Commission Apnée du Comité Centre
Formation Apnée A4
Physique
Comité Régional Centre ApnéeFFESSM
Cedric Viou2016-2017
crcentreapnee.free.fr
Commission Apnée du Comité Centre
Plan du cours
● Pourquoi de la physique en apnée ???● Quelques notions de physique :● Pressions
● Loi de Mariotte● Poussée d'Archimède● Loi de Dalton● Loi de Henry
● Conclusion
Commission Apnée du Comité Centre
Pourquoi de la physique en apnée ???
● L'Homme (ainsi que la femme) ne sont pas des êtres aquatiques
● Certains phénomènes naturels qui prennent place dans ce milieu sont totalement étrangers à des bipèdes terrestres
● La physique permet de comprendre comment fonctionnent ces phénomènes et de ne pas les laisser nous surprendre
Commission Apnée du Comité Centre
Notions de physique pour l'apnée
● La pratique de l'apnée nous soumet rapidement au contact de l'eau
● L'eau, beaucoup plus dense que l'air, peut appliquer des pressions non négligeables
● Voyons ce que sont les pressions et les effets qu'elles peuvent avoir lors de notre activité subaquatique
Commission Apnée du Comité Centre
Notion de pression
● La pression exercée par un fluide, principalement l'eau dans notre cas, est perpendiculaire à la surface sur laquelle elle s'exerce
● On la note P, tel que P = F / S● avec F, la force● appliquée sur la surface de taille S
● Les "physiciens" dirons que la force se mesure en Newton (N) et la surface en m² pour donner une force en Pascal (Pa <=> N/m²)
Commission Apnée du Comité Centre
1 Bar ???
● Nous préfèrerons utiliser des kilogrammes (kg) et des centimètres carré (1 cm x 1 cm) pour obtenir une pression en bar
● Un bar est à peu près la pression qu'exerce la colonne d'air au dessus de nous au niveau de la mer : c'est la pression atmosphérique (Patm)
● On perd 0.1 bar par kilomètre jusqu'à 5000 m
Commission Apnée du Comité Centre
Pression atmosphérique40
km
Commission Apnée du Comité Centre
1 Bar ???
● Nous préfèrerons utiliser des kilogrammes (kg) et des centimètres carré (1 cm x 1 cm) pour obtenir une pression en bar
● Un bar est à peu près la pression qu'exerce la colonne d'air au dessus de nous au niveau de la mer : c'est la pression atmosphérique (Patm)
● On perd 0.1 bar par kilomètre jusqu'à 5000 m
● Un bar est la pression exercée par une colonne d'eau de 10 m : cette pression-là est la pression hydrostatique (Phydro)
Commission Apnée du Comité Centre
Pressions...
● En apnée, nous sommes soumis aux 2 pressions (la colonne d'air et la colonne d'eau).
● Le résultat est la pression absolue (Pabs)
● Pabs = Patm + Phydro
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de Mariotte
● La pression agit sur les volumes compressibles
● Les liquides ne sont pas comprimés par la pression
● La force exercée par la pression se propage de proche en proche à travers les liquides jusqu'aux volumes gazeux.
Air
Eau0 m
10 m
30 m
1 bar
2 bar
4 bar
1
1/2
1/4
1 bar
2 bar
4 bar
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de Mariotte
1/2 litre
1 litre
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de Mariotte
● Plus la pression augmente, plus le volume diminue. En fait, leur produit est constant :
Pression x Volume = Constante
● Par exemple, suite à une inspiration forcée sur un détenteur ou dans une grotte sous-marine, les poumons gonflés de 6 l d'air à 10 m :Pabs = 1 + 1 = 2 barsdevraient avoir un volume de 12 l en surface... :Pabs = Patm = 1 bar
2 bars x 6 l = 1 bar x 12 l
Commission Apnée du Comité Centre
Poussée d'Archimède
● Si vous échappez votre montre-ordinateur du bateau, elle va suivre une trajectoire fortement verticale dirigée vers le bas...
● Arrivée dans l'eau, ça dépend... ça dépend de la poussée d'Archimède.
● De manière barbare :« Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé »
Commission Apnée du Comité Centre
Poussée d'Archimède
Commission Apnée du Comité Centre
Volume déplacé
Situationséquivalentes
Commission Apnée du Comité Centre
Poussée d'Archimède
Commission Apnée du Comité Centre
Poussée d'Archimède● De manière pratique, un objet (ou un plongeur, un truc, …)
plongé dans l'eau voit son poids réel (Fp) diminué du poids de l'eau (Fa) que cet objet a déplacé. L'objet « semble » peser moins (Papp).
● Par exemple, une plongeuse et sa combinaison (60 kg) s'immergent. Le tout fait 62 l (soit 62 kg d'eau déplacée). Papp = 60 kg - 62 kg = -2 kg● Donc la plongeuse monte! Mais s'arrête, heureusement, à la
surface, quand sa tête sort et que le volume d'eau déplacé n'est plus que de 60 l, soit 60 kg d'eau déplacée.
● La plongeuse saisit une gueuse de 5 kg.Papp = 65 kg - 62 kg = 3 kg
● Elle entame sa descente sans effort.● Note: difficile d'obtenir le poids d'une plongeuse, alors son volume....
