Cours N2-1 - Notions de Physique
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PLAN DU COURS NOTIONS DE PHYSIQUE - EQUILIBRE ET AUTONOMIE (N2)1. NOTIONS DE PHYSIQUE........................................................................................................................21.1. PETITS RAPPELS PRÉALABLES.................................................................................................21.2. LA PRESSION...............................................................................................................................21.3. LES EFFETS DE LA PRESSION – LA COMPRESSIBILITÉ DES GAZ ..........................................31.4. LA FLOTTABILITÉ (POUSSÉE D’ARCHIMÈDE) ...........................................................................42. APPLICATIONS À LA PLONGÉE............................................................................................................52.1 CONSÉQUENCE DE LA POUSSÉE D’ARCHIMÈDE SUR L’ÉQUILIBRE ......................................52.2. CONSÉQUENCES DE LA COMPRESSIBILITÉ DES GAZ SUR L’AUTONOMIE ...........................62.3. QUELQUES PRECISIONS SUR LA NOTION DE RÉSERVE.........................................................71. NOTIONS DE PHYSIQUE1.1. PETITS RAPPELS PREALABLES3L’unité MKSA de surface est le m², celle de volume le m , mais la plus usitée est le litre, qui correspond à un3 3cube de 10 cm par 10 cm, et comme 1 décimètre = 10 cm, nous avons 1 litre = 1 dm = 1000 cm …La densité d’un corps est le rapport entre la masse d’un corps et celle d’un corps de ...

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PLAN DU COURS NOTIONS DE PHYSIQUE - EQUILIBRE ET AUTONOMIE (N2)
1. NOTIONS DE PHYSIQUE........................................................................................................................2
1.1. PETITS RAPPELS PRÉALABLES.................................................................................................2
1.2. LA PRESSION...............................................................................................................................2
1.3. LES EFFETS DE LA PRESSION – LA COMPRESSIBILITÉ DES GAZ ..........................................3
1.4. LA FLOTTABILITÉ (POUSSÉE D’ARCHIMÈDE) ...........................................................................4
2. APPLICATIONS À LA PLONGÉE............................................................................................................5
2.1 CONSÉQUENCE DE LA POUSSÉE D’ARCHIMÈDE SUR L’ÉQUILIBRE ......................................5
2.2. CONSÉQUENCES DE LA COMPRESSIBILITÉ DES GAZ SUR L’AUTONOMIE ...........................6
2.3. QUELQUES PRECISIONS SUR LA NOTION DE RÉSERVE.........................................................71. NOTIONS DE PHYSIQUE
1.1. PETITS RAPPELS PREALABLES
3L’unité MKSA de surface est le m², celle de volume le m , mais la plus usitée est le litre, qui correspond à un
3 3cube de 10 cm par 10 cm, et comme 1 décimètre = 10 cm, nous avons 1 litre = 1 dm = 1000 cm …
La densité d’un corps est le rapport entre la masse d’un corps et celle d’un corps de référence occupant le
même volume. La densité s’exprime sans unité.
3Exemples : masse de 1 dm d’eau = 1 kg => densité de l’eau (par rapport à l’eau) = 1 (1 litre pèse 1 kg),
3masse de 1 dm de plomb = 11,3 kg => densité du plomb = 11,3/1 = 11,3.
1.2. LA PRESSION
1.2.1. Notion de force
Toute cause capable de mettre un corps en mouvement ou de modifier ce mouvement (accélération, …).
Toute cause capable de déformer un corps ou de le maintenir au repos.
1.2.2. Mise en évidence
Un enfant de 20kg marchant sur la neige encroûtée ne s’enfonce pas, par contre une personne de 60 kgva plus probablement s’enfoncer sur ses traces.
Si maintenant, cette dernière personne met des raquettes qui triplent sa surface plantaire, elle nes’enfonce plus. Car, pour le même poids (la même force), la pression exercée est divisée par trois.
Cette pression est donc inversement proportionnelle à la surface et proportionnelle à la force.
1.2.3. Définition
Une pression est une force qui s’exerce et se répartit uniformément sur une surface et dont la mesure
est le quotient de la force par la surface. P = F / S
On connaît plusieurs unités de pression, l’unité MKSA est le Pascal, il y a aussi le millimètre de mercure
(symbole Hg) et surtout le bar, qui est la plus usitée en plongée (PSI = pounds per square inch).
1 bar = 1 kgf / cm² = 10 m d’eau = 750 mm de Hg = 75 cm de Hg = 750 Torr = 14,5 Psi
1 atm = 1,013 bar = 760 mmHg = 1013 hecto Pascals
1.2.4. La pression en plongée
C’est l’effet combiné du poids des masses au-dessus de nous, elle s’exerce dans toutes les directions.
