Quatre « lois » physiques : Archimède (flottabilité) Mariotte (compressibilité des gaz) Henry (dissolution des gaz) Dalton (pression des mélanges)

1. Plongée sous marine
cours de physique
Niveau 2

2. Quatre « lois » physiques :
Archimède (flottabilité)
rappel sur la pression
Mariotte (compressibilité des gaz)
Henry (dissolution des gaz)
Dalton (pression des mélanges)
elles sont présentées de par leurs
applications directes à la plongée

3. Principe d’Archimède
La flottabilité

4. Principe d’Archimède
Tout corps plongé dans un fluide reçoit, de la part de celui-ci, une poussée
verticale, dirigée du bas vers le haut, égale à la masse du volume de fluide
déplacé.
Notion de poids apparent
Poids apparent = Poids réel – Poussée d’Archimède
(Papp = Pre – Parchi)
Papp < 0  l’objet flotte
Papp = 0  l’objet reste en équilibre dans l’eau
Papp > 0  l’objet coule

5. Notion de flottabilité
Un objet plongé dans l’eau peut :
Soit flotter (flottabilité
positive)
Soit rester en équilibre
(flottabilité neutre)
Soit couler (flottabilité
négative)
Ceci est dû au principe
d’Archimède

6. Notion de flottabilité
Un objet plongé dans l’eau peut :
Soit flotter (flottabilité
positive)
Papp < 0  l’objet flotte
Cas du baigneur avec sa
bouée

7. Notion de flottabilité
Un objet plongé dans l’eau peut :
Soit rester en équilibre
(flottabilité neutre)
Papp = 0  l’objet reste
en équilibre dans l’eau
Plongeur équilibré

8. Notion de flottabilité
Un objet plongé dans l’eau peut :
Soit couler (flottabilité
négative)
Papp > 0  l’objet coule
Plongeur vidant son gilet
ou ses poumons
(poumon ballast)

9. Application à la plongée
LEST
En plus de son équipement classique (palmes, masque, tuba) le plongeur
porte sur lui:
Une combinaison de plongée
Un gilet de sécurité
Une bouteille
Équipé de la sorte, le plongeur flotte, le poids apparent de la combinaison, du
gilet de sécurité et de la bouteille est négatif.
Le plongeur devra prendre une ceinture du plomb avec lui pour pouvoir
descendre, et être en flottabilité nulle en fin de plongée
POUMON BALLAST
GILET STABILISATEUR
PARACHUTE (de palier, de relevage)

10. Exercice :
Un plongeur équipé a un volume de 100 litres et une masse de 100 kg.
quel est son poids apparent dans l’eau douce (mv = 1 kg/l) et dans
l’eau de mer (mv = 1,03 kg/l). Coule - t - il ou flotte - t - il ?
Eau douce :
Poussée d’Archimède = 100 litres x 1 kg/l = 100 kg
Poids apparent = Poids réel – poussée d’Archimède
Poids apparent = 100 kg – 100 kg = 0 kg (flottabilité neutre)
Eau de mer :
Poussée d’Archimède = 100 litres x 1,03 kg/l = 103 kg
Poids apparent = Poids réel – poussée d’Archimède
Poids apparent = 100 kg – 103 kg = - 3 kg (flottabilité positive)
On lui rajoute une ceinture de 4 kg de plomb :
- 3 kg + 4 kg = + 1 kg (flottabilité négative)

11. La Pression et les Volumes
lors de la plongée

12. Rappel sur la Pression
• La pression est une force exercée sur une surface
• L’unité couramment employée est le bar (b)
• Le bar correspond environ à une force exercée par
une masse de 1 kg sur une surface de 1 cm2
• La pression atmosphérique, due au poids de l ’air,
est d ’environ 1 bar au niveau de la mer
• La pression relative, due au poids de l ’eau,
varie de 1 bar tous les 10 m
Pression absolue = Pression atmosphérique + Pression relative

13. La pression atmosphérique
La terre est entourée d’une couche d’air. Le poids de cet air exerce une
pression sur tous les corps. Plus nous montons en altitude, plus la couche
d’air est faible et plus la pression diminue. C’est la pression atmosphérique.
Au niveau de la mer, la pression atmosphérique est sensiblement de 1 bar, à
2000 m d’altitude elle est de 0,8 bar.
La pression relative
Un corps plongé dans l’eau subit une pression égale au poids de la colonne
d’eau située au dessus de lui. Cette pression varie donc avec la profondeur.
C’est la pression relative.
Elle augmente de 1 bar tous les 10 m.
La pression absolue
La somme de la pression atmosphérique en un lieu et de la pression
relative est la pression absolue. C’est la pression qui s’exerce sur tout
corps immergé dans l’eau.

