Réglementation

1. Physique N I V E A U II Physiologie Accidents Tables Matériel Réglementation Animations sous PPT XP moins bien sous PPT 2000 CANNES JEUNESSE PLONGEE Paul Franchi Février 1997 – révisé Nov 2002

2. Pourquoi un cours théorique ? Quel est le seul équipement dont le plongeur ne peut pas se passer ? Couches hautes: Savoir acquis par la formation théorique Situations inhabituelles Situations habituelles Couches basses: Réflexes conditionnés par l’entraînement pratique Physique - Physio - Accidents - Tables - Matériel - Réglementation

3. Pressions Physique Flottabilité N I V E A U II Physiologie Compressibilité Accidents Pressions Partielles Tables Dissolution Matériel Optique Acoustique Réglementation Physique

4. Les Pressions • Définition: • La Pression est le résultat de l’application d’une Force sur une Surface P = F / S m2 cm2 bar Pascal Newton Kg bar: 1 bar = 105 Pa = 1000 HPa = 1,020 Kg/cm2 1 bar = 1000 mb ≈ 1 kg/ cm2 Pascal: 1 Pa = 1 N/m2 1 HPa= 100 Pa Application aux pressions:  atmosphérique (baromètre) des blocs (manomètre) hydrostatique (détendeur) artérielle (tensiomètre) Physique

5. Les Pressions Expériences: Pour une même Force, la Pression est d’autant plus petite que la Surface de contact est plus grande: Ski, Surf, raquettes Pour une même Force, la Pression est d’autant plus forte que la Surface de contact est plus petite: Clou, Aiguille,Piston hydraulique • Exemple: • Un surfeur pèse 80 kg tout équipé, il se tient debout: • sur ses chaussures dont la surface de contact avec la neige est 400 cm2: • P = 80/400 =0,2 kg/ cm2 ≈ 0,2 bars • sur son surf dont la surface de contact avec la neige est 0,4 m2 = 4000 cm2: • P = 80/4000 =0,02 kg/ cm2 ≈0,02 bars Physique

6. La Pression Atmosphérique Définition: C’est la pression que nous subissons dans l’air. Cette pression est due au poids de l’air de l’atmosphère terrestre; elle diminue donc avec l’altitude. Pression Atmosphérique au niveau de la mer PAtm = 1,013 bar = 1013 millibars ≈ 1 bar ≈ 1 kg/ cm2 Variation avec l’altitude: Entre Cannes et Isola 2000, il y a une différence de pression de 200 millibars (env.) due au poids de 2000 m d’air 2000 m 800 mb 1013 mb 0 m Physique

7. La Pression Atmosphérique Expérience de Torricelli: La pression atmosphérique au niveau de la mer est celle exercée par une hauteur de 76 cm de mercure. Poids de la colonne de mercure sur 1 cm2: 76cm * 1cm2 * 13,59 g/cm3 = 1033 g PAtm = 1033 / 1020 = 1013 millibars Pression presque nulle (vapeur de mercure) 1013 mb 76 cm On prend 1 bar Physique

8. Pression dans l’eau • Tout corps immergé subit une pression Hydrostatique due au poids de la colonne d’eau située au dessus de lui; cette pression (dite Relative) augmente donc avec la profondeur. • Poids d’une colonne de 10 m d’eau: • 1000 cm x 1cm2 x 1 g/cm3 = 1 kg 1 cm2 La Pression Relative augmente de 1kg/cm2 (1 bar environ) tous les 10 m 10 m • La Pression Absolue est la somme des pressions Atmosphérique et Hydrostatique P.Abs = PAtm + P. Rel. P.Abs (bar) = 1 + Prof.(m) / 10 air • La Pression s’exerce perpendiculairement sur toute les surfaces d’un corps immergé, eau Physique

9. Calculs de Pression dans l’eau • Pression Relative et Absolue en plongée ? P.Abs (bar) = 1 + Prof.(m) / 10 Prof(m) =(P.Abs(bar)-1) *10 • Profondeur pour une pression donnée ? Physique Physique Physique

