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Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ?

 
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Francesco
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 12:32 pm    Sujet du message: Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ? Répondre en citant

Il y a quelque chose qui me turlupine depuis que j'ai commencé la plongée : comment les plongeurs arrivent-ils si facilement à se stabiliser ?
Bien sûr, je me pose cette question uniquement d'un point de vue théorique, parce que je sais comment me stabiliser en pratique. C'est un peu le même état d'esprit que si je me demandais : "comment les enfants de 5 ans arrivent-ils à courir alors que les roboticiens ont beaucoup de difficultés à faire marcher un automate ?"

Attention, ce post risque d'être long et barbant. Âmes sensibles s'abstenir.
Ceci dit, je serais ravi d'avoir vos commentaires sur ce sujet...

Pour revenir à notre problème, voici plus précisément ce qui m'interroge : considérons un ballon souple de 5kg et 10L en surface. A 10m de profondeur, le volume de ce ballon est réduit à 5L et il se trouve en équilibre. Cependant, cet équilibre est très instable : si pour une raison ou une autre le ballon remonte un tout petit peu, son volume va augmenter et le faire remonter de plus en plus vite.
Certes, il y a plein d'exemples d'équilibres instables dans la nature (par exemple la marche sur deux pieds) mais il y en a aussi plein d'autres qu'on ne voit jamais en pratique (par exemple faire tenir une bille en équilibre sur un ballon).
- Pourquoi un plongeur, même débutant, arrive-t-il très vite à compenser les instabilités et à se stabiliser à une profondeur donnée ?
- Encore plus fort : pourquoi arrive-t-on facilement à rester stabilisé même avec un feedback réduit, par exemple lors d'un vidage de masque durant lequel on ne voit plus du tout l'environnement ?
- Que se passerait-il si on n'utilisait pas le poumon-ballast ou la stab pour compenser les variations de profondeur ?
- De combien de temps dispose-t-on pour réagir avant que les choses s'emballent ?

Pour essayer de mieux comprendre tout ça, j'ai enfin fini par me décider à faire ce que j'envisageais depuis un moment : simuler (numériquement) le comportement d'un plongeur qui se stabilise. Je pose mon plongeur (virtuel) est en équilibre à 10m au début, puis je le perturbe légèrement en surgonflant le gilet de 0.05L.

Si je simule un plongeur qui bloque sa respiration et ne touche pas à son gilet, j'obtiens les résultats suivant (figure de gauche) : la remontée s'accélère très vite, le plongeur franchit la barre des 5m de profondeur au bout de 20s (et il fait une SP par la même occasion).

Si maintenant je fais respirer mon plongeur (20L/min, soit 20cycles/min avec un volume courant de 1L), j'observe les résultats de la figure de droite : le plongeur reste à peu près stabilisé (<1m de variation) pendant 20s, et ne franchit la barre des 5m qu'au bout de 30s.

Conclusion #1 : le système n'est pas si instable que ça : on dispose au minimum d'une petite dizaine de secondes avant que les choses commencent à s'emballer. (ce qui explique pourquoi il est "facile" de se stabiliser)

Conclusion #2 : le simple fait de respirer régulièrement (sans jamais utiliser son gilet ni réguler le poumon-ballast) permet au plongeur de rester stabilisé 50% plus longtemps que s'il ne respirait pas.

Question : a priori, j'aurais tendance à penser qu'un plongeur en CCR ressemble fortement à un plongeur qui ne respire pas... Si c'est le cas, pourquoi dit-on que le CCR favorise la stabilisation en éliminant l'influence du poumon-ballast ?
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François
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Dernière édition par Francesco le Ven Mar 21, 2008 12:57 pm; édité 2 fois
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Francesco
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 12:33 pm    Sujet du message: Répondre en citant

Les résultats de la simulation :

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palmette_83
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 12:36 pm    Sujet du message: Répondre en citant

tu n'as pas moyen de réduire ton image? j'ai pourtant pas un petit ecran mais là ca explose tout...

