Physique ( Niveau 2 ) Jean-Luc Largeau [email protected].
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PhysiquePhysique( Niveau 2 )( Niveau 2 )
Jean-Luc LargeauJean-Luc Largeau
[email protected]@libertysurf.fr
20062006
JL Largeau 02/20062
IntroductionIntroduction
Plusieurs lois de la physique trouvent leur champ d’application dans le milieu aquatique.
La compréhension de ces lois permet de mieux expliquer le fonctionnement et l’utilisation du matériel en immersion ainsi que de mieux d’appréhender les accidents de plongée et leur prévention.
JL Largeau 02/20063
Plan du cours 1/3Plan du cours 1/3
Acoustique La vitesse du son Provenance du
son
Quelques rappels Définitions La pression Optique
La lumière et les couleurs
Le masque Distances &
volumes
JL Largeau 02/20064
Plan du cours 2/3Plan du cours 2/3
Archimède Le principe Flottabilité et lestage Eau de mer / eau douce
Loi de Mariotte Le principe La consommation
d’air
JL Largeau 02/20065
Plan du cours 3/3Plan du cours 3/3
Loi de Dalton Le principe, la pression partielle Toxicité de l’O2 et profondeur
limite
Saturation / Désaturation Le principe
JL Largeau 02/20066
Quelques rappels : Quelques rappels : DéfinitionsDéfinitions
La masse :Quantité de matière d’un objet Elle se mesure en Kg
m = 1 Kg
Une force :Une force est une action mécanique capable de créer une accélération, c'est à dire une modification de la vitesse d'un objet induisant un déplacement ou une déformation de l'objet. Elle se mesure en Newton (N)
JL Largeau 02/20067
Quelques rappels : Quelques rappels : Définitions Définitions (2/3)(2/3)
La gravité ( g ) :
Attraction exercée par toutes les particules d'un astre. Parfois appelée pesanteur. La gravité est une force.
A paris l’attraction terrestre est égale à :
g = 9,81 N/Kg
JL Largeau 02/20068
Quelques rappels : Quelques rappels : Définitions Définitions (3/3)(3/3)
Le poids :
Le poids d’un corps est le résultat du produit de la gravité et de la masse de ce dernier.
Le poids se mesure en Newton (N).
m = 2Kg
P = 2 x 9,81 = 19,62 P = 2 x 9,81 = 19,62 NN
P = m x P = m x gg
JL Largeau 02/20069
La PressionLa Pression
PRESSIONFORCE
SURFACE
=
Atmosphère
( Atm )
mm Mercure(mmHg)
Pascal( P )
Hectopascal
( Hp )
Bar( b )
MiliBar( mb )
1 760101 325
1013,25 1,01325 1013,25
JL Largeau 02/200610
La PressionLa Pression
Pression Atmosphérique
760 mmHg
=
1 Atm
Poids de l’air
Pression atmosphérique est égale à 760 mmHg ou 1 Atm ou 1,013 Bar au niveau de la mer.
Mercure (Hg)
Vide
JL Largeau 02/2006JL Largeau 02/2006 1111
La PressionLa Pression
PRESSION
FORCE
SURFACE
=
... .. .. . . .
.. .. .
.. .
1cm2
10m
Colonne d’eau
Pression = 1 barPression = 1 bar
Pression hydrostatique
JL Largeau 02/2006JL Largeau 02/2006 1212
La PressionLa Pression
Pression absolue
P absolueP absolue = = P HydrostatiqueP Hydrostatique + + P atmosphérique P atmosphérique
À 0m P abs = 0 + 1 = 1 bar
À 25m P abs = 2,5 + 1 = 3,5 bar
À 20m P abs = 2 + 1 = 3 bar
À 10m P abs = 1 + 1 = 2 bar
JL Largeau 02/2006JL Largeau 02/2006 1313
La PressionLa Pression
Résumé
PRESSIONFORCE
SURFACE
=
P absolueP absolue = = Profondeur / 10 Profondeur / 10 + + P atmosphérique P atmosphérique
Pression atmosphérique est égale à 760 mmHg ou 1 Atm ou 1,013 Bar au niveau de la mer.
