Pression et volumes : la loi de Mariotte en plongée
En bref
Loi de Mariotte : à température constante, le volume d’un gaz varie à l’inverse de sa pression absolue (P1 × V1 = P2 × V2). En mer, cette pression vaut 1 bar en surface, plus 1 bar tous les 10 m. Un volume d’air est donc divisé par 2 à 10 m et par 3 à 20 m.
Les oreilles qui tirent dès les premiers mètres, le gilet qu’on purge en remontant, le bloc qui se vide plus vite au fond : tout part de la loi de Mariotte. Au Niveau 1, on l’apprend par ses effets ; à partir du PE40, on la met en chiffres.
Qu’est-ce que la loi de Mariotte ?
À température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à sa pression : si la pression double, le volume est divisé par deux. On l’écrit P1 × V1 = P2 × V2, avec des pressions absolues. On l’appelle aussi loi de Boyle-Mariotte.
En plongée, elle concerne tous les espaces remplis d’air, dans ton corps (oreille moyenne, sinus, poumons) et autour de toi (masque, gilet, combinaison). L’eau, les os et les muscles ne se compriment presque pas.
Comment calcule-t-on la pression absolue en plongée ?
Pression absolue = pression relative + 1 bar. La pression relative, ou hydrostatique, est celle de l’eau seule : environ 1 bar par tranche de 10 m d’eau de mer. Le bar de plus est celui de l’atmosphère.
| Profondeur en mer | Pression relative | Pression absolue | Volume d’un ballon gonflé en surface |
|---|---|---|---|
| Surface | 0 bar | 1 bar | le volume entier |
| 10 m | 1 bar | 2 bar | la moitié |
| 20 m | 2 bar | 3 bar | le tiers |
| 40 m | 4 bar | 5 bar | le cinquième |
| 60 m | 6 bar | 7 bar | le septième |
Pour les volumes, la consommation d’air et les pressions partielles, on calcule toujours avec la pression absolue. Prendre la pression relative est l’erreur classique des exercices.
Fais varier la profondeur : la loi de Boyle-Mariotte en action
Pourquoi les volumes changent-ils le plus près de la surface ?
Parce que la loi de Mariotte dépend du rapport des pressions, pas des mètres parcourus. Entre 10 m et la surface, la pression passe de 2 à 1 bar : le volume double. Entre 40 et 30 m, elle passe de 5 à 4 bar : il n’augmente que d’un quart. De 40 à 20 m, il augmente déjà d’environ deux tiers.
Les derniers mètres de la remontée demandent donc le plus d’attention : vitesse, purges du gilet, expiration.
Essaie une question de l'app
zone 0–10 m
Dans quelle zone les volumes d’air varient-ils le plus ?
Voir la réponse
Réponse A. Entre la surface et 10 m, la pression double. C’est là que la remontée demande le plus d’attention.
Comment résoudre un exercice sur la loi de Mariotte ?
Convertis chaque profondeur en pression absolue, calcule le produit P1 × V1, puis divise-le par la nouvelle pression. Tant que l’air ne s’échappe pas, ce produit ne change pas : seul le volume s’adapte.
Exemple corrigé
Le gilet à la remontée. Tu es équilibré à 40 m avec 3 L d’air dans ton gilet. Tu remontes sans purger. Quel volume occupe cet air à 20 m, puis en surface ?
- Pressions absolues : 5 bar à 40 m, 3 bar à 20 m, 1 bar en surface.
- Au départ : P1 × V1 = 5 × 3 = 15.
- À 20 m : V2 = 15 ÷ 3 = 5 L.
- En surface : V2 = 15 ÷ 1 = 15 L.
Entre 40 m et la surface, l’air du gilet a été multiplié par cinq. À éviter : prendre la pression relative, 4 bar à 40 m au lieu de 5.
Les autres exercices (parachute de palier, contenu d’un bloc, rapport des pressions) sont dans Palier.
Que change la loi de Mariotte pour le plongeur ?
À la descente, tout espace d’air se comprime ; à la remontée, il se dilate. Chaque cas a sa règle.
- Oreilles et sinus : équilibre dès le début de la descente, puis souvent, avant d’avoir mal (voir les barotraumatismes).
- Masque : souffle un peu par le nez dedans, sinon il « aspire » ton visage.
- Gilet et combinaison : la combinaison s’écrase et l’air du gilet se comprime. Ajoute de l’air par petites touches en descendant, purge en remontant (voir le principe d’Archimède).
- Poumons : l’air s’y dilate à la remontée. Respiration bloquée, il ne peut pas sortir : c’est la surpression pulmonaire.
- Bloc : le détendeur te donne l’air à la pression ambiante, donc chaque inspiration en prend davantage au fond (voir la consommation d’air).
Sécurité
Ne bloque jamais ta respiration en remontant, même sur quelques mètres, même en piscine. Douleur dans la poitrine, toux, crachats teintés de sang ou difficulté à respirer après une remontée : préviens immédiatement le directeur de plongée, qui donne de l’oxygène et appelle les secours.
Essaie une question de l'app
surpression pulmonaire
Un plongeur bloque sa respiration à 40 m, poumons contenant 4 L, et remonte. Quel volume cet air voudrait-il occuper en surface ?
Voir la réponse
Réponse C. 5 bar × 4 L = 1 bar × V, donc 20 L, bien plus que ce que les poumons peuvent contenir : c’est la surpression pulmonaire. 16 L vient de la pression relative (4 bar).
À quel niveau apprend-on la loi de Mariotte ?
Dès le Niveau 1, mais sans calcul : le manuel de formation de la FFESSM demande des principes de physique simples, avec un accent sur la zone de 0 à 10 m. Le PE40 y ajoute la loi de Mariotte proprement dite et son effet sur la flottabilité en profondeur. Au Niveau 2, partie PA20, et au Niveau 3, elle sert aux calculs de consommation et d’autonomie, en litres et en bar par minute.
Questions fréquentes
La loi de Mariotte s’applique-t-elle au bloc ?
Pas à son volume, puisque le bloc est rigide. Elle sert à compter l’air qu’il contient, ramené à la pression de la surface : volume du bloc × pression. Un bloc de 12 L gonflé à 200 bar contient environ 2 400 L d’air, un 15 L environ 3 000 L. À 40 m, ces 3 000 L ne font plus que 600 L à la pression du fond.
Pourquoi faut-il ajouter de l’air dans le gilet en descendant ?
Parce que l’air que tu emportes se comprime. Le néoprène est rempli de minuscules bulles de gaz qui s’écrasent : ta combinaison s’amincit et te porte moins. L’air du gilet se comprime aussi. Tu compenses par petites touches d’inflateur, puis tu purges à la remontée, quand cet air se dilate.
Faut-il savoir calculer avec la loi de Mariotte au Niveau 1 ?
Non. Pour le Niveau 1, le manuel de formation de la FFESSM précise que les principes de physique sont présentés sans calcul. Retiens les ordres de grandeur : 1 bar en surface, 2 bar à 10 m, 3 bar à 20 m, un volume d’air divisé par 2 à 10 m et par 3 à 20 m, et les plus fortes variations entre 0 et 10 m.
Pourquoi raisonner en pression absolue et pas en mètres ?
Parce que le volume suit le rapport des pressions absolues. Remonter de 40 à 20 m, c’est diviser la profondeur par deux, mais la pression absolue ne passe que de 5 à 3 bar : le volume n’augmente que d’environ deux tiers. Il double entre 10 m et la surface, ou entre 30 et 10 m, quand la pression absolue est divisée par deux.