sinon tes questions intéressantes mais bon j'en sais rien...

pour la stabilisation sans repère certain utilisent les oreilles, par exemple le fameux VdM à 40m sans varier au N4:
descente dans le bleu, arrêt de la compensation vers 38, arrêt à 40, les oreilles sont tout juste sensibles. si tu sens que ça soulage c'est que tu remontes, si tu sens que ça fait mal c'est que tu descends.

enfin c'est un exemple qu'on m'a donné j'en serai bien incapable Wink
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Francesco
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 12:41 pm    Sujet du message: Répondre en citant

Pour les plus courageux, quelques détails sur ma simulation.

Le modèle que j'utilise :
    * équations de la dynamique newtonienne pour le mouvement du plongeur soumis aux forces suivantes :
      - poids
      - poussée d'Archimède
      - frottement fluide dans l'eau
    * loi de Mariotte pour les variations de volume en fonction de la profondeur


Les données d'entrées :
    * masse du plongeur + équipement : 80kg
    * profondeur initiale : 10m
    * volume du gilet : 2L (avec soupape de sécurité purgeant le gilet au delà de 15L)
    * volume des poumons :
      - 1.5L de volume résiduel
      - 1.7L de réserve expiratoire
      - 1L de volume courant
      - 2.5L de réserve inspiratoire
    - volume non compressible : ce qui manque pour arriver à 80L.

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Francesco
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 12:49 pm    Sujet du message: Répondre en citant

palmette_83 a écrit:
tu n'as pas moyen de réduire ton image? j'ai pourtant pas un petit ecran mais là ca explose tout...
Désolé Embarassed
Ca va mieux comme ça, ou bien c'est encore trop gros ?


palmette_83 a écrit:
pour la stabilisation sans repère certain utilisent les oreilles
Oui, effectivement, les plongeurs disposent de plein de feedbacks (yeux, oreilles, poumons, etc.) qui leur permettent d'adapter le poumon-ballast pour se stabiliser.
L'idée ici était plutôt de regarder ce qui se passe en l'absence de réaction du plongeur :
- que se passe-t-il si on bloque sa respiration lors d'un vidage de masque ?
- que se passe-t-il si on respire normalement mais qu'on ne réagit pas aux variations de profondeur ?
- de combien de temps dispose-t-on pour réagir avant qu'il ne soit "trop tard" ?
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palmette_83
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 12:56 pm    Sujet du message: Répondre en citant

impeccable pour la taille de l'image merci Smile
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Goofy
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 1:04 pm    Sujet du message: Re: Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ? Répondre en citant

Francesco a écrit:
Question : a priori, j'aurais tendance à penser qu'un plongeur en CCR ressemble fortement à un plongeur qui ne respire pas... Si c'est le cas, pourquoi dit-on que le CCR favorise la stabilisation en éliminant l'influence du poumon-ballast ?


pour le reste je ne peux pas te dire, mais pour le CCR, c'est relativement simple, tu expires dans un sac sans perte de gaz à profondeur constante, donc le volume reste constant, ce qui sort de tes poumons rentre dans un sac.

Par contre cette facilité en CCR n'est valable qu'à profondeur constante, si tu fais varier la profondeur tu seras obligé de compenser avec tes moyens de gonflage puisque le poumon ballast n'existe pas
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 1:48 pm    Sujet du message: Re: Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ? Répondre en citant

ben c'est une bonne idée de lacher ça au commencement d'un long week end pluvieux Very Happy

Francesco a écrit:
Il y a quelque chose qui me turlupine depuis que j'ai commencé la plongée : comment les plongeurs arrivent-ils si facilement à se stabiliser ??
si facilement Cool
as-tu bien observé autour de toi ?
as-tu une bonne mémoire ?
quitte à comparer avec d'autres joyeusetés psycho-motrices, la comparaison serait, pour moi, peut-être, comme avec le vélo :
comment se fait-il qu'on conserve si bien, même sans pratiquer, cette capacité si complexe à acquérir.