En Bar
JL Largeau 02/200614
OptiqueOptique
Dans l’eau notre œil n’est plus capable de faire la mise au point. Le masque permet de compenser cet effet d’optique.
Cependant, les rayons lumineux subissent une déviation à leur arrivée dans le masque induisant une déformation des volumes et des distances.
JL Largeau 02/200615
OptiqueOptique
d réelled réelle
d x 3/4d x 3/4
V x 4/3V x 4/3V réelV réel
JL Largeau 02/200616
OptiqueOptique
Les rayons lumineux sont en partie réfléchis par la surface et atténués par la profondeur.
Les couleurs sont filtrées au fur et à mesure que la profondeur augmente
JL Largeau 02/200617
OptiqueOptique
Au contact de la Au contact de la surface les rayons surface les rayons sont en partie sont en partie réfléchis…réfléchis…
… … puis déviés, puis déviés, atténués et filtrés atténués et filtrés par l’eau.par l’eau.
JL Largeau 02/200618
OptiqueOptique
10m
20m
30m
40m
50m
60m
0m
Avec la profondeur, les couleurs Avec la profondeur, les couleurs disparaissent petit à petit.disparaissent petit à petit.
Les couleurs chaudes disparaissent Les couleurs chaudes disparaissent rapidement.rapidement.
JL Largeau 02/200619
OptiqueOptique
Les volumes augmentent des 4/3
Résumé
On perçoit seulement 3/4 des distances
La lumière est réfléchie et atténuée
Les couleurs sont filtrées
JL Largeau 02/200620
AcoustiqueAcoustique
Sous l’eau la vitesse du son est plus rapide que dans l’air.
Il est difficile de déterminer l’origine d’un son.
JL Largeau 02/200621
AcoustiqueAcoustique
Sous l’eau la vitesse du son est multipliée par 4,5
JL Largeau 02/200622
AcoustiqueAcoustique
Le son semble être à la verticale du plongeur
JL Largeau 02/200623
AcoustiqueAcoustique
Résumé
Le son se déplace dans l’eau 4,5 fois plus vite que dans l’air
L’origine d’un son est difficile à déterminer sous l’eau, il semble provenir de la verticale
JL Largeau 02/200624
Archimède et la flottabilitéArchimède et la flottabilité
En immersion, le plongeur et tout son équipement subissent une force verticale dirigée de bas en haut égale au poids en eau du volume de l’ensemble ainsi constitué.
Plus l’ensemble sera volumineux, plus la poussée d’Archimède sera importante.
La flottabilité (poids apparent) et le lestage du plongeur vont dépendre de l’importance de cette poussée et donc du volume déplacé.
JL Largeau 02/200625
Archimède et la flottabilitéArchimède et la flottabilité
12 Kg12 Kg
Bloc de 12 l / 14,5 Bloc de 12 l / 14,5 kgkg
14,5 14,5 kgkg
2,5 kg2,5 kg
12 l12 l
Immergé, le bloc ne Immergé, le bloc ne pèse plus que pèse plus que 2,5 kg2,5 kg
EaEauu
JL Largeau 02/200626
Archimède et la flottabilitéArchimède et la flottabilité
V = 4 V = 4 ll
Parchi = 4 Parchi = 4 kgkg
Un ballon immergé Un ballon immergé de de 4 l4 l subit une subit une poussée poussée d’Archimède égale d’Archimède égale au poids de son au poids de son volume en eau soit volume en eau soit 4 kg4 kg
JL Largeau 02/200627
Archimède et la flottabilitéArchimède et la flottabilité
P
PArchi
P : Poids réel du plongeur et de son équipement
Parchi : égale au poids du volume d’eau déplacé par le plongeur et son équipement
Poids apparentPoids apparent = Poids réel - = Poids réel - ParchiParchi
P > Parchi
Poid app > 0
Coule
P = Parchi
Poid app = 0
stabilisé
P < Parchi
Poid app < 0
Flotte
JL Largeau 02/200628
Archimède et la flottabilitéArchimède et la flottabilité
P
PArch
Lors de son immersion, un plongeur va purger son gilet et vider ses poumons réduisant ainsi son volume et par conséquent son poids apparentLe Le lestagelestage va venir s’ajouter va venir s’ajouter afin d’augmenter le poids afin d’augmenter le poids réel.réel.
