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PHYSIQUE PLONGEURS(ses) N2 N3

1Réglementation N2 – N3 – Jean-Paul GOURDOU E2 - 2014

INTRODUCTION

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Comprendre La physique en plongée sur :

• Pourquoi nous nous lestons différemment?

• L’influence de la pression.

• Pourquoi je gonfle ma stab?

• La limitation en profondeur (consommation, toxicité des gaz).

• Notre perception optique et acoustique.

PHYSIQUE

Niveau II

Niveau III

GénéralitéFlottabilité

Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

Acoustique

Où trouver l’info

Généralité

3

- En tant que futurs N2 et N3, vous avez déjà acquis des notions sur le lestage.

- La physique sert aussi à comprendre les

accidents que tout plongeur peut avoir

en profondeur.

- En tant que futur autonome, vous serez co-responsable de la plongée.

.

PHYSIQUE Niveau II

Niveau III


Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique


Généralité

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Niveau III


Compressibilité

Des gaz

Pression partielle

Optique

acoustique


Physique élémentaire

La Masse désigne la quantité de matière. Elle se dit en kg.

1 kg est la masse d’1 dm3 d’eau (pure à 4°C).On utilise souvent le terme de poids injustement.

La Masse volumique caractérise la masse d’un produit par

rapport à son volume. Elle s’exprime en kg/dm3. (kg/litre)

La masse volumique de l’eau douce est de 1kg / dm3.

La masse volumique d’eau de mer est de 1,023 kg/dm 3 *

De l’air est de 1,29 g / dm3.

*cette valeur est donnée à titre indicatif et varie en fonction des mers.

Généralité

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Compressibilité

Des gaz

Pression partielle

Optique

acoustique



Le poids de notre corps à la surface de la terreest déterminé par l’attraction. Il s’exprime enNewton.

En plongée, par soucis de simplification, on utilise le kgf.

1 kgf = 9,81 Newton.

Ce qui permet de faire la confusion entre la masse et le poids.

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Niveau III


Compressibilité

Des gaz

Pression partielle

Optique

acoustique


Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui une poussée (force) verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé.

Théorème d’ARCHIMEDE

Flottabilité

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Dissolution de N2

Dans le corps

Optique

acoustique



Flottabilité

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique



Flottabilité

- Chaque objet déterminé pèse un certain poids, ce poids s’exprime en kgf. C’est ce que l’on appellera : POIDS REEL

- L’immersion du plongeur entraîne un poids du volume déplacé, c’est la POUSSEE D’ARCHIMEDE

- le plongeur ressent une diminution de ce son poids réel, c’est : le POIDS APPARENT

Poids apparent = Poids réél – Poussée d’Archimède

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Niveau III


Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique



Flottabilité

Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui une poussée (force) verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé.

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Niveau III


Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique



Flottabilité

Pds apparent = Pds réel – Poussée d’Archimède

Un plongeur pèse 85 kg et a un volume de 90l.

Quel est son poids apparent ?

Préel = 85kgf

Poussée Archimède = 90kgf (car 90l d’eau déplacée)

PApp = 85kgf – 90kgf = - 5kgf

QUE FAIT LE PLONGEUR ? IL FLOTTE !

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique e

acoustique



Flottabilité

Pds apparent = Pds réél – Poussée d’Archimède

! Si le plongeur est trop lourd. ( il se fatigue, il consomme, il s’essouffle, il risque d’abîmer le fond marin d’où sa ressemblance à un Hippocampe ).

Ex: Un plongeur pèse 85 kgf pour une volume de 80l, il s’immerge. Que se passe t-il et pourquoi ?Il coule car son poids apparent>0 (85kgf-80kgf = 5 kgf)

Mais vu la température de l’eau, il décide de rajouter sa combinaison d’un volume de 10l, pesant 2kgf. Résultat ?Il flotte car Poids Apparent <0 (87kgf – 90kgf = - 3kgf)

Que fait il ? – Il flotte donc il met 3kg de plomb.

