Cours théorique niveau 2 «Archimède»

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Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 1 • Comment marche le poumon ballast? • Pourquoi utilise-t-on un gilet stabilisateur? • Pourquoi met-on une ceinture de plomb en plongée? • Est-il vrai que tout corps plongé dans un liquide en ressort mouillé? Cours théorique niveau 2 « Archimède » Plan : •Archimède •Principe •Poids apparent •Flottabilité •Application plongée •Exercices
  • poussée d'archimède
  • flottabilité
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Publié le : lundi 26 mars 2012
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Cours théorique niveau 2
« Archimède »
Plan : • Comment marche le poumon ballast?•Archimède
•Principe
•Poids apparent • Pourquoi utilise-t-on un gilet stabilisateur?
•Flottabilité
•Application plongée •met-on une ceinture de plomb en
•Exercices
plongée?
• Est-il vrai que tout corps plongé dans un liquide
en ressort mouillé?
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 1Archimède
Archimède : Syracuse vers 287 - Syracuse 212 av. J.-C.
• Savant grec. Il fit ses études à Alexandrie où il fut l’élève d’Euclide.
Plan :
Son œuvre scientifique est considérable, tant en mathématiques qu'en •Archimède
physique ou en mécanique : approximation de π grâce à la mesure de •Principe
polygones inscrits dans le cercle et circonscrits à celui-ci ; invention des
•Poids apparent
leviers « donnez-moi un point d'appui, je soulèverai le monde », de la vis
•Flottabilité sans fin, du boulon formé d'une vis et d'un écrou, de la roue dentée, de
•Application plongée machines de guerre (Pendant trois ans, il tint en échec les Romains, qui
•Exercices assiégeaient Syracuse, et fut tué lors de la prise de la ville) ;
… et en hydrostatique, formulation du principe qui porte son nom.
• La poussée d'Archimède :
La découverte de la "poussée d'Archimède" est liée à Hiéron, roi de
Syracuse, qui lui avait demandé de vérifier si sa couronne était faite d'or
pur:
"Tout corps plongé dans un liquide subit, de la part de celui-ci, une
poussée exercée du bas vers le haut, et égale, en intensité, au poids du
liquide déplacé."
Ayant découvert cette loi en prenant son bain, il se serait précipité nu
dans les rues de la ville en criant "Eurêka !…Eurêka !"(j'ai trouvé !).
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 2Principe d’Archimède
 Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de celui ci
Plan : une poussée verticale du bas vers le haut égale au poids du
•Archimède volume du liquide déplacé.
•Principe
•Poids apparent
 Tout dépend de deux facteur : LE POIDS ET LE VOLUME •Flottabilité
•Application plongée
•Exercices  Les effets de ce principe sont omniprésents en plongée.
Application : une bouteille de plongée de 12ℓ déplace un volume
d'eau d'environ 12 litres, soit un masse d'eau de 12 kg.
Ma bouteille de plongée reçoit une poussée verticale vers le haut
de 12kg (Force ou poids de 120 Newton pour les physiciens).
Ma bouteille est donc plus légère de 12 kg lorsque je la plonge
dans l'eau.
☺La masse d'un litre d'eau douce est de 1 kg environ,
ça facilite les calculs!
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 3Poids apparent
 Une bouteille de plongée est lourde quand on l'a sur le dos, et Plan :
devient beaucoup plus légère lorsqu'on s'immerge.•Archimède
La bouteille semble avoir un autre poids…•Principe
•Poids apparent
•Flottabilité  Le poids que nous apparaît avoir la bouteille est appelé POIDS
•Application plongée APPARENT par opposition au POIDS RÉEL.
•Exercices
Le poids apparent est plus faible que le poids réel et la différence
entre les deux est due à la poussée d'Archimède
 Poids apparent = Poids réel – poussée d’Archimède
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 4Poids apparent
 Exemple : Un plongeur a un volume de 68 litres.Plan :
Il pèse tout équipé 72 kg.•Archimède
Quel sera son poids apparent dans l’eau?•Principe
•Poids apparent
•Flottabilité  Poids apparent = Poids réel - poussée d’Archimède
•Application plongée
•Exercices  Le plongeur totalement immergé prend la place de 68 litres d’eau,
donc de 68 kg. Autrement dit, il reçoit une poussée de 68 kg.
Poids apparent = Poids réel de 72 kg - poussée de 68 kg
= 4 kg
Le plongeur coule…
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 5Flottabilité
 Dans l'eau , certains corps flottent, d'autres coulent ou restent entre Plan :
deux eaux : leur FLOTTABILITÉ est différente.•Archimède
•Principe
•Poids apparent Flottabilité = Poussée d’Archimède - poids réel
•Flottabilité = - Poids apparent
•Application plongée
•Exercices
 Lorsqu'un corps flotte, il a une FLOTTABILITÉ POSITIVE,
le poids réel est inférieur à la poussée d'Archimède (bouée)
 Lorsqu'un corps coule, il a une FLOTTABILITÉ NÉGATIVE,
le poids réel est supérieur à la poussée d'Archimède (ancre)
 Lorsqu'un corps flotte entre deux eaux, il a une FLOTTABILITÉ
NULLE ou NEUTRE, le poids réel égal la poussée d'Archimède
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 6Flottabilité
 Un plongeur en maillot pèse 76 kg pour un volume de 75 litres.
