Physique (2ème partie)

SOMMAIRE









0. Introduction *

1. Toxicité des gaz *

1.1. Rappels *
1.2. Expériences *
1.3. Enoncé de la loi de Dalton *
1.4. Applications *
1.5. Conséquences *
1.6. Exercices * 2. Dissolution des gaz * 2.1. Rappels *
2.2. Expérience *
2.3. Enoncé de la loi de Henry *
2.4. Application à la plongée *
2.5. Conséquences * 3. Notions d’optique * 3.1. Introduction *
3.2. Réflexion et Réfraction *
3.3. Absorption *
3.4. Diffusion * 4. Notions d’acoustique * 4.1. Introduction *
4.2. Définitions *
4.3. Vitesse du son *
4.4. Applications * 5. Conclusion *
     
Introduction

Cet exposé est le complément de la première présentation de physique. Après avoir considéré les aspects de pression, de compressibilité des gaz et de flottabilité, nous poursuivrons ici notre tour d’horizon des grandeurs, phénomènes et mécanismes physiques mis en jeu par la plongée en abordant des notions nécessaires à ceux qui entendent pratiquer en autonomie puisque :

Nous nous en tiendrons à la même orientation que celle du premier cours de physique : il ne s’agit toujours pas de faire un cours de physique théorique qui n’apporterait rien au plongeur. Notre approche est donc résolument tournée vers la pratique et vers la compréhension des phénomènes concrets. Les puristes auront la bonté de nous pardonner…
 
 

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1. Toxicité des gaz

Contrairement à ce que croient certains profanes, nous savons tous qu’à de rares exceptions près, la majorité des plongeurs respirent de l’air, lors d’une plongée loisir classique. Nous verrons dans ce chapitre que tous les gaz deviennent toxiques à une pression donnée. Il est donc important de connaître la nature et les effets de ces gaz sur le plongeur afin d’éviter tout effet indésirable et/ou dangereux.

     

    1.1. Rappels
     

    1.2. Expériences
La pression partielle d'un gaz constituant un mélange est la pression qu'aurait ce gaz, s'il occupait seul le volume total.
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2. Dissolution des gaz

La dissolution est un phénomène physique que nous rencontrons au quotidien. Il peut s’agir de la dissolution :

Le cas le plus intéressant pour le plongeur est celui du gaz dissous dans les liquides. Nous verrons, en effet, que l’azote que nous respirons dans l’air aura tendance à se dissoudre dans l’eau contenue dans notre corps (60% de notre poids, environ). La compréhension de ce phénomène est nécessaire puisqu’il nous imposera des règles de sécurité primordiales.
 
 


On dénombre un certain nombre de facteurs favorisant la dissolution, parmi lesquels :


Les tables de plongée constituent l’application la plus évidente de l’étude des mécanismes de dissolution de l’azote dans le corps humain. Elles nous fourniront 3 informations essentielles :


Informations complémentaires (hors programme)

L’azote étant, dans notre cas, le seul gaz de l’air concerné par le mécanisme de dissolution, il conviendra de considérer qu’à saturation, on a :

TN2 = PpN2
 
Les tissus du corps humain étant très nombreux, on a choisi de les modéliser en compartiments. Chacun d’entre eux est caractérisé par un coefficient de sursaturation critique (Sc). Il est défini par le rapport :
Sc = TN2 / PABS
On définit, enfin, deux notions relatives aux mécanismes de dissolution :
  • le gradient : c’est la différence entre la pression partielle du gaz à dissoudre et la quantité de gaz dissous.
    • G = PpN2 - TN2
       
      2.5. Conséquences

      La prévention des accidents de décompression passe inévitablement par le respect des tables de plongée à savoir :


      Avoir compris les mécanismes de dissolution des gaz, particulièrement celui de l’azote dans le corps humain permet d’accepter les protocoles qu’elles nous imposent et de prendre conscience de leur importance.