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique e

acoustique



Flottabilité

Pds apparent = Pds réél – Poussée d’Archimède

Exercice 1 :

Une amphore a un poids de 32 kgf sur Terre pour un volume de 15

dm3. Quel sera le poids qu'elle aura l'air d'avoir dans l'eau?

Coule-telle ou flotte-t-elle?

Réponse : Papp = +17 kgf Elle coule car son poids apparent>0

Exercice 2 :

Un plongeur se bricole un boîtier vidéo. Son volume est de 5 dm3 pour

un poids de 4 kgf. Il désire l'équilibrer. Quel lest doit-il ajouter à

l'intérieur ?

Réponse : Papp = -1 kgf Il flotte car Poids Apparent <0 Il faut rajouter un kilo de plomb pour que Papp = 0.

Généralité

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Compressibilité

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Pression Partielle

Optique

acoustique


Physique élémentaire : La PRESSION

Lorsqu'une force s'exerce sur une surface, il est parfois intéressant de

considérer la répartition de la force selon la surface.

Par exemple,

F

Par définition, la pression P =

S

Où

F est la force en newtons (N),

S est la surface en m²,

P est en pascals (Pa), qui sont des N/m².

neigeneige

Généralité

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique



Volume

1 m3 = 1000 L1 L = 1000 cm3 = 1 dm3

Force

1 kgf = 9,81 Newton par soucis de simplification, on utilise le kg.

Pression

1 bar = 100000 Pa1 mbar = 100 Pa = 1 hPa1 atm = 760 millimètre de mercure Hg1 kgf/cm2 = 0,981 bar

Généralité

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PHYSIQUE

Niveau IV


Compressibilité

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Pression Partielle

Optique

acoustique



Pression atmosphérique

au niveau de la mer:

= 760 mm Hg

= 10, 330 m d’eau douce ≈ 1 b

Pression hydrostatique

10m d’eau de mer ≈ 1b

Pression absolue en mer

Pabs (en bar) 1+(Prof(m) /10)

la pression

atmosphérique diminue

avec l'altitude. Par

exemple à 1000 m elle

est de 0.9 bar et à 5000

m de 0.5 bar (541.

Compressibité

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique



Compressibilité

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique


la LOI de Mariotte : Application à la plongée.

Enoncé : A température constante, le volume d’un gaz est

inversement proportionnel à sa pression.

Compressibilité

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Comprendre la LOI de Mariotte :

PHYSIQUE Niveau II

Niveau III


Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique


Enoncé : A température constante, le volume d’un gaz est

inversement proportionnel à sa pression.

PV = constante

Les liquides et les solides ne sont pas compressibles. Les gaz le sont.

Pour simplifier on utilise souvent :Pression X Volume = Constante.

Mais dans le cas d’un gaz, la Température est un facteur important.

Compressibilité

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Question :

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique


P1 = Pression de surface

V1 = Volume de surface

P2 = Pression du fond

V2 = Volume du fond

V2 = P1 x V1 (12l )/ P2 (2 bars)

Compressibilité

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique

acoustique



Consommation de 20l/mn

en surface

A 20m; (200b – 50b de réserve) x 12l

3bx20l/min

Compressibilité

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Niveau III


Compressibilité

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Pression Partielle

Optique

acoustique



Consommation :

50b

Durée ?

Air non

utilisable200b 12l

Volume

du bloc

utilisable

à 1 bar/min

Pression Partielle

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Compressibilité

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Pression Partielle

Optique

acoustique


la LOI de Dalton : Application à la plongée.

Calcul pour la toxicité des gaz (Nitrox), oxygénothérapie Hyperbare, et aussi pour les tables de plongée (dissolution de l’azote).

Enoncé : A température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu’auraient chacun des gaz s’il occupait seul tout le volume.

