physique appliquée à la plongée pour gp- n4

PHYSIQUE APPLIQUÉE À LA
PLONGÉE POUR GP- N4
Dominique Romand
MF2 n°1385
Plan du cours
L’épreuve de
physique du
N4 comporte
au moins 3
problèmes
différents et
indépendants
à traiter par
écrit.
- Le système MKSA
- Les principales notions et unités utilisées
- Le théorème d’Archimède
- La loi de Boyle /Mariotte
- La loi de Charles
- La loi de Dalton
- La loi de Henry
- Le modèle de Haldane
- L’optique
- L’acoustique
Le système d’unités de mesure, fut créé en 1946, et fut
supplanté en 1960 par le Système international (SI) MKSA
avec:
Sept unités de base :
- le mètre, (m)
- le kilogramme, (kg)
- la seconde, (s)
- l'ampère, (A)
- le kelvin, (K)
- la mole, (mol)
- la candela (cd)
La mole est l’unité de quantité de matière.
Le mètre est la longueur du trajet parcouru dans
le vide par la lumière pendant une durée de
1/299 792 458 de seconde
Nota : pour info mais
à ne pas retenir
La candela est l'unité de mesure de l'intensité
Le kelvin, unité de température
lumineuse.
thermodynamique, est la fraction 1/273,16 de la
température thermodynamique du point triple de
l'eau.
Principales notions et unités utilisées :
1 - La masse: (exprimée en Kg)
On peut se représenter la masse d'un objet comme une mesure de la
« quantité de matière » qui le constitue.
La masse = Densité x Volume
2 - La force: (exprimée en Newton N)
Une force désigne, en physique, l'interaction entre deux objets ou
systèmes. La force est égale au produit de la masse (Kg) multiplié par
l’accélération γ .
Le vecteur force est caractérisé par 4 éléments :
1 - la4 direction : orientation de la force
2 - le sens : vers où la force agit
3 - l'intensité : grandeur de la force, elle est mesurée en "Newton" (N)
4 - le point d'application : endroit où la force s'exerce
3 - Accélération de la pesanteur:
Elle dépend de l’altitude et de la latitude.
Elle est représentée par g, elle est aussi exprimée en m/s² ou en
N/Kg et elle a pour valeur 9,81 N/Kg dans nos régions.
4 - Le poids: (exprimé en Kgf)
Un objet de masse m dans un lieu où l'accélération de la pesanteur vaut g,
apparaît soumis à une force verticale, appelée poids de l'objet : P = mg.
5 - La pression est une notion physique fondamentale. On peut la
voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle
s'applique.
Dans le cas d'une force perpendiculaire à une surface plane
d'aire S, on obtient:
force (en N)
Pression = -----------------surface (en m²)
NOTA : si la force est exprimée en Kgf et la surface en cm² l’unité de
pression est le bar. Le bar = 105 Pascal.
6 - La masse volumique ϕ:
C’est le rapport entre masse d’un corps et son volume
masse (en Kg)
ϕ = -------------------- ou
volume (en m3)
masse (en g)
---------------------volume (en litre)
masse volumique de l’air
= 1,225 Kg/m3 ou 1,225 g/litre
masse volumique de l’eau douce = 1000 Kg/m3 ou 1 Kg/litre
masse volumique de l’eau de mer = 1030 Kg/m3 ou 1,03 Kg/litre
7- La densité d'un corps est le rapport entre sa masse volumique et la masse volumique
d'un corps de référence. Le corps de référence est l'eau (pour les liquides et les solides) et
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l'air pour les gaz. La densité est une grandeur sans dimension et sa valeur s'exprime donc
sans unité de mesure.
Volume 76 cm3 ou 0,076 dm3
7 – La pression atmosphérique
Expérience de Torricelli (1644)
Masse = 0,076 x 13,6 densité du
mercure
Masse = 1,0336 Kg
Le poids c'est une FORCE
FORCE = masse x accélération
FORCE = 1,0336 Kg x 9,81 m/s/s
FORCE = 10,13 Newtons
soit 1,013 daN qui s'applique sur
1cm2
Tube de 1 cm2 de section
76 cm
PRESSION
MERCURE
Donc la PRESSION est de :
PRESSION = F / S
PRESSION = 1,013 daN/1 cm2
PRESSION = 1,013 bar
Soit 1013 mbar qui est la pression
normale au niveau de la mer.
