Formation Apnée ACEL
Physique
Comité Régional Centre Apnée FFESSM
Cedric Viou 2020
Plan du cours
● Pourquoi de la physique en apnée ???
● Quelques notions de physique :
● Pressions
● Loi de Mariotte
● Poussée d'Archimède
● Concentration des gaz : Loi de Dalton
● Optique
● Son
● Conclusion
Pourquoi de la physique en apnée ???
● L'Homme (ainsi que la femme) ne sont pas des êtres aquatiques
● Certains phénomènes naturels qui prennent
place dans ce milieu sont totalement étrangers à des bipèdes terrestres
● La physique permet de comprendre comment fonctionnent ces phénomènes et de ne pas les laisser nous surprendre
Notions de physique pour l'apnée
● La pratique de l'apnée nous soumet rapidement au contact de l'eau
● L'eau, beaucoup plus dense que l'air, peut appliquer des pressions non négligeables
● Voyons ce que sont les pressions et les effets qu'elles peuvent avoir lors de notre activité
subaquatique
Notion de pression
● La pression exercée par un fluide,
principalement l'eau dans notre cas, est
perpendiculaire à la surface sur laquelle elle s'exerce
● On la note P, tel que P = F / S
● avec F, la force
● appliquée sur la surface de taille S
● Les "physiciens" dirons que la force se mesure en Newton (N) et la surface en m² pour donner une pression en Pascal (Pa <=> N/m²)
1 Bar ???
● Nous préfèrerons utiliser des kilogrammes (kg) et des centimètres carré (1 cm x 1 cm) pour
obtenir une pression en bar
● Un bar est à peu près la pression qu'exerce la colonne d'air au dessus de nous au niveau de la mer : c'est la pression atmosphérique (Patm)
● On perd 0.1 bar par kilomètre jusqu'à 5000 m
1 Bar ???
● Nous préfèrerons utiliser des kilogrammes (kg) et des centimètres carré (1 cm x 1 cm) pour
obtenir une pression en bar
● Un bar est à peu près la pression qu'exerce la colonne d'air au dessus de nous au niveau de la mer : c'est la pression atmosphérique (Patm)
● On perd 0.1 bar par kilomètre jusqu'à 5000 m
● Un bar est la pression exercée par une colonne d'eau de 10 m : cette pression-là est la
pression hydrostatique (Phydro)
Pressions...
● En apnée, nous sommes soumis aux 2 pressions (la colonne d'air et la
colonne d'eau).
● Le résultat est la
pression absolue (Pabs)
● Pabs = Patm + Phydro
Air 0 m Eau
10 m
30 m
Patm = 1 bar Phydro = 0 bar
2 bars
4 bars Patm = 1 bar
Phydro = 1 bar
Patm = 1 bar Phydro = 3 bars
1 bar
Loi de Mariotte
● La pression agit sur les volumes compressibles
● Les liquides ne sont pas comprimés par la pression
● La force exercée par la pression se propage de proche en proche à
travers les liquides jusqu'aux volumes gazeux.
Air Eau 0 m
10 m
30 m
1 bar
2 bar
4 bar 1
1/2
1/4 1 bar
2 bar
4 bar
Loi de Mariotte
● Plus la pression augmente, plus le volume diminue. En fait, leur produit est constant :
Pression x Volume = Constante
● Par exemple, suite à une inspiration forcée dans une
grotte sous-marine, les poumons gonflés de 6 l d'air à 10 m :
Pabs = 1 + 1 = 2 bars
devraient avoir un volume de 12 l en surface... : Pabs = Patm = 1 bar
2 bars x 6 l = 1 bar x 12 l
Poussée d'Archimède
● Si vous échappez votre montre-ordinateur du bateau, elle va suivre une trajectoire fortement verticale dirigée vers le bas...
● Arrivée dans l'eau, ça dépend... ça dépend de la poussée d'Archimède.
● De manière barbare :
« Tout corps plongé dans un fluide au repos,
entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé »
Poussée d'Archimède
Volume déplacé
Situations équivalentes
Poussée d'Archimède
Poussée d'Archimède
● De manière pratique, un objet (ou un plongeur, un truc, …) plongé dans l'eau voit son poids réel (Fp) diminué du poids de l'eau (Fa) que cet objet a déplacé. L'objet « semble » peser moins (Papp).
● Par exemple, une plongeuse et sa combinaison (60 kg) s'immergent. Le tout fait 62 l (soit 62 kg d'eau déplacée).
Papp = 60 kg - 62 kg = -2 kg
● Donc la plongeuse monte! Mais s'arrête, heureusement, à la surface, quand sa tête sort et que le volume d'eau déplacé n'est plus que de 60 l, soit 60 kg d'eau déplacée.
● La plongeuse saisit une gueuse de 5 kg.
Papp = 65 kg - 62 kg = 3 kg
● Elle entame sa descente sans effort.
Poussée d'Archimède
Loi de (John) Dalton
● Joe, William, Jack et Averell
● Si les 4 Daltons étaient comme Joe (un très méchant), ils seraient méchants-méchants-méchants-méchants.
● En fait, William, Jack et Averell sont surtout bêtes, ils diluent la méchanceté de Joe dans le groupe. Les Daltons sont
seulement marrants.
● Pareil pour les gaz
● Leurs effets sont dépendants de leur pression
● Si un gaz est dilué à x% avec d'autres composés à la
pression totale Ptot, alors ce gaz se comporte comme si il était pur à la pression partielle Pp, avec: Pp = x% * Ptot
Loi de Dalton
Loi de Dalton
Loi de Dalton
● Important pour expliquer certains phénomènes Pp = x% * Ptot
● Exemple :
● Pourquoi est-il très agréable de faire une apnée statique à 20 m ?
● Ptot = 3 bars
● Pp O2 = 20 % * 3 = 0.6 bars
● Équivalent à respirer un mélange hyperoxygéné.
Lumière
● L'eau est un filtre naturel de la lumière.
● Elle absorbe plus ou moins fortement les diverses couleurs du spectre lumineux
Lumière à Port-Cros
Et quand l’eau est moins claire...
Lumière en carrière
Réfraction
Déformation du champ visuel
Taille réelle Taille apparente
Déformation des images
● Sensation de rapprochement
● difficulté à saisir ou à percevoir les distances
● OU Impression d'objet plus grand
● Ben, non, c'tait pas pas un bar d'1.5 m
Propagation du son
● Le son est une onde acoustique
● Elle se déplace rapidement :
● 300 m/s dans l'air
● 1500 m/s dans l'eau
● Le cerveau utilise la différence de temps d'arrivée du son dans l'air entre les 2 oreilles pour
déterminer la direction d'arrivée d'un son, mais la différence, trop faible, dans l'eau rend ce système inopérant (avec les hors-bord, entre autres...)
Conclusion
● La Nature peut être décrite par la Physique et les Mathématiques.
● Savoir manipuler la Physique et les
Mathématiques permet de prédire la nature... et vos apnées !!!
Références
● http://olivierlebihanbis.free.fr
● http://plongee.amiral.free.fr/
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Portail:Plongée_sous-marine
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Apnée_(sport)
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Poussée_d'Archimède
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Mariotte
● http://fr.wikipedia.org/wiki/Hypoxie
● http://jrbarbeau.free.fr/wikini/wakka.php
● http://plongee.amiral.free.fr/formation/niveau4/loidehenryn4.htm