On parle de pression partielle d’un gaz (Pp).

Pression Partielle

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

acoustique



Enoncé : A température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu’auraient chacun des gaz s’il occupait seul tout le volume.

Composition de l’air:On retiendra pour des raisons de simplification :L’Azote qui est un diluant le N2 à 79 % de vol.L’Oxygène , O2 à 21 % de vol

Et de super-simplification pour les calculs 80%, 20%.

Attention au CO (monoxyde de carbone).C’est un gaz extrêmement nocif, INODORE, même en faible proportion. Ce gaz résulte d’une combustion imparfaite et se combine d’une manière stable et indissociable avec l’hémoglobine (le sang) , empêchant ainsi le transport normal de l’O2.

Pression Partielle

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Compressibilité

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Pression Partielle

Optique

acoustique



On parle de Pression partielle d’un gaz (Pp).

Toxicité des gaz

Hyperoxie et hypoxie: PpO2

Hypercapnie: PpCO2

Narcose: PpN2

Empoisonnement par le monoxyde de carbone : PpCO

- Obligation d’utiliser dans un compresseur des huiles compatibles avec la pression et la respiration.

Notion de pression partielle

Dans un mélange de gaz, chaque constituant se comporte comme s'il occupait seul le volume disponible

0,2 l 0,8 l

1 bar

1 l

oxygène azote

0,8 bar0,2 bar

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Compressibilité

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Pression Partielle

Optique et

acoustique


Pression Partiellela LOI de Dalton : Application à la plongée.


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Compressibilité

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Optique et

acoustique



La somme des pressions partielles des composants d’un mélange est égale à la pression du mélange.

Pour l’Air = Patm. = 0,2barO2 + 0,8bar N2 = 1 bar

PAbs = PpN2 + PpO2

Pp = Pabs x %

Pabs = Pp / %

% = Pp / Pabs

Pp

Pabs %O2


PHYSIQUE

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Niveau III


Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique et

acoustique



Pp = Pabs x %

Pabs = Pp / %

% = Pp / Pabs

Pp

Pabs %

A quelle profondeur Pp O2max = 1,4 bar ? On cherche PAbs.

PA = Pp O2 / % gaz X 100PA = 1,4 / 20 x 100PA = 7 bar soit 60 m

1) A quelle profondeur Pp O2max = 1,6 bar ? On cherche PAbs.PA = Pp O2 / % gaz X 100PA = 1,6 / 20 x 100PA = 8 bar soit 70 m

D’où la limitation dans les tables MN90 à 65m,

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Compressibilité

Des gaz

Pression Partielle

Optique et

acoustique


Pression Partielle

la LOI de Dalton Pp = Pabs x %

Pabs = Pp / %

% = Pp / Pabs

Pp

Pabs %

APPLICATIONS CHIFFREES

Exercice 1 : L'air étant composé de 80 % d'azote et de 20 %

d'oxygène, quelle sera la pression partielle de chacun de ses

composants à 40 m de profondeur?

Réponse : 4 bars et 1 bar.

Exercice 2 : En gardant la même composition pour l'air, à quelle

profondeur aura-t-on

PPO2 = 1,7 bar?

Réponse : 8,5 bars soit 75 mètres.

Exercice 3 : Pour quel mélange O2 / N2 a-t-on ?

PPO2 = 1,7 bars à 40 m de fond?

Réponse : 34% d'O2 et 66% de N2.

Exercice 4 : Quelle est la profondeur d'un plongeur qui respire

de l'air dont la pression partielle d'oxygène est de 0,525 bar ?

Réponse : 2,625 bars soit 16,25 mètres

Pression Partielle

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Compressibilité

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Optique

acoustique



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Compressibilité

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Pression Partielle

Optique

acoustique


La vision subaquatique

POURQUOI ?