Et si, au lieu du mercure, nous avions
eu de l'eau douce ?
1,0336 Kg d'eau douce, ça fait une
hauteur de 10,336 m pour une section
de 1cm2.
Si on reproduit cette expérience à une altitude différente
du niveau de la mer.
On constate que la hauteur de la colonne de mercure diminue
en fonction de l’altitude.
Plus l’altitude augmente plus la hauteur diminue. C’est donc que la pression
atmosphérique diminue en fonction de l’altitude.
Ce qui paraît logique compte tenu de la diminution de l’épaisseur de la couche d’air.
On constate que la pression diminue de 0,1 bar tous les 1000 mètres d’altitude.
Et ceci jusqu’à 10 000m d’altitude environ
Hauteur de mercure du lieu considéré / 760
==> Pression atmosphérique du lieu en bar
8 – La pression Hydrostatique
10 m
Elle correspond au poids d’une colonne d’eau d’une section de
1 cm² multipliée par la hauteur d’eau, selon la masse volumique
de cette eau.
F
10 m D'EAU DOUCE sur 1cm2 ça fait
quelle pression ?
10 m D'EAU de MER sur 1cm2 ça fait
quelle pression ?
MASSE = volume x densité
MASSE = 1 L x 1
MASSE = 1 Kg
MASSE = volume x densité
MASSE = 1 L x 1.030
MASSE = 1.030 Kg
Le poids c'est une FORCE
FORCE = MASSE x accélération
FORCE = 1 Kg x 9,81 m/s/s
FORCE = 9,81 Newtons ou 0,981 daN
Le poids c'est une FORCE
FORCE = MASSE x accélération
FORCE = 1.030 Kg x 9,81 m/s/s
FORCE = 10.104 Newtons ou 1.010 daN
PRESSION=0,981daN/1cm2 = 0,981 bar
PRESSION=1.010daN/1cm2 = 1.010 bar
Par rapport à 1 bar
Il y a une différence de 0,019 en moins
Par rapport à 1 bar
Il y a une différence de 0,010 en plus
Et oui, contrairement à ce que l'on entend habituellement, c'est donc dans L'EAU
DE MER que l'on est le plus près d ’un bar tous les 10 m.
Pression absolue est égale à:
Pression hydrostatique (Pression relative) + Pression atmosphérique
En mer la pression absolue sera pour une profondeur de:
10 m
==>
28,50 m ==>
1 bar (hydrostatique) + 1 bar (atmosphérique)
= 2 bars
2,85 bars (hydrostatique) + 1 bar (atmosphérique) = 3,85 bars
En lac de montagne à 608mmHg la pression absolue sera
pour les mêmes profondeurs:
10 m
==>
28,50 m ==>
1 bar (hydrostatique) + 0.8 bar (atmosphérique)
= 1.8 bars
2,85 bars (hydrostatique) + 0.8 bar (atmosphérique) = 3,65 bars
Avec 608/760 = 0.8bar
Le théorème d’Archimède
Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une poussée verticale de
bas en haut égale au poids du fluide dont il a pris la place et appliquée au centre de
gravité du dit fluide.
Les pesées d’Archimède
Flottabilité :
Poids réel,
poids
apparent.
Étape Initiale - une balance équilibrée.
Le théorème d’Archimède
Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une poussée verticale de
bas en haut égale au poids du fluide dont il a pris la place et appliquée au centre de
gravité du dit fluide.
Étape 1 - L’objet est tenu par un fil sous un plateau de la balance.
Le théorème d’Archimède
Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une poussée verticale de
bas en haut égale au poids du fluide dont il a pris la place et appliquée au centre de
gravité du dit fluide.
Étape 2 – En chargeant l’autre plateau pour obtenir l’équilibre il
en détermine le poids.
Le théorème d’Archimède
Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une poussée verticale de
bas en haut égale au poids du fluide dont il a pris la place et appliquée au centre de
gravité du dit fluide.
