La Flottabilité - Examen corrige

La Flottabilité
Pourquoi la bouteille semble-t-elle moins lourde dans l'eau ? Pourquoi le
plongeur se sent-il lui-même plus léger une fois immergé ? Les notions que
nous allons abordé permettent de répondre à ces questions et d'aborder les
techniques de lestage et d'équilibrage du plongeur. Ces techniques sont
essentielles car un bon équilibre dans l'eau augmentera le plaisir ressenti
en plongée et vous permettra de vous concentrer sur le principal : la faune
et la flore.
Mise en évidence :
Soit un cube indéformable creux en plastique d'un volume de 1 litre et d'un
poids négligeable. On verse dans ce cube 500 g de sable et on l'immerge :
on observe que le cube flotte sur l'eau. On rajoute 500 g de sable
supplémentaire : le cube est en équilibre dans l'eau. Si on ajoute encore
500 g de sable, alors le cube coule.
Ce phénomène est lié a ce qu'on appelle la poussée d'Archimède
.: La poussée d'Archimède : énoncé :.
Tout corps plongé dans un fluide subit de la part de celui-ci une poussée
verticale dirigée de bas en haut égale au poids du volume du fluide
déplacé.
Ainsi dans notre exemple ci-dessus, le cube subit une force qui augmente au
fur et à mesure qu'il s'enfonce dans l'eau. Lorsque le cube est totalement
immergé, cette force est égale au poids du volume d'eau que le cube a
déplacé, soit 1 litre d'eau, soit 1 kg.
.: Poids apparent et flottabilité :.
Lorsque le plongeur s'immerge, cela met en jeu 2 forces qui s'opposent :
son poids réel, qui a tendance à le faire couler, et la poussée de l'eau,
aussi appelée la poussée d'Archimède. Le poids du plongeur est appelé son
poids apparent, il est égal au poids réel du plongeur, diminué de la
poussée d'Archimède.
Poids apparent = Poids réel - poussée d'Archimède
C'est son poids apparent qui détermine la flottabilité du plongeur dans
l'eau :
|Profondeur |P |P relative |
| |atmosphériq| |
| |ue | |
|0 |1 bar |0 bar |
|10 |1 bar |1 bar |
|15 |1 bar |1.5 bar |
|20 |1 bar |2 bars |
.: Applications à la plongée :.
Le plongeur jouera sur différents éléments pour faire varier sont poids
apparent et ainsi s'équilibrer dans l'eau :
- Le lestage permet d'augmenter son poids apparent (il augmente
sensiblement le poids réel sans beaucoup faire varier le volume d'eau
déplacé).
- Le gilet stabilisateur permet en le gonflant d'augmenter le volume d'eau
déplacé sans faire varier le poids réel du plongeur. Son poids apparent
diminue donc et cela permet au plongeur de s'équilibrer à toute profondeur
ou de remonter.
- Le poumon ballast agit de la même façon que le gilet : lorsque le
plongeur gonfle ses poumons, il diminue son poids apparent et inversement.
D'autres éléments agissent sur la flottabilité :
- Le poids de la bouteille qui agit comme un lest. A noter que le poids
réel de la bouteille diminue au cours de la plongée (consommation d'air),
en fin de plongée la bouteille est plus légère d'environ 3 kg. Il faut donc
en tenir compte lors du lestage. De même le lestage devra être adapté au
type de bouteille, une bouteille en alu étant plus légère qu'une bouteille
acier.
- La combinaison agit comme une "bouée" en augmentant le volume du plongeur
sans en faire varier significativement le poids réel. Donc plus un plongeur
porte une combinaison épaisse, plus son lestage sera important. A noter que
le volume de la combinaison diminue avec la profondeur (la combinaison
s'écrase) et donc que le plongeur est plus lourd au fond.
- La densité de l'eau. L'eau de mer est plus dense que l'eau douce, la
poussée d'Archimède est donc plus importante en mer qu'en eau douce. Ainsi
1 litre d'eau douce pèse 1 kg, 1 litre d'eau de mer environ 1.024 kg et 1
litre d'eau de mer à forte salinité (Mer Rouge) 1.035 kg. Ce paramètre doit
donc être pris en compte lors du choix du lestage. Barotraumatismes Nous avons vu dans les fiches concernant les lois physiques qu'en plongée
les gaz se compriment à la descente et se dilatent à la remontée, c'est la
loi de Boyle Mariotte. Or notre organisme comprend de nombreuses cavités
qui emprisonnent de l'air : oreille, poumons, sinus... Cet air emprisonné
va donc subir des variations de pression lors des différentes phases de
plongée ce qui créera à l'intérieur des cavités des surpressions et des
dépressions.
Suivant l'élasticité des tissus qui la compose chaque cavité aura sa propre
limite de tolérance vis à vis des variations de pression. Lorsque cette
limite est dépassée, les organes risquent d'être abîmés et on parle alors
de barotraumatisme.
Heureusement comme nous allons le voir dans les fiches suivantes ces
incidents peuvent être évités simplement en équilibrant la pression entre
l'air contenu dans les cavité et la pression ambiante.
