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La théorie de la plongée

La théorie de la plongée (12)

jeudi, 14 février 2013 15:12

La poussée d'Archimède

Écrit par

La poussée d'Archimède est la force particulière que subit un corps plongé en tout ou en partie dans un fluide (liquide ou gaz) soumis à un champ de gravité. Cette force provient de l'augmentation de la pression du fluide avec la profondeur (effet de la gravité sur le fluide, voir l'article hydrostatique) : la pression étant plus forte sur la partie inférieure d'un objet immergé que sur sa partie supérieure, il en résulte une poussée globalement verticale orientée vers le haut. C'est à partir de cette poussée qu'on définit la flottabilité d'un corps.

lundi, 04 février 2013 10:21

le froid

Écrit par

Le refroidissement du corps peut être source d'accidents. La température de l'eau est généralement inférieure à la température du corps. Elle est variable selon la saison, les courants, la profondeur.
Le froid est un facteur fréquent pour le plongeur
Le corps humain est à une température de 37C°.S’il y a abaissement de cette température le fonctionnement des organes va être perturbé.
L’organisme du plongeur subit dans l’eau une déperdition calorifique due aux différences thermiques entre l’eau et le corps dès que la température de l’eau est inférieur à 34 C° et dès que la température de l’air est inférieur à 25C°.

mercredi, 28 novembre 2012 12:33

LOI DE BOYLE ET MARIOTTE

Écrit par

Afin de bien comprendre les causes des divers accidents susceptibles d'arriver en plongée, il est indispensable d'avoir parfaitement compris certaines lois physiques.
N'oublions pas que nous pénétrons dans un univers différent, auquel il faut s'adapter. Le but de ce cours est d'étudier la loi de la loi de Boyle-Mariotte et ses conséquences en plongée.
2. BREF RAPPEL : LA PRESSION

1. INTRODUCTION
Afin de bien comprendre les causes des divers accidents susceptibles d'arriver en plongée, il est indispensable d'avoir parfaitement compris certaines lois physiques.
N'oublions pas que nous pénétrons dans un univers différent, auquel il faut s'adapter. Le but de ce cours est d'étudier la loi de la loi de Boyle-Mariotte et ses conséquences en plongée.
2. BREF RAPPEL : LA PRESSION
La pression est le résultat d'une force appliquée sur une surface :
P = pression                                 F
F = force                            P =----------
S = surface                                   S
La force s'exprime en kg, la surface en cm2 et la pression en bars. Pression atmosphérique, hydrostatique, absolue
Nous avons vu que la terre est entourée d'une couche d'air, que cette couche est épaisse de 10 km. Si nous prenons une colonne d'air d'une surface de 1 cm2 et de 10 km de haut, nous constatons que cette colonne pèse 1 kg, ce qui correspond à 1 bar ou encore à 1.031 millibars.
Cette pression n'est pas la même sur toute la terre. Si nous sommes en montagne, la pression diminue. On peut dire que, par tranche de 1.000 mètres, la pression diminue de 0,1 bar.
Si nous prenons une colonne d'eau douce avec une surface de 1cm2 et haute de 10 m, nous constatons que cette colonne pèse aussi 1 kg, ce qui correspond aussi à 1 bar (l'eau étant nettement plus dense que l'air, il ne faut donc pas une colonne haute de 10km).
En plongée, nous ne subissons pas seulement la pression de l'eau, mais aussi la pression de l'air qui entoure la terre. Nous devons ajouter cette pression atmosphérique à chaque fois que nous parlons de la pression :
à 20 mètres, nous avons une pression de 1 bar (air) + 2 bars (eau) = 3 bars à 35 mètres, nous avons 4,5 bars et ainsi de suite...

