CONTEXTE : La plongée, un sport dangereux !
Le nombre d’accidents de plongée admis dans les centres hyperbares français est d’environ 350 par an (avec une dizaine de cas mortels), soit 1 accident pour 6 000 plongées. La majorité des accidents survient sur la côte méditerranéenne principalement l’été, avec des pics en mai (reprise de la plongée, week-end prolongé, mauvaise météo…), en juillet-août (pic de fréquence) et en septembre (fin de saison, fatigue, période de formation…).
Les accidents constatés sont pour la plupart la conséquence des surpressions rencontrées en profondeur.
Pour le plongeur, il est donc essentiel de connaître la profondeur à laquelle il se trouve et quelle est la pression qu’il subit. C’est le rôle du profondimètre, sorte de montre portée par le plongeur indiquant la pression, la profondeur et la durée de la plongée.
Problème : Comment fonctionne le profondimètre ?
Document 1 : les dangers de la plongée sous-marine :
La pression exercée sur un plongeur augmente avec la profondeur d’immersion.
Lors de plongée à grande profondeur,il faut être très vigilent :
- Aux risques liés à une surpression : une pression élevée des gaz dans le corps peut conduire à des œdèmes pulmonaires et des hématomes dans l’estomac.
- À une dépressurisation trop rapide lors de la remontée.
A forte pression, les gaz se dissolvent bien dans le sang : lors de la plongée, l’air contenu dans les poumons (surtout le diazote) se dissout bien dans l’organisme et passe dans le sang. Lors d’une remontée trop rapide, comme la pression diminue, ce gaz forme des bulles dans le sang provoquant des embolies et des lésions plus ou moins grave (avec un risque de décès élevé).
Le plongeur évite l’embolie gazeuse en observant des paliers de décompression lors de la remontée qui permettent une adaptation progressive du corps humain (voir dessin ci-contre).
Document 2 :la loi fondamentale de la statique des fluides
La loi de la statique des fluides permet de relier la variation de pression entre deux points A et B à la variation d’altitude entre ces deux points :
PB− PA = ρ × g × (zA− zB)
Avec :
- P : la pression, exprimée en Pascal (Pa) - z : l’altitude, exprimée en mètre (m) - : la masse volumique, exprimée en kg/m3 - g = 9,81 Newton par kilogramme (N/kg) Description d’un fluide au
repos
Tp 15 La loi fondamentale de la statique des fluides Mouvement et interaction Séquence 8
Exemple d’une plongée effectuée à 41 m de profondeur avec la durée et la position des paliers à respecter.
Profondimètre
A
B
z zA
ZB
0
fluide
1) Les dangers de la plongée
Expérience 1 : effet d’un changement de pression sur le volume des gaz
Plaçons un ballon de baudruche faiblement gonflé dans une cloche à vide. Aspirons l’air dans la cloche.
Qu’observe-t-on ?
a) Compléter le dessin et expliquez le changement de volume observé pour le ballon de baudruche.
b) Dans le cas d’une plongée en eau profonde, le même phénomène s’observe-t-il plutôt lors de la descente ou lors de la remontée ? c) Expliquer pourquoi les plongeurs doivent expirer de l’air très
fréquemment comme sur l’image ci-contre.
Expérience 2 : effet de la pression sur la solubilité des gaz
.
Plaçons un verre contenant une boisson gazeuse dans une cloche à vide. Aspirons l’air de la cloche.
a) Qu’observe-t-on ? Compléter le dessin et interpréter le phénomène.
b) Dans le cas d’une plongée en eau profonde, le même phénomène s’observe-t-il plutôt lors de la descente ou lors de la remontée ?
c) Quels sont les risques de ce phénomène pour le plongeur ? Que doit-il faire pour s’en protéger ?
2) Le principe du profondimètre
Expérience : vérification de la loi fondamentale de la statique des fluides
Matériel :
- Une éprouvette graduée ; - Une règle graduée ;
- Un manomètre (ou pressiomètre) ;
- Un tableur grapheur (Latispro) et sa fiche d’aide.
Travail à faire :
- Proposer un protocole à mettre en œuvre permettant de mesurer la pression dans l’eau (en Pa) en fonction de la profondeur h (en m).
- Réaliser les mesures et noter vos résultats dans un tableau de valeurs sur votre feuille.
- En utilisant Latispro et quelques connaissances de mathématiques, montrer que la différence de pression (PB – PA) entre deux positions verticales A et B est proportionnelle à la différence (ZA -ZB)
- Vérifier que le coefficient de proportionnalité est égal au produit de la masse volumique de l’eau eaupar l’intensité de la pesanteur g.
- La loi fondamentale de la statique des fluides est-elle vérifiée ?
Résolution du problème :
a) Expliquer le principe de fonctionnement du profondimètre en indiquant quel type de capteur contient cet appareil.
b) Pour une plongée à 41 m de profondeur comme dans le document 1, quelle pression (en pascal et en bar) va être mesurée par le profondimètre.
Donnée :La bar est une unité de pression. Un bar correspond à la pression atmosphérique normale.
1 bar = 105 Pa
Faire des bulles en plongée ! Air
Air Vide
Air
Air Vide
Eau gazeuse