10. Principe d’Archimède Flottabilité Poids apparent Flottabilité Lestage Poumon- Ballast Relevage d’objets Physique

11. Théorème d’Archimède • Masses volumiques  eau douce = 1 Kg/l  eau de mer = 1,025 Kg/l  air (niveau mer) = 1,293 g/l • Tout corps plongé dans un fluide reçoit de la part de celui une poussée (force) verticale dirigée de bas en haut, égale au poids du volume de fluide déplacé • Cette force s’exerce sur le centre de carène de l’objet (centre de gravité du volume immergé) PArchim = VOLimmergé *  fluide Physique

12. Archimède:La preuve par la pression La différence de pression hydrostatique entre les 2 faces haute et basse est égale au poids du volume de liquide déplacé Physique

13. Poids apparent & Flottabilité Un objet de poids apparent positif coule  flottabilité négative Un objet de poids apparent nul est en équilibre  flottabilité neutre Un objet de poids apparent négatif flotte  flottabilité positive Physique

14. Flottabilité Poids Apparent = Poids Réel - Poussée Archi. PArchi > Préel PArchi = Préel - Poids App 0 air Flottabilité + eau PArchi < Préel neutre Préel - plomb Préel + Préel Physique

15. Lestage Lestage Un plongeur doit avoir une flottabilité neutre (gilet vide) à 3m (en fin de plongée). P.Archi(Plong.+ Combi + Equip.) = P.Réel(Plong.+ Combi+ Equip.) + Lest Physique

16. Applications d’Archimède - I • Poumon Ballast: un plongeur est équilibré en immersion. • S’il expire • son volume diminue => sa P.Archi. Diminue => son P.App. augmente => • sa flottabilité devient négative => il coule (descend) • S’il inspire • son volume augmente => sa P.Archi. augmente => son P.App. diminue => • sa flottabilité devient positive => il remonte • Equilibrage au Gilet de Sécurité: • Gonfler le gilet => augm. P.Archi. => dim. P.App • Dégonfler le gilet => dim. P.Archi. => augm. P.App • Relevage d’Objets: un ballon (ou parachute) permet de diminuer le poids apparent d’objets lourds en augmentant la poussée d’Archimède. Physique

17. Applications d’Archimède - II • Poids apparent à -3 m : • Un plongeur pèse 60 kg et son volume nu est de 61 litres. Il porte une combinaison dont le poids est de 3 kg et le volume de 8 litres (sous 3m d’eau). Quel est son poids apparent à -3m? Flottabilité ? Que se passe t il ? • Lestage et équilibrage à - 3 m: • Le reste de son équipement, hors la ceinture de plomb, a une flottabilité négative de 4 kg. Quel lest doit il porter pour avoir une flottabilité neutre à 3m? • Poumon-Ballast - 1: • Le même plongeur veut descendre sans lest et sans palmer. Que doit il faire? • Poumon-Ballast - 2: • Il descend sans lest, et à la fin de sa plongée, il a consommé 2,3 m3 d’air (= 3 kg environ). Peut il tenir le palier à 3m sans palmer ou tenir à un point fixe? Physique

18. Pressions Compressibilité des gaz Loi de Mariotte Equilibrage Autonomie en air Gonflage des blocs Détendeurs Barotraumatismes Physique

19. LOI de Mariotte (1620-1684) - Boyle(1627-1691) “A température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la pression qu’il subit” supposé vrai en plongée air eau Descente: la pression augmente, le volume diminue Remontée: la pression diminue le volume augmente Physique

20. LOI de Mariotte : Calculs Les formules de Mariotte Constante P x V = Cte P. Abs. Volume P1 x V1 = P2 x V2 = Cte Physique

21. Mariotte- Barotraumatismes Alvéoles pulmonaires, Dents,Sinus, Oreilles Estomac, intestins Cavité fermée explosion déformation tympan, jupe du masque prés de la surface (0-10m), les variations de pression sont plus rapides succion Placage de Masque, Dents implosion Sinus, Oreille Physique

22. Remontée:de plus en plus rapide flottablité neutre remontée assistée Mariotte & Archimède: Equilibrage • Equilibrage: sans utiliser un gilet, il n’est pas possible d’avoir une flottabilité neutre à toutes les profondeurs. • Un plongeur descend, certains volumes diminuent: combinaison, gilet, etc => son poids apparent augmente. • S’il remonte, certains volumes augmentent • => son poids apparent diminue. • Equilibrage (dynamique) au Gilet: • Gonfler => montée lente => flottablité augm. => montée rapide • Dégonfler => descente lente => flottablité dim. => descente rapide • => affiner le réglage d’équilibre avec Poumon-Ballast • Relevage d’Objets: pendant la remontée, le ballon ne cesse d’augmenter son volume. Avant la profondeur où l’ensemble Objet-Ballon atteint une flottabilité neutre, il faut assister la remontée. Après cette profondeur, l’ensemble remonte seul de plus en plus vite. Physique

