Flottabilité N4

• Objectifs :– Adapter votre flottabilité en tant que guide de palanquée

– Détecter les défauts d’équilibrage des personnes encadrées

– Donner les méthodes de calcul pour le passage de l’examen N4• Connaitre la loi d’Archimède

• Connaitre les facteurs de modification de la flottabilité (facteurs physiques et matériels)

• Plan :– Rappel sur la flottabilité N2 et loi de Mariotte

– Loi d’Archimède• Mise en évidence

• Enoncé de la loi

• Notion de poids apparent

– Lestage du plongeur

– Influence des paramètres physiques

– Effet du point d’application : modification de l’assiette

– Poumon ballast

– modification de la flottabilité due à la compressibilité des gaz• Compression de la combinaison

– Gilet stabilisateur et poumon ballast• A la descente

• A la remontée

– Remontée sans embout N4

– Synthèse : comportement du guide de palanquée

Rappels

• Flottabilité– Flottabilité positive : on flotte en surface

– Flottabilité neutre : on reste en équilibre à la profondeur où l’on se trouve

– Flottabilité négative : on coule jusqu’au fond

• Loi de Mariotte– Pinitial * Vinitial = Pfinal * Vfinal

– Le volume d’un gaz diminue quand la pression augmente (plus grande profondeur).

– Le volume d’un gaz augmente quand la pression diminue (moins grande profondeur).

Loi de d’Archimède

• Mise en évidence

Le cube est immergé dans le récipient de liquide

Le liquide déborde et la balance penche

L’équilibre est rétabli en remettant le liquide sur la balance

Loi d’Archimède

• Enoncé de la loi– Tout corps plongé dans un liquide reçoit de la part de celui ci une poussée

verticale, dirigée vers le haut, égale au poids du volume du liquide déplacé et appliquée au centre de gravité du volume déplacé.C’est la Poussée d’Archimède.

Loi d’Archimède

• Démonstration– Considérons un cube de 1m de côté immergé dans l’eau

1m

1m

Fsup = P*1m²

Finf= (P+0.1b)*1m² = (P+10 000Pa)*1m²

Fcôté Les efforts sur les côtés s’annulentFcôté

– L’effort résultant F est égal à Fsup - Finf = 10 000N soit le poids de 1m3 d’eau

• Nota : Différence entre poids P (N) et masse M (kg)– P (N) = M (kg) * g (=9.81 m/s²)

– Le rapport entre les deux étant constant, nous confondrons les deux notions par commodité.

Loi d’Archimède

• Notion de poids apparent d’un corps– Papparent = Préel - PArchimède

Préel (kg) = Volume (l) * masse volumique du corps (kg/l)

PArchimède (kg) = Volume (l) * densité liquide (kg/l)

• Nota : Différence entre masse volumique et densité– La masse volumique est la masse d’un volume d’un litre. Elle s’exprime en kg/l.

– La densité est le rapport de la masse volumique du corps considéré sur celle de l’eau pure. Elle est sans unité.

– La masse volumique de l’eau pure étant de 1 kg/l, nous confondrons les deux notions par commodité.

• Le poids apparent d’un ensemble de plusieurs composants est la somme des poids apparents de ces composants

Lestage du plongeur

• Un nageur en maillot est naturellement équilibré dans l’eau.

• La combinaison en néoprène a une flottabilité positive de 4 kg (volume 6 l).

• une bouteille de plongée vide a un poids apparent de 2.5 kg.

• un gilet a un poids apparent de -1 kg.

• un détendeur a un poids de 1 kg pour un volume de 0.5 l.

• => lestage => lestage = -(-4kg + 2.5kg -1kg + 1kg - 0.5l*1kg/l) = 2kg

• => poids de la combinaison => poids réel = 6l*1kg/l -4kg = 2kg

• Influence de l’air de la bouteille– L’air a une masse volumique de 1.29 kg/m3 – => poids de l’air de la bouteille (12l - 200b) => poids air = 12*200*1.29 = 3kg

• => modification de la flottabilité au cours de la plongée fonction de la consommation d’air

Application à la plongée

Bon lestage

Sur lestagePlongeur incliné vers le haut et

palmant pour lutter contre la gravité

Sous lestagePlongeur incliné vers le bas et

palmant pour lutter contre la poussée d’Archimède

Influence des paramètres physiques

• Lestage d’un caisson photo de 1 litre pesant 750g.– avec un plomb intérieur

– avec un plomb extérieur

– dans de l’eau douce

– dans de l’eau de mer

densité du plomb 13 kg/l

densité de l’eau de mer 1.03 kg/l

Influence des paramètres physiques

• Dans l’eau douce– Poids apparent du caisson dans l’eau douce = 0.750 - 1 = -0.250 kg– avec un plomb intérieur => le volume du caisson n’est pas modifié

Il faut composer la flottabilité positive de 250g par un plomb de 250g

– avec un plomb extérieur => le volume du caisson est modifié par l’ajout du volume du plombPoids apparent d’un volume V de plomb dans de l’eau douce = V*(13kg/l - 1kg/l) = V*12kg/l