Francesco a écrit:

Certes, il y a plein d'exemples d'équilibres instables dans la nature (par exemple la marche sur deux pieds) mais


euh, la marche n'est pas du tout un équilibre mais au contraire, une succession de déséquilibres avant compensés Laughing

essaye un peu de te déplacer sans commencer par mettre ton buste en légère bascule avant pour provoquer une déséquilbre et tu sentiras mieux ce que je veux dire par là ...

Francesco a écrit:
- Que se passerait-il si on n'utilisait pas le poumon-ballast ou la stab pour compenser les variations de profondeur ?

?

ben selon le cas tu le sais bien déjà, en dehors de la situation d'équilibre , : si tu n'introduis aucune compensation soit tu descends de plus en plus vite, soit tu remontes de plus en plus vite.

Dans le temps, la compensation, c'étaient les palmes qui la donnaient. Et quand les palmes ne suffisaient pas, ben c'était franchement dommage et parfois irréversible.
Après on s'est aperçu que les fenzy pouvaient réguler et on s'est collé des stabs et autres bouées.


Francesco a écrit:

Pour essayer de mieux comprendre tout ça, j'ai enfin fini par me décider à faire ce que j'envisageais depuis un moment : simuler (numériquement) le comportement d'un plongeur qui se stabilise.


Je crois que ta sympathique modélisation pourrait bénéficier de la prise en compte d'autres facteurs :

> L'inertie et la latence : entre le début d'inhalation et le plein développement des poumons, il y a une progressivité et ensuite une latence AVANT le décollage (idem dans l'autre sens). L'apparition du déséquilibre n'entraine pas immédiatement et sans délai la mise en mouvement.

> La prise en compte des autres volumes compressibles (équipement et autres organes) qui va augmenter les volumes dilatables mais non contrôlables.

> La résistance à l'avancement (hydrodynamisme)

> L'accélération avec la dimension de l'accélération gravitationnelle.
http://www.walter-fendt.de/ph14f/acceleration_f.htm

Quand tu fais démarrer une voiture, en maintenant ton accélérateur en position constante, elle commence par démarrer, la vitesse augmente, puis se stabilise et reste constante tant que tu ne bouges plus ton accélérateur.

Dans notre cas, il faut observer que la variation de densité, à la hausse ou à la baisse correspondrait à un moteur qui continue de pousser de plus en plus fort au fur et à mesure que la vitesse augmente.

Donc la phase de stabilisation de la vitesse va être reculée tant que tu ne seras pas entré dans les limites (soupape de stab s'ouvre +crevaison des poumons ou dans le cas de la descente : compression totale des organes et équipements).

C'est cet emballement dynamique qui rend rapidement illusoire la possibilité d'arrêter un copain qui se satellise ou s'enfonce.

Bref, pour moi, dans tous les cas, la stabilisation dynamique reste l'option a privilégier, non ?
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Sous l'eau ? entre La Hague et Gozo.
Pour le reste, comme tout le monde : de passage ici bas.
http://ecalgrain.free.fr/index.php?page=diaporama
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Francesco
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 4:01 pm    Sujet du message: Re: Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ? Répondre en citant

Goofy a écrit:
pour le reste je ne peux pas te dire, mais pour le CCR, c'est relativement simple, tu expires dans un sac sans perte de gaz à profondeur constante, donc le volume reste constant, ce qui sort de tes poumons rentre dans un sac.

Par contre cette facilité en CCR n'est valable qu'à profondeur constante, si tu fais varier la profondeur tu seras obligé de compenser avec tes moyens de gonflage puisque le poumon ballast n'existe pas
Oui, justement c'est ça qui me tracasse : si ma simulation est vraiment représentative (il est tout à fait possible que ce ne soit pas le cas), les variations de volumes dues au cycle respiratoire sont plutôt stabilisatrices. Dans ce cas, ça voudrait dire qu'il est plus difficile de se stabiliser avec un CCR que sans (dans le sens où l'emballement de la variation de profondeur est plus rapide)...