23. Mariotte - Calculs d’autonomie en air • Capacité des blocs: • Un bloc de12l gonflé à 200 bars est vidé à la pression absolue PA: • si PA=P.Atm=1b => V= • si PA=P-30m= 4b => V= (12l x 200b) = (12l x PA) + (V x PA) Air utilisable Le Bloc Plein Fermé Le Bloc vide Ouvert • Calcul de consommation d’air • Un plongeur respire sur le rythme de 20 l / min. Son bloc est un 12 litres gonflé à 200 bars. Combien de temps peut il rester à 20 m, s’il veut garder 50 bars de réserve ? • (12l x 200b) = (12l x 50b) + (V x 3b) • V à 20 m = • Temps à 20 m = Le Bloc Plein Fermé Air utilisable à 20m Le Bloc sur réserve Physique

24. 1800 litres Calcul d’autonomie en air P1 x V1 = P2 x V2 360 litres Physique

25. Mariotte- Matériel • Détendeurs: • Pour diminuer la pression d’un air comprimé, il suffit d’augmenter son volume (Détente) à l’aide d’un piston ou d’une membrane et d’une chambre. • Premier étage: de la Haute à la Moyenne pression • Second étage: de la Moyenne à la Pression Ambiante • Compresseurs: • Pour obtenir de l’air sous fortes pressions, il suffit de diminuer son volume (Compression). Dans les compresseurs, on réalise cette opération en plusieurs fois (étages en série), en utilisant des pistons ou des membranes. Physique

26. Pressions Pressions Partielles Composition de l’air Pression Partielle Loi de Dalton Toxicité des gaz Physique

27. Pressions partielles Composition de l’air: % exact % arrondi Oxygène O2 : 20,9 % 21 % Azote N2 : 79 % 79 % Gaz Carbonique CO2 : 0,03 % 0 % Gaz rares : néon, argon, ... 0,07 % 0 % • Intoxications • En plongée, les pressions partielles des gaz augmentent, • ce qui peut provoquer des intoxications. • Oxygène hyperbare • A l’inverse, dans les caissons hyperbares, on utilise l’oxygène sous de fortes pressions pour ses vertus thérapeutiques Physique

28. LOI de Dalton (1766-1844) • Définition : la pression partielle d’un gaz G dans un mélange M est égale à la pression qu’il aurait s’il occupait seul tout le volume occupé par M. • Loi: • PPG :Pression Partielle de G • PM : Pression de M • %G : Quantité de G / Quantité de M Physique

29. Pour les dyslexiques de la règle de trois • Moyen facile de se rappeler des formules: Pp = Pa * % Pa = Pp / % % = Pp / Pa * Physique

30. Un autre Dalton • La somme des pressions partielles des composants d’un mélange est égale à la pression du mélange. • Pour l’Air PAbs = PPN2 + PPO2 Et pour tous les NITROX Physique

31. Dalton coupable ? • Toxicité des gaz • Hyperoxie et hypoxie: PPO2 • (essoufflement) Hypercapnie: PPCO2 • Narcose: PPN2 • Empoisonnement par un polluant: PPCO • Obligation d’utiliser dans un compresseur des huiles qui ne vont pas carboniser aux PPO2 rencontrées Physique

32. Toxicité des gaz • Profondeur limite et toxicité des gaz: . • Pour l’oxygène, le risque de toxicité devient élevé si on excède 1,6 b • Palier à l’O2 pur • Profondeur maximum => • Limite juridique de la plongée à l’air • Profondeur limite => Physique

33. Pressions Dissolution des gaz Loi de Dalton Loi de Henry Saturation Tables ADD Physique

34. Une dissolution virtuelle saturation sous-saturation sur-saturation critique saturation 1 b 1 b 1b 1b 1b 1b 1b 3 b 3 b 3 b Après l’appui, le piston descend d’abord seul (une nouvelle quantité de gaz se dissous) puis se stabilise: c’est un état de saturation Un relâchement rapide de la pression, fait apparaître des bulles dans le liquide Physique

