Poussée d’Archimède et plongée




Force d’Archimède et plongée.

Force d’Archimède et plongée.

canard

La poussée d’Archimède, du nom du savant Grec qui l’a mise en évidence, est une force qui s’applique à tout corps plongé dans un fluide.

Plus exactement, le théorème d’Archimède nous dit que : Tout corps plongé dans un liquide ou un gaz, subit de la part de ce fluide une force verticale, dirigée vers le haut, égale au poids du fluide déplacé par la partie immergée du corps.

Pour comprendre ce que cela signifie il faut avant tout définir les termes utilisés dans ce théorème. Le poids d’un objet est souvent confondu avec la masse de cet objet. voyons donc quelle est la différence.

Masse d’un corps et masse volumique.

La masse d’un objet représente en première approximation la quantité de matière dont il est constitué. Dans le système de mesure international (S.I.), la masse se mesure en kilogrammes et non pas en grammes comme on pourrait le penser.

En physique on classe les corps en fonction non pas de leur masse, mais de leur masse volumique. La masse volumique est le rapport entre la masse d’un objet (en kilogramme) et le volume qu’il occupe en mètre cube. On a donc la relation: masse volumique = m / V. Prenons un exemple pour comprendre. Un cube d’acier de 1 mètre de côté et d’une masse totale de 7850 kg aura donc une masse volumique de 7850 kg/m3.

balance

Quand votre balance électronique (pour ceux qui veulent se faire mal au moral le matin de bonne heure..) vous annonce votre « poids », ce n’est pas votre poids mais bien votre masse qui vous est affichée en kilogrammes. Bon, voyons ça, si je pèse 74 kg c’est donc ma masse, ok, mais alors, le poids c’est quoi ?

Le poids.

Le poids est lié à la gravitation. Lorsqu’un objet est placé dans un champ gravitationnel, celui de la terre par exemple, une force invisible tire cet objet vers le centre du champ gravitationnel. Sur la Terre, La gravité terrestre nous attire vers le centre de la planète comme un aimant attirerait à lui un morceau de métal. Cette force est verticale, dirigée vers le bas, proportionnelle à la masse de l’objet et à la gravité terrestre.

Le poids est donc une force, elle se calcule en multipliant la masse m par l’accélération g. Soit P = m x g dont l’unité est le newton (symbole N). La masse m de l’objet est comme on vient de le voir exprimée en kilogrammes et g représente la constante du champ gravitationnel. Pour la terre g vaut 9,81 m/s² en moyenne. C’est 6 fois plus que sur la lune et 3 fois plus que sur Mars par exemple.

Poussée d’Archimède.

plongeuses

En plongée, le fluide dans lequel on s’immerge est soit de l’eau douce, soit de l’eau de mer. Dans l’eau de mer se trouve dissout une certaine quantité de sel. Donc, si on compare une même quantité d’eau douce et d’eau salée, 1 litre d’eau douce pèse 1 kg alors qu’un litre d’eau de mer pèse 1,025 kg. On dira que l’eau de mer est plus dense que l’eau douce.

Le corps humain après une exhalation possède une masse volumique d’environ 1,025 kg par litre. Ceci explique que le baigneur ait du mal à flotter dans l’eau douce, son poids est en fait plus grand que le poids du volume d’eau douce qu’il déplace, le baigneur a donc tendance à couler car la force d’Archimède n’est pas assez importante pour le soutenir.

Dans l’eau salée, c’est différent, le poids du volume d’eau de mer déplacé est sensiblement identique à celui du baigneur, parfois même plus grand dans les mers très salées. La poussée d’Archimède équilibre alors le poids du baigneur. Celui-ci n’a plus qu’a gonfler un peu les poumons pour pouvoir flotter sans effort. Vous comprenez maintenant pourquoi il vaut mieux ne pas trop gonfler les poumons avant de faire une apnée en eau de mer, c’est comme vouloir descendre en profondeur attaché à une bouée.

Poids apparent et flottaison

Le poids apparent est la différence qui existe entre le poids P de l'objet et la force d'Archimède Fa. Si Fa est plus grand que P, l'objet flotte en surface.

