Les Principales Lois Physiques

La composition de l'air
Le principe d'Archimède
La pression
La Loi de Mariotte
La dissolution des gaz dans un liquide (Loi de Henry)
Les pressions partielles (Loi de Dalton)
Le son dans l'eau

La composition de l'air 

L'air est un mélange de gaz composé de :
Azote (N 2 )  79,0% 
Oxygène (O 2 )  20,9% 
Gaz Carbonique (CO 2 )  0,03 % 
Gaz Rares (Néon, Crypton, Argon, ...)  0,07 % 
Par simplification on retiendra : Azote 80% - Oxygène 20%

Le principe d'Archimède 


 
Archimède a mesuré la force qui tend à "alléger" un corps dans l'eau et à mesurer le poids d'eau déplacé. Il en arrive donc au : 
Théorème d'Archimède : Tout corps plongé dans un fluide reçoit, de la part de ce fluide, une poussée de bas en haut égale au poids du fluide déplacé. 
C'est ce qui fait flotter les bateaux et voler les ballons !

Exemple : un plongeur pèse 90 Kg équipé pour un volume de 95 litres. Il recevra dans l'eau une poussée de 95 Kg vers le haut. Son poids apparent dans l'eau sera de -5 Kg (il flotte). Pour pouvoir couler il devra emmener au moins 5 Kg de lest.
S'il prend 7 kg de lest, il aura un poids apparent de 2 Kg (il coule).
Application à la plongée : Calcul de lestage, remontée d'objets, stabilisation.

La pression 
La pression correspond à une force appliquée à une surface (Pression= Force/Surface). Elle s'exprime en Pascal (N/m 2 ), mais en plongée (et dans la vie courante) on préfère utiliser le bar (Kg/cm 2 ). Dans le système impérial on utilise le PSI (Pound/ Squared Inch).

1 bar = 10 5 pascal = 14,22 PSI

Dans un fluide la pression représente le poids d'une colonne d'eau sur sa surface.
La pression atmosphérique varie autour de 1013 mbar. L'eau pure exerce une pression de 1 bar pour 10 mètres.

En général, en plongée on considère que la pression atmosphérique est de 1 bar, et que la pression s'accroit d'1 bar tous les dix mètres tel que décrit dans le tableau suivant.
 
Surface  1 bar  14,2 PSI 
10 m  2 bars  33 feet  28,5 PSI 
20 m  3 bars  66 feet  42,7 PSI 
30 m  4 bars  100 feet  56,9 PSI 
50 m  6 bars  164 feet  85,3 PSI 
70 m  8 bars  230 feet  113,8 PSI 
On remarquera que la pression double entre 10 mètres et la surface . C'est donc là que le risque de surpression pulmonaire est le plus élevé (voir également la loi de Mariotte ).
Note : ces approximations ne devront pas être retenues dans les cas de plongée en lacs situés en altitude (pression atmosphérique plus faible) ou de plongée en eau très dense.

La loi de Mariotte 

A température constante, le VOLUME d'un gaz est inversement proportionnel à sa PRESSION.
L'expression mathématique complète de la loi est la suivante :
 
PV=cT   ( P ression x V olume = c onstante x T empérature Kelvin) 
Illustration de la loi de Mariotte 

Les applications à la plongée sont très nombreuses : compresseur, barotraumatismes à la remontée, surpression pulmonaire , consommation d'air variant selon la profondeur, ...

La dissolution des gaz dans un liquide - Loi de Henry 
 
  • Tout comme le sel, les gaz se disolvent dans les liquides. Ils pésentent les propriétés suivantes :
    • Loi de Henry : A température donnée, la quantité de gaz dissous à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle du gaz sur ce liquide. 

    C'est un phénomène très important, à l'origine des phénomènes de décompression et plus tristement des accidents de décompression.

    Les pressions partielles - Loi de Dalton 
    Les  frères Dalton étaient quatres bandits bien connus dans l'ouest des Etats-Unis à la fin du siècle dernier. Un jour ... ooop's!
     
    Loi de Dalton : A température constante, 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. 
    ou
    La somme des pressions partielles des gaz composant un mélange gazeux, est égale à la pression totale de ce mélange 
    Même si cela peut paraître totalement incompréhensible, je pense que le tableau ci-dessous vous apportera l'illumination :
     
    Air : Azote 80% 
            Oxygène 20%
    Pression 
    Pression partielle d'Azote 
    PPN 2 
    Pression partielle d'Oxygène 
    PPO 2 
    Surface 
    1 bar 
    0,8 bar 
    0,2 bar 
    10 m 
    2 bars 
    1,6 bars 
    0,4 bar 
    20 m 
    3 bars 
    2,4 bars 
    0,6 bar 
    30 m 
    4 bars 
    3,2 bars 
    0,8 bar 
    50 m 
    6 bars 
    4,8 bars 
    1,2 bars 
    70 m 
    8 bars 
    6,4 bars 
    1,6 bars 
    Le son sous l'eau 
    "Le monde du silence" : une illustration aussi fausse que médiatique.
    L'eau est un milieu incompressible, le son s'y propage donc très vite et très loin. Ce n'est pas parce que l'on ne peut pas parler sous l'eau (heureusement!) qu'il n'y pas de son.
    On entend arriver un bateau longtemps avant de le voir....

    A titre d'information le son se propage à 1500 m/s dans l'eau contre seulement 330 m/s dans l'air.
     
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