Il met sa combinaison qui pèse 3 kg pour un volume de 10 litres.
Plan : Sa bouteille gonflée pèse 15 kg pour un volume de 12 litres.
•Archimède Ce plongeur va t'il flotter ou couler ?
•Principe
•Poids apparent
 Flottabilité = Poussée d’Archimède - poids réel•Flottabilité
•Application plongée
 Poids réel = 76 + 3 + 15 = 94 kg•Exercices
Volume = 75 + 10 + 12 = 97 litres > Poussée d'Archimède = 97 kg
La poussée d'Archimède est supérieure au poids réel, il va flotter.
S'il veut descendre sans difficulté, il doit rajouter à sa ceinture de
plomb : 3 kg (97 - 94 = 2).
Note: Pour être exact, il faudrait prendre en compte la flottabilité de tout son
équipement : détendeur, PMT, gilet, parachute, phare, appareil photo,
couteau, …
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 7Application à la plongée
 LE POUMON BALLAST
Plan :
•Archimède
• Le cycle respiratoire peut mobiliser des volumes différents. •Principe
- Le volume courant est en moyenne de 0,5 ℓ (volume d'air inspiré et •Poids apparent
expiré lors d'un cycle normal, sans intervention volontaire).•Flottabilité
•Application plongée - Le volume de réserve inspiratoire vaut 2,5 ℓ en moyenne (volume
•Exercices supplémentaire pouvant être inspiré lors d'une inspiration forcée).
- Le volume de réserve expiratoire vaut 1,5 ℓ en moyenne (volume
supplémentaire pouvant être expiré lors d'une expiration forcée).
- Le volume résiduel est d'environ 1,5 ℓ (volume restant dans les poumons après
une expiration forcée - renouvellement fait par brassage).
 Un plongeur modifie sa flottabilité en faisant varier le volume d’air
dans ses poumons, donc son poids apparent de +1,5kg à -2,5kg.
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 8Application à la plongée
 LE GILET
Plan :  Lorsque la variation du volume pulmonaire ne suffit pas à obtenir
•Archimède l’effet escompté, on purge ou rempli son gilet (10 à 20 litres
•Principe disponibles selon les modèles de gilet).
•Poids apparent Lorsqu'un plongeur gonfle son gilet, il augmente son volume sans
•Flottabilité
augmenter son poids réel. La poussée d'Archimède augmente et le •Application plongée
plongeur remonte.•Exercices
l Le volume du corps humain, composé essentiellement d’eau, ne
varie quasiment pas avec la profondeur, donc sa flottabilité non
plus… alors pourquoi a-t-on besoin d’utiliser son gilet?
(Indice : variation de flottabilité = variation de poids ou de volume)
- le volume de la combinaison varie par l’écrasement du néoprène
avec la profondeur (10 ℓ pour une taille L de 7 mm en surface)
- le poids de la bouteille diminue par consommation de l’air : 3kg
d’air dans une bouteille 12 ℓ et 4kg dans une 15 ℓ gonflée à 200bars
L'utilisation principale du gilet est donc d'assurer une flottabilité
nulle pour éviter de fatiguer en palmant, ceci à n'importe quelle
profondeur en compensant ces phénomènes
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 9Application à la plongée
 LE LESTAGE
Plan : • Les règles de sécurité imposent que son lestage soit déterminé de
•Archimède façon à pouvoir maintenir un palier à 3 m en fin de plongée
•Principe (flottabilité nulle).
•Poids apparent
•Flottabilité  Une bouteille de 12 ℓ gonflée en début de plongée à 200 bars a
•Application plongée perdu 2,3 kg d’air lorsque sa pression vaut 50 bars en fin de
•Exercices plongée au palier (2,9kg pour une 15 ℓ).
Votre flottabilité est augmentée de 2 à 3 kg en fin de plongée.
 Une combinaison en néoprène perd à 3m 30% de son volume sous
l’effet de la pression (voir cours sur Pression & volume).
Si elle fait 8ℓen surface, elle perd 8x0,3=2,4 ℓ à 3m, donc 2,4 kg de
flottabilité.
Votre flottabilité est diminuée de 2 à 3 kg à 3m.
 Un plongeur équilibré en surface en début de plongée, est équilibré
à 3m en fin de plongée.
Philippe CLÉMENT (PALM 72 – octobre 2006) 10

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