On sait maintenant que l’objet s’est allégé du poids de l’eau dont il a
pris la place.
Étape 3 – il monte une casserole
contenant de l’eau jusqu’à ce que
l’objet soit complètement immergé.
Le plateau coté objet monte.
Le théorème d’Archimède
Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de ce fluide une poussée verticale de
bas en haut égale au poids du fluide dont il a pris la place et appliquée au centre de
gravité du dit fluide.
Il ne reste qu’à transformer ce poids en volume d’eau.
Étape 4 – il suffit alors, gardant toujours l’objet immergé, de
charger le plateau coté objet pour, à l’équilibre, obtenir ce poids
d’eau.
Le théorème d’Archimède
• Formule :
P App. = P Réel – P Archimède
P App. = P Réel – ( V x d )
avec V = volume et d = densité
• Si le P App est > 0 coule
Si le P App est = 0 équilibre
Si le P App est < 0 flotte
16
Le théorème d’Archimède
Applications en plongée :
Le lestage du plongeur
Les calculs pour remonter un objet
L’application du poumon ballast
L’utilisation de la stab
Les techniques d’immersions
Le mannequin
Technique de la nage capelée
Tarage des bateaux etc.…
Le théorème d’Archimède en application
Un plongeur tout équipé pèse 100 kg et déplace un volume de 105 l.
1) Combien de plombs doit il mettre pour être équilibré à 3 m :
En eau de mer : densité 1,03
En eau douce : densité 1,0
2) Combien de plombs doit il enlever ou remettre entre l’eau de mer et l’eau douce ?
1) Combien de plombs doit il enlever entre l’eau de mer et l’eau douce ? :
Poussée d’Archimède en eau douce : 105 X 1 = 105 kg (0,5 point)
Poussée d’Archimède en eau de mer : 105 X 1,03 = 108,15 kg (0,5 point)
En eau douce, il devra mettre 105 – 100 = 5 kg (1 point)
En eau de mer, il devra mettre 108,15 – 100 = 8,15 kg. (1 point)
2) Il doit enlever entre l’eau de mer et l’eau douce : 3,15 kg (1 point même si les
calculs ne sont pas corrects et si le candidat sait qu’il faut enlever environ 3 kg
entre l’eau de mer et l’eau douce).
La loi de Boyle - Mariotte
P = 1 et V = 1
avec P x V = 1
P = 2 et V = 0.5 avec P x V =
1
P = 3 et V = 0.33 avec P x V =
1
P = 4 et V = 0.25 avec P x V = 1
Formule :
P x V = P’ x V’ = constante
si température (T°) augmente
alors la pression ou le volume
augmente et inversement si la
température baisse.
La température est exprimée en
°Kelvin ou °K, donc :
* °K 273 + C°
* °C °K - 273
LA LOI DE MARIOTTE EN APPLICATION PRATIQUE
1,3 litres à 30 m
1,3 litres à 0 m
P1 x V1 = P2 x V2
5,2 b x 1 L = 4 b x 1,3 L
P1 x V1 = P2 x V2
1,3 b x 1 L = 1 b x 1,3 L
Entre 42 et 30 m on remonte à 15 m/mn
1 litre à 42 m
Si on remonte à 15 m/mn il faudra :
= 48s pour parcourir 12 m
Si je veux respecter la vitesse d'accroissement des volumes, il faut que je
mette 48s pour franchir 3 mètres.
Soit :
= 48 s
d'où une vitesse de 3,75 m/mn
Vous comprenez pourquoi, entre autre, plus on approche de la
surface, plus on diminue la vitesse de remontée. Actuellement 6 m/mn
entre les paliers.
ARCHIMÈDE ET MARIOTTE EN APPLICATION
THÉORIQUE
Flottabilité :
Problèmes de
relevage en
association de
la loi de
Mariotte
• QUESTION sur 6 points
Vous découvrez au cours d’une plongée à 40 mètres une ancre d’un poids réel de 60 kg et d’un
volume de 10 litres que vous voulez remonter.
Pour cela vous introduisez 40 litres d’air dans un parachute de 60 litres (on négligera le poids et
la poussée d’Archimède du parachute).