3. LA LOI DE BOYLE ET MARIOTTE

3.1. La loi
Alors que les solides et les liquides sont pratiquement incompressibles, les gaz par contre le sont aisément. En plongée, la pression exercée par l'eau va comprimer les gaz. Si nous enfonçons un verre gradué dans l'eau, nous constaterons que le niveau d'eau augmentera progressivement lors de la descente.
C'est ainsi que l'on constate qu'à 10 mètres, le volume de l'air aura diminué de moitié, à 30 mètres, il aura diminué de 3/4 et ainsi de suite. En remontant, le phénomène inverse sera observé.
A température constante, le volume d'un gaz est inversement proportionnel à la pression qu'il reçoit.
C'est Mariette qui a rajouté le facteur "température" à cette loi. On considère généralement qu'en plongée, la variation de la température est trop faible pour en tenir compte.
C'est la loi dite des "gaz parfaits" - mais ces gaz n'existent pas... Au dessus d'une pression de 100 bar, aucun gaz ne suit rigoureusement la loi de Boyle-Marioite, pour les faibles pressions, on peut l'appliquer et en particulier pour l'air.
Vu ce qui précède, on peut donc dire :
P = pression avant immersion V = volume avant immersion P' = pression en immersion V = volume en immersion
ce qui donne : P x V = P1 x V = constante Ce qui se vérifie aisément :
Prenons un ballon d'un volume de 10 litres à la surface (1 bar). A 10 mètres (pression 2 bars), son volume ne sera plus que de 5 litres, à 30 mètres (pression 4 bars) son volume ne sera plus que de 2,5 litres.
p-10  V=1 -» 10x1 = 10 P = 5  V' = 2->5x2= 10 P"=4   V" = 2,5 -> 4x2,5 = 10
Le cas inverse peut se produire aussi : prenons un ballon qui sera rempli de 5 litres d'air à la profondeur de 20 mètres. Quel sera son volume à la surface ?

20 mètres = 3 bars donc 5x3=15 litres
Nous constatons aussi que dans les 10 premiers mètres, la pression double, ensuite, elle double après 20 mètres et puis après 40 mètres supplémentaires. Ceci est important pour éviter des accidents mécaniques qui, souvent, se produisent dans les 10 derniers mètres !

3,2. Applications à la plongée

Les conséquences de cette loi sont nombreuses pour le plongeur : diminution du volume du vêtement de plongée pendant la descente (en fait, ce phénomène est une combinaison du principe d'Archimède et de la loi de Boyle-Mariotte), placage de masque et problèmes aux tympans et éventuellement sinus, tous les autres accidents mécaniques : surpression pulmonaire, accidents dentaires, colique du scaphandrier et révolutions des bulles dans l'accident de décompression (volume de la bulle qui augmente à la remontée du plongeur).
Cette loi nous permet aussi de faire des calculs d'autonomie pour mieux gérer nos plongées.
Voyons si cette plongée-ci est réalisable : on considère que nous respirons 20 litres d'air par minute à la surface et au repos (cette quantité est portée à 25 l/rnin lors d'un effort).
Bouteille de 12 litres, pression 195 bars, nous voulons faire une plongée de 30 minutes à 35 mètres et sortir avec une réserve de 50 bars.
Contenu de la bouteille : 15 x 195 = 2.925 litres
réserve : 50 x 12 = 600 litres
air respiré : 20 l/min x 4,5 x 30 = 1.400 litres
air respiré au palier : 14 x 20 x 1,3 = 392
2.925 - 1.400 - 600 - 392 = 533 litres - donc plongée réalisable !

3.3. Exercices

1) A 30 m, on gonfle une bouée de 2 litres d'air. Quel sera son volume à la surface ?

2)  Un bi de 20 litres est chargé d'air à une pression de 200 bar, un mono de 15 litres est chargé à 100 bars.   J'équilibre la pression des deux bouteilles.   Pression dans chaque bouteille ?

3)  Une bouteille d'acier de 50 litres contient de l'air à une pression de 12.0 bars.  On transfère le contenu dans 3 bouteilles de d'acier identiques de 50 litres.   Pression finale dans chaque bouteille ?

4) J'ai une bouteille de 12 litres gonflée à 205 bars. Je veux faire une plongée de 10 minutes à 40 mètres, puis remonter à 20 mètres, y rester 10 minutes. Calculez la consommation d'air, paliers inclus, et en prévoyant une réserve de 30 bars à la sortie.



Physique - Loi de Boyle-Mariotte                                                                               

mardi, 20 novembre 2012 14:43

Les pressions

Écrit par

Introduction

Communément rencontré dans la vie courante, le phénomène de pression (pression atmosphérique, pneus,...) est particulièrement important en plongée.