Poids apparent de l’ensemble caisson et d’un plomb de volume V = -0.250 + V*12

Flottabilité nulle => -0.250 + V*12 = 0 => V = 0.0208 litre

Poids du plomb de volume V = V*13kg/l = 0.271 kg

Il faut lester avec un plomb de 271g

• Dans l’eau de mer– Poids apparent du caisson dans l’eau de mer = 0.750 - 1*1.03 = -0.253 kg– avec un plomb intérieur => le volume du caisson n’est pas modifié

Il faut composer la flottabilité positive de 253g par un plomb de 253g

– avec un plomb extérieur => le volume du caisson est modifié par l’ajout du volume du plombPoids apparent d’un volume V de plomb dans de l’eau douce = V*(13kg/l - 1.03kg/l) = V*11.97kg/l

Poids apparent de l’ensemble caisson et d’un plomb de volume V = -0.250 + V*11.97

Flottabilité nulle => -0.253 + V*11.97 = 0 => V = 0.0211 litre

Poids du plomb de volume V = V*13kg/l = 0.275 kg

Il faut lester avec un plomb de 275g

Effet du point d’application de la poussée d’Archimède

un nageur faisant la planche

Modification de l’assiette

• Position de la bouteille

• Ne pas confondre avec le sur ou sous lestage

ici le plongeur ne palme pas

• Influence des autres éléments matériels– position des plombs

– haut de combinaison

– air dans le gilet ou dans les poumons

Poumon ballast

• La variation du volume pulmonaire modifie la flottabilité– une inspiration forcée tend à faire remonter le plongeur

– une expiration forcée tend à le faire descendre

• La variation du volume pulmonaire modifie l’assiette car le poumon est situé dans le haut du corps– une inspiration à faire basculer le plongeur tête en haut

– une expiration tend à le faire basculer tête en bas

Inspiration

ExpirationPoumon

Poumon ballast

Inertie

• La variation de profondeur n’est pas immédiate mais prend un certain temps pour vaincre l’inertie du plongeur.– L’inertie est plus grande quand on est en position horizontale que

lorsqu’on est vertical.

• Un décalage entre la respiration et l’évolution verticale du plongeur permet de maintenir une profondeur constante tout en continuant à respirer.– Quand on sent une tendance à monter ou à basculer tête en haut on

expire et inversement

Modification de la flottabilité par la compressibilité des gaz

• Le volume de l’air contenu dans une enveloppe souple est modifié par la profondeur– Plus la profondeur est importante et plus le volume est petit

• => La flottabilité d’une enveloppe souple contenant de l’air est modifiée par la profondeur– le poids apparent est plus important quand la profondeur augmente

• Nota : bien que contenant de l’air, la bouteille de plongée ne voit pas sa flottabilité évoluer avec la profondeur (s’il n’y a pas de consommation d’air) car elle est rigide.

Modification de la flottabilité par la compressibilité des gaz

• Ecrasement de la combinaison– une combinaison en Néoprène est une mousse contenant des bulles

d’air pour assurer l’isolation thermique

– Sous l ’effet de la pression due à la profondeur les bulles d’air s’écrasent ce qui modifie le volume de la combinaison.

– => plus le plongeur descend et plus son poids apparent est important

– => accélération de la vitesse avec la profondeur à la descente

• => nécessité de compenser cette variation de flottabilité : gilet stabilisateur

Gilet stabilisateur et poumon ballast

• Le gilet comme le poumon permet une modification du volume du plongeurmais– le poumon se remplit et se vide plus vite

– son volume est ajusté plus précisément

• => le poumon doit toujours être utilisé en premier– Si on veut augmenter son volume, on fait en premier une

inspiration forcée et si cela ne suffit pas, on gonfle le gilet.En cas de sur-gonflage du gilet, il est alors possible de vider un peu d’air des poumons.

Gilet stabilisateur et poumon ballast

A la descentePoumon Gilet

Les poumons et le gilet sont vides pour forcer la descente

Les poumons sont remplis pour ralentir la descente

Le gilet est rempli pour interrompre la descente

La stabilisation est affinée avec le poumon ballast

Gilet stabilisateur et poumon ballast

A la remontéePoumonGilet

Au fond, la flottabilité est neutre avec une respiration sur volume courant

Une inspiration forcée déclenche la remontée

Le volume du gilet augmente avec la baisse de pression

Une respiration sur le volume expiratoire permet le contrôle de la vitesse de remontée

Quand le volume du poumon ne peut plus diminuer, le gilet est purgé

Une inspiration forcée permet de maintenir la vitesse de remontée

Et ainsi de suite

Synthèse

Vérification du lestage sur le bateau attention si >7-8 kg

Rendez vous à 3m pour contrôle de flottabilité (en début de plongée on doit être lourd)

Accélération de la vitesse de descente due à l’écrasement de la combinaison

Evolution au fond sur le poumon ballast

Remontée sur poumon ballast et gilet

Avoir un plomb supplémentaire « pédagogique » pour faire face à un sous lestage de l’encadré au palier

Mise à l’eau avec une flottabilité positive

Attente de la mise à l’eau de l’encadré avec une flottabilité neutre pour être manœuvrant et réactif.

Test de flottabilité en surface

Anticipation du gonflage du gilet pour une stabilisation rapide

Attente en surface avec une flottabilité positive adaptée à l’état de la mer

A l’arrivée du bateau mise en flottabilité neutre

Démarrage sur un poumon ballast inspiratoire + gilet + un coup de palme