.: Les différents barotraumatismes :.
Les différentes zones de l'organisme pouvant subir un barotraumatisme sont
les suivantes :
- Les oreilles : barotraumatismes le plus fréquent liés à la déformation du
tympan entraînée par les variations de pression de l'air enfermé dans
l'oreille. Ce barotraumatisme peut aller de la simple gêne à la douleur et
dans les cas extrêmes jusqu'à la rupture du tympan.
- La surpression pulmonaire : c'est de loin le plus grave des
barotraumatismes. Il résulte de l'augmentation du volume de l'air contenu
dans les poumons lors de la remontée si cet air n'est pas expiré.
- La région oculaire et nasale : lors de la descente, le masque peut avoir
un effet "ventouse" sur les yeux et le nez, c'est ce que l'on appelle le
placage de masque.
- Les sinus : si l'équilibre des pressions entre l'air contenu dans les
sinus et la pression ambiante ne peut se faire (sinus bouchés en cas de
rhume) alors cette variation de pression entraîne de violentes douleurs
frontales et maxillaires.
- Les dents : barotraumatisme rare résultant de l'emprisonnement de l'air
dans une dent (carie mal soignée).
- L'estomac et les intestins : variations de pressions de l'air contenu
dans les intestins et l'estomac (air résultant de la fermentation
d'aliments). Très rare en plongée loisirs.
L'oreille est l'organe le plus souvent atteint par les barotraumatismes.
Tout le monde ou presque à déjà ressenti cette gêne, voire cette douleur
faible aux oreilles lors d'une descente en apnée dans le grand bassin d'une
piscine : il s'agit bien d'un barotraumatisme bénin de l'oreille. En
plongée, les profondeurs atteintes étant bien supérieures qu'en piscine il
est indispensable de faire très attention a ses oreilles et de bien penser
à pratiquer ce que l'on appelle une man?uvre d'équilibrage des oreilles.
.: Les oreilles :. [pic]
Les oreilles ont deux fonctions bien distinctes : une fonction d'audition
bien sûr mais aussi une fonction d'équilibre. Il s'agit d'organes fragiles
qu'ils faut traiter avec précaution en plongée. On remarque sur ce schéma
que l'oreille externe et l'oreille moyenne sont séparées par un fine
membrane : le tympan. C'est cette membrane qui capte les vibrations
extérieures qui seront transmises mécaniquement par les osselets puis par
le limaçon avant d'être transformées en influx nerveux.
On remarque aussi que l'oreille moyenne est reliée au pharynx par
l'intermédiaire de la trompe d'Eustache. C'est cette liaison qui permettra
d'équilibrer les oreilles lors de la plongée.
.: Causes et symptômes du barotraumatisme de l'oreille :.
La trompe d'Eustache est en général fermée. Il y a donc de l'air enfermé
dans l'oreille. A la surface, la pression de cet air est égale à la
pression extérieure, on dit alors que l'oreille est en équilibre. Lors de
la descente la pression extérieure augmente alors que la pression à
l'intérieure de l'oreille reste fixe. Il se crée donc un déséquilibre de
pression qui à pour effet de déformer le tympan en le "tirant" vers
l'intérieur de l'oreille.
Il faut alors effectuer une man?uvre d'équilibrage de l'oreille qui a pour
but d'augmenter la pression de l'air dans l'oreille jusqu'à ce que celle-ci
soit égale à la pression extérieure et donc que l'équilibre des pressions
soit retrouvé. Cet équilibrage se réalise en ouvrant la trompe d'Eustache
afin de permettre à l'air du pharynx de pénétrer dans l'oreille.
C'est lorsque cette man?uvre n'est pas effectuée qu'il y a barotraumatisme
: gêne puis douleur, le tympan déformé pouvant se rompre.
Remarque : le barotraumatisme de l'oreille peut aussi dans des cas plus
rares apparaître à la remontée. Ainsi si la trompe d'Eustache se bouche au
fond, lors de la remontée la pression de l'air emprisonné dans l'oreille
deviendra plus grande que la pression extérieure ce qui déformera aussi le
tympan.
Les symptômes du barotraumatisme de l'oreille sont :
Pour une petite dépression : gène voire baisse de l'audition
Pour une dépression plus importante : douleur vive qui augmente lors de la
descente, sensation de froid et de crépitation dans l'oreille, vertiges,
syncope.
.: Prévention et conduite à tenir :.
Nous avons vu que pour éviter le barotraumatisme de l'oreille il faut
effectuer une man?uvre d'équilibrage. Les man?uvres les plus répandue sont
les suivantes :
- Valsalva : il s'agit de la plus simple des man?uvres et de la plus
courante. Il suffit de se pincer le nez et de souffler dedans doucement
comme si on se mouchait.
- BTV (Béance Tubulaire Volontaire) : il s'agit d'utiliser de petits
muscles permettant de laisser la trompe d'Eustache ouverte pendant la
descente. Cette méthode met en ?uvre des muscles sollicités lors du
bâillement et il s'agit donc de reproduire volontairement les gestes du
bâillement