1) Que va-t-il se passer ? Pourquoi ? (2 points)
2) A partir de quelle profondeur pourrez-vous lâcher l’ensemble (parachute et ancre) ? (2
points)
3) Quel sera le volume d’air dans le parachute arrivé en surface ? (2 points)
1) Poids apparent de l’ensemble (ancre parachute), après introduction des 40 litres d’air :
P App = P réel − P archi = 60 − (10 + 40) = 10 kg > 0 donc flottabilité négative, l’ancre
reste au fond.
2) Le poids apparent sera nul, lorsque le volume du parachute aura atteint 60 − 10 = 50 litres
P1 V1 = P2 V2 soit 5 x 40 = P2 x 50 P2 = 4 bars
L’équilibre sera donc atteint à 30 mètres. On pourra lâcher l’ensemble dès que l’on sera
remonté de quelques centimètres.
3) Volume de l’air en surface : 5 x 40 = 1 x V soit V = 200 litres ! ! !
Le volume d’air dans le parachute arrivé en surface sera de 60 litres, celui-ci ne pouvant
pas contenir plus de 60 litres. Le surplus d’air s’échappera au cours de la remonté.
LA COMPRESSIBILITÉ DES GAZ EN APPLICATION
THÉORIQUE
QUESTION sur 6 points
Vous 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 points)
2) Quelle sera la pression dans les blocs (*) si on utilise les 3 tampons successivement ?
(On néglige le volume des tuyauteries). (3 points)
3) Conclusion (1 point)
(*) Pressions lues manomètre
Maîtrise des
problèmes de
tampon.
Remarque : on accepte les 2 raisonnements possibles : en pression relative ou absolue dès
lors que le candidat le précise.
1) Utilisation des trois tampons simultanément.
2 façons de faire le calcul en absolu ou en relatif
(3 x 50 x 251 + 3 x 12 x 51) / (3 x 50 + 3 x 12) = 212,3 bars donc 211,3 bars au mano. (2 points)
Ou (3 x 50 x 250 + 3 x 12 x 50) / (3 x 50 + 3 x 12) = 211,3 bars
2) Utilisation des trois tampons successivement.
Premier tampon : (50 x 251 + 3 x 12 x 51) / (50 + 3 x 12) = 167,3 bars (1 point)
Deuxième tampon : (50 x 251 + 3 x 12 x 167,3) / (50 + 3 x 12) = 216 bars (1 point)
Troisième tampon : (50 x 251 + 3 x 12 x 216) / (50 + 3 x 12) = 235,8 bars (1 point)
Donc les trois blocs pourront être gonflés à 234,8 bars (mano). La PS étant de 230 b, on
s’arrêtera à cette pression.
3) Conclusion : Il vaut mieux utiliser la seconde méthode, qui permet d’atteindre des
pressions plus élevées dans les blocs de 12 L. (1 point)
Si la température change, il faut appliquer pour les relations entre les volumes
et les pressions une autre loi :
LA LOI DE
CHARLES
La loi de Charles est une des lois de la thermodynamique. Elle
relie la pression et la température d'un gaz réel tenu dans un
volume constant, V.
La
température :
Loi de
Charles.
La loi de Charles évoque que «À volume constant, la pression d'une
quantité fixe de gaz est directement proportionnelle à sa
température absolue» (la température évoquée ici est en K)
Rappel:
0°C = 273 °K
P1
P2
--------- = --------- = constante
T1
T2
Avec T1 et T2 exprimés en °K.
La loi de Charles en application théorique
QUESTION sur 4 points
Un bloc dont la pression est de 180 bars (P. absolue) à 15 °C est stocké dans une
ambiance à 50 °C.
1) Quelle sera sa pression absolue quand il atteindra cette température? (2 points)
2) Lors de son utilisation, juste avant la mise à l’eau, sa pression est de 174 bars.
Quelle est la température sur le bateau ? (2 points)
1) P1xV1/ T1 = P2 xV2 / T2 comme V1 = V2 P1 / T1 = P2 / T2 soit:
P2 = (P1 x T2) / T1
Températures Absolues : T1 = 15 + 273 = 288 °K et T2 = 50 + 273 = 323 °K
P2 = (180 x 323) / 288 = 201,9 bars
2) T2 = (P2 x T1)/P1
T2 = (174 x 288)/180 = 278,4 °K
La température sur le bateau est donc de T°= 278,4 – 273 = 5,4 °C
Parlons consommations
QUESTION sur 3 points
Un plongeur consomme 20 litres d'air par minute en surface.
