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282, Rue de Fleron
4020 - Jupille-Sur-Meuse
Belgium

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GSM: +32(0)495 775 938

Pascal Mossiat

GSM: +32(0)495 487 046



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V.P.S.

Notions de physique

- Force (newton) = masse (kg) * accélération (m/s2)
- Pression (pascal) = force (newton) / surface (m2)
   et 1 bar = 100 000 pascals
- Force <-------------------> Résultante

Notion élémentaire de mécanique

Étanchéité et ressorts

Joint torique sur une partie cylindrique
Joint plat sur une surface plane
Rôle d'un ressort plus le ressort est comprimé,
plus la force résultante est importante
Système siège clapet : siège = partie fixe (métal dur)
clapet = partie mobile (métal comprenant une pastille tendre)

COMPRESSEURS


Type aval

Type amont


ROLE

Aspirer de l'air filtré à la pression atmosphérique pour le comprimer à des pressions plus importantes

L'entraînement du compresseur peut être assuré par un moteur électrique (ce qui évite les problèmes d'entretien et les dangers des gaz d'échappement) ou thermique;

CINEMATIQUE D'UN COMPRESSEUR

DEUX TYPES DE COMPRESSEURS

Compresseur à piston :

1 - Phase d'aspiration
Quand le piston descend, il y a dépression. Le clapet d'admission s'ouvre et l'air entre.
Le piston remonte
Le clapet d'admission vient obturer le siège. L'air ne peut pas partie.
2 - Phase de compression
Le piston remonte encore. Le volume d'air diminue jusqu'à V2 et la pression augmente jusqu'à P2.
3 - Phase de refoulement
Le clapet de refoulement s'ouvre, l'air s'échappe du cylindre.

Le volume du cylindre receveur en PMB est égal au volume du cylindre précédent en PMH.
Taux de compression = volume du cylindre PMB
volume du cylindre PMH
Pression d'entrée du cylindre * taux de compression = pression de sortie
exemple : taux de compression de 4
1 bar --> 4 bars à la sortie du 1er étage
16 bars à la sortie du 2ème étage
64 bars à la sortie du 3ème étage
256 bars à la sortie du 4ème étage

Compresseur à membrane :

Il est peu utilisé en plongée sportive car de grande taille et d'un coût élevé.
Par contre, il est utilisé pour la compression de l'oxygène ( pas de corps gras )

On transmet le mouvement du piston à la membrane en mettant un liquide incompressible.

1 - Piston au PMB
La membrane est incurvée vers le bas.
Il y a aspiration d'un volume d'air V1 à la pression P1

2 - Les clapets sont fermés, le piston remonte et pousse l'huile qui va transmettre une pression sous la membrane.

3 - Le piston est PMH.
La membrane est incurvée vers le haut. 
Le volume d'air est devenu V2 à la pression P2

BOUTEILLES

LA FABRICATION

Une bouteille est composée de 3 parties : le fut, le sanglage et la robinetterie.

Le fut :

Matière : elle peut être soit en acier, soit en aluminium, métal qui subit moins la corrosion ou encore en carbonne (assez récent).
Capacité : elle est exprimée en litres d'eau
les plus courantes sont : mono de 12 litres (2,4 m3 à 200 bars)
mono de 15 litres (3 m3 à 200 bars)
bi de 2 * 9 litres (3.2 m3 à 176 bars)
2m3 = l'air contenu dans la bouteille mesuré à la pression atmosphérique occuperait un volume de 2 m3.
Méthode ROTH (française) : Tube sans soudure. L'épaisseur au fond est égale à 2,5 fois celle des parois.
Méthode IWK (allemande) : Plaque emboutie. Il y a la même épaisseur partout.

LA REGLEMENTATION

Carte d'identité :

- nom du constructeur
- lieu, année et n° de fabrication
- volume intérieur dit volume en eau (capacité)
- pression d'épreuve en bars
- date d'épreuve et poinçon des Mines (tête de cheval)
- désignation du gaz contenu
- pression de service ( T = 15°)
- poids à vide

Réépreuve :

Blocs acier :
- Si membres licenciés, Réépreuve tous les 5 ans avec inspection visuelle annuelle enregistrée sur le registre TIV de l'association.
- Sinon , réépreuve tous les 2 ans.
Blocs alu:
- Réépreuve tous les 5 ans.

