Cours prépa niveau 2 et 3 FLOTTABILITE – Principe d`Archimède

Cours prépa niveau 2 et 3
FLOTTABILITE – Principe d’Archimède
Extrait du MFT (Niveau 2 du 15/06/2013)
Sommaire
1
POURQUOI ? ...................................................................................................................................................................... 1
2
RAPPELS ............................................................................................................................................................................. 1
3
MISE EN EVIDENCE DU PRINCIPE DE FLOTTABILITE ............................................................................................................ 2
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POIDS APPARENT, POIDS REEL ET VOLUME ........................................................................................................................ 2
5
APPLICATION A LA PLONGEE .............................................................................................................................................. 3
1 Pourquoi ?
Pourquoi utilise-t-on un gilet stabilisateur ?
Pourquoi met-on une ceinture de plomb ?
Pourquoi sommes-nous plus lourd au fond ?
Pourquoi un clou coule alors qu’un port avion flotte ?
… le poids n’est donc pas le seul élément en jeu !
2 Rappels
Une force : s’exerce en un point donné, dans un sens donné avec une certaine intensité.
Loi de Mariotte : PV = constante. Donc P augmente V diminue et vice versa.
1 litre d’eau pure = 1 dm3 = 1 kg
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3 Mise en évidence du principe de flottabilité
Un bloc de plongée paraît plus lourd sur le bord de la piscine que dans l’eau. Dans l’eau une force s’oppose
à son poids.
Un bouchon de liège maintenu sous l’eau. Quand on le lâche il remonte verticalement : il subit une force
verticale dirigée vers le haut.
Faire du poumon ballast c’est augmenter notre volume sans changer notre poids.
Il y a une RELATION entre LE POIDS et LE VOLUME d’un corps et SON EQUILIBRE DANS L’EAU
Notre immersion entraîne l’opposition de deux forces :
Celle du poids réel qui a tendance à nous faire descendre
Celle de l’eau qui nous pousse vers la surface (force proportionnelle au poids du volume immergé)
La poussée d’Archimède est la force exercée par un fluide (air, eau, etc..) sur un objet. Elle se manifeste
sur Terre sur tout objet immergé dans un fluide comme l'eau. C’est à partir de cette poussée qu’on définit
la flottabilité d’un corps. C'est ainsi qu'un navire flotte sur la mer.
Principe d'Archimède : « Tout corps plongé dans un liquide
(ou gaz) reçoit une poussée verticale, qui s'exerce de bas en
haut, et qui est égale au poids du volume de liquide déplacé »
Cette poussée dépend uniquement du volume de l'objet
immergé et de la nature du liquide mais pas de la profondeur.
Toute ressemblance avec des personnes
ou des situations existantes ou ayant existé
ne saurait être que fortuite 
4 Poids apparent, poids réel et volume
Une bouteille de plongée est lourde lorsqu’on la porte à l’air libre sur le bord du bassin ou sur le bateau :
son POIDS REEL est en effet important.
Elle apparaît beaucoup plus légère lorsqu’on est immergé : elle a alors un POIDS APPARENT.
Le POIDS APPARENT est plus faible que le POIDS REEL et la différence entre le deux est LA POUSSEE
D’ARCHIMEDE
POIDS APPARENT = POIDS REEL - POUSSEE D’ARCHIMEDE
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Si poids réel < volume
 c’est la poussée de l’eau qui l’emporte
 nous flottons comme un bateau
 flottabilité positive
Si poids réel > volume
 c’est le poids qui l’emporte
 nous coulons comme une pierre
 flottabilité négative
Si poids = volume
 nous restons entre deux eaux sans effort
 comme un poisson
 flottabilité neutre
C’est ce que nous cherchons en plongée
Exemple Archimède :
Considérons une caisse de 20 litres, de poids 38 kg
Le volume d'eau déplacé par la caisse est 20 litres, soit un poids de 20 kg.
Le poids apparent est donc (38 - 20) = 18 kg.
La caisse coule.
Soit un caisson d'appareil photo de volume 3 litres, de poids réel 1,5 kg.
Son poids apparent est (1,5 - 3) soit -1,5 kg.
Le caisson flotte.
Pour rendre nulle la flottabilité, il faut lester le caisson de 1,5 kg.
5 Application à la plongée
Pourquoi sommes-nous plus lourd au fond ?
C’est parce que nous diminuons de volume
(Rappel Loi de Mariotte si la Pression augmente le Volume diminue)
Plus la profondeur augmente plus la pression hydrostatique augmente. Cette pression comprime de plus
en plus l’air emprisonné dans toutes les cavités : le gilet stabilisateur, la combinaison néoprène, l’estomac,
… diminue de volume. Cette diminution de volume fait augmenter le poids apparent du plongeur car la
poussée d’Archimède diminue avec le volume.
Ce n’est donc pas le poids de l’eau au-dessus du plongeur qui le pousse vers le bas !
Pourquoi met-on une ceinture de plomb ?
Le plomb déplace un volume d’eau dont le poids est très inférieur à son poids propre.
Son poids apparent est donc élevé. Il permet d’augmenter le poids apparent du plongeur.
Une fois équipé de sa combinaison, le plongeur éprouve des difficultés à s'immerger. En effet, sa
combinaison augmente son volume et le fait donc flotter en rendant son poids inférieur à la poussée
d'Archimède. Pour faciliter ses efforts et lui permettre de descendre, il met une ceinture sur laquelle sont
accrochés des plombs.
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Les plombs lui permettent donc d'augmenter son poids réel et d'annuler l'effet de flottabilité de sa
combinaison.
Le lestage varie suivant :
Le type de bouteille
La combinaison
Le phare de plongée
L’appareil photo
Le parachute
etc.
… Pensez à noter toutes ces informations sur votre carnet de plongée !
Pourquoi utilise-t-on un gilet stabilisateur ?
Au cours de ses explorations, le plongeur utilise un gilet stabilisateur.
Pour descendre, un plongeur vide son gilet stabilisateur, ce qui diminue son volume et donc la
poussée d'Archimède.
Pour remonter en sauvetage, il gonfle son gilet stabilisateur, ce qui augmente son volume et donc
la poussée d'Archimède.
Pour s'équilibrer, un plongeur gonfle son gilet stabilisateur, ce qui lui permet d'être à l'état
d'équilibre et de ne pas rester collé sur le fond.
Attention : L’air insufflé au fond dans votre gilet va augmenter de volume lors de la remontée (Loi de
Mariotte) le poids apparent va diminuer (Archimède)… si on ne réagit pas on va remonter de plus en plus
vite avec les risques que l’on connaît.
…ll faut penser à purger régulièrement son gilet à la remontée !
La technique du poumon ballast :
Au cours de son apprentissage, le plongeur débutant effectue des exercices d'aisance sous l'eau. L'un d'eux
s'appelle le poumon ballast.
Le plongeur utilise son volume pulmonaire pour monter ou descendre dans l'eau :
Pour monter, un plongeur gonfle ses poumons, ce qui augmente son volume et donc la poussée
d'Archimède.
Pour descendre il vide ses poumons, ce qui diminue son volume et donc la poussée d'Archimède.
Le parachute de palier :
Quand on gonfle le parachute de palier en le tenant, notre flottabilité est modifiée dans une zone de forte
variation de pression !
… Attention à utiliser son détendeur de secours et à ne pas bloquer sa respiration !
… De plus, le poids du plomb du parachute se retire de notre poids apparent !
Début et fin de plongée :
Le bloc se vide lors de la plongée. Son poids diminue d’environ 1,8 kg entre 200 et 50 bars.
… Au retour nous sommes donc plus légers !
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