Le poids apparent est la différence qui existe entre le poids P de l’objet et la force d’Archimède.

Le poids apparent d’un objet immergé se définit par la différence entre le poids réel de l’objet et la poussée d’Archimède. On peut donc écrire Pa = P – Fa. Si le poids est plus grand que la force d’Archimède, l’objet coule. Dans le cas contraire il est poussé vers la surface et flotte. A une profondeur donnée, si P = Fa il y a équilibre, l’objet ne coule pas et ne monte pas non plus vers la surface, il reste immobile à la même profondeur.

Force d’Archimède et plongée.

gilet

Pour rechercher un équilibre stable en plongée à une profondeur donnée, on utilise un gilet stabilisateur. En le gonflant d’air on augmente son volume et par conséquent on augmente la force d’Archimède jusqu’à équilibrer le poids réel. La respiration peut aussi jouer un effet sur la force d’Archimède par le changement de volume de la cage thoracique lors de l’inspiration ou de l’expiration.

ceinture baudrier

Malheureusement, pour se protéger du froid, le plongeur s’équipe d’une combinaison en néoprène dont la texture est essentiellement faite de bulles d’air, donc d’un poids beaucoup moins lourd que celui de l’eau (masse volumique de la combinaison: 120 grammes par litre contre 1025 pour l’eau de mer). La combinaison se comporte donc comme une bouée qui tend à faire flotter le plongeur. Pour pouvoir descendre il faudra nécessairement se lester avec soit une ceinture de plomb, soit un baudrier. Le réglage de ce plombage doit se faire en recherchant le poids minimum à ajouter sur la ceinture. il n’y a pas de règle, seuls plusieurs essais peuvent permettre de trouver le bon compromis.

Les pièges à éviter.

Le premier des pièges à éviter est de trop charger une ceinture en plomb. En surface cela peut ne pas être gênant mais plus le plongeur descend profondément, plus la combinaison va être écrasée par la pression de l’eau, de même que le corps de plongeur. Le volume diminuant, la force d’Archimède va donc diminuer et le plongeur va se retrouver trop lourd. Pour se maintenir en équilibre il devra gonfler énormément son gilet et éventuellement palmer, ce qu’il faut éviter en profondeur.

Deuxième piège à éviter, une mauvaise attache de la ceinture de plomb. Mal serrée elle va glisser sur les hanches ou carrément se détacher. S’il ne peut pas la récupérer, le plongeur va alors se retrouver en grande difficulté pour gérer sa remontée en surface (la tenue au palier en pleine eau risque d’être très compliquée, voire même tout à fait impossible). Cette difficulté peut être évitée avec le baudrier, parfaitement maintenu par les épaules. Il faudra juste s’assurer au besoin qu’il puisse être éjectable facilement. Le baudrier présente cependant un inconvénient majeur, il est par construction déjà très lourd (environ 6 à 7 kg), cela peut être un handicap pour ceux ou celles qui n’ont besoin réellement que de 2 à 4 kilos de lest

Troisième piège, la combinaison étanche. Son principe est de maintenir une couche d’air isolante à l’intérieur de la combinaison. C’est très efficace en eau froide mais assez délicat à gérer pour un néophyte. En effet, un gonflage trop important risque de faire passer une grande quantité d’air dans les jambes jusqu’aux pieds. Soulevés par la poussée d’Archimède, les pieds du plongeur vont le faire basculer et se retrouver la tête en bas. La situation risque de vite tourner à la catastrophe si le plongeur ne rétablit pas immédiatement sa position. Trois précautions à mettre en œuvre si on utilise une combinaison étanche: Ne jamais trop la gonfler, utiliser des plombs de cheville ( sorte de mini ceinture de plomb qui se pose facilement avec une sangle à velcros) et surtout ne jamais plonger seul en combinaison étanche.

Voili voilà…. ça faisait beaucoup de choses à dire, mais c’était important que les choses soient claires. J’espère que vous aurez trouvé cet article intéressant. Il ne me reste plus qu’à vous souhaiter une belle plongée, à bientôt.


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