La réépreuve n'est pas obligatoire si le produit du Volume par la Pression de service est inférieure à 80 l.

Le tube plongeur empêche tous liquide de passer dans le détendeur quand le plongeur est tête en bas.

Précautions :

- éviter les chocs, les grandes différences de température
- faire la réépreuve le moment venu
- visite intérieure annuelle (trace de corrosion)
- ne pa s l'ouvrir en grand à l'air (condensation d'eau à l'intérieur et givrage de la robinetterie)
- ne pas la laisser ouverte dans l'eau sans détendeur
- entretenir la peinture (pas de rouille extérieure)

LA ROBINETTERIE

Robinet de conservation :

Rôle : Assure le remplissage puis la conservation de l'air comprimé dans le bloc
Assure l'ouverture et la fermeture du passage de l'air.
le traditionnel -> soit un volant qui, par l'intermédiaire d'un cardan transforme un mouvement de rotation en mouvement de translation. (pour ouvrir, dévisser à fond et refermer d'1/4 de tour).
le nouveau -> 2 positions seulement, ouvert ou fermé : robinet 1/4 de tour
Pannes possibles : organe de transmission cassé
empreinte sur le système siège/clapet si l'on sert trop fort.

Robinet de réserve :

Rôle : Assure la sécurité du plongeur au moyen d'un mécanisme provoquant un signal de limite d'exploitation du stock d'air.
Principe du système de réserve : Il est commandé par une tige de réserve. Un clapet poussé par un ressort taré peut obturer la sortie de l'air. Un mécanisme permet de comprimer le ressort maintenant le système siège/clapet ouvert.
A l'inspiration, Le plongeur crée une dépression au niveau de la chambre de réserve
La force HP x S de l'air du bloc est supérieure à la force R du ressort
=> le ressort est repoussé et l'air passe
Quand le plongeur arrête d'inspirer, l'air HP' x S contenu dans la chambre de réserve ajouté à la force R du ressort est supérieure à la force HPS et repoussent l'olive au contact du siège, fermant ainsi l'arrivée d'air.
Quand le plongeur inspire, on supprime HP' x S
HP * S diminue lors de la plongée
A un moment donné HP x S diminue de telle sorte qu'elle ne peut s'opposer à la force du ressort et à la force de l'air contenu dans la chambre
(R + HP' x S) ==> Signal pour le plongeur. Il faut passer la réserve
Le ressort a une force d'environ 30 kg pour les mono et 50 kg pour les bi , ce qui se traduit par une pression dans la bouteille de 30 bars.

 

Exemple : Ressort taré à 30 bars

Tant que la pression > 30 bars, l'air sort
Quand p = 30 bars, la respiration est difficile, il faut baisser la réserve c'est à dire comprimer le ressort.

système de réserve non étanche :

On a une étanchéité métal sur métal (laiton) ==> Limitateur de débit d'air.

1) A rampe hélicoïdale : (le plus courant)

- L'olive bouge à chaque inspiration.
- Quand la respiration devient dure => signal.
- Le plongeur active la tige de réserve qui grâce à une liaison mécanique, va faire pivoter l'olive de réserve en suivant la rampe hélicoïdale.
- Quand l'olive aura pivoté de 90°, elle est reculée par rapport au siège.
- Dans cette position, on a un verrouillage mécanique, l'olive ne peut revenir en avant contre le siège ==> le passage de l'air est permanent.

2) A barillet : (rare)

On peut plus ou moins comprimer le ressort par un réglage du tarage de la réserve. Les deux pièces peuvent s'ajuster l'une dans l'autre ou bien se chevaucher par une vis accessible sur le dessus de la robinetterie.

système de réserve étanche :

1) Excentrique :

Étanchéité acier sur polyuréthane (on ne peut pas téter sa réserve, pas de signal mais arrêt brusque de l'arrivée d'air).

Lorsque la tige de réserve est actionnée, on va faire pivoter l'excentrique vers le haut de 90°. Le clapet est poussé du siège, l'air passe.

