Loi de Charles : pourquoi ton bloc affiche moins une fois dans l’eau
En bref
Loi de Charles : à pression constante, le volume d’un gaz est proportionnel à sa température absolue ; à volume constant, comme dans un bloc, c’est la pression qui la suit. Calcule toujours en kelvins (°C + 273). Un bloc gonflé à 220 bar à 50 °C n’affiche plus qu’environ 200 bar à 20 °C, sans aucune fuite.
Le bloc sort du gonflage encore chaud : 220 bar au manomètre. Le lendemain matin, au club, il n’affiche plus que 200. Personne n’y a touché et rien ne fuit : le gaz a refroidi. Oublie ce même bloc dans une voiture en plein soleil, et l’aiguille remonte.
Qu’est-ce que la loi de Charles ?
La loi de Charles dit qu’à pression constante, le volume d’une même quantité de gaz est proportionnel à sa température absolue : un gaz chauffé se dilate, un gaz refroidi se contracte. La NASA (Glenn Research Center) parle de loi de Charles et Gay-Lussac : Charles a fait les premiers travaux, Gay-Lussac les a vérifiés.
En plongée, la version qui compte le plus est celle du bloc. Son volume ne peut pas changer, donc c’est sa pression qui monte et descend avec la température absolue. Beaucoup de cours de plongée donnent aux deux versions le nom de loi de Charles (voir la question sur les noms, plus bas).
Que change la loi de Charles pour le plongeur ?
La pression affichée par un bloc dépend de sa température, et pas seulement de la quantité d’air qu’il contient.
- Après le gonflage. Comprimer un gaz le chauffe : un bloc gonflé chaud affiche moins une fois refroidi. Les stations de gonflage remplissent lentement, parfois avec les blocs dans l’eau fraîche, et complètent après refroidissement.
- À la mise à l’eau. Un bloc chauffé au soleil sur le bateau refroidit dans l’eau, et sa pression baisse un peu.
- Au soleil ou dans une voiture fermée. La chaleur fait monter la pression. Le disque de rupture du robinet libère le gaz avant que la pression devienne dangereuse, mais il vide le bloc. Range les blocs à l’ombre, jamais dans une voiture fermée.
- Les volumes d’air. L’eau froide contracte de quelques pour cent l’air du gilet, de l’étanche ou d’un parachute de relevage : un petit effet qui s’ajoute aux variations de flottabilité dues à la profondeur.
Quelle est la formule de la loi de Charles ?
À pression constante, V1 ÷ T1 = V2 ÷ T2 ; dans un bloc, P1 ÷ T1 = P2 ÷ T2, d’où P2 = P1 × T2 ÷ T1. Combinée à la loi de Boyle-Mariotte, elle donne la loi générale des gaz : P1 × V1 ÷ T1 = P2 × V2 ÷ T2.
Les températures doivent être absolues : T (en kelvins) = °C + 273 (le NIST fixe 0 °C à 273,15 K). En degrés Celsius, le calcul n’a pas de sens : passer de 10 °C à 20 °C ne double pas la pression, qui n’augmente que d’environ 3,5 % (de 283 à 293 K). Aux pressions d’un bloc, prendre la pression lue au manomètre plutôt que la pression absolue ne change presque rien au résultat.
Essaie une question de l'app
loi générale des gaz
Quelle équation réunit la loi de Boyle-Mariotte et les lois de la température ?
Voir la réponse
Réponse B. Pour une quantité de gaz donnée, la pression multipliée par le volume et divisée par la température absolue reste constante. A, c’est la loi de Boyle-Mariotte seule ; C met la température du mauvais côté ; D voudrait dire que le volume augmente avec la pression.
Exercices corrigés sur la loi de Charles
Trois situations de club, toutes calculées en kelvins.
Exemple corrigé
Exercice 1 : le bloc qui sort du gonflage. Un bloc est gonflé à 220 bar à 50 °C. Qu’affichera-t-il à 20 °C ?
P2 = 220 × (20 + 273) ÷ (50 + 273) = 220 × 293 ÷ 323 ≈ 200 bar.
Environ 20 bar de moins au manomètre, sans la moindre fuite.
Exemple corrigé
Exercice 2 : le bloc oublié dans la voiture. Un bloc à 200 bar et 25 °C reste dans une voiture qui monte à 55 °C. Quelle pression atteint-il ?