JL Largeau 02/200629
Archimède et la flottabilitéArchimède et la flottabilité
Le changement d’épaisseur Le changement d’épaisseur de la combinaison va faire de la combinaison va faire varier le volume, il faudra varier le volume, il faudra donc corriger son lestage donc corriger son lestage en conséquence.en conséquence.
Attention : Le volume du Attention : Le volume du parachute une fois gonflé va parachute une fois gonflé va augmenter la poussée augmenter la poussée d’Archimède.d’Archimède.
Plus l’eau est salée, plus le Plus l’eau est salée, plus le poids apparent est faible, poids apparent est faible, adaptez votre lestage.adaptez votre lestage.
JL Largeau 02/200630
Archimède et la flottabilitéArchimède et la flottabilité
Au fond, la pression comprime l’air du gilet et écrase la combinaison diminuant ainsi leur volume et par conséquent la poussée d’Archimède résultante.
Notre poids apparent est donc plus important au fond et notre lestage y est donc surdimensionné voire superflu ce qui explique la nécessité de s’équilibrer à nouveau dès que l’on descend.
JL Largeau 02/200631
Archimède et la flottabilitéArchimède et la flottabilité
Résumé
Poids apparent = Poids réel – P. Archimède
Poids apparent > 0 Je coule !
Poids apparent < 0 Je flotte !
Poids apparent = 0 Je suis équilibré !
JL Largeau 02/200632
Exercice 1Exercice 1
Mon phare de plongée mesure Mon phare de plongée mesure 30cm30cm. .
Quelle taille semblera t-il faire sous Quelle taille semblera t-il faire sous l’eau ?l’eau ?
30cm x 4 / 3 = 120 / 3 =30cm x 4 / 3 = 120 / 3 = 40cm40cm
JL Largeau 02/200633
Exercice 2Exercice 2
Sous l’eau, j’aperçois un requin pèlerin Sous l’eau, j’aperçois un requin pèlerin qui me semble mesurer qui me semble mesurer 4m4m. Quelle est sa . Quelle est sa taille réelle ?taille réelle ?
4m x 3 / 4 = 12 / 4 =4m x 3 / 4 = 12 / 4 = 3m 3m
JL Largeau 02/200634
Exercice 3Exercice 3
Je rejoins le mouillage que j’aperçois à Je rejoins le mouillage que j’aperçois à 6 6 mm de moi. de moi.
Quelle est la distance réelle ?Quelle est la distance réelle ?
6 m x 4 / 3 = 24 / 3 =6 m x 4 / 3 = 24 / 3 = 8 m 8 m
JL Largeau 02/200635
Exercice 4Exercice 4
Mon parachute à un bout de Mon parachute à un bout de 12 m12 m de long de long à l’extrémité duquel est accroché un petit à l’extrémité duquel est accroché un petit plomb.plomb.
Si je regarde mon plomb sous l’eau une Si je regarde mon plomb sous l’eau une fois le bout déroulé, combien de mètres fois le bout déroulé, combien de mètres me séparant de ce dernier vais-je me séparant de ce dernier vais-je percevoir ?percevoir ?
12m x 3 / 4 = 36 / 4 =12m x 3 / 4 = 36 / 4 = 9 m 9 m
JL Largeau 02/200636
Exercice 5Exercice 5
Un plongeur tout équipé à un poids réel Un plongeur tout équipé à un poids réel de de 95kg 95kg pour un volume total de 100 pour un volume total de 100 litres.litres.
Quel sera son poids apparent ?Quel sera son poids apparent ?