Il faut contrôler sa bouteille réserve basse.

système de réserve des bi-bouteilles:

Le mécanisme de réserve est monté sur l'une des deux bouteilles.
Il existe un canal de liaison qui aboutit dans la chambre de réserve
Dans la bouteille A, réserve tarée à 50 bars.

1- Détendeur mis

Bouteille ouverte P = 200 Bars
Dans la chambre de réserve, on a au niveau du système siège clapet :
- d'un côté : 200 b de B + 50 b du ressort
- de l'autre : 200 b de A
==> clapet fermé et seul l'air de B passe jusqu'à une pression de 150 b.

2 - P = 150 b dans B

P = 200 b dans A
Pression de la chambre 150 b + 50 b = 200 b
L'inspiration entraîne une dépression dans la chambre ==> ouverture du clapet.
L'air sort simultanément des deux blocs avec une différence de pression de 50 b (50 b de moins dans B que dans A).

3 - Pression dans B = pression ambiante

Pression dans A = pression ambiante + 50 b
Pression dans la chambre = pression ambiante + 50 b
==> Le ressort repousse le clapet et le maintient plaqué sur le siège, donc difficulté d'inspiration.

4 - On tire la tige de réserve

L'air de A se répand dans B et il y a équilibrage de pressions dans les deux bouteilles ( sifflement ).

Pannes :

- Pannes d'étanchéité, joints détériorés
martèlement de l'olive sur le siège
usure de la rampe hélicoïdale
- Pannes dues aux éléments de transmission.

Précautions :

- pas de chocs, sinon fuite
réserve difficile ou impossible à manoeuvrer
- plonger réserve haute
- la baisser dès que la pression devient difficile
- après la plongée, baisser la réserve
- réserve haute -> gonflage impossible

Absence :

Certaines bouteilles n'ont pas de réserve.
Un manomètre immergeable est alors indispensable

DETENDEURS

Le plongeur doit respirer de l'air à la pression ambiante c'est à dire à la pression équivalente à la profondeur d'immersion. Pour exploiter le stock d'air (HP) contenu dans le bloc, il est nécessaire de le détendre à la pression ambiante à l'aide d'un détendeur.

DETENDEUR A UN ETAGE

Étude schématique

H - chambre humide où l'eau vient exercer une pression sur la membrane
B - où l'air HP se détend et se transforme en PA
A - où l'air HP de la bouteille arrive

Au repos:

La force de l'eau exercée sur la membrane (Pa * s) se trouve équilibrée par la force de l'air détendu dans la chambre(B) sous la membrane.

A l'inspiration:

Le plongeur crée une dépression dans la chambre B

La membrane s'incurve vers le bas sous l'effet de la pression de l'eau

Le poussoir descend et décolle le clapet du siège

L'air HP entre dans la chambre B, se détend par diminution de la pression due à l'augmentation du volume de la chambre B

A un moment, il y a équilibre entre les forces de chaque coté de la membrane, celle-ci revient à sa position initiale

Le poussoir remonte, le clapet revient sur son siège et ferme l'arrivée d'air.

A l'expiration:

L'air expiré par le plongeur est évacué à l'extérieur du détendeur par le tuyau d'expiration et le bec de canard situé au niveau de la membrane.

La position du bec de canard évite les efforts expiratoires car le détendeur est monté au niveau des poumons du plongeur.

DETENDEUR A DEUX ETAGE

étude schématique

Le premier étage :

Son rôle est de détendre l'air HP en MP. (MP = PA + R)

Le ressort a une valeur fixe, il exerce une force permanente sur la membrane et l'incurve vers le bas.
La liaison mécanique entre le clapet et la membrane s'effectue par un poussoir et le rappel du clapet sur le siège par un petit ressort.

Au repos : La force de l'eau (PA x S) plus la force du ressort (R) qui s'exerce sur la membrane sont équilibrées par la force de l'air détendu dans la chambre B sous la membrane..

A l'inspiration : Le plongeur crée une dépression et vide l'air MP dans la chambre B.

La membrane s'incurve vers le bas sous l'effet du ressort et de la pression ambiante.
Le poussoir descend et décolle le clapet du siège.

L'air HP entre dans la chambre B et il y a équilibre.