15. Les effets de la pression
sur les gaz

16. Mariotte
effet de la pression sur les gaz
• Les gaz sont compressibles :
exemple : une pompe à vélo
Lorsque la pression augmente, le volume du
gaz enfermé dans un récipient souple
diminue
L’être humain respire de l’air, le plongeur va
évoluer dans un milieu où la pression
évolue, les volumes d’air respiré vont varier

17. Loi de Mariotte
A température constante, le volume d’un gaz est
inversement proportionnel à la pression qu’il subit.
Pression x Volume = Constante
Lors d’une variation :
P1 x V1 = P2 x V2 = Pn x Vn = Cte

20. Applications à la plongée
Le relevage de charges
La consommation d’air lors de l’immersion
La variation de la pression absolue et la compressibilité des gaz sont à
l’origine des accidents que l’on appelle
accidents mécaniques ou barotraumatiques.
Tous ces accidents peuvent être graves
mais il très facile de les éviter.
Pour cela il suffit de:
bien comprendre et connaître leur prévention

21. Exercice :
Une amphore a un poids de 35 kg , un volume de 5 l, elle est sur un
fond de 20 m
Quel est son poids apparent,
On la relève avec un parachute de 30 l dans lequel on introduit 20 l
d’air au fond que se passe-t-il au fond ?
À partir de quelle profondeur l’amphore associée au parachute aura
un poids apparent nul ?
Poids apparent = poids - poussée d’Archimède
P app = 35 – 5 = 30 kg
Au fond la poussée du parachute est de20 kg le poids apparent de 30 kg,
l’ensemble représente un poids apparent de 10 kg
Au fond P1 V1 = 3 * 20 = 60
Si le poids apparent est nul cela veut dire que V2 = 30 l
P1 V1 = P2 V2 > 60 = 30 * P 2 >> P 2 = 60/30 = 2 bar
La profondeur où se situe l’équilibre est de 10 m

22. La consommation en immersion
• L’être humain consomme environ 20 litres d’air par
minute.
• Le plongeur garde pendant la plongée un rythme
respiratoire voisin : même nombre de cycle inspiratoire
par minute (7 à 10)
• Pendant la plongée la consommation d’air dépendra de
la profondeur

23. Exercice :
Un plongeur consomme 20 litres d ’air par minute en surface.
Il utilise un bloc de 12 litres gonflé à 200 bars.
1 - De quel quantité d’air dispose-t-il ?
2 - En conservant une réserve de sécurité de 50 bars, quelle
est son autonomie en air à 20 m ?
1 - P x V = 12 x 200 = 2400 litres d ’air
2 - On enlève 50 b de réserve. Il reste : 200 - 50 = 150 bars
Il reste donc : 12 x 150 = 1800 litres d ’air
A 20 m la pression P = 3 b.
Sa consommation sera de 20 x 3 = 60 litres d ’air
Son autonomie sera de 1800 / 60 = 30 minutes

24. Loi de HENRY
A température donnée, la quantité de gaz dissous, à
saturation, dans un liquide est proportionnelle à la pression
du gaz au-dessus de ce liquide.
L’oxygène est consommé par l’organisme
Mais l’azote se dissout à saturation selon la loi de Henry
Attention :

25. Dissolution des gaz
loi de Henry
• Les gaz se dissolvent dans les liquides :
La quantité de gaz dissoute dépend de la pression
(partielle) de ce gaz au niveau de la surface d’échange
• La dissolution n’est pas instantanée, un certain temps
est nécessaire pour laisser pénétrer le gaz (ou le laisser
échapper) avant d’atteindre l’équilibre : la saturation
• L’être humain respire de l’air (azote, oxygène), le
poumon est une surface d’échange entre l’air et le sang,
le sang véhicule les gaz dans l’ensemble de l’organisme.
• Le plongeur va évoluer dans un milieu où la pression
varie, les quantités de gaz dissoutes vont varier

27. Applications à la plongée
La vitesse de remontée
Les paliers de décompression
L’accident de décompression
La dissolution des gaz est à l’origine des accidents que l’on appelle
accidents de décompression.
Tous ces accidents peuvent être graves
mais il très facile de les éviter.
Pour cela il suffit de:
bien comprendre et connaître leur prévention

28. Loi de Dalton
A température donnée, la pression d’un mélange gazeux
est égale à la somme des pressions qu’aurait chacun
des gaz s’il occupait seul le volume total.
A température donnée :
P absolue d’un mélange = somme des P partielles de chaque composant
P partielle d’un gaz = P absolue x % du gaz dans le mélange

30. Exercice :
Sachant que l’air contient approximativement 20 % d’oxygène
et 80 % d’azote, calculez la pression partielle de ces gaz à la
pression absolue de 5 bars.
Pp oxygène = 5 x 0,2 = 1 bar
Pp azote = 5 x 0,8 = 4 bars
* ( On retrouve : 1 + 4 = 5 bars de pression absolue )

31. Exercice :
L’air devient toxique si on le respire à une pression partielle
en oxygène égale à 2 bars (destruction des poumons).
A quelle profondeur cette pression correspond - t - elle ?
P partielle d’un gaz = P absolue x % du gaz dans le mélange
Soit :
P absolue = P partielle d’oxygène / % d’oxygène
P absolue = 2 / 0,2 = 10 bars
Soit 90 m
* Rappel : Interdiction de faire une plongée sportive > 60 mètres

32. Résumé
• Quatre lois physiques
• Archimède (flottabilité)
• Mariotte (compressibilité des gaz)
• Henry (dissolution des gaz)
• Dalton (pression partielle)
• Des applications
lors de la plongée sous-marine
• Uniquement de la prévention à mettre en œuvre