Sa bouteille, d'une capacité de 12 litres, est gonflée a 200 bars. Sa réserve est tarée a
40 bars.
1) Combien de temps peut-il passer à 20 mètres avant de passer en réserve? (1 point)
et à 50 mètres ? (1 point)
Compressibilité
des gaz :
Consommation
2) En négligeant la consommation pour la descente et la remontée, la réserve sera-telle suffisante pour les paliers si le plongeur a évolué à 50m?
NOTA: Paliers 22 mn à 3m et 4mn à 6m (1 point)
1) Dispo 200B – 40B = 160B x12l = 1920litres
A 20 mètres P Abs. = 3 B soit une conso bloc de 20lx3B = 60l/mn
1920/ 60 = 32 mn
A 50 mètres P Abs. = 6 B soit une conso bloc de 20lx6B = 120l/mn
1920/ 120 = 16 mn
2) NON !!!!
Rappel sur la composition de l’air
Nom
Formule
Proportion
Diazote
N2
78,08 % vol
Dioxygène
O2
20,95 % vol
Argon
Ar
0,934 % vol
Dioxyde de carbone
CO2
382 ppmv
Néon
Ne
18,18 ppmv
Hélium
He
5,24 ppmv
Monoxyde d'azote
NO
5 ppmv
Krypton
Kr
1,14 ppmv
Méthane
CH4
1,7 ppmv
H2
0,5 ppmv
N2O
0,5 ppmv
Nom
Formule
Proportion
Xe
0,087 ppmv
Azote
N2
79 % vol
NO2
0,02 ppmv
Oxygène
O2
21 % vol
Ozone
O3
0 à 0,01 ppmv
Radon
Rn
6,0×10-14 ppmv
Dihydrogène
Protoxyde d'azote
Xénon
Dioxyde d'azote
1 ppm (partie par million) = 0,0001 %
On retiendra pour des raisons de simplification:
Nom
Formule
Proportion
Azote
N2
78 % vol
Oxygène
O2
21 % vol
Gaz rares
Ar-Ne-He-Kr
0.97 % vol
CO2
0.03% vol
Dioxyde de carbone
Et de super-simplification:
Attention au CO (monoxyde de carbone).
C’est un gaz extrêmement nocif, même en faible
proportion. Ce gaz résulte d’une combustion
imparfaite et se combine d’une manière stable et
indissociable avec l’hémoglobine, empêchant ainsi
le transport normal de l’O2.
Les règles de Dalton
- Le plongeur respire de l'air comprimé. Plus on va descendre, plus cet air sera dense.
- L'air est composé de plusieurs gaz, qui, à une certaine profondeur, peuvent être
toxiques (narcose, essoufflement, hyperoxie).
- Il nous est donc nécessaire de calculer la pression de ces gaz à telle ou telle
profondeur afin de mesurer leurs effets.
1ere règle : A température constante, la somme des pressions partielles des
gaz qui constituent un mélange est égale à la pression de ce mélange.
Pour une pression atmosphérique de 1 bar, nous aurons donc en
simplifiant :
P atm. = 0,21 bar d’O2 + 0,79 bar de N2
P atm. = Pp O2 + Pp N2
Les règles de Dalton (bis)
2éme règle : A température constante, la pression partielle d’un gaz qui
constituant un mélange est égale au produit de la pression totale du
mélange par le pourcentage de présence du gaz considéré dans le mélange
Pp (Pression partielle) = P (Pression du mélange) x % de présence
Pour une pression atmosphérique de 1 bar, nous aurons donc en
simplifiant :
PpO2 = 1 bar x 0.21%
PpO2 = 0.21 bar
Les règles de Dalton (ter)
3éme règle : A température constante, un gaz constituant un mélange se
comporte comme si il était seul.