Comment sera sa flottabilité ?Comment sera sa flottabilité ?P réel = 95 KgP réel = 95 Kg
Parch = Parch = 100 kg100 kg
Poids apparent = 95 – 100 = Poids apparent = 95 – 100 = -5 -5 kgkg
Poids apparent < 0 donc Poids apparent < 0 donc il il flotteflotte
JL Largeau 02/200637
Exercice 6Exercice 6
On largue un bloc de secours d’un poids On largue un bloc de secours d’un poids réel de réel de 14,5 kg14,5 kg dont le volume extérieur dont le volume extérieur est de est de 13,5 l13,5 l..
On accroche ce bloc à un bout avec une On accroche ce bloc à un bout avec une bouée à l’autre extrémité.bouée à l’autre extrémité.
Quel doit être le volume minimum de la Quel doit être le volume minimum de la bouée si l’on veut que l’ensemble ne coule bouée si l’on veut que l’ensemble ne coule pas au fond ?pas au fond ?On souhaite donc avoir:On souhaite donc avoir:
Poids apparent Bloc < 0Poids apparent Bloc < 0
P app = 14,5 – 13,5 = 1kgP app = 14,5 – 13,5 = 1kg
La bouée doit donc avoir un La bouée doit donc avoir un volume > volume > 1l1l
JL Largeau 02/200638
Exercice 7Exercice 7
Lors d’une plongée en carrière une Lors d’une plongée en carrière une palanquée entend une explosion palanquée entend une explosion consécutive à un tir de mine dans une consécutive à un tir de mine dans une autre carrière distante de quelques autre carrière distante de quelques kilomètres. Les plongeurs ont entendu kilomètres. Les plongeurs ont entendu l’explosion l’explosion 2 secondes2 secondes après le tir. après le tir.
La sécurité de surface a-t-elle entendu le La sécurité de surface a-t-elle entendu le tir avant les plongeurs ? Au bout de tir avant les plongeurs ? Au bout de combien de seconde l’ont il entendu ?combien de seconde l’ont il entendu ?Les plongeurs ont entendu le tir avant la Les plongeurs ont entendu le tir avant la surfacesurface
La sécu surface à entendu le son : La sécu surface à entendu le son : 4,5 * 2 = 9 secondes après le tir.4,5 * 2 = 9 secondes après le tir.
JL Largeau 02/200639
MariotteMariotte
Contrairement aux liquides, les Contrairement aux liquides, les gaz sont quant à eux gaz sont quant à eux compressibles.compressibles.
En plongée, tous les volumes En plongée, tous les volumes gazeux vont varier en fonction gazeux vont varier en fonction de la pression et par conséquent de la pression et par conséquent de la profondeur.de la profondeur.
JL Largeau 02/200640
MariotteMariotte
22
55
44
11
33V / 5V / 5
V / 4V / 4
V / 3V / 3
V / 2V / 2BaBarrVV
P x V = CteP x V = Cte
P x 2P x 2 V / 2V / 2P x 3P x 3 V / 3V / 3P x 4P x 4 V / 4V / 4P x 5P x 5 V / 5V / 5P x nP x n V / nV / n
P1xV1 = P2xV2P1xV1 = P2xV2
JL Largeau 02/200641
MariotteMariotte
10m
20m
30m
40m
0m
Pabs = 1b Vol = 12 lPabs = 1b Vol = 12 l
Pabs = 2b Vol = 6 lPabs = 2b Vol = 6 l
Pabs = 3b Vol = 4 lPabs = 3b Vol = 4 l
Pabs = 4b Vol = 3 lPabs = 4b Vol = 3 l
Pabs = 5b Vol = 2,4 lPabs = 5b Vol = 2,4 l
JL Largeau 02/200642
MariotteMariotte
Résumé
Le volume varie inversement de la Le volume varie inversement de la pression qui lui est appliquée et par pression qui lui est appliquée et par
conséquent de la profondeur.conséquent de la profondeur.
Loi de MariotteLoi de Mariotte
P1 x V1 = P2 x V2 = ConstanteP1 x V1 = P2 x V2 = Constante
AttentionAttention : De 0 à 10 m nous avons la : De 0 à 10 m nous avons la plus grande variation des volumes plus grande variation des volumes
( 100 % )( 100 % )
JL Largeau 02/200643
Mariotte calcul Mariotte calcul d’autonomied’autonomie
En En surfacesurface, combien de litre d’air , combien de litre d’air contient un bloc de contient un bloc de 12 l12 l gonflé à gonflé à 200 200
barbar ? ?