Pour ceux qui utilisent des CCR, ça vous paraît plausible ou pas ?
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Francesco
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 4:18 pm    Sujet du message: Re: Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ? Répondre en citant

Merci pour tes remarques Smile

+2 a écrit:
as-tu bien observé autour de toi ?
as-tu une bonne mémoire ?
quitte à comparer avec d'autres joyeusetés psycho-motrices, la comparaison serait, pour moi, peut-être, comme avec le vélo :
comment se fait-il qu'on conserve si bien, même sans pratiquer, cette capacité si complexe à acquérir.
C'est peut-être effectivement pas si facile que ça à acquérir, mais ce n'est pas si difficile que ça non plus puisque la plupart des gens y arrivent en seulement quelques plongées en mer...

+2 a écrit:
euh, la marche n'est pas du tout un équilibre mais au contraire, une succession de déséquilibres avant compensés Laughing

essaye un peu de te déplacer sans commencer par mettre ton buste en légère bascule avant pour provoquer une déséquilbre et tu sentiras mieux ce que je veux dire par là ...
C'est vrai que la marche n'est pas forcément un exemple très bien choisi... Disons plutôt l'équilibre sur un pied, alors...


Citation:
ben selon le cas tu le sais bien déjà, en dehors de la situation d'équilibre , : si tu n'introduis aucune compensation soit tu descends de plus en plus vite, soit tu remontes de plus en plus vite.
Effectivement, je sais bien ce qui se passe qualitativement. J'essayais juste de quantifier tout ça : quelle est la constante de temps typique des mouvements, etc.


Citation:
> L'inertie et la latence : entre le début d'inhalation et le plein développement des poumons, il y a une progressivité et ensuite une latence AVANT le décollage (idem dans l'autre sens). L'apparition du déséquilibre n'entraine pas immédiatement et sans délai la mise en mouvement.
> L'accélération avec la dimension de l'accélération gravitationnelle.
http://www.walter-fendt.de/ph14f/acceleration_f.htm
Tout ça est directement modélisé par la mécanique newtonienne sur laquelle je me suis principalement basé pour ma simulation.


Citation:
> La prise en compte des autres volumes compressibles (équipement et autres organes) qui va augmenter les volumes dilatables mais non contrôlables.
C'est vrai que je n'ai pas introduit ça dans le modèle. Le problème est que je n'ai aucune idée de leur volume ni de leur compressibilité...
Tu aurais des données à ce sujet ?


Citation:
> La résistance à l'avancement (hydrodynamisme)
C'est déjà pris en compte dans mes équations. J'ai essayé de calculer "à la louche" un Cx du bon ordre de grandeur.


Citation:
Donc la phase de stabilisation de la vitesse va être reculée tant que tu ne seras pas entré dans les limites (soupape de stab s'ouvre +crevaison des poumons ou dans le cas de la descente : compression totale des organes et équipements).

C'est cet emballement dynamique qui rend rapidement illusoire la possibilité d'arrêter un copain qui se satellise ou s'enfonce.
J'ai aussi pris en compte la limite d'élasticité des poumons et la soupape de la stab.
On voit bien le phénomène d'emballement dans le cas de respiration bloquée : d'abord le plongeur fait une SP à 20s puis sa soupape de stab s'ouvre 2s plus tard et à ce moment là l'accélération reste à peu près constante (au frottement fluide près).

En gros, je pense qu'on peut dire que vers 15s, la vitesse de remontée est déjà trop rapide pour qu'on puiss faire quoi que ce soit...


Citation:
Bref, pour moi, dans tous les cas, la stabilisation dynamique reste l'option a privilégier, non ?
Oui, oui, bien sûr.

