PHYSIQUE appliquée à la plongée pour Niveau 4

GUIDE DE PALANQUEE – NIVEAU 4
Aspects théoriques
de l’activité
Dominique ROMAND IR 07/81
Version 2016
1
GUIDE
DEcours
PALANQUEE – NIVEAU 4
Plan du
A voir:
- Le système MKSA, les principales notions et unités utilisées.
- La flottabilité et problèmes de relevage en association avec la
loi de Mariotte.
- La compressibilité des gaz (tampon, relevage, loi de Charles)
- Pression partielle (les lois de Dalton, nitrox, toxicité des gaz)
- La dissolution de l’azote dans le corps (loi de Henry, modèle
Haldanien…)
- L’optique et l’acoustique
2
GP N4 – Le système MKSA
Système d’unités de mesure créé 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)
3
GP N4 – 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  .
Le vecteur force est caractérisé par 4 éléments :
1 - la 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
4
GP N4 – Principales notions et unités utilisées
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.
5
GP N4 – Principales notions et unités utilisées
6 - La masse volumique :
C’est le rapport entre masse d’un corps et son volume
masse (en Kg)
 = -------------------- ou
volume (en m3)
masse volumique de l’air
masse (en g)
---------------------volume (en litre)
= 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 l'air pour les gaz. La densité est une grandeur sans
dimension et sa valeur s'exprime donc sans unité de mesure.
6
GP N4 – La pression atm. TORRICELLI (1644)
Volume 76 cm3 ou 0,076 dm3
Masse = 0,076 x 13,6 densité du
mercure
Masse = 1,0336 Kg
Tube de 1 cm2 de section
76 cm
PRESSION
MERCURE
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
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.
7
GP N4 – pression atmo. en altitude
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.
Hauteur de mercure du lieu considéré / 760
==> Pression atmosphérique du lieu en bar
8
GP N4 – 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.
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GP N4 – Pression absolue
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
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GP N4 – La flottabilité – 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
Étape Initiale - une balance équilibrée.
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GP N4 – La flottabilité – Archimède
Étape 1 - L’objet est tenu par un fil sous un plateau de la balance.
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GP N4 – La flottabilité – Archimède
Étape 2 – En chargeant l’autre plateau pour obtenir l’équilibre il
en détermine le poids.
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GP N4 – La flottabilité – Archimède
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 côté objet monte.
14
GP N4 – La flottabilité – Archimède
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.
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GP N4 – La flottabilité – 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
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GP N4 – La flottabilité – 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
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GP N4 – La flottabilité en applications
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).
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GP N4 – La compressibilité des gaz
P = 1 et V = 1
avec PxV = 1
P = 2 et V = 0.5 avec PxV = 1
P = 3 et V = 0.33 avec PxV = 1
P = 4 et V = 0.25 avec PxV = 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 :
* °C  273 + C°
* °K  °C - 273
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La loi de Mariotte en application pratique
1,3 litres à 30 m
1,3 litres à 0 m
1 litres à 3 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 litres à 42 m
Si on remonte à 15 m/mn il faudra :
60s x 12 m
15 m/mn
= 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.
60s x 3 m
d'où une vitesse de 3,75 m/mn
= 48 s
Soit :
Vitesse
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.
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GP N4 – Relevage – flottabilité+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 remontée.
21
GP N4 – La Compressibilité des gaz
Problèmes de bouteilles tampons…
A l’aide d’une seule rampe de bouteilles tampons (100 litres, 250 bars), on souhaite gonfler, à la
pression la plus élevée possible, 1 bloc de 12 litres dont la pression initiale est de 50 bars, 1 bloc
de 15 litres dont la pression initiale est de 80 bars et 1 bloc de 18 litres dont la pression initiale est
de 60 bars.
P1.V1 = P2.V2
Etat 1
Tampons
100 L
250 bars
Bloc A
12 L
50 bars
Bloc B
15 L
80 bars
Bloc C
18 L
60 bars
Détendu à 1 bar, de combien de litres d’air dispose t’on ?