Appliquons la formule Appliquons la formule P1 x V1 = P2 x V2P1 x V1 = P2 x V2
200 b x 12 l = 1 b x V2 200 b x 12 l = 1 b x V2
V2 = ( 200 x 12 ) / 1V2 = ( 200 x 12 ) / 1
V2 = 2400 l à 1 barV2 = 2400 l à 1 bar
Pabs Pabs à 0mà 0m
JL Largeau 02/200644
Mariotte calcul Mariotte calcul d’autonomied’autonomie
A A 20 m20 m, combien de litre d’air , combien de litre d’air contient un bloc de contient un bloc de 12 l12 l gonflé à gonflé à
200 bar200 bar ? ?
Appliquons la formule Appliquons la formule P1 x V1 = P2 x V2P1 x V1 = P2 x V2
200 b x 12 l = 3 b x V2 200 b x 12 l = 3 b x V2
V2 = (200 x 12) / 3V2 = (200 x 12) / 3
V2 = 800 l à 3 barV2 = 800 l à 3 bar
Pabs Pabs à à
20m20m
JL Largeau 02/200645
Mariotte calcul Mariotte calcul d’autonomied’autonomie
A A 40 m40 m, combien de litre d’air , combien de litre d’air contient un bloc de contient un bloc de 12 l12 l gonflé à gonflé à
200 bar200 bar ? ?
Appliquons la formule Appliquons la formule P1 x V1 = P2 x V2P1 x V1 = P2 x V2
200 b x 12 l = 5 b x V2 200 b x 12 l = 5 b x V2
V2 = 200 / 5 x 12V2 = 200 / 5 x 12
V2 = 480 l à 5 barV2 = 480 l à 5 bar
Pabs Pabs à à
40m40m
JL Largeau 02/200646
Mariotte et calcul Mariotte et calcul d’autonomied’autonomie
Un plongeur consomme en Un plongeur consomme en moyenne moyenne 20 litres20 litres par par minute. minute.
En surface avec un bloc de 12 l En surface avec un bloc de 12 l gonflé à 200 b notre plongeur gonflé à 200 b notre plongeur a donc à sa disposition : a donc à sa disposition :
12 x 200 soit 2400 l12 x 200 soit 2400 l..
A 20 l/min ilA 20 l/min il peut donc respirer sur peut donc respirer sur son détendeur pendant une durée son détendeur pendant une durée égale à :égale à :
2400 / 20 = 2400 / 20 = 120 minutes120 minutes
JL Largeau 02/200647
A 20 m quelle sera la quantité d’air A 20 m quelle sera la quantité d’air disponible avec un bloc de 12 l à 200 disponible avec un bloc de 12 l à 200 b ? b ?
P1 x V1 = P2 x V2P1 x V1 = P2 x V2
200 x 12 = 3 x V2200 x 12 = 3 x V2
V2 = 200 x 12 / 3 = 800 lV2 = 200 x 12 / 3 = 800 l
Mariotte et calcul Mariotte et calcul d’autonomied’autonomie
A 20 l/min ilA 20 l/min il peut donc respirer sur peut donc respirer sur son détendeur pendant une durée son détendeur pendant une durée égale à :égale à :
800 / 20 = 800 / 20 = 40 minutes40 minutes
Pabs Pabs à à
20m20m
JL Largeau 02/200648
A 40 m quelle sera la quantité d’air A 40 m quelle sera la quantité d’air disponible avec un bloc de 12 l à 200 disponible avec un bloc de 12 l à 200 b ? b ?