Le second étage :

On a un ressort qui maintient le clapet au contact du siège

Au repos : La force de l'eau exercée sur la membrane (PA x S) se trouve équilibrée par la force de l'air MP arrivant du 1er étage et détendue en PA (baisse de pression) par augmentation du volume disponible.
Il y a équilibre des forces de chaque côté de la membrane.
La fourchette remonte.
Le clapet revient sur son siège et ferme l'arrivée d'air MP.
 
A l'inspiration : Le plongeur crée une dépression dans la chambre
La membrane s'incurve vers le bas sous l'effet de la pression (eau).
La fourchette tire la tige du clapet qui se décolle de son siège
L'air MP arrive
 
A l'expiration: L'air expiré par le plongeur est évacué à l'extérieur par une soupape d'expiration. Quand l'expiration est terminée, la force de l'eau plaque la soupape sur le boîtier.

Quand on monte le détendeur sur la bouteille et qu'on ouvre le robinet de conservation :

Si le détendeur fuse instantanément, il y a un problème au siège clapet du second étage (étanchéité)
Si le détendeur fuse après un temps de latence, il y a un problème au niveau du premier étage (saleté sur le clapet)
Si dans l'eau , des bulles sortent du premier étage, il y a un problème de délimitation de la chambre humide. La MP est supérieure à la PA ( l'air passe dans l'eau) . Problème de joints étanchéité.
Si l'eau entre dans le second étage, la membrane d'expiration est cassée ou déchirée.

Soins :

- pas de chocs, ni écrasements : en prendre soin
- ne pas le laisser grée sur la bouteille au soleil
- après la plongée, rincer à l'eau douce, sans eau dans le filtre
- surveiller l'aspect du filtre et la souplesse à l'inspiration
- le faire réviser une fois par an
- demander conseils avant d'en acheter un

LA COMPENSATION

Au cours de la plongée, la pression de la bouteille diminue ==> F varie.

Si cette force fait partie d'un ensemble de force qui maintiennent un mécanisme en équilibre, la variation va entraîner un déséquilibre. Il faut donc neutraliser cette force.

 Exemple : Enlever un bouchon dans un bac rempli d'eau.

Pour les détendeurs

LES DIFFERENTS TYPES DE 1er ETAGE

A clapet piston simple non compensé

- La séparation des chambres sèche et humide est réalisée par un piston coulissant dans la chambre B.
- L'étanchéité est assurée par des joints toriques.
- La force du ressort ( de 8 à 10 b ) s'ajoute à la force de la PA.

A l'inspiration : Le plongeur crée une dépression au niveau du 2ème étage, le tuyau de liaison MP et la chambre B se vident, de même, la chambre A par l'intermédiaire d'un trou percé dans l'axe de la tige de piston.

A ce moment, la force du ressort plus la PA pousse le piston vers la droite, il n'y a plus de résistance puisque la chambre A est vide. La tige du piston faisant office de clapet décolle du siège. L'air HP envahit la chambre A et B et se détend (diminution de pression par augmentation du volume disponible) et alimente le 2ème étage.

A l'arrêt de l'inspiration : La force de l'air dans la chambre A ( p * section du piston ) atteint une valeur qui lui permet de s'opposer aux forces de la PA et du ressort qui agissent sur la partie opposé du piston.

Le piston redescend au contact du siège et ferme l'arrivée de l'air HP.

Analyse : Forces qui poussent le piston dans le sens de l'ouverture du clapet

- PA * surface du piston coté chambre H
- R force du ressort
- HP * section du clapet

Forces qui poussent le piston dans le sens de la fermeture du clapet

- MP * section du piston coté chambre sèche
La force HP * S n'est pas compensée

par une force de la même valeur dans le sens opposé

Si HP * S diminue alors MP * S diminue

A clapet piston compensé

Présence d'une chambre sèche supplémentaire dans laquelle se trouve le siège.
La force de l'air HP dans la chambre va venir s'exercer circulairement sur la tige du piston
( forces de même intensité et opposés ==> aucune influence sur le fonctionnement du mécanisme )
Analyse :

Forces qui poussent le piston dans le sens d'ouverture du clapet

- PA * S' surface du piston coté chambre humide
- R force du ressort

Forces qui poussent le piston dans le sens de la fermeture du clapet

- MP * S surface du piston coté chambre A

A clapet membrane simple

La séparation de la chambre humide et de la chambre sèche est réalisée par une membrane caoutchouc qui subit la force de la PA et celle du ressort.
A l'inspiration : Il y a une dépression qui vide la chambre A. La membrane s'incurve.
Le poussoir décolle le clapet du siège. L'air HP envahit la chambre A et se détend.
A l'équilibre, la membrane revient en position initiale, le clapet revient au contact du siège et ferme l'arrivée d'air.