Applications dans la plongée :
Elaboration des tables de plongées
Accidents dus à la toxicité des gaz
Les mélanges (Nitrox, Trimix, etc...)
Oxygénothérapie hyperbare (caisson de
décompression) et normobare.
Règles de Dalton en application théorique
QUESTION sur 2 points
1) Peut-on plonger à 40 mètres avec un mélange composé de 40%
d’oxygène et 60% d’azote, sachant que la limite de toxicité de l’oxygène est
de 1,6 bar ? Justifier votre réponse. (2 points)
Pression
partielle:
Toxicité des
gaz.
Notions
sommaires sur
les Nitrox.
Savoir calculer
les limites de
toxicité et les
% des
mélanges.
1) PpO2 = 5 x 0,4 = 2 bars PpO2 >1,6 bars donc Hyperoxie Réponse : NON
QUESTION sur 2 points
Vous effectuez une plongée au Nitrox : O2 30 %, N2 70 %.
1) Quelle est la profondeur maximale que vous pouvez atteindre ?
Pmax O2 = 1,6 bar (2 points)
Pp O2 max = 1,6 bar
Pp O2 = 0,30 x Pabs soit Pabs = PpO2 max/ 0,30 soit Pabs = 1,6 / 0,3 = 5,33 bar.
Soit une profondeur de 43,30m.
La loi de Henry
(dissolution des gaz dans les liquides)
Henry a démontré que la quantité de gaz dissous dans un liquide
augmente avec la pression. Cela concerne particulièrement le
plongeur qui voit la quantité d'azote dissoute dans son sang
augmenter avec la profondeur.
Cette quantité de gaz dissous est liée :
De manière proportionnelle à la pression et à la surface de contact,
De manière exponentielle au temps de contact,
A la nature du gaz,
A la nature du liquide,
A l’agitation,
De manière inverse à la température
La loi de Henry (bis)
(les différents états de saturation)
Notion de Tension
La pression partielle d’un gaz (Pp) correspond à la phase gazeuse.
Nous parlerons de Tension (T) lorsque le gaz est dissous.
La saturation : Pp = TN2, à la surface le plongeur est à PpN2 = TN2
Le liquide ne peut plus dissoudre de gaz, la pression = la tension.
Etat stable.
La sous-saturation : TN2 < PpN2, à la descente le plongeur dissout
du gaz. Le gaz pénètre dans le liquide, la dissolution est progressive.
Etat instable.
La sursaturation : TN2 > PpN2, à la remontée la pression diminue,
formation de microbulles.
Phase de dégazage.
Sursaturation critique : si la diminution de la Pp est trop rapide, les bulles
grossissent en nombre et en volume et se regroupent au sein d’un même tissu.
Le modèle de Haldane
(un modèle de décompression)
John Scott Haldane s’est vu confié vers 1906 par la marine anglaise
la mise au point des règles de sécurité assurant le retour sans
incident des plongeurs. Il propose en 1908 une table de remontée,
retenue par la Royale Navy jusqu’en 1958.
Suivant la loi de Henry, le modèle Haldanien qui est à l’origine de
notre MN90 est fondé sur une approche physique et mathématique
d’un processus physiologique.
MODELE
FORMULES
MATHEMATIQUES
Tables de
plongée
EXPERIMENTATION
VALIDATION
Ordinateurs de
plongée
Les tables MN90 : un modèle Haldanien
1) Le corps humain est représenté par une liste de régions
anatomiques fictives, appelées « COMPARTIMENTS » nb 12
Connaissance
du modèle de
Haldane :
notion de
compartiment
2) La quantité maximale d’azote que ces compartiments
peuvent dissoudre correspond à la différence entre la PpN2
au plus profond et la PpN2 en surface. Cette différence est
appelée « GRADIENT »
3) La PERIODE est le temps nécessaire pour saturer ou
désaturer la moitié du gradient.
4) La saturation ou désaturation en azote, est exponentielle.
A la fin d’une période, la moitié (50%) du gradient est dissous.
Puis encore 50% du restant pour la période suivante, etc…
Les tables MN90 : un modèle Haldanien
1) On place les axes orthonormés.
2) Puis les intitulés d’abscisse et d’ordonné.