Démonstration

 

Lois

  1. Définition

    Si P = Pression
    Si F = Force
    Si S = Surface
    P = F/S

    Une pression est le résultat d'une force appliquée à une surface. 1 liquide ou 1 solide n'est pas compressible, seul les gaz le sont.
    La pression au sein d'un fluide (eau, air) s'exerce en tous sens et se répartit uniformément.
  2. Unités

    Courante en plongée mais incorrecte scientifiquement, c'est le Kgf/cm2
    (kgf = F en Kg / S en cm2)

    L'unité l'égale est le BAR :
    1 bar = 1 kg / 1 cm2

La pression atmosphérique

Cause

Le poids de l'air qui entoure la terre (donc ce poids diminue avec l'altitude)

Au niveau de la mer

Cette pression atmosphérique est de 1 Bar
ou 1000 Millibars
ou 1 Atmosphère
ou 760 mm Hg (Mercure)

Remarque : Tous les 1000 mètres enlever 0,1 bar

La pression hydrostatique

= la pression dans l'eau
= la pression relative

Cause

Le poids de l'eau

Référence à Torricelli

Colonne de 10 mètre d'eau sur une section de 1 cm2, donc volume :

1000cm2 * 1cm2 = 1000cm3
soit 1 dm3 = 1 litre = 1 kg
donc la pression de notre colonne ainsi décrite est de 1 bar

Ainsi la pression relative sera égale à la profondeur en mètre / 10.
Ex : Profondeur 15 mètres = 1.5 Bars

La pression absolue

Correspond à la pression réelle subie dans l'eau.

Pression Absolue = Pression Atmosphérique + Pression Relative

Exemples :

Pression Absolue à 10 m : 2 Bars
Pression Relative à 25 m : 2.5 Bars
Pressions Absolue à 19 m : 2.9 Bars

Inversement :

3.2 Bars de Pression Absolue : 22 m
(3.2 -1)*10 = 22

Application des pression en plongée

Le plongeur va subir ses pressions :

  • A la descente les pressions vont augmenter (ì)
  • A la remontée les pressions vont diminuer (î)

Ses variations vont avoir des conséquences sur l'homme (accident), sur le matériel.

Pour un même écart de profondeur, 10 mètres, la pression ne varie pas de la même manière en pourcentage.

Proportionnellement, les plus grandes variations de pression se situent entre 10 mètres et la surface.

Ces variations de pression auront des conséquences sur l'organisme d'où la nécessité d'être plus particulièrement vigilant entre 10 mètres et la surface, notamment pour prévenir les accidents barotraumatiques.

Nous pouvons constater que lorsque la pression augmente (ì) le volume du ballon diminue et inversement à la remontée.

De plus, comme pour la pression, nous pouvons remarquer que proportionnellement les plus grandes variations de volume ont lieu entre 10 mètres et la surface.

Pression Absolue = Pression Atmosphérique + Pression Relative

Pression Relative = 1 Bar x 10 mètres

mardi, 13 novembre 2012 13:13

La flottabilité

Écrit par

La flottabilité est élément que doit maîtriser un plongeur pour bien gérer sa stabilité et limiter sa fatigue et donc les risques d'essoufflement.

Le principe d’Archimède.

« Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui-ci une poussée verticale, dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé. »

Le poids réel du plongeur tout équipé exerce une poussée du haut vers le bas. Cette force est compensée par une poussée verticale égale au poids du volume d’eau déplacé (Principe d’Archimède), ainsi résulte le poids apparent.

Poids apparent = Poids réel - poussée d'Archimède

  • Lorsque le poids apparent est négatif, le plongeur subit donc une force du bas vers le haut, sa flottabilité est dite dans ce cas positive.
  • Lorsque le poids apparent est positif, le plongeur subit une force du haut vers le bas, sa flottabilité est dans ce cas dite négative.

Par abus de langage, on utilise le kilos comme unité de mesure car le facteur gravité (symbole g) s'applique sur chaque élément et donc s'annule.

Paramètres de la flottabilité

Tout d’abord la densité de l’eau n’est pas la même selon que l’on plonge en lac ou en mer. Un litre d’eau pèse 1,03kg en Méditerrannée, en mer rouge il atteint 1,035kg et en eau douce il est de 1kg.

Le poids de la bouteille intervient comme un lest pour le plongeur. Il existe des bouteilles de volumes variables et construit avec différents matériaux comme l’acier ou l’aluminium. De plus une bouteille pleine n’a pas le même poids réel en début et en fin plongée compte-tenu de la consommation d’air et donc de son poids.