Je me répète, mais l'idée ici était juste de quantifier un peu les délais dont nous disposons pour réagir et se stabiliser.
Par exemple : si quelqu'un arrive dans notre dos et nous pousse, on dispose d'une fraction de seconde pour réagir. Sinon on tombe. Je me demandais juste si c'était pareil pour la plongée.
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palmette_83
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 4:29 pm    Sujet du message: Répondre en citant

question si qq'un te pousse vers le bas dans l'eau est ce toi qui va descendre ou lui qui va monter? Laughing
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 4:32 pm    Sujet du message: Répondre en citant

palmette_83 a écrit:
question si qq'un te pousse vers le bas dans l'eau est ce toi qui va descendre ou lui qui va monter? Laughing

Action Réaction, tu n'as pas vu les Choristes ? Very Happy Laughing
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 4:35 pm    Sujet du message: Re: Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ? Répondre en citant

Citation:
> La résistance à l'avancement (hydrodynamisme)
C'est déjà pris en compte dans mes équations. J'ai essayé de calculer "à la louche" un Cx du bon ordre de grandeur.
.[/quote]

en l'améliorant à la descente et en le pénalisant à la remontée Question
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palmette_83
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 4:52 pm    Sujet du message: Répondre en citant

+2 a écrit:
palmette_83 a écrit:
question si qq'un te pousse vers le bas dans l'eau est ce toi qui va descendre ou lui qui va monter? Laughing

Action Réaction, tu n'as pas vu les Choristes ? Very Happy Laughing


euh si mais là je me souviens pas...
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Francesco
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 5:05 pm    Sujet du message: Re: Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ? Répondre en citant

+2 a écrit:
Citation:
C'est déjà pris en compte dans mes équations. J'ai essayé de calculer "à la louche" un Cx du bon ordre de grandeur.
.


en l'améliorant à la descente et en le pénalisant à la remontée Question
Ah, non. Je n'avais pas pensé à la dissymétrie du plongeur, effectivement. Tu penses que c'est non négligeable ?

Quel rapport mettrais tu entre le Cx vers le haut et celui vers le bas ?

PS: Pour l'instant, mon terme de frottement est : C * dp/dt
où p est la profondeur, t le temps, et C=6kg/s
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 5:19 pm    Sujet du message: Re: Pourquoi arrive-t-on à se stabiliser ? Répondre en citant

Francesco a écrit:

a) Tu penses que c'est non négligeable ?

b) Quel rapport mettrais tu entre le Cx vers le haut et celui vers le bas ?


a) as-tu déjà essayé de nager avec une stab gonflée à donf et chronométrer ensuite même parcours après vidage (ou même sans) ?
si oui ça doit répondre à ta question Very Happy
si non, essaye Laughing

b) mon pôv je suis loin de tout ça.

Pour tout dire, pour moi, les rapports ne s'envisagent pas dans le cadre d'une simulation Cool
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 5:23 pm    Sujet du message: Répondre en citant

palmette_83 a écrit:

euh si mais là je me souviens pas...


alors une supposition, l'action, c'est toi qui pousses une masse passive, mettons le titanic.
Qui recule ?


deuxième cas, c'est le Titanic qui te pousse alors que tu es immobile.
Qui recule ?

troisième cas, deux masses comparables. l'une immobile, l'autre qui pousse.
Comment se partagent les forces ?
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Tautaz
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 6:03 pm    Sujet du message: Répondre en citant

Boh lala c'est long et chiant Very Happy Je sors !!!
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palmette_83
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 6:21 pm    Sujet du message: Répondre en citant

+2: ok ok merci j'ai compris Smile
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Tautaz
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MessagePosté le: Ven Mar 21, 2008 6:36 pm    Sujet du message: Répondre en citant

Archimède, mariotte et l'experience suffisent a expliquer simplement l'equilibrage Wink


Pour un plongeur en CCR c'est pareil, s'il expire par le nez ou que sa machine fuit, il coule, si elle se rempli trop de gaz, il remontera un peu en faisant le hamster Wink

La plongée c'est simple non?
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