1.2.4.1 Pression atmosphérique
⇒ C’est la pression exercée par la couche d’air environnant la terre.
⇒ Retenez qu’elle est toujours égale à 1 bar au niveau de la mer.
1.2.4.2 Pression hydrostatique (ou pression relative)
⇒ C’est la pression exercée par le poids de l’eau qui se trouve au-dessus du plongeur.
⇒ Cette pression augmente, de manière régulière et linéaire en fonction de la profondeur, d’un
bar tous les 10 mètres.
1.2.4.3 Pression absolue
⇒ C’est la somme de la pression hydrostatique et atmosphérique(le poids de la colonne d’eau et d’air au dessus du plongeur).
⇒ C’est la pression que subit tout corps immergé. Pression_abs (bar) = 1 + [Profondeur (m) / 10]Elle s’exerce dans toutes les directions. Profondeur = [Pression_abs - 1] x 10
1.2.5. Exercices
1) Quelle est la pression absolue à 25m ?
2) A quelle profondeur se trouve un plongeur subissant une Pabs = 1,8 bar ?
3) Imaginez un tube de section 1cm² de 10 mètres de haut qui est rempli d’eau, quel poids d’eau(exprimé en kgf) exerce-t’il en son extrémité basse ? (Densité de l’eau = 1).1.3. LES EFFETS DE LA PRESSION – LA COMPRESSIBILITE DES GAZ
1.3.1. Mise en évidence de la compressibilité des gaz
1.3.1.1 La pompe à vélo
Prenez une pompe à vélo dont vous obturez l’orifice, il vous est possible de repousser loin le piston.Il aura tendance à reprendre sa position première lorsque vous cessez d’exercer une force.
Si vous la remplissez d’eau, vous constaterez qu’il n’est plus possible de repousser le piston.
Surface du piston Force ( => pression)
1.3.1.2 Expérience
Imaginons un ballon que l’on immerge dans l’eau et qu’on surveille son volume à différentes
profondeurs, on constate : (en grisé, les étapes de diminution de moitié du volume initial)
profondeur pression Volume du ballon
0 m 1 bar 12 litres
-10 m 2 bars 6 litres
-20 m 3 bars 4 litres Le volume diminue par 2
-30 m 4 bars 3 litres
-40 m 5 bars 2,4 litres
-50 m 6 bars 2 litres
-60 m 7 bars 1,7 litres
-70 m 8 bars 1,5 litres
Principe : Pour une quantité donnée de gaz, le produit pression x volume est une constante.
V xP = V xP => « Si V augmente, P diminue »1 1 2 2

V 2V 1
P 2P 1
Les variations de pression et donc de volume sont proportionnellement plus importantes dans
les 10 premiers mètres sous la surface.
1.3.2. Définitions (loi de Mariotte)
A température constante, le volume occupé par une masse gazeuse varie inversement
proportionnellement à la pression absolue qui règne au sein de cette masse gazeuse.
Pression x Volume = Constante P x V = P x V = Cste1 1 2 2
1.3.3. Exercice
1) Le volume de vos poumons est de 6 litres, vous êtes à -20 m. Vous respirez à fond et bloquez votre
respiration. Quel sera le volume à –15 m, -5 m, la surface ?1.4. LA FLOTTABILITE (POUSSEE D’ARCHIMEDE)
èmeArchimède est un savant grec du 2 siècle avant J.C., auquel on doit, entre autres, la découverte du
nombre π.
La légende veut que ce soit dans son bain qu’il a eu l’intuition de la raison de la flottabilité et qu’il se
précipita nu dans la rue, criant « Euréka » (j’ai trouvé)…
1.4.1. Mise en évidence de la flottabilité
Une personne de 60kg se met dans une baignoire remplie à raz bord.
Elle éprouve immédiatement la sensation d’être moins lourde…
L’eau qu’elle déplace en entrant dans la baignoire correspond au volume de la personne, cette eau est
récupérée et pesée, car on fait facilement le lien entre volume et poids en supposant que la densité del’eau est de 1 (1 l = 1 kg).
Donc tout corps plongé dans un liquide déplace son propre volume de ce liquide…
Si maintenant, c’est un ballon gonflé que vous cherchez à immerger dans l’eau du bain, vous vousrendez compte immédiatement qu’il offre beaucoup de résistance au fur et à mesure qu’il rentre dans
l’eau.
Donc tout corps immergé dans un liquide reçoit de la part de celui-ci une poussé dirigée de bas en haut,
et en combinant les deux observations, on fait la relation entre cette poussée et le poids de l'eau
déplacée.