La robinetterie du bloc intervient également selon le nombre de sortie et le matériau.

La combinaison est plus ou moins épaisse et intervient sur le plongeur en augmentant son volume mais avec la profondeur et donc la pression, elle s’écrase et ainsi le volume varie et diminue.

Modifier sa flottabilité

Le plongeur peut jouer sur différents éléments pour faire varier flottabilité.

  1. Le poumon-ballast permet d’augmenter le volume du plongeur et donc la poussée d’Archimède.  Il permet d’affiner la flottabilité. L’homme expire et inspire au repos environ 0,5l d’air et peut aller jusqu’à 2,5l en amplifiant les échanges, soit une poussée de 2 à 3kg selon les individus.
  2. Le gilet stabilisateur permet d’augmenter le volume du plongeur et donc la poussée d’Archimède. Il permet de dégrossir sa flottabilité ensuite on utilise le poumon-ballast. Les gilets peuvent aller jusqu’à des volumes de plus de 30 litres.
    • Un gilet de taille XS a une poussée d'Archimède variant de 8 à 9kg
    • Un gilet de taille S a une poussée d'Archimède variant de 12 à 14kg
    • Un gilet de taille M a une poussée d'Archimède variant de 18 à 21kg
    • Un gilet de taille L a une poussée d'Archimède variant de 20 à 22kg
  3. Le lestage permet de diminuer son poids apparent en augmentant le poids réel.
mardi, 13 novembre 2012 13:10

la surpression Pulmonaire

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si pour une raison quelconque (peur, panique ,contact de l’eau avec le larynx )la glotte subit une contraction et se bloque ,l’air emprisonné ne peut accordes son volume et la pression ambiante.si la personne remonte, l’augmentation du volume peut devenir suffisamment importante pour entrainer une surpression pulmonaire (déchirement des poumons) .dans un premier temps il y aura une distension des
alvéoles pulmonaires.pui rupture des alvéoles et déchirure des poumons.

 La surpression pulmonaire est parmi les barotraumatismes l’accident le plus fréquent surtout chez les plongeurs débutant et celui qui provoque les plus graves lésions. Les séquelles sont très graves : complications respiratoires, troubles neurologiques, etc...

La variation de pression est la plus importante dans la zone des 10 mètres puisque la variation double (cf la page sur les barotraumatismes). Le plongeur doit donc expirer plus qu’il n’inspire pendant la remontée surtout à l’approche de la surface et surtout ne pas faire d’apnée.

 

Les raisons peuvent être diverses :


· méconnaissance
· crise d'asthme
· malformation anatomique
· anxiété
· remontée panique
· manoeuvre de Vasalva à la remontée
· inhalation d'eau
· détendeur en panne


Symptomes


*Douleur (distension), douleur vive et brève (déchirure)
* difficulté à respirer, sensation de suffoquer ,Toux, crachat de
sang, difficultés à se ventiles, arrêt ventilatoire
*Air sous la peau au niveau de cou et épaules( emphysème souscutané)
*Perte de sensibilités, motricité droite ou gauche
*Arrête cardiaque, mort

Traitement
· déséquiper et sortir la victime de l'eau
· allonger la victime, les jambes relevées
· entreprendre immédiatement une inhalation d'oxygène pur
· Prévenir les secours, administrer les soins de première urgence (bouche à bouche ,massage cardiaque
)
Prévention
· apprendre à plonger
· laisser un libre jeu à la respiration et surtout à l'expiration lors de la remontée
· ne jamais passer son embout à un plongeur en apnée
· rester maître de sa remontée même si elle doit être rapide
· Ne jamais bloque sa respiration en plongée, expirer à la remontée, laisser libre le passage de l’air.

mardi, 13 novembre 2012 13:04

L’estomac et les intestins

Écrit par

L’estomac et les intestins

Les gaz (fermentation intestinale ou air ingéré durant la plongée dans l’estomac) peuvent être emprisonnés dans ces zones de l’individu et ne pas pourvoir assurer leur varation de volume durant la remontée.