V1 
Etat 2
12 x50 15 x80 18 x60 100 x250



 27880 L
1
1
1
1
Tampons
100 L
? bars
Bloc A
12 L
? bars
Bloc B
15 L
? bars
Bloc C
18 L
? bars
La quantité de gaz est la même que dans l’état ①
A la pression à laquelle se trouve cette quantité de gaz, on
sait que son volume est égal à 145 L (=12+15+18+100)
A quelle pression se trouve ce volume ?
P2 
27880
 192,3 bars
12  15  18  100
22
GP N4 – La Compressibilité des gaz
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
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)
23
GP N4 – Loi de Charles - Température
Si la température change il faut appliquer pour les relations entre les volumes
et les pressions une autre loi :
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 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.
24
GP N4 – Loi de Charles - Température
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 à 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
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GP N4 – Consommation d’air en plongée
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)
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 !!!!
26
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.
27
GP N4 – Lois de Dalton – pressions partielles
- Le plongeur respire de l'air comprimé. Plus on va descendre, plus cet air sera
dense.
- L'air est composé de plusieurs gaz, qui a 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
28
GP N4 – Lois de Dalton – pressions partielles
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
29
GP N4 – Lois de Dalton – pressions partielles
3éme règle : A température constante, un gaz constituant un
mélange se comporte comme si il était seul.
Application 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.
30
GP N4 – Lois de Dalton – pressions partielles
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)
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.
31
GP N4 – Dissolution des gaz – Loi de Henry
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 leur 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
32
GP N4 – La décompression – les états
Notion de Tension
La pression partielle d’un gaz (Pp) correspond à la phase gazeuse.
Nous parlerons de Tension (T) lorsque le gaz est dissout.
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.
33
GP N4 – Le modèle de Haldane
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
34
GP N4 – Le modèle Haldanien
1) Le corps humain est représenté par une liste de régions
anatomiques fictives, appelées « COMPARTIMENTS » nb 12
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 dissout.
Puis encore 50% du restant pour la période suivante, etc.
35
GP N4 – Le modèle Haldanien
TN2
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
0.8
TN2 initiale = 1bar x 80% = 0.8 bar
Temps en mn
36
GP N4 – Le modèle Haldanien
TN2
4) En prenant par exemple un compartiment de
période 10mn pour une plongée de 40mn nous
plaçons sur l’échelle de temps les graduations.
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
Temps en mn
4ème
période
37
GP N4 – Le modèle Haldanien
TN2
6) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 10mn?
7) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 20mn?
3.2
TN2 (20mn) = (3.2 – 2)/2 + TN2 initiale = 1.2 / 2 + 2 = 2.6 bars
2.6
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
38
GP N4 – Le modèle Haldanien
TN2
8) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 30mn?
9) TN2 du tissu de période 10mn au bout de 40mn?
3.2
3.05
2.9
2.6
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
39
GP N4 – Le 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.
40
GP N4 – Le 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
50
Temps en mn
Qu’elle est la TN2 de ce tissu au bout de 50mn?
41
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
42
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
Courbe de saturation (du
tissu de période 10mn)
3.2
3.05
2.9
2.6
Courbe de saturation (du
tissu de période 20mn)
2
0.8
0
10
20
30
40
Temps en mn
C’est le tissu 10mm qui est directeur imposant un arrêt à 2.80m.
Détermination du tissu directeur entre tissu 10 et 20mn.
43
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 x0.8 = 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
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
44
GP N4 – La vision
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 proche :
• 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)
45
GP N4 – La vision
La réflexion, la réfraction.
Les différentes couleurs
qui composent la lumière
visible sont absorbées de
manière sélective par
l’eau.
Peu de lumière atteint les 100 m.
A 1000 m c’est la nuit noire.
46
GP N4 – L’acoustique
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.
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.
47
GP N4 – La vision et l’acoustique 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
48
Merci de votre attention