35. LOI de Henry (1797-1878) Au bout d’un certain tps, à l’équilibre “A température constante, la quantité de gaz dissous, à saturation, dans un liquide est proportionnel à la pression du gaz au dessus de ce liquide” supposé vrai en plongée Azote Tissus Pp • Dissolution: Un liquide peut dissoudre une quantité maximum Q de gaz qui dépend: • FacteursEn plongée • la nature du Gaz Azote • la nature du Liquide Tissus (Compartiments) • la Température Température du corps • si T Q • la Pression Profondeur • si P Q • la durée de contact Temps de plongée • la Surface de contact Tissus + ou - vascularisés • Agitation Q Attention aux efforts Physique

36. Profil de plongée et saturation en azote SUR-SAT SAT ++ 1 b + + Chaque correspond à une PpN2 de 0,8 b SUR-SAT SUR-SAT +++++ +++ ++ ADD Palier de désaturation SUR_SAT CRITIQUE ++++ Vitesse excessive ++ +++ 3 b SUR-SAT SOUS-SAT SAT Vitesse <15m/min ++++ +++++ 5 b SOUS-SAT SAT Physique

37. Sur & Sous saturation • Tension: C’est la pression d’un gaz dissous dans un liquide (ex: TN2 la tension d’Azote dans le sang). • Saturation: C’est l’état (d’équilibre) d’un liquide quand la Tension = Pression Partielle Ambiante • Désaturation: c’est le moyen de « rendre » l’azote dissous, pendant la remontée, • Pour l’azote • à saturation => TN2 = PPN2 • en sous-saturation => TN2 croît vers PPN2 • en sur-saturation => TN2 décroît vers PPN2 • en sur-saturation critique => TN2 > P.Abs >> PPN2 • le coefficient de sursaturation critique Sc donne la valeur maximale de la Tension pour un Tissu à une pression absolue P: T ----- < Sc P Physique

38. Henry et les tables de plongée Compartiments: un modèle mathématique pour représenter les parties du corps humain possédant le même comportement vis à vis de la dissolution de l’azote, en particulier le même coefficient de sursaturation critique. cette classification n’est pas directement associée à celle des tissus anatomiques: sang, os, muscle, graisse, ... 12 compartiments pour la table MN90 • La loi de Henry permet de calculer des temps de remontée de façon que les compartiments chargés en azote puissent désaturer sans jamais être en sursaturation critique. • Vitesse maximun de remontée • Paliers de désaturation • Tension d’azote dissous (reliquat) due aux plongées précédentes. Les accidents de décompression (ADD) sont dus à une désaturation trop brutale Physique

39. Optique sous l’eau - I Absorption lumineuse: Intensité lumineuse: Disparition des couleurs 0m 100% 5m 40% 15 m 14% 25m 7% 60m 1,5% 400m 0% • Les principaux effets: • LOUPE: plus gros, plus proche • OEILLERES: le champs de vision rétrécit • LE GRAND BLEU: plus on descend, plus on perd les couleurs • TROUBLE: la visibilité diminue • Diffusion : Effet du à la réfraction et à la réflexion des rayons lumineux sur les particules en suspension dans l’eau. Physique

40. Optique sous l’eau - II • Réflexion et Réfraction: à la surface air-eau (donc le masque), les rayons lumineux: • rebondissent (10%) sur la surface avec un angle égal à l’angle d’incidence (réflexion) • pénètrent (90%) la surface avec un angle inférieur à l’angle d’incidence (réfraction) 48° maxi Plus gros (Taille x 4/3) Plus proche (Dist. x 3/4) Physique

41. Acoustique sous l’eau • Ce n’est pas “Le Monde du Silence”: • bulles et détendeurs • hélices et moteurs • animaux: oursins, baleines, langoustes, etc. • crier, rire dans l’embout • choc sur le bloc, shaker • pétard de rappel • Vitesses du son: • dans l’air : 330 m/sec • dans l’eau : 1500 m/sec Communications entre plongeurs • Direction des sons • dans l’eau, il est très difficile de localiser l’origine d’un son, car les ondes sonores arrivent presqu’en même temps aux deux oreilles (perte de l’effet stéréo). • Absorption: • dans l’eau, les sons sont rapidement atténués avec la distance, et les aigus plus vite que les graves. On entend un HB à quelques dizaines de mètres, et un cargo à quelques milles. Physique