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    3. Notions d’optique
      3.1. Introduction

      Lors de nos plongées, nous avons tous pu faire l’expérience que notre vision était perturbée dans l’eau :

      Nous allons tenter d’expliquer le pourquoi de ces phénomènes.

      En atteignant la surface de l'eau, puis en y pénétrant les rayons lumineux sont soumis à 4 phénomènes principaux : Réflexion, Réfraction, Absorption, Diffusion que nous allons maintenant détailler.
       

      3.2. Réflexion et Réfraction

      Chaque milieu (air, eau, diamant, etc…) est caractérisé par son indice de réfraction, défini par :
       

    n = c/v
    où c est la célérité de la lumière dans le vide (300000 km/s) et v la vitesse de la lumière dans le milieu (v < c).

    Quelques valeurs significatives de l’indice de réfraction (ou indice optique) sont, par exemple :


    Ces différences d’indices optiques conditionnent la propagation d’un rayon lumineux d’un milieu à un autre. Par conséquent, les perceptions visuelles du plongeur en seront modifiées selon les schémas ci-dessous.
    Oeil du plongeur 
    Poisson tel qu’on le voit
    Poisson tel qu’il est en réalité
    En pratique, il faut retenir que, sous l’eau :
    distance apparente = distance réelle x 3/4

    taille apparente = taille réelle x 4/3
      Application à la plongée
     
      3.3. Absorption

      A 10 m de profondeur, il n'y a déjà plus que 33 % de la lumière du soleil.

      Plus on descend en profondeur moins on voit de couleurs. La couleur rouge est la première à disparaître à 10 mètres mais, vers 30 mètres, seuls restent le vert et le bleu. On parle de disparition sélective des couleurs en fonction de la profondeur.
       

        Application à la plongée
         
      3.4. Diffusion

      L'eau n'est pas homogène, elle contient des particules en suspension, notamment au printemps lorsqu'elle est très chargée en plancton. Un objet dans l'eau n'est pas éclairé par une source lumineuse, mais par une multitude de sources secondaires arrivant de toutes les directions.

      Application à la plongée


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    4. Notions d’acoustique
      4.1. Introduction

      Le fait d’évoluer dans l’eau constitue un changement important par rapport à l’air auquel notre audition est habituée. Cela modifiera un certain nombre de nos repères et le plongeur devra en tenir compte pour rester en sécurité.
       

         
      4.2. Définitions

      Un son est caractérisé par :


      4.3. Vitesse du son

      Dans l'air, les molécules se propagent tous azimuts.


      Dans l'eau, les molécules se touchent et glissent les unes par rapport aux autres.


      Dans un solide, les molécules sont figées et le son est transmis intégralement (rail, tuyauterie...)

      4.4. Applications

      Du fait de la meilleure propagation des ondes sonores dans l’eau, on peut mieux entendre certains bruits :


      Mais… Cette propagation plus rapide que celle à laquelle nous sommes habitués n’est pas toujours un avantage. Ainsi, le repérage de la direction d’origine des bruits (moteur de bateaux, par exemple) devient impossible sous l’eau. Le tour d’horizon est donc d’autant plus nécessaire.

      Citons, enfin, une dernière application, fort utile : le sondeur. Son principe est décrit ci-dessous.


     
     

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    Conclusion

    Voilà !

    Nous avons fait le tour des principales bases de physique nécessaires au plongeur autonome. Il doit être réellement conscient de la nécessité d’une parfaite compréhension des contraintes inhérentes au milieu dans lequel il sera appelé à évoluer, puisqu’il en va de sa sécurité :

    La prévention des accidents et l’utilisation des tables feront l’objet de cours ultérieurs. Tous deux s’appuieront sur les principes que vous avez vus ici, et sur le cours d’anatomie / physiologie qui constituera votre prochaine séance.

    Alors, bonne continuation !
     
     

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    Dernière mise à jour : 15 aoùt 2000
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