3.2
3) Les valeurs initiales et finales concernant la TN2
pour une plongée à 30m par exemple.
TN2 finale = 4bars x 80% = 3.2 bars
TN2
0.8
TN2 initiale = 1bar x 80% = 0.8 bar
Temps en mn
Les tables MN90 : un modèle Haldanien
4) En prenant par exemple un compartiment de
période 10mn pour une plongée de 40mn nous
plaçons sur l’échelle de temps les graduations.
TN2
3.2
GRADIENT
5) Le gradient , c’est la différence entre TN2 finale et
TN2 initiale.
0.8
0
10
1ère
période
20
2ème
période
30
3ème
période
40
4ème
période
Temps en mn
Les tables MN90 : un modèle Haldanien
6) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 10mn?
7) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 20mn?
TN2
3.2
TN2 (20mn) = (3.2 – 2)/2 + TN2 initiale = 1.2 / 2 + 2 = 2.6 bars
2.6
Savoir
déterminer
une tension
d’azote dans
un
compartiment
(limité à des
périodes
entières)
2
TN2 (10mn) = (3.2 – 0.8)/2 + TN2 initiale = 2.4 / 2 + 0.8 = 2 bars
0.8
0
10
20
30
40
Temps en mn
Les tables MN90 : un modèle Haldanien
8) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 30mn?
9) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 40mn?
TN2
3.05
3.2
2.9
2.6
Savoir
déterminer
une tension
d’azote dans
un
compartiment
(limité à des
périodes
entières)
Courbe de saturation (du
tissu de période 10mn)
2
0.8
0
10
20
30
40
Temps en mn
TN2 (30mn) = (3.2 – 2.6)/2 + TN2 initiale = 0.6/2 +2.6 = 2.9bars
TN2 (40mn) = (3.2 – 2.9)/2 + TN2 initiale = 0.3/2 + 2.9 = 3.05bars
Les tables MN90 : un modèle Haldanien
TN2
3.2
3.05
2.9
2.6
2
Courbe de saturation (du
tissu de période 20mn)
0.8
0
10
20
30
40
Temps en mn
Etablissons maintenant la courbe de saturation en TN2 du tissu de période 20 mn.
Les tables MN90 : un modèle Haldanien
Et la désaturation ! Prenons un tissu de période 10 mn que
nous soustrayons de la pression au bout de 30mn.
TN2
2.9 devient la TN2 initiale et 0.8 la TN2 finale.
3.2
2.9
2.6
2
1.85
1.325
0.8
0
10
20
30
40
Qu’elle est la TN2 de ce tissu au bout de 50mn?
50
Temps en mn
Au cours de la remontée, le rapport entre la TN2 de chaque
compartiment et la Pabs. ne dois jamais dépasser le seuil du Sc.
TN2
Sc = ---------------P abs
TN2
P abs = --------------Sc
Il y aura nécessité d'effectuer un palier lorsque, à la remontée, la valeur du
rapport TN2 / PABS d'un tissu, atteint la valeur du coefficient de sursaturation
Sc.
Lorsque plusieurs compartiments ont un résultat supérieur à 1,
c’est le compartiment ayant la valeur la plus élevée qui devient
« COMPARTIMENT DIRECTEUR »
Tissu
T (mn)
Sc
1
5
2,72
2
7
2,54
3
10
2,38
4
15
2,20
5
20
2,04
6
30
1,82
7
40
1,68
8
50
1,61
9
60
1,58
10
80
1,56
11
100
1,55
12
120
1,54
Tissu
T (mn)
Sc
1
5
2,72
2
7
2,54
3
10
2,38
4
15
2,20
5
20
2,04
6
30
1,82
7
40
1,68
8
50
1,61
9
60
1,58
10
80
1,56
11
100
1,55
12
120
1,54
Tissu 10mn 3.05/2.38 = 1.28 bar
Tissu 20mn 2.6/2.04 = 1.275 bar
TN2
Savoir
déterminer la
sursaturation
critique.
Savoir
déterminer un
compartiment
directeur.
Savoir
déterminer
une
profondeur de
palier pour un
compartiment
donné.
3.2
3.05
2.9
2.6
2
0.8
0
10
20
30
40
Temps en mn
Détermination du tissu directeur entre tissu 10 et 20mn.