P1 x V1 = P2 x V2P1 x V1 = P2 x V2
200 x 12 = 5 x V2200 x 12 = 5 x V2
V2 = 200 / 5 x 12 = 480 lV2 = 200 / 5 x 12 = 480 l
Mariotte et calcul Mariotte et calcul d’autonomied’autonomie
A 20 l/min il peut donc respirer sur A 20 l/min il peut donc respirer sur son détendeur pendant une durée son détendeur pendant une durée égale à :égale à :
480 / 20 = 480 / 20 = 24 minutes24 minutes
Pabs Pabs à à
40m40m
JL Largeau 02/200649
A 40 m quelle sera la quantité d’air A 40 m quelle sera la quantité d’air disponible avec un bloc de 12 l à 200 b disponible avec un bloc de 12 l à 200 b et une réserve de 50 b ? et une réserve de 50 b ?
P1 x V1 = P2 x V2P1 x V1 = P2 x V2
( 200 – 50 ) x 12 = 5 x V2( 200 – 50 ) x 12 = 5 x V2
V2 = 150 / 5 x 12 = 360 lV2 = 150 / 5 x 12 = 360 l
Mariotte et calcul Mariotte et calcul d’autonomied’autonomie
A 20 l/min il peut donc respirer sur A 20 l/min il peut donc respirer sur son détendeur pendant une durée son détendeur pendant une durée égale à :égale à :
360 / 20 = 360 / 20 = 18 minutes18 minutes
Pabs Pabs à à
40m40m
JL Largeau 02/200650
Mariotte et calcul Mariotte et calcul d’autonomied’autonomie
Résumé
AutonomiAutonomiee ==
( P. Bloc – Rés ( P. Bloc – Rés ))ConsommatConsommationion
x x Vol. Vol. BlocBlocx x P.absolueP.absolue
L’autonomie en air L’autonomie en air diminuediminue avec avec la la profondeurprofondeur..
JL Largeau 02/200651
Exercice 8Exercice 8Un litre d’air pèse environ 1,3 gUn litre d’air pèse environ 1,3 g
Un bloc de 12 l à 200 b contient 12 x 200 Un bloc de 12 l à 200 b contient 12 x 200 soit 2400 l.soit 2400 l.
Un bloc plein a donc 2400 x 1,3 = 3,12 Kg Un bloc plein a donc 2400 x 1,3 = 3,12 Kg d’air.d’air.
Calculez le lestage manquant en fin de Calculez le lestage manquant en fin de plongée lorsque le bloc ne contient plus plongée lorsque le bloc ne contient plus que 50 b.que 50 b.En fin de de plongée il reste 50 x 12 = 600 En fin de de plongée il reste 50 x 12 = 600
l l pour un poids de 600 x 1,3 g = 780 g pour un poids de 600 x 1,3 g = 780 g 3,12 – 0,78 = 2,34 kg 3,12 – 0,78 = 2,34 kg
Il manque donc 2,34 kg pour Il manque donc 2,34 kg pour compenser le poids de l’air consommé.compenser le poids de l’air consommé.
JL Largeau 02/200652
Exercice 9Exercice 9
Une équipe archéologique souhaite Une équipe archéologique souhaite remonter une caisse de porcelaine d’une remonter une caisse de porcelaine d’une épave coulée sur un fond de 40 m.épave coulée sur un fond de 40 m.
La caisse pèse 100 kg pour un volume de La caisse pèse 100 kg pour un volume de 80 l.80 l.
Un plongeur met 18 l d’air dans un Un plongeur met 18 l d’air dans un parachute de levage pour l’aider à parachute de levage pour l’aider à remonter la caisse.remonter la caisse.
A partir de quelle profondeur le A partir de quelle profondeur le parachute sera-t-il assez gonflé pour parachute sera-t-il assez gonflé pour remonter à lui seul la caisse ?remonter à lui seul la caisse ?
JL Largeau 02/200653
Exercice 9Exercice 9
Poids apparent de la caisse : 100 – 80 = Poids apparent de la caisse : 100 – 80 = 20 kg20 kg
La pression absolue à 40 m est de 5 bLa pression absolue à 40 m est de 5 b
Le parachute ne contient que 18 l, Le parachute ne contient que 18 l, calculons la profondeur à laquelle il calculons la profondeur à laquelle il
contiendra 20 l :contiendra 20 l :
P1 x V1 = P2 x V2P1 x V1 = P2 x V2
5 x 18 = P2 x 205 x 18 = P2 x 20
P2 = 90 / 20 =P2 = 90 / 20 = 4,5 b 4,5 b
4,5 b correspond à une profondeur de 35 4,5 b correspond à une profondeur de 35 mm
JL Largeau 02/200654
Saturation/DésaturationSaturation/Désaturation
La quantité d’azote (N2) dissoute La quantité d’azote (N2) dissoute à saturation dans notre organisme à saturation dans notre organisme est proportionnelle à la est proportionnelle à la pression pression
ambianteambiante..