1.4.2. Définitions
Principe d’Archimède : Tout corps plongé dans un fluide (liquide ou gaz) reçoit de la part de ce fluide
une poussé verticale dirigée de bas en haut et égale au poids du volume de fluide déplacé par le corps.
1.4.3. Application à la plongée : la flottabilité
La poussée d’Archimède, qui s’oppose au poids, détermine l’équilibre d’un corps immergé, autrement dit
sa flottabilité.
Il y a 3 cas de figure :
• Poids réel > Poussée d’Archimède => le corps coule, on parle de flottabilité négative,
• Poids réel = Poussée d’Archimède => le corps est en équilibre, on parle de flottabilité nulle,
• Poids réel < Poussée d’Archimède => le corps flotte à la surface, on parle de flottabilité positive.

1.4.4. Poids réel et poussée d’Archimède
Poids réel et poussé d’Archimède s’exercent dans la même direction, mais on considère que la flottabilité est
positive lorsqu’elle s’exerce vers le haut, alors que par convention on considère que le poids réel est positiflorsqu’il s’exerce vers le bas.
Si on veut donc représenter les mêmes effets sur le même axe, on portera les poids dans le sens positif et lespoussées exprimées en kilogramme dans le sens négatif.
Sens de la flottabilité Sens du poids et des poussées
(exprimés en kilogramme)2. APPLICATIONS A LA PLONGEE
2.1. CONSEQUENCE DE LA POUSSEE D’ARCHIMEDE SUR L’EQUILIBRE

Bouteille équipée
Combinaison
Déformation de la combinaison néoprène
Eau de mer de densité = 1,03
Eau douce Eau de mer Début de plongée Profondeur max. Au palier
Plongeur 80 kg – 80l (0kg) 82,4 kg (-2,4kg) 0kg 80kg – 79l (1kg) 0kg
Bouteille équipée 14kg – 12l (2kg) 14kg – 12l (2kg) 14kg – 12l (2kg) 13kg – 12l (1kg)
Combinaison 2kg-10l (-8kg) -8kg 2kg – 8l (-6kg) -8kg
Lest 6kg + 2,4kg 6kg 6kg 6kg + 1kg
SSG (Gilet) 0l 0l 3l (-3kg) 0l
Les effets sur le plongeur :
Eau de mer : On dit que l’eau de mer "porte" mieux, en fait en admettant que sa densité est de 1,03,
les 80 litres que déplace le plongeur pèsent en réalité 80x1,03=82,4kg, ce qui fait que la pousséed’Archimède est supérieure et que la flottabilité du plongeur passe de neutre à positive.
Profondeur : La pression provoque aussi la diminution du volume total du plongeur, celui-ci présentemoins de volume pour le même poids quand il descend, donc sa poussée d’Archimède diminue et
son bilan de flottabilité passe de neutre à légèrement négatif en profondeur. Dans la réalité, cet effet
est largement compensé par l'adaptation de la respiration, donc par le poumon ballast.
Poumon ballast : Il ne faut pas négliger l’aide que constitue le poumon ballast, en particulier dans les
20 premiers mètres, le plongeur n’aura pas besoin d’utiliser son gilet pour compenser son équilibre,à la condition de ne pas être trop lesté.
Les éléments ayant une influence sur la poussée d’Archimède :
La combinaison de plongée : elle agit comme une bouée selon l’épaisseur du néoprène. Toutefois,
elle s’écrase avec la profondeur et son volume diminue au fur et à mesure de la descente.
La densité de l’eau, le gilet et les poumons : ces éléments agissent en augmentant la poussée
d’Archimède, le premier est subi alors que les deux autres permettent de la contrôler...
Les éléments ayant une influence sur le poids réel :
Le lest : C’est l’élément sur lequel il faut jouer pour être équilibré au palier.
La bouteille de plongée : au départ, c’est un lest, mais elle devient plus légère au fur et à mesure
qu’elle se vide de son air.
Points clés
⇒ On doit déterminer son lest afin d'être à l’équilibre (flottabilité nulle) en fin de palier.
Si on est équilibré en début de plongée et comme la bouteille pèse moins lourd en fin de plongée, il ya risque de passer un palier dans de mauvaises conditions = faire des efforts pour rester à 3 mètres.