C’est le tissu 10mm qui est directeur imposant un arrêt à 2.80m.
Le modèle Haldanien en théorie
QUESTION sur 6 points
a) Quelle sera la tension d'azote dans un compartiment de période 20 minutes, initialement saturé
à l'air atmosphérique après une immersion (à l’air) de 40 minutes à une profondeur de 40 m ? 2 pts
Le coefficient de sursaturation critique (noté Sc) de ce compartiment 20 minutes est égal à 2,04.
b) Quelle serait la conséquence d'un retour immédiat en surface après les 40 minutes à 40 m? 2pts
c) Quelle sera donc la profondeur théorique du premier palier? 2 pts
a) Profondeur de 40 mètres soit Pabs = 5 bars et PpN2 = 5 x 0.8 = 4 bars; compartiment de
période 20 minutes ; 40 minutes d’exposition à la pression ; soit 2 périodes.
T N2 (20mn) = (4+0.8) / 2 = 2,4 bars
ou autre méthode (4-0.8) / 2 + 0.8 = 2,4 bars
T N2 (40mn) = (4+2.4) / 2 = 3,2 bars
Sc = T N2 / Pabs
Ici pour un retour en surface on aurait : T N2 / Pabs = 3,2 / 1 = 3,2
b) Pour le compartiment 20 min, le Sc est égal à 2,04 (cette valeur correspond au seuil au-delà
duquel se produirait l'accident de décompression.). Un retour en surface donnerait une valeur de
3,2 valeur largement au delà de la limite, d'où le fort risque d'accident.
c) Pabs = T N2 / Sc = 3,2 / 2,04 = 1,57 bar
soit une profondeur de palier théorique de 5,7 m
La vision subaquatique
La réflexion, la réfraction, la diffusion, l’absorption, la
salinité et la clarté de l’eau contribuent à la perception du
plongeur sous marin : distance, dimension, couleur des
objets.
Les objets apparaissent plus gros et plus proches :
• Distance apparente = 3/4 distance réelle
• Taille apparente = 4/3 taille réelle
Effet de diffusion plus ou moins important en
fonction du nombre de particules en suspension
dans l’eau (effet phare/brouillard)
La vision subaquatique
La réflexion, la réfraction.
Optique:
Absorption,
réflexion,
réfraction,
champ de
vision.
Les différentes couleurs qui
composent la lumière
visible sont absorbées de
manière sélective par
l’eau.
Vers 500m toute la lumière
est absorbée.
L’audition subaquatique
Avec les instruments de mesure moderne, on sait que, dans
l'eau, la vitesse de propagation de l'onde sonore varie entre 1437
et 1500 mètres/seconde. Trois facteurs sont à l'origine de la
modification de la vitesse de propagation du son dans un liquide
comme l'eau :
1) la température,
2) la salinité,
3) la pression hydrostatique.
Acoustique :
Vitesse de
propagation
du son.
Nous retiendrons une vitesse de 1500 mètres/seconde. Soit
environ 5 fois plus que la vitesse de propagation du son dans l’air.
Compte tenu que cette vitesse de propagation est importante, et
considérant un écart entre nos 2 oreilles de 10 cm environ. Il est
difficile de déterminer la source d’un bruit.
L’optique et l’acoustique subaquatique en théorie
QUESTION sur 4 points
Alors que vous êtes en plongée, vous entendez le son d’une explosion sousmarine 6 secondes après qu’elle ait eu lieu.
a) A quelle distance de l’explosion êtes vous situé ? 2 pts
b) De quelles manières est modifiée la vision sous-marine ? 2 pts
a) Le son se propage à 1500
mètres par seconde dans l’eau.
Distance de l’explosion : 1500 x 6
= 9000 mètres soit 9 km. 2 pts
b) - Les distances paraissent raccourcies : rapprochement.
- La taille apparente des choses augmente : grossissement.
- La lumière diminue à mesure que la profondeur augmente.
- Absorption des couleurs avec la profondeur.
- Réfraction de la lumière. 2 pts
Merci pour sa contribution à
Joël TALON, pour certaines de ses diapos….