P2 = 200 × (55 + 273) ÷ (25 + 273) = 200 × 328 ÷ 298 ≈ 220 bar, soit environ 10 % de plus.
En degrés Celsius, on trouverait 200 × 55 ÷ 25 = 440 bar : convertis toujours en kelvins d’abord.
Exemple corrigé
Exercice 3 : du bateau à l’eau froide. Au soleil sur le bateau, un bloc affiche 200 bar à 30 °C. L’eau est à 10 °C. Que lit-on une fois le bloc à la température de l’eau ?
P2 = 200 × (10 + 273) ÷ (30 + 273) = 200 × 283 ÷ 303 ≈ 187 bar.
Prépare ta plongée avec ce chiffre : c’est l’air dont tu disposes à la température de l’eau (voir la page consommation d’air).
Essaie une question de l'app
baisse de pression après refroidissement
Sur le bateau, un plongeur te dit que sa bouteille affichait 200 bar au soleil, mais qu’elle affiche moins après quelques minutes dans l’eau. Quelle est la cause la plus probable ?
Voir la réponse
Réponse B. Dans une bouteille rigide, la pression suit la température absolue : eau plus fraîche, pression plus basse. Une fuite ferait des bulles et la pression continuerait de baisser : vérifie en cas de doute. La pression de l’eau ne comprime pas une bouteille en métal de façon mesurable.
Quelles erreurs éviter avec la loi de Charles ?
- Calculer en °C. Ajoute 273 d’abord.
- Prendre une baisse due au froid pour une fuite. Un bloc refroidi se stabilise à une pression plus basse. Une fuite fait des bulles et la pression continue de baisser : vérifie en cas de doute.
- Inverser le rapport. Le refroidissement doit faire baisser la pression. Si ton résultat augmente, retourne T2 ÷ T1.
- Laisser les blocs au soleil. Un disque de rupture qui cède vide le bloc sur place.
À quel niveau apprend-on la loi de Charles ?
Dans Octo, elle fait partie du module de physique du niveau Divemaster, avec la loi générale des gaz. Son côté pratique compte dès les premières plongées : un bloc affiche moins une fois refroidi, et il se range à l’abri de la chaleur. Toutes les lois des gaz sont réunies dans l’aide-mémoire des formules, et les questions d’entraînement Divemaster te permettent de te tester.
Questions fréquentes
Pourquoi la pression du bloc baisse-t-elle à la mise à l’eau ?
Parce que le gaz refroidit jusqu’à la température de l’eau et que, dans un bloc rigide, la pression suit la température absolue. Un bloc à 200 bar et 30 °C affiche environ 187 bar dans une eau à 10 °C. La baisse s’arrête quand la température se stabilise. Une fuite, elle, continue et fait des bulles.
Loi de Charles ou loi de Gay-Lussac ?
Les deux noms circulent. Dans les manuels anglophones, la loi de Charles relie volume et température à pression constante, et la version pression-température est souvent attribuée à Gay-Lussac, parfois à Amontons. Les manuels en français ne donnent pas toujours les noms dans le même sens, et beaucoup de cours de plongée appellent les deux « loi de Charles ». Retiens la relation plutôt que le nom, et lis bien chaque question d’examen.
Peut-on laisser un bloc plein dans la voiture ?
Évite, surtout dans une voiture fermée en plein soleil. Passer de 25 à 55 °C fait monter la pression d’un bloc d’environ 10 %. Le disque de rupture du robinet libère le gaz avant que la pression devienne dangereuse, mais quand il cède, le bloc se vide d’un coup. Garde tes blocs à l’ombre, hors des voitures fermées.
Le froid agit-il aussi sur le détendeur ?
Oui, par un effet voisin : un gaz qui se détend vite refroidit fortement, et un détendeur en débit continu peut givrer en eau très froide. Les premiers étages à chambre sèche, conçus pour le froid, résistent mieux au givrage. Un détendeur en débit continu reste respirable : garde l’embout en bouche, lèvres souples, prends l’air dont tu as besoin et termine la plongée avec ton binôme.
Sources
- NASA Glenn Research Center, Charles and Gay-Lussac’s Law (Beginner’s Guide to Aeronautics, mis à jour en mai 2024)
- Georgia State University, HyperPhysics, Ideal Gas Law (température absolue, loi de Charles)
- Georgia State University, HyperPhysics, Temperature (échelles de température, dont le kelvin)
- NIST, SI Units: Temperature
