La pression sous l’eau
Plus on descend, plus la colonne d’eau au-dessus de soi est haute, et plus la pression augmente. Cette pression hydrostatique ne dépend que de la profondeur et de la masse volumique du liquide, pas de la forme ni de l’étendue du plan d’eau. Les plongeurs la sentent dans leurs oreilles dès les premiers mètres, et les ingénieurs en tiennent compte pour concevoir barrages, cuves, piscines et sous-marins.
Les formules
- Pression relative = masse volumique du fluide × g × profondeur (P = ρgh)
- Pression absolue = pression relative + pression à la surface
- Volume d’air en profondeur = pression en surface ÷ pression absolue (loi de Boyle-Mariotte)
La pression relative est celle qu’indique un manomètre ou un ordinateur de plongée par rapport à l’air ; la pression absolue est la pression totale que subissent le corps ou un récipient fermé.
Exemple chiffré
Un plongeur descend à 10 m en mer (1 025 kg/m³), avec 1 013,25 hPa en surface.
- Pression relative = 1 025 × 9,81 × 10 = 100 518 Pa, soit 1,01 bar.
- Pression absolue = 1,01 + 1,01 = 2,02 bars, soit 1,99 atmosphère.
- Un ballon gonflé en surface ne garderait que 50 % de son volume.
En mer, chaque tranche de 10 m ajoute environ un bar.
Pression aux profondeurs courantes en mer
| Profondeur | Pression relative | Pression absolue |
|---|---|---|
| 5 m | 0,50 bar | 1,52 bar |
| 10 m | 1,01 bar | 2,02 bars |
| 20 m | 2,01 bars | 3,02 bars |
| 40 m | 4,02 bars | 5,03 bars |
| 60 m | 6,03 bars | 7,04 bars |
En France, le niveau 1 de plongée permet d’évoluer jusqu’à 20 m encadré, le niveau 2 jusqu’à 40 m encadré ou 20 m en autonomie, et la plongée à l’air est limitée à 60 m.
Ce que cela change pour le plongeur
Le volume d’un gaz étant divisé par deux entre la surface et 10 m, les plus fortes variations de volume ont lieu près de la surface. Le plongeur doit équilibrer ses oreilles dès le début de la descente et ne jamais bloquer sa respiration à la remontée, car l’air des poumons se dilate quand la pression baisse. La profondeur augmente aussi la quantité d’azote dissous dans l’organisme, d’où les tables et les paliers de décompression.
Le paradoxe hydrostatique
Un tube étroit rempli de 10 m d’eau exerce au fond la même pression qu’un lac de 10 m de profondeur : la pression dépend de la hauteur, pas du volume. En revanche, la force totale sur le fond vaut la pression multipliée par la surface, si bien qu’une grande paroi de cuve doit être bien plus solide qu’un tuyau.
Autres liquides et unités
Choisissez l’eau douce, la mer Morte, l’huile ou le mercure, ou saisissez une masse volumique. Le mercure est 13,6 fois plus dense que l’eau : un baromètre à mercure n’a besoin que d’une colonne de 760 mm pour équilibrer l’atmosphère, contre plus de 10 m pour un baromètre à eau. Les résultats s’affichent en bar, hPa, kPa, atmosphères, millimètres de mercure ou psi.