Analyse : Forces qui poussent le clapet vers le siège (fermeture)

- HPS surface de la tige du clapet
- R force du petit ressort de rappel
- MPS Surface de la membrane dans la chambre A.

Forces qui poussent le clapet du siège (ouverture)

- PA * S' surface membrane chambre humide
- R force du ressort de la chambre humide
- MP * S' section du passage d'air au niveau du clapet
SI HP diminue au cours de la plongée

alors MP augmente 

A clapet membrane compensé

L'air HP arrive dans la chambre B et s'exerce circulairement sur la tige supérieure du clapet. Ce qui provoque un ensemble de forces de même intensité et de sens opposé qui s'annulent entre elles.

Analyse :

Forces qui poussent le clapet dans le sens de la fermeture

- r force du petit ressort
- MP x S surface de la membrane coté chambre A

Forces qui poussent le clapet dans le sens de l'ouverture

- PA x S' surface de la membrane coté chambre H
- R ressort chambre humide

La HP n'intervient pas dans l'équilibre du système, sa variation en cours de plongée n'a aucune influence sur la valeur de la MP.

LES DIFFERENTS TYPE DE 2ème ETAGE

A clapet amont

Petit ressort situé derrière le clapet qui aide celui-ci à se plaquer sur le siège.
Le système siège clapet se situe avant le boîtier (amont)
Il n'est pratiquement plus utilisé car :
- ouverture du clapet par basculement sur le siège ==> usure du clapet
- obligation de monter une soupape de sécurité sur le réseau Mp car en cas de fuite, il y a risque d'explosion du tuyau de liaison
- clapet au contact du siège en permanence par l'effet du ressort ==> marquage et détérioration du clapet

A clapet aval

Le ressort situé sur la tige de clapet aide celui-ci à se plaquer sur le siège pour s'opposer à la force MP évitant ainsi le passage de l'air.
La position du système siège clapet se situe dans le boîtier.
Avantages : - ouverture du clapet dans l'axe du siège ==> pas d'usure
- décollement du clapet du siège donc fuite en cas de MP anormale
- pas de nécessité de monter une soupape de sécurité sur le réseau MP.

A siège mobile (2ème étage clapet aval)

Lorsque le détendeur n'est pas sous pression, le clapet est maintenu contre le siège par la force du ressort, d'où marquage du ressort et risque de fuite. Ici, le siège coulisse dans le cylindre. Lorsqu'il n'y a pas de pression, le ressort pousse le clapet en direction du siège qui va reculer. Il n'y a donc plus de contact et plus d'usure.

A la mise sous pression, la MP vient prendre appui sur la surface du siège. Cette force pousse le siège contre le clapet et la paroi ==> étanchéité.

A réglage manuel

Le ressort de rappel du clapet est en bout de la tige du clapet. Une vis permet de diminuer ou d'augmenter la longueur du ressort.

Si on augmente la force du ressort, la pression diminuant dans la chambre sèche A sera plus importante. L'effort inspiratoire sera plus important, le détendeur sera plus dur.

Si on diminue la force du ressort, la dépression sera moins importante, l'effort inspiratoire moindre et le détendeur plus souple.

A buse mobile

La buse est mobile, elle peut coulisser dans le sens longitudinal. Le ressort placer sur la tige et derrière la buse à une faible force car son rôle se limite à ramener la buse sur son siège et non pas à contenir la force MP.

C'est un 2ème étage compensé, car il existe une chambre dans laquelle l'air MP arrive et vient s'exercer tout autour de la buse cylindrique.

A clapet auto compensé

Le ressort placé sur la tige du clapet a une faible force car son rôle se limite au rappel du clapet sur son siège.
Le clapet a deux surfaces égales et opposées sur lesquelles la MP s'exerce.
Le siège est un joint torique.
Le 2ème étage est composé pour un meilleur confort respiratoire.