Symptômes

· Douleur, voir surpression de l’estomac
Traitement

· il faut stopper la remontée et évacuer l’excédent
de gaz (péter sous l’eau n’est pas une chose facile)
prévention


· il faut éviter les aliment générateurs de gaz
intestinaux (haricot vers, flageolets

mardi, 13 novembre 2012 13:01

Le barotraumatisme des dents

Écrit par

Le barotraumatisme des dents

Les dents mal entretenues peuvent avoir des petites cavités liées à des caries ou des pansements creux dans lequel peuvent se créer de petites poches d’air d’où peuvent apparaître un barotraumatisme des dents.

Symptômes

Le barotraumatisme des dents  apparait à la descente comme à la remontée. En effet, la variation de profondeur produit une variation de pression dans la cavité de la dent abimée qui se manifeste par une douleur vive au niveau de celle-ci pouvant dégénérer en syncope.

Conduite à tenir

A la descente, une dépression apparait dans la cavité de la dent avec une douleur. N’insistez pas et remettez la plongée à une prochaine fois.

A la remontée, c’est une surpression qui apparait. Il convient de redescendre de quelques mètres et de remonter très doucement par étape.

Prévention

Pour toutes ces raisons, il faut plonger avec des dents saines. Une visite annuelle à votre dentiste vous évitera un barotraumatisme des dents lors de votre prochaine plongée. Précisez-lui aussi que vous êtes plongeur et qu’un plombage étanche est important.

mardi, 13 novembre 2012 13:00

Le barotraumatisme de l'oreille

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Le barotraumatisme de l'oreille

Le barotraumatisme des oreilles est un des premiers barotraumatismes auquel est confronté le plongeur débutant. Il est lié à la différence de pression entre l’oreille interne et à la pression extérieure consécutivement à la descente ou à la remontée.

 

Symptômes

 

Le barotraumatisme des oreilles apparait à la descente mais aussi il peut apparaître à la remontée. En effet, la variation de profondeur produit une variation de pression extérieure qui déforme le tympan en absence de rééquilibrage de la pression interne de l’oreille. Il se manifeste par une gène ou une douleur au niveau de l’oreille.

En absence de rééquilibrage, cela peut aller jusqu’à la rupture du tympan,  de très vives douleurs et à une perte de l’équilibre, voir une syncope.

Conduite à tenir

A la descente, la pression extérieure augmente,  le plongeur doit alors pratiquer une manœuvre de rééquilibrage des pressions appelée vasalva.  En pinçant le nez et en soufflant, cela provoque l’ouverture de la trompe d’Eustache et le rétablissement de la pression interne de l’oreille. D’autres arrivent avec à équilibrer les pressions simplement avec la simulation d’un bâillement.

Si la douleur persiste à la descente, il ne faut pas insister et remettre la plongée à une prochaine fois.

A la remontée, c’est le phénomène inverse qui se produit. Mais c’est la pression interne qui augmente et qui appuie sur la trompe d’Eustache provoquant son ouverture sans manœuvre active. Si des douleurs apparaissent néanmoins, il est nécessaire  de redescendre de quelques mètres et remonter en pratiquant quelques mouvements de la mâchoire pour aider à cette ouverture.

Prévention

Pour toutes ces raisons, il ne faut pas plonger enrhumé, les voies ORL n’étant pas correctement dégagées.

mardi, 13 novembre 2012 12:59

Le barotraumatisme des sinus

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Le barotraumatisme des sinus

Le barotraumatisme des sinus est un barotraumatisme auquel peut être confronté le plongeur. Il est lié à la différence de pression entre les cavités des sinus et à la pression extérieure consécutivement à la descente ou à la remontée.

 

Symptômes

Le barotraumatisme des sinus apparait à la descente mais aussi il peut apparaître à la remontée. En effet, la variation de profondeur produit une variation de pression extérieure qui en cas de blocage des canaux entre les sinus et la cavité nasale devient différente et se manifeste par une une douleur au niveau du front ou au-dessus des yeux.

Cette douleur peut s’accompagner de saignements du nez.

Conduite à tenir

En cas de douleur à la descente, il convient de remonter de quelques mètres et de reprende la descente lentement. Si la douleur persiste à la descente, il ne faut pas insister et remettre la plongée à une prochaine fois.

A la remontée, il convient de redescendre un peu puis de remonter très lentement par étapes.

Prévention

Pour toutes ces raisons, il ne faut pas plonger enrhumé, les voies ORL n’étant pas correctement dégagées. Un rinçage des voies nasales avec de l’eau de mer peut aider.