Plonger sous pression

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Fiches
Classe(s) : 2de | Thème(s) : La pression

Rappels de cours

1 La pression dans l’eau

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À la surface de l’eau, la pression est égale à la pression atmosphérique. La pression dans l’eau augmente avec la profondeur.

exemple 

pA=patm ; pB=pC ; pD>pB>pA.

À 10 mètres de profondeur, la pression est environ le double de la pression atmosphérique.

2 La dissolution d’un gaz dans un liquide

 Un gaz peut se dissoudre dans un liquide.

exemple Le dioxygène dissous dans l’eau est indispensable à la respiration des végétaux et des animaux aquatiques.

Plus la pression est forte, plus la quantité maximale de gaz que l’on peut dissoudre par litre de solution est élevée.

exemple Les boissons gazeuses (eau minérale, soda, champagne…) contiennent du dioxyde de carbone dissous sous pression. À l’ouverture, la pression diminue et une partie du gaz s’échappe !

3 Les effets physiologiques de la plongée subaquatique

 Le corps humain contient des cavités renfermant de l’air. L’augmentation de la pression engendre une diminution du volume de l’air emprisonné (loi de Boyle-Mariotte). Ce processus peut engendrer des incidents appelés barotraumatismes.

 Lorsqu’un plongeur reste en profondeur, à une pression élevée, la concentration de gaz dissous dans son sang augmente. Si le plongeur remonte trop rapidement, une partie du gaz dissous va repasser à l’état gazeux. Les bulles qui vont en résulter peuvent alors engendrer des accidents circulatoires, des paralysies, etc.

Pour éviter ces accidents de décompression, le plongeur ne doit pas remonter trop rapidement et respecter des paliers de décompression.

Méthodes

Calculer la pression dans l’eau

Quelle est la pression régnant à 20 mètres de profondeur dans un lac situé à une altitude où la pression atmosphérique est voisine de 1 000 hPa ? Comparer le résultat à la valeur de la pression atmosphérique.

Conseils

Dans l’eau, la pression augmente de 100 hPa(=104Pa) à chaque mètre de profondeur. Exprimez cela par une relation donnant la pression p en fonction de la profondeur h.

Solution

À la surface, la pression p est égale à la pression atmosphérique patm. À une profondeur h dans l’eau : p=patm+104×h. Si patm=1,0×105hPa, alors à 20m sous l’eau :

p=1,0×105+104×20=3,0×105Pa.

La pression vaut le triple de la pression atmosphérique.

Comprendre les dangers de la plongée

Un plongeur est à 20 m de profondeur, où la pression est de 3,0×105Pa et il commence sa remontée à la surface, où la pression atmosphérique est patm=1,0×105hPa. On suppose que le volume d’air dans ses poumons est de 3 L au fond de l’eau.

1. Que deviendra ce volume en remontant à la surface ?

2. Quel est le risque de retenir l’air dans les poumons ?

Conseils

1. Pensez à utiliser la loi de Boyle Mariotte.

Solution

1. D’après la loi de Boyle-Mariotte, à température constante, pour une même quantité d’air : pV=constante. Soit pi et Vi les valeurs initiales (à 20 m) et pf et Vf les valeurs finales (à la surface), alors piVi=pfVf et :

Vf=piVipf=3,0×105×31,0×105=9 L.

2. La diminution de pression entraîne l’augmentation du volume d’air enfermé, ce qui peut endommager les poumons.