L’organisme du plongeur est L’organisme du plongeur est saturésaturé lorsque qu’il ne peut plus assimiler lorsque qu’il ne peut plus assimiler
d’Azote.d’Azote.
Les gaz se déplacent toujours d’une Les gaz se déplacent toujours d’une concentration forte vers une faible concentration forte vers une faible
concentration.concentration.
JL Largeau 02/200655
Saturation / DésaturationSaturation / Désaturation
Contrairement à l’O2 et au Contrairement à l’O2 et au CO2, L’Azote n’est pas combiné CO2, L’Azote n’est pas combiné lors des échanges gazeux, il se lors des échanges gazeux, il se contente d’être stocké par contente d’être stocké par l’organismel’organisme
Au cours de la plongée, les Au cours de la plongée, les tissus vont tendre à se tissus vont tendre à se saturer en azote saturer en azote proportionnellement à la proportionnellement à la pression ambiante.pression ambiante.
JL Largeau 02/200656
Saturation / DésaturationSaturation / Désaturation
Lors de la remontée, la Lors de la remontée, la pression diminuant, pression diminuant, l’organisme va être l’organisme va être sursaturésursaturé. . Il va donc évacuer l’azote en Il va donc évacuer l’azote en surplus.surplus.
La vitesse de remontée doit La vitesse de remontée doit permettre l’évacuation de permettre l’évacuation de l’azote sans que la l’azote sans que la sursaturationsursaturation n’atteigne un n’atteigne un seuil critiqueseuil critique pour le plongeur. pour le plongeur.
JL Largeau 02/200657
Saturation/DésaturationSaturation/Désaturation
JL Largeau 02/200658
Saturation / DésaturationSaturation / Désaturation
JL Largeau 02/200659
Dalton, pression partielleDalton, pression partielle L’air est composé de :L’air est composé de :
79,00 % d’azote (N2) 20,90 % d’oxygène (O2) 0,03 % de gaz carbonique (CO2) 0,07 % de gaz rares
Par simplification des calculs, Par simplification des calculs, admettons :admettons :
80 % d’azote (N2)20 % d’oxygène (O2)
Ces différents gaz auront une action sur l’organisme suivant la pression à laquelle ils sont respirés.
JL Largeau 02/200660
Dalton, pression partielleDalton, pression partielle John DALTON (1766 – 1844) a formulé en 1801 la loi
d’addition des pressions partielles dans les mélanges gazeux
Dalton a précisé quelques phénomènes Dalton a précisé quelques phénomènes observés dans la vie de tous les jours tels observés dans la vie de tous les jours tels que :que :
La présence d'un gaz nocif dans l'air que l'on respire peut être soit inoffensif, soit provoquer des malaises, ou même être fatale. Tout dépend de la quantité de gaz qui s'y trouve. Le fait qu'il soit mélangé à un autre gaz n'empêche pas ses effets. Un gaz exerce sa propre action comme si il était
seul
JL Largeau 02/200661
Dalton, pression partielleDalton, pression partielle
Lorsque vous laissez échapper une petite quantité de gaz de votre gazinière, l'odeur tend à envahir toutes les pièces. Mais plus le gaz se répand, et moins son odeur est sensible car il se dilue dans une quantité d'air de plus en plus grande
Le gaz envahit tout l'espace qu'il lui Le gaz envahit tout l'espace qu'il lui est offert, mais plus l'espace est large, est offert, mais plus l'espace est large,
plus la concentration est faibleplus la concentration est faible
JL Largeau 02/200662
Dalton, pression partielleDalton, pression partielle
La pression n’a pas changée, elle est toujours de 1 bar, mais le mélange mesuré dans chaque récipient : 50% O2 et 50% N2
On en déduit : la pression de chaque gaz représente 50% de la pression totale
On dit que : La pression partielle de O2 : 50% x 1 bar = 0,5b ou : PpO2
= 0.5b La pression partielle de N2 : 50% x 1 bar = 0,5b ou : PpN2
= 0.5b
O2 N2
1 litre à 1bar 1 litre à 1 bar
Fermé
O2 N2
O2/N2O2/N2
Ouvert
O2/N2 O2/N2
1 litre à 1bar 1 litre à 1 bar
JL Largeau 02/200663
Dalton, pression partielleDalton, pression partielleA température donnée, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu’auraient chacun de ces gaz s’ils occupaient seuls le volume total.