⇒ Dans les 20 premiers mètres, le poumon ballast suffit à la gestion de sa flottabilité, à condition de ne
pas être trop lesté. Etre trop lesté est dangereux, cela oblige à plus compenser à la profondeurmaximale et augmente le risque de faire plus d’effort, donc de s’essouffler.2.2. CONSEQUENCES DE LA COMPRESSIBILITE DES GAZ SUR L’AUTONOMIE
Au repos: Fréquence Ventilatoire = 14 insp/min & Volume Courant = 0,5 l=> Débit ventilatoire entre 6 et 7 l/min
Exercice moyen : 60 l/min
En plongée le débit ventilatoire se situe couramment entre 15 et 20 l/min
Essoufflement: le débit ventilatoire peut dépasser 160 l/min
Pression de la bouteille de 12 litres = 50 bars, considérer une consommation de 20 l/min.
Profondeur Pression abs. Calculs Réserve d’air
5m 1,5 bar 50x12=1,5xV ⇒ V = 600*2/3 = 400 l (- 12 l) 388/20 = 19,4 min
10m 2 bars 600=2xV (300 - 12) 288/20 = 14,4 min
20m 3 bars 600=3xV (200 - 12) 188/20 = 9,4 min
30m 4 bars 600=4xV (150 - 12) 138/20 = 6,9 min
(voir explication qui suit)40m 5 bars 108/20 = 5,4 minP xV = P xV ⇒ 50x12 = 5xV ⇒ V = 120 l (- 12 l)1 1 2 2 2 2
Raisonnement pour 40 mètres :
Tout d’abord, on ramène cette profondeur à une pression, ici 5 bars, qui est la pression à laquelleon va respirer l’air de la bouteille.

Quantité de gaz comprimée à On cherche le volume occupé par la 50 bars dans un volume de 12 l même quantité de gaz détendue à
5 bars…
On cherche la quantité de gaz détendue à 5 bars pour évaluer la quantité d’air qu’il nous reste à
respirer à cette profondeur.
Or, d’après Mariotte, P xV = P xV1 1 2 2
Soit à poser : 50x12 = 5xV et à en déduire V = 5x10x12/5 = 120 l (120 l d’air à 5 bars)2 2
En toute rigueur, on ne pourra pas vider complètement la bouteille, il restera toujours 12 l à 5 bars.
Il reste donc 120 l – 12 l = 108 l
Que l’on respire à raison de 20 l / min…
On a donc 108 / 20 = 5,4 minutes d’autonomie à 40 mètres.
Supposons une panne d’air à 40m, nous savons qu’il reste tout de même 5 bars dans la bouteille.
Donc si l’on remonte de 2m à –38m, la pression est alors de 4,8 bars et en appliquant la même
formule : 5x12 = 4,8xV, on retrouve V = 12,5 l, soit à dire qu’on peut à nouveau respirer 1/2 litre.
Points clés
⇒ A profondeur constante, les facteurs qui aggravent la consommation sont le froid, l'agitation,l’essoufflement.
⇒ La quantité d’air représenté par chaque inspiration augmente avec la profondeur, plus on vaprofond, moins longtemps on va rester.
⇒ La lecture de la pression d’air dans la bouteille donne une idée directe de la quantité d’air
résiduelle dans la bouteille.
⇒ Une réserve à 50 bars laisse suffisamment de marge pour réaliser ses paliers.
⇒ En cas de panne d’air, comme il reste de l’air dans la bouteille qui est à pression ambiante, il
suffira de remonter de quelques mètres pour retrouver de quoi respirer une goulée d’air.2.3. QUELQUES PRECISIONS SUR LA NOTION DE RESERVE
Par convention, nos bouteilles ont une réserve fixée à 50 bars qui se lit sur le manomètre et, en règle
générale, les bouteilles ont une pression de service de 200 bars (= elles sont gonflées à 200 bars).
Il existe un certain nombre de signes destinés à communiquer sur l’état de l’air dans la bouteille:
Signe Signification
Montre-moi combien il te reste d’air
100 bars - mi-bouteille
Il me reste 50 bars / je suis surréserve
Panne d'air
Il faut interpréter cette notion de réserve comme étant le niveau d'air que l'on doit toujours avoir pour
commencer les paliers.
⇒ Dans cet esprit, il peut arriver que le directeur de plongée ou le guide de palanquée décide quevous lui indiquiez quand il va vous rester 70 bars par exemple, afin de garantir que vous arriverezau palier avec 50 bars minimum.
⇒ De la même manière, le signe mi-bouteille peut-être employé pour indiquer la moitié de la quantitéd'air restant avant d'atteindre la réserve de 50 bars.
Dans ce cas, le calcul sera le suivant: (200 - 50)/2 = 75 bars au-dessus de 50 bars,Soit à demander d'exécuter le geste lorsque l'on atteint 75 + 50 = 125 bars...
125
100
50
2000

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