’azote le facteur limitant

DALTON

• 3. La narcose

Les plongeurs les plus sensibles à la narcose, le sont dès 30 m, quelle est la PpN2 correspondante ?

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DALTON

A 30 m, Pabs = 4b

PpN2 = 4 x 0.8 = 3,2 b

DALTON

• 4. Le Nitrox4.1. Définition : le nitrox est un mélange O2 - N2 où le taux d’ O2 est supérieur à 21%

4.2. La PMU (Profondeur Maximale d’Utilisation)

En utilisant un nitrox 30-70 (30% d’ O2), quelle est la profondeur à ne pas dépasser ou PMU?

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DALTON

REPONSE :

On sait que Pp gaz = Pabs x %gaz

Donc Pabs = Pp gaz / % gaz

Pabs = 1,6 / 0,3 = 5,33

Soit une PMU de 43 m

DALTON

• 4.3. La PEA (Profondeur EquivalenteAir) ou comment plonger au Nitrox avec des tables MN 90 ?

Soit une plongée Nitrox (30-70) à 30m

Quelle est la PpN2 ?

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DALTON

REPONSE :

Pp N2 = Pabs réelle x % N2 nitrox

Pp N2 = 4 x 0,7 = 2,8b

A quelle Pabs, à l’air (Pabs fictive) a-t-on une telle PpN2 ?

DALTON

Pabs fictive = Pp N2 / % N2 airOr on sait que Pp N2 = Pabs réelle x % N2 nitrox

Par conséquent

Pabs fictive = (Pabs réelle x % N2 nitrox) / % N2 air

Dans notre exemple, Pabs fictive = (4 x 0,7) / 0.8 = 3,5 b

De la Pabs fictive on en déduira la PAE qui permettra de rentrer dans les tables MN 90Soit une PEA de 25 m

Remarque: Pabs fictive < Pabs réelle

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DALTON

• 4.4. Exercice :

Une palanquée plonge au Nitrox 40-60 à 25 m

1. Quelle sera la PMU ?

2. Déterminer la PAE

DALTON

REPONSES :

A 25m, Pabs réelle = 3,5b % N2 = 60% % O2 = 40% PpO2 max = 1,6 b

1. Quelle sera la PMU ?Pabs = Pp gaz / % gazPabs = 1,6 / 0,4 = 4Soit une PMU de 30m

2. Déterminer la PAEPabs fictive = (Pabs réelle x % N2 nitrox) / % N2 air Pabs fictive = (3,5 x 0,6) / 0.8 = 2,6b soit 16mL’entrée dans la table se fera à 20m

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� LOI DE DALTON

� SATURATION DESATURATION

� OPTIQUE� ACOUSTIQUE

SATURATION - DESATURATION

William Henry ( 12 décembre 1775 - 2 septembre 1836 )

SATURATION -DESATURATION• 1. HISTORIQUE

1861 .BUCQUOY : il existe du gaz dissous dans le sang et lorsque la pression diminue, il se forme des bulles.

1878. Paul BERT : seul l’azote est concerné

1907. HALDANE : il établit les premières procédures de décompression.

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SATURATION -DESATURATION• 2. LES ELEMENTS DE CALCUL DE

TABLES

2.1. La loi de Henry

A température donnée et lorsque la saturation est atteinte, la quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression exercée par ce gaz à la surface du liquide.

SATURATION -DESATURATIONL’état de saturationSi la pression et la température restent constantes, la

quantité de gaz absorbée par ce liquide atteint un état d’équilibre : c’est la saturation.

La saturation dépend de- la température

- l’agitation

- la nature du gaz

- du contact entre les deux surfaces

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SATURATION -DESATURATIONL’état de sursaturation (phase d’élimination)

Si la pression exercée par un gaz à la surface du liquide diminue, le gaz s’échappe du liquide et reprend son état gazeuxL’état de sursaturation correspond à un état de déséquilibre

. L’état de sous saturation (phase de dissolution)

Que se passe-t-il au cours d’une plongée ?