Commission Apnée du Comité Centre
Poussée d'Archimède
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de (John) Dalton
● Joe, William, Jack et Averell● Si les 4 Daltons étaient comme Joe (un très méchant), ils
seraient méchants-méchants-méchants-méchants.● En fait, William, Jack et Averell sont surtout bêtes, ils diluent
la méchanceté de Joe dans le groupe. Les Daltons sont seulement marrants.
● Pareil pour les gaz● Leurs effets sont dépendants de leur pression● Si un gaz est dilué à x% avec d'autres composés à la
pression totale Ptot, alors ce gaz se comporte comme si il était pur à la pression partielle Pp, avec: Pp = x% * Ptot
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de Dalton
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de Dalton
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de Dalton
● Important pour expliquer certains phénomènes● Exemple :
● Pourquoi est-il très agréable de faire une apnée statique à 20 m ?
● Ptot = 3 bars● Pp O2 = 20 % * 3 = 0.6 bars● Équivalent à respirer un mélange hyperoxygéné.
Commission Apnée du Comité Centre
La loi de Henry
Lorsqu'un gaz est mis en contact avec un liquide, une partie de ce gaz se dissout dans le liquide (et vice versa).
Différents facteurs influencent le degré de cette dissolution, en particulier le temps et la pression.
La loi de Henry décrit le comportement d'un gaz lorsqu'on le met en contact avec un liquide en fonction de la pression exercée par ce gaz.
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de Henry● Facteurs influant sur la dissolution
● La nature du gaz et du liquide :● Selon les liquides et leur coefficient de solubilité, les gaz se dissolvent plus ou moins
bien.● La quantité de gaz dissout dépend du couple liquide-gaz considéré
● La température :● Si la température augmente, la quantité dissoute diminue. ● Il y a peu d'influence de la température sur la dissolution des gaz en plongée car
celle-ci se situe au niveau des échanges gazeux (corps) et donc varie peu.● La surface d'échange :
● Plus la surface de contact entre un gaz et un liquide est grande, plus la dissolution sera rapide pour un même volume de gaz à dissoudre.
● La surface d'échange se situe au niveau des alvéoles pulmonaires.● La diffusion :
● Capacité d'un gaz à pénétrer à l'intérieur d'un milieu où sa concentration y est plus faible.
● Le temps :● Suit une loi dite « exponentielle »● Variation forte au début
puis de plus en plus lente
Commission Apnée du Comité Centre
La loi de Henry
A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression qu'exerce ce gaz sur le liquide.
La quantité de gaz dissoute dans le liquide est appelée la tension du gaz. Les échanges entre un gaz et la surface d'un liquide se font en permanence, donc si les conditions extérieures restent stables, il s'établit entre la pression du gaz au dessus du liquide et la tension du gaz dans ce liquide un équilibre. On dit alors que le liquide est à saturation.
Commission Apnée du Comité Centre
Loi de Henry
Saturation Pression = Tension Equilibre
Sous-saturation Pression > Tension Le liquide dissout du gaz pour tendre vers la saturation
Sur-saturation Pression < Tension Le liquide rejette du gaz pour revenir à la saturation
Le corps humain étant composé à 70 % de liquide, il s'effectue des échanges entre les mélanges gazeux contenus dans les poumons et les tissus humain (muscles, sang, os...). Donc la loi de Henry s'applique à notre organisme.
- Si nous laissons trop souvent l'azote se dissoudre dans notre corps et que nous lui laissons pas assez de temps pour être éliminé « silencieusement », nous allons accumuler progressivement une tension d'azote.
- Lors d'une remontée rapide (systématique en apnée), une sur-saturation critique va déclencher le dégazage anarchique de l'azote dans notre sang, sous forme de micro-bulles qui vont grossir en se regroupant et en subissant la loi de Mariotte (Prof↓ => P↓ => V↑)
Commission Apnée du Comité Centre
Lumière
● L'eau est un filtre naturel de la lumière.● Elle absorbe plus ou moins fortement les
diverses couleurs du spectre lumineux
Commission Apnée du Comité Centre
Lumière à Port-Cros
Commission Apnée du Comité Centre
Lumière en carrière
Commission Apnée du Comité Centre
Déformation des images
● Sensation de rapprochement● difficulté à saisir ou à percevoir les distances
● OU Impression d'objet plus grand● Ben, non, c'tait pas pas un bar d'1.5 m
Ça rapproche ou ça grossit
Commission Apnée du Comité Centre
Propagation du son
● Le son est une onde acoustique● Elle se déplace rapidement :
● 300 m/s dans l'air● 1500 m/s dans l'eau
● Le cerveau utilise la différence de temps d'arrivée du son dans l'air entre les 2 oreilles pour déterminer la direction d'arrivée d'un son, mais la différence, trop faible, dans l'eau rend ce système inopérant (avec les hors-bord, entre autres...)
Commission Apnée du Comité Centre
Conclusion● La Nature peut être décrite par la Physique et
les Mathématiques.● Savoir manipuler la Physique et les
Mathématiques permet de prédire la nature... et vos apnées !!!
Commission Apnée du Comité Centre
Références
● http://olivierlebihanbis.free.fr
● http://plongee.amiral.free.fr/
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Portail:Plongée_sous-marine
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Apnée_(sport)
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Poussée_d'Archimède
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Mariotte
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Hypoxie
● http://jrbarbeau.free.fr/wikini/wakka.php
● http://plongee.amiral.free.fr/formation/niveau4/loidehenryn4.htm
Commission Apnée du Comité Centre
Questions ???