La plongée:

-Pour assurer un bon équilibrage de l’oreille-pour que le plongeur puisse respirer-pour survivre en profondeur

Il faut adapter la Pression poumons aux variations de la pression pression hydrostatiquehydrostatique (dite aussi pression pression ambianteambiante: Pa)

grad(P)=ρg

Ex: A 50 mètre P=6bar

Les détendeurs de pression en plongée

Comment adapter la pression de l’air respirée aux conditions extérieures à partir d’une bouteille haute pression?

1 Principe du premier étage

3 phénomène de gel

2 variation de pression dans le deuxième étage

Le premier étage

Haute pression pression intermédiaire (MP)

M.P : environ Pression ambiante (Pa) +8 bar

légende1: corps du détendeur2: piston, partie mobile3: joint d’étanchéité4: chambre moyenne pression5: ressort dans la chambre humide

Calcul de la moyenne pression dans le détendeur du 1er étage

Bilan des forces:

Les forces tendant à fermer le clapet suivant z:Fr1 ; HP x Sc et (MP) x Sm

Les forces tendant à ouvrir le clapet suivant -zFr2 ; Pa x Sm et (MP) x Sc

A l'équilibre la somme des forces est nul :Fr1 + (HP x Sc) + (MP) x Sm = Fr2 + (Pa x Sm) + (MP) x Sc

MP=P’+PaD'où l'on déduit : P’(Sm - Sc) = (Fr2 - Fr1)-HP x - Pa) Sc

En général Sc est négligeable devant Sm, Fr1 devant Fr2 et Pa devant HP.

-HP diminue,MP augmente

z

MP Fr2 HP sc

SmPa

La compensation

Principe: La méthode de compensation la plus simple consiste à opposer à la force variable qui s'exerce sur un clapet, une force égale en norme mais de sens opposé.

Compensation par buse mobile

but: assouplir la respiration

Compensation par siège mobile

Le deuxième étage

1 Réglage de sensibilité 2 Chambre de compensation 3 Levier 4 Support clapet MP mobile 5 Clapet Moyenne Pression 6 Orifice réglable 7 Tube 8 Bouton réglage Venturi

Membrane d’inspirationlevierpartie mobilemembrane d’expiration

Variation de pression dans le deuxième étage

( ) PmFr p Sc

Sm K

Pm est le seuil de sensibilité du détendeur.

Bilan des forces :

forces tendant à ouvrir le clapet, suivant Y: (Pa x Sm x K) et (Mp x Sc)

Forces tendant à fermer le clapet, suivant -Y:(Fr); [(Pa - Pm) x Sm x K] et (Pa - Pm)xSc)

A l'équilibre on peut écrire :(Pa x Sm x K) + (MP x Sc) = Fr + [(Pa - Pm) x Sm x K] + [(Pa- Pm) x Sc]

on pose MP = Pa + P’

Pm[(K x Sm) + Sc] = Fr - (P’ xSc)Ce qui donne : Pm = Fr - (P’ xSc) / (K x Sm) + Sc

généralement Sc est négligeable devant Sm et donc encore plus devant KSm.

On en déduit :

Ordre de grandeur :Sc = 0,04 cm² ; Fr = 2 daN ; K = 40, Sm = 65 cm².P’ = 8 bar

Y

ΔPm=0,64 mBar (64 Pa)

Le phénomène de gel

( )ln R1 2963

T5.428

( )ln R2 3614

T7.747

Une couche de glace se forme lors de la détente du gaz près du piston, dans la chambre humide. Il peut rester bloqué en position ouverte.

Température atteinte après la détente: jusqu’à -100 °c

Expérience: modéliser une détente et faire varier le température finale, mesurer les températures atteintes 1er étape: obtenir un thermomètre petit et sensible disponible au lycée.

Lois obtenus:

Expérience: température en fonction de la pression finale

pression initial (Bar) 6 6 6 6 6 6  

pression final 1 1,5 2 2,5 3 3,5  

allongement du ressort (cm) 0 3,34 6,6807 10,021 13,361 16,7017 K=2,38e3 N/m

température détente modèle             S=1,59e-3 m^2

température détente adiabatique 176 197 214 228 240 251 gamma=1,4

température détente polytropique 217 233 244 253 261 268 K=1,2

Cas réel ; profondeur (m) 0 10 20 30 40 50

pression initial (Bar) 210 210 210 210 210 210  

pression final (MP en Bar) 8 9 10 11 12 13  

température 115 119 123 126 129 132 gamma=1,4

  170 173 176 179 182 184 K=1,2

Les solutions

• éviter le contact direct entre la partie mobile et l’eau. introduire une couche d’huile ou d’air entre deux membranes

• Utiliser des matériaux isolants• Recouvrir de téflon, empêche les

cristaux de se fixer au détendeur

• Mettre des Ailettes pour garder la température extérieure

• Réduire la teneur en eau de l’air

conclusion

-limite du temps de plongée

-nature du gaz en fonction de la profondeur