LES PANNES

Si le détendeur fuse immédiatement après la mise sous pression

==> Problème d'étanchéité siège clapet du 2ème étage.

Si le détendeur fuse après un temps de latence

==> Problème au 1er étage - soit la MP est trop importante

- soit le siège clapet est non étanche

Si, dans l'eau, des bulles sortent du 1er étage

==> Problème de délimitation de la chambre humide MP > PA (étanchéité des joints)

Pannes courantes du 1er étage

Effet Cause Remède
Entrée d'eau - Membrane cassée - La changer
Débit insuffisant (dur)

Débit continu

- MP insuffisante
- Pointeau émoussé
- Ressort du clapet trop puissant
- Filtre obturé
- Ressort de la membrane trop faible ou cassé
- Mp trop forte
- Clapet ou pointeau coincé
- Siège du clapet usé
- Ressort du clapet usé
- Voir ressort MP
- Le changer
- Le régler ou le changer
- Le changer
- Le changer
- Régler le ressort Mp du détendeur ou le changer
- Le nettoyer
- Le changer
- Le changer

Pannes courantes du 2ème étage

Effet Cause Remède
Entrée d'eau
- Membrane d'expiration coincée
- Membrane BP crevé
- La changer ou la remettre en place
- La changer
Débit insuffisant (dur)

Débit continu

Expiration difficile, bruyante ou impossible

- Ressort du clapet trop puissant
- Levier déformé
- Ressort du clapet faible
- Levier déformé
- Boîtier déformé
- Siège du clapet usé
Membrane d'expiration collée
- Le régler ou le changer
- Le changer
- Le régler ou le changer
- Le redresser ou le changer
- Le redresser ou le changer
- Le changer
- La changer

PROFONDIMETRES

Profondimètre capillaire ou Loi de Mariotte

Tube de verre ou de plastique transparent fermé à une extrémité, rempli d'air à la pression atmosphérique du lieu.

Il a une extrémité ouverte au contact de l'eau. En immersion, l'eau pénètre dans le tube et comprime l'air.

Un index de lecture poussé par l'eau assure la séparation Air Eau facilitant la lecture

Niveau dans le tube

Volume d'air

Pression Absolue

Profondeur en mètres

orifice

moitié

2/3

3/4

V

V/2

V/3

V/4

P atm

P atm * 2

P atm * 3

P atm * 4

surface

10 m

20 m

30 m

Avantages :

- Très précis entre 0 et 10 m
- En lac, indique la profondeur fictive.

Inconvénients :

- Peu précis à grande profondeur
- Il tient compte de la température de l'eau PV = NRT à P cte
 
et si T augmente alors V augmente
et si T diminue alors V diminue

Attendre avant la descente que l'air du capillaire soit à la température de l'eau.

Profondimètre a membrane ou tube de Bourdon

A membrane : Le fond du profondimètre est déformé par la pression
Une membrane métallique transmet la Pression absolue à un mécanisme qui fait tourner une aiguille sur un cadran
La caisse dans laquelle se trouve ce mécanisme peut contenir soit de l'air, soit un liquide (huile).
Tube de bourdon : Tube très fin qui se déforme de l'extérieur vers l'intérieur
Tube métallique souple et déformable en forme de point d'interrogation
Si la Pression dans le tube est supérieure à la Pression extérieure ==> le cercle formé par le tube se déroule.
Si la Pression dans le tube est inférieure à la Pression extérieure ==> le cercle s'enroule
A aiguille traînante : Indique la profondeur maximum atteinte

Avantages et inconvénients :

La membrane peut se déformer avec le temps
Il est plus précis à grande profondeur

Électronique

L'élément principal est le capteur.

Il se caractérise par :

- Sa précision
- Sa sensibilité à la température
- Sa consommation et sa sensibilité à la tension d'alimentation
- Sa stabilité dans le temps
- Son encombrement et son prix

Certains ne font que reporter les paramètres de plongée : temps, profondeur ...

D'autres calculent un état réel de saturation des tissus en fin de plongée, en début de remontée, et calculent les paliers à effectuer.