La lumière est soumise à plusieurs phénomènes :

L'interaction des particules de lumières (photons) et les molécules d'eau va entraîner l'absorption des couleurs donc modifier leur perception et la réfraction.

De même, les particules en suspension vont interférer avec la lumière et seule une partie sera retransmise selon l'incidence initiale : c'est la diffusion.

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Optique

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POURQUOI ?

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Optique

acoustique



Absorption des couleurs

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Grossissement

Rapprochement

Le masque réduit le champ visuel.Sans le masque on perçoit à environ 180°. Avec le masque on ne perçoit plus qu'à 60 à 65°.

Le choix d'un masque avec une jupe en silicone transparent apportera une sensation de luminosité. L'effet tunnel sera moindre et la sensation d'oppression ressentie parfois par les débutants sera maîtrisée.

Cependant cette luminosité relativement importante va contracter la pupille et l'œil percevra encore moins de détail de l'environnement.

L'usage de masque à jupe noire permettra, par la faible luminosité aux abords de l'œil de maintenir la pupille dilatée et d'avoir une meilleure acuité visuelle.

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acoustique



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Optique

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Taille Perçue = 4/3 x Taille réelle

Distance apparente = 3/4 x Distance réelle

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Optique

acoustique



:

.

Exercice

Je vois à 2 m de moi un superbe CONGRE d'environ 1.5 m.

Questions :

- Quelle est sa taille réelle ?

- Quelle est la distance réelle ?

REPONSES:

Taille imaginaire = 4/3 x Taille réelle.

Taille réelle = ¾ x Taille imaginaire = ¾ x 1,5 = 1,13m

Distance apparente = 3/4 x Distance réelle

Distance réelle = 𝟒

𝟑x Distance apparente =

𝟒

𝟑x 2, =2,66m

Qu’elle est la

première couleur qui

disparaît et à quelle

profondeur ??

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Acoustique


L’Acoustique subaquatique

Grossissement

Rapprochement

L’eau n'est pas le monde du silence, c’est très bruyant :

- Les hélices de bateaux.- Les pétards de rappel ?- Les chocs sur la bouteille.- Les cris dans le détendeurs.- Les cris des baleines, des dauphins.- Les poissons grognés.- Les poulpes mangés……

Un son se caractérise par son intensité, sa fréquence ou hauteur et son timbre.

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Grossissement

Rapprochement

En fait, les sons se propagent très bien dans l'eau et même mieux que dans l'air. Dans l'eau, les sons aigus portent plus loin que les sons graves.

- Vitesse du son dans l'air : 330 m/s.- Vitesse du son dans l'eau : 1500 m/s.

C'est pour cela qu'il est difficile de repérer la provenance d'un son sous l'eau car sa vitesse est tellement élevée qu'il arrive en même temps aux deux oreilles d'où rupture de la stéréophonie.

Sur Terre, c'est en fait le léger décalage entre la perception de chaque oreille (la stéréophonie) qui permet de situer sa provenance.

De plus, dans l'eau, la boite crânienne transmet les sons à l'oreille, ce qui perturbe en plus le mécanisme de reconnaissance de la provenance d'un son.


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Exercice 1 :

Un bâtiment explose a 4950 mètres d'un bateau.

Combien de temps les plongeurs au palier sous le navire

l'entendront-ils avant le marin reste a bord?

Réponse : 11,7 secondes.


Exercice 2 :

Un sondeur émet une onde sonore vers le fond et en reçoit

l'écho un dixième de seconde après l'émission.

A quelle distance se trouve le fond?

Réponse : 75 mètres.

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- Plongée.net

- Plongée plaisir, Alain Foret et Pablo Torres.

- Différents CTR FFESSM.

- Wikipédia.

- Remerciements à différents Plongeurs, vu sur le net,

- Remerciement à ma tutrice Sandrine Malpièce E4.

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Merci de votre attention

Le prochain cours portera les éléments de calcul de tables Application de la loi de Henry

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