L'une des conséquences fantastiques de l'inscription à un cours de plongée sous-marine récréative est de pouvoir apprendre quelques concepts de base de la physique et de les appliquer à l'environnement sous-marin. La loi de Boyle est l'un de ces concepts.
La loi de Boyle explique comment le volume d'un gaz varie avec la pression environnante. De nombreux aspects de la physique de la plongée sous-marine et de la théorie de la plongée deviennent clairs une fois que vous avez compris cette simple loi des gaz.
La loi de Boyle est :
Dans cette équation, P représente la pression, V le volume et c représente un nombre constant (fixe).
Si vous n'êtes pas un mathématicien, cela peut sembler déroutant. Mais ne désespérez pas. Cette équation indique que pour un gaz donné tel que l'air dans le dispositif de compensation de la flottabilité d'un plongeur sous-marin (BCD), si vous multipliez la pression du gaz environnant par le volume de gaz, vous obtiendrez toujours le même nombre.
Parce que la réponse à l'équation ne peut pas changer (c'est pourquoi on l'appelle une constante), nous savons que si nous augmentons la pression entourant un gaz (P), le volume du gaz (V) doit diminuer. A l'inverse, si l'on diminue la pression du gaz environnant, le volume du gaz va devenir plus important. C'est ça! C'est toute la loi de Boyle.
Presque. Le seul autre aspect de la loi de Boyle que vous devez savoir est que la loi ne s'applique qu'à une température constante. Si vous augmentez ou diminuez la température d'un gaz, l'équation ne fonctionne plus.
Application de la loi de Boyle
La loi de Boyle décrit le rôle de la pression de l'eau dans l'environnement de plongée. Elle s'applique et affecte de nombreux aspects de la plongée sous-marine. Considérez les exemples suivants :
- Descente - Au fur et à mesure qu'un plongeur descend, la pression de l'eau autour de lui augmente, ce qui fait que l'air dans son équipement de plongée et son corps occupent un volume plus petit (compression).
- Ascension - Au fur et à mesure qu'un plongeur monte, la pression de l'eau diminue, donc la loi de Boyle stipule que l'air dans son équipement et son corps se dilate pour occuper un plus grand volume.
De nombreuses règles et protocoles de sécurité en plongée sous-marine ont été créés pour aider un plongeur à compenser la compression et la dilatation de l'air dues aux changements de pression de l'eau. Par exemple, la compression et l'expansion du gaz entraînent la nécessité d'égaliser vos oreilles, d'ajuster votre gilet stabilisateur et de faire des arrêts de sécurité.
Exemples de la loi de Boyle dans l'environnement de plongée
Ceux qui ont fait de la plongée sous-marine ont fait l'expérience de la loi de Boyle. Par exemple:
- Ascension - Au fur et à mesure qu'un plongeur monte, la pression de l'eau autour de lui diminue et l'air dans son gilet se dilate. C'est pourquoi il doit évacuer l'excès d'air de son gilet stabilisateur lorsqu'il monte, sinon l'air en expansion lui fera perdre le contrôle de sa flottabilité.
- Descente - Lorsqu'un plongeur descend, la pression de l'eau autour de lui augmente, comprimant l'air dans ses oreilles. Il doit égaliser la pression dans ses oreilles pour éviter la douleur et une éventuelle blessure à l'oreille appelée barotraumatisme de l'oreille.
Règles de sécurité en plongée sous-marine dérivées de la loi de Boyle
La loi de Boyle explique certaines des règles de sécurité les plus importantes en plongée sous-marine.
Voici deux exemples :
- Ne retenez pas votre souffle sous l'eau - Selon les organisations de formation à la plongée, un plongeur ne devrait jamais retenir sa respiration sous l'eau car s'il monte (même de quelques pieds) vers une zone de pression d'eau moindre, l'air emprisonné dans ses poumons se dilatera selon La loi de Boyle. L'air en expansion peut étirer les poumons du plongeur et provoquer un barotraumatisme pulmonaire. Bien sûr, cela ne se produit que si vous remontez en retenant votre souffle, et de nombreuses organisations de plongée technique modifient cette règle en "Ne retenez pas votre souffle et montez".
- Monter lentement - Le corps d'un plongeur absorbe de l'azote comprimé pendant qu'il plonge. Au fur et à mesure qu'il monte à une profondeur avec moins de pression d'eau, cet azote gazeux se dilate conformément à la loi de Boyle. Si un plongeur ne remonte pas assez lentement pour que son corps élimine cet azote gazeux en expansion, il peut former de minuscules bulles dans son sang et ses tissus et provoquer un mal de décompression.
Pourquoi une température constante est nécessaire pour utiliser Boyle's
Comme mentionné ci-dessus, la loi de Boyle ne s'applique qu'aux gaz à température constante. Chauffer un gaz le fait se dilater et refroidir un gaz le fait se comprimer.
Un plongeur peut être témoin de ce phénomène lorsqu'il plonge une bouteille de plongée chaude dans une eau plus froide. La lecture du manomètre d'un réservoir chaud chutera lorsque le réservoir est immergé dans de l'eau froide pendant que le gaz à l'intérieur du réservoir se comprime.
Les gaz qui subissent un changement de température, ainsi qu'un changement de profondeur, devront avoir le changement de volume de gaz dû au changement de température, et la loi simple de Boyle doit être modifiée pour tenir compte de la température.
La loi de Boyle permet aux plongeurs d'anticiper le comportement de l'air pendant une plongée. Cette loi aide les plongeurs à comprendre les raisons qui sous-tendent de nombreuses consignes de sécurité de la plongée sous-marine.