SATURATION -DESATURATION

2.2. Comment connaître sa TN2 ?2.2.1. Le gradient

Définition : Le gradient (G) représente la différence entre la tension d’azote d’origine (To) et la tension d’azote finale (Tf) à saturation

G = Tf - To

Exemple: Je plonge 40 m jusqu’à saturationTrouver : - To

- Tf- G

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SATURATION -DESATURATION

REPONSE :

- To = 0,8 b

- Tf = 5 x 0,8 = 4 b

- G = (4 – 0,8) = 3,2 b

SATURATION -DESATURATION

2.2.2.. La période

Définition : on appelle période, le temps nécessaire à la dissolution ou à l’évacuation de la moitié du gradient

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SATURATION -DESATURATION

2.2.4. Quelle durée donner à la période ? : La notion de compartiments

Haldane divise l’organisme en 5 compartiments de périodes différentes (5, 10, 20, 40 et 75 minutes)

SATURATION -DESATURATION

TN2 = T0 + G x % saturation

ou

TN2 = T0 + (Tf - T0) x % saturation

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SATURATION -DESATURATION2.3. Connaissant la TN2, comment effectuer la remontée ?

Coefficient de sursaturation critique = Sc = TN2 / Pabs

Chaque compartiment possède son Sc

A la remontée, ne jamais dépasser le Sc

Pabs

TN2 critiqueion sursaturat det Coefficien =Pabs

TN2

SATURATION -DESATURATION2.4. Comment déterminer la profondeur d’un palier ?

Est-ce que je peux rejoindre la surface où Pabs =1 ?

Il faut donc que : TN2/Sc≤ 1

Application

Reprendre les exemples 1 et 2 précédemment étudiés et déterminer les paliers éventuels ainsi que leur profondeur pour les compartiments 10 et 20 min.

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SATURATION -DESATURATION

REPONSE :

Exemple 1C20 TN2 = 2,4 b Sc = 2,04Pabs = TN2 / Sc = 2,4 / 2,04 = 1,18 bProf = 1,18 mLe palier s’effectuera à 3 m

C10 TN2 = 3,2 b Sc = 2,38Pabs = 3,2 / 2,38 = 1,35Prof = 3,5 mLe palier s’effectuera à 6 m

C10 est le compartiment directeur

SATURATION -DESATURATIONREPONSE :

Exemple 2C20 TN2 = 1,8 b Sc = 2,04Pabs = TN2 / Sc = 1,8 / 2,04 = 0,88 ≤ 1

Pas de palier

C10 TN2 = 2,3 b Sc = 2,38Pabs = 2,3 / 2,38 = 0,97 ≤ 1

Pas de palier

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DESATURATION

� OPTIQUE� ACOUSTIQUE

OPTIQUE

OPTIQUE

• La vision dans l’eau

Conséquences: - ça rapproche:

Distance apparente = 3/4 x Distance réelle.

- ça grossit:

Taille imaginaire = 4/3 x Taille réelle.

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OPTIQUE

L'eau absorbe sélectivement les différentes couleurs.

Disparition des couleurs:- le rouge - l'orangé- le jaune - le violet- le vert- le bleu.

OPTIQUE

Exercice

Je vois à 2,4 m de moi un superbe Silure d'environ 1.2 m.

Question: Quelle est sa taille réelle ? Quelle est la distance réelle ?

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OPTIQUE

REPONSES:

Taille imaginaire = 4/3 x Taille réelle.

Taille réelle = ¾ x Taille imaginaire

= ¾ x 1,2 = 0,9 m

Distance apparente = 3/4 x Distance réelle Distance réelle = 4/3 x Distance apparente

= 4/3 x 2,4 = 3,2 m

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ACOUSTIQUE

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ACOUSTIQUE

• La vitesse de propagation du son est de :

- 330 m /s dans l’air- 1500 m /s dans l’eau

ACOUSTIQUE

• Exercice 1Une explosion a lieu en surface à 4500m du bateau.

Combien de temps le son mettra-t-il pour atteindre :

- les plongeurs au palier ?

- les personnes présentes sur le bateau ?

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ACOUSTIQUE

REPONSES:

- les plongeurs au palier

Vitesse du son = 1500 m /s distance = 4500m

V = d/t

t = d / V = 4500 /1500 = 3 s

- les personnes présentes sur le bateauVitesse du son = 330 m /s distance = 4500m

V = d/t

t = d / V = 4500 /330 = 13,6 s

ACOUSTIQUE

• Exercice 2Des plongeurs entendent une explosion sous-marine, 5 secondes après qu’elle ait eu lieu.

A quelle distance de l’explosion sont-ils situés ?

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ACOUSTIQUE

REPONSE

t = 5 s Vitesse du son = 1500 m /s

V = d /t

d = V x t

d = 1500 x 5 = 7500 m