Pt = P1 + P2 + P3 +…
La pression partielle d’un gaz dans un mélange est obtenue par la formule :Pp gaz d’un mélange = Pabs mélange x % du gaz dans le mélange.
Pp = Pabs x ( X / 100 )
JL Largeau 02/200664
Dalton, pression partielleDalton, pression partielle
JL Largeau 02/200665
Exercice 10Exercice 10
Dans notre vie de tous les jours :Dans notre vie de tous les jours :
L’air respiré est à 1bar, il y a : L’air respiré est à 1bar, il y a : (80% N2 et 20% O2)(80% N2 et 20% O2)
Calculez les pressions partielles .Calculez les pressions partielles .
PpN2 = 1 x 0,80 = PpN2 = 1 x 0,80 = 0,80b0,80b Azote Azote
PpO2 = 1 x 0,20 = PpO2 = 1 x 0,20 = 0,20b0,20b Oxygène OxygèneOn vérifie bien : Pabs = (somme des Pp) On vérifie bien : Pabs = (somme des Pp)
0,80 + 0.20 = 1b0,80 + 0.20 = 1b
JL Largeau 02/200666
Exercice 11Exercice 11
En plongée à 40m calcul des En plongée à 40m calcul des pressions partielles respirées pressions partielles respirées pour un mélange d’air pour un mélange d’air comprimé :comprimé :A 40m Pression Absolue = 5bA 40m Pression Absolue = 5b
PpN2 = 5 x 0,80 = PpN2 = 5 x 0,80 = 4,00b4,00b
PpO2 = 5 x 0,20 = PpO2 = 5 x 0,20 = 1,00b1,00b
On vérifie bien : Pabs = PpN2 + PpO2 On vérifie bien : Pabs = PpN2 + PpO2 4,00 + 1,00 = 5b4,00 + 1,00 = 5b
JL Largeau 02/200667
Exercice 11Exercice 11
Sachant que la Pp maxi Sachant que la Pp maxi admissible de l’O2 est de admissible de l’O2 est de 1,6b1,6b, , calculer la profondeur maxi calculer la profondeur maxi pour une plongée à l’O2 pur.pour une plongée à l’O2 pur.Pp O2 maxi = 1,6 bPp O2 maxi = 1,6 b
Mélange à 100% O2Mélange à 100% O2
Pabs x 100/100 = 1,6Pabs x 100/100 = 1,6
Pabs = 1,6 bPabs = 1,6 b
Pabs 1,6 à 6m (Pabs 1,6 à 6m (Limite de mélange O2 Limite de mélange O2 purpur))
JL Largeau 02/200668
Exercice 11Exercice 11
Sachant que la Pp maxi Sachant que la Pp maxi admissible de l’O2 est de admissible de l’O2 est de 1,6 b1,6 b, , calculer la profondeur maxi calculer la profondeur maxi pour une plongée à l’air.pour une plongée à l’air.Pp O2 maxi = 1,6 bPp O2 maxi = 1,6 b
Mélange à 20% O2Mélange à 20% O2
Pabs x 20/100 = 1,6Pabs x 20/100 = 1,6
Pabs = 1,6 x 100/20 = 8 bPabs = 1,6 x 100/20 = 8 b
On a une Pabs = 8b à 70m (On a une Pabs = 8b à 70m (Limite de Limite de l’airl’air))