Diminution de la densité de l'eau

[invite02849e34]

Bonjour à tous,

je dois modéliser un bassin d'aération de station d'épuration pour faire un point sécurité pour montrer que l'air insufflé dans l'eau diminue sa densité et donc un homme sachant nager peut s'y noyer car il ne flotte plus ou il flotte moins.
Pensez vous déjà que l'insufflation d'air dans le bassin d'aération pourrait causer la noyade de quelqu'un sachant nager en diminuant fortement la densité de l'eau?
Pensez vous que un bain marie avec des insufflateurs d'air d'aquarium pour poissons serait suffisant pour faire couler un objet qui flotte initialement dans l'eau?

Merci pour vos réponses.
-----

[invite47e79c53]

Considérant une répartition homogène des bulles dans le bassin et un débit de bulle constant, je pense que l'on peut considérer que le bassin est rempli d'un mélange homogène air+eau avec comme masse volumique (1-x)*ρ_eau+x*ρ_air, avec x=fraction volumique d'air dans le bassin à un instant donné.

À peu de chose près, les masses volumiques qui nous intéressent ici ont pour valeurs :

ρ_eau = 1000 g/L
ρ_humain = 1000 g/L
ρ_air = 1.2 g/L

On peut négliger celle de l'air par rapport aux autres, on peut considérer que :

ρ_mélange = 1000*(1-x)

Prenons par exemple un mélange avec 80% du volume en eau et 20% en air (ρ = 800 g/L), et un humain de 60 kg (donc ayant un volume de 60 L), la poussée d'Archimède appliquée à cet humain vaudra 60*0,8*g = 480 N en prenant g=10.

Dans de l'eau pure, la force aurait été de 60*1*g = 600 N, ce qui équilibre le poids de l'humain de 60*g = 600 N et le fait flotter (poids apparent = 600 - 600 = 0).
Dans ton bassin avec 20% d'air dans l'eau, l'humain a un poids apparent de 600 - 480 = 120 N, ce qui revient (je pense) à être tiré vers le bas par une masse de 12 kg.

Maintenant imagine quelqu'un devant maintenir la tête hors de l'eau en portant 2 packs de 6 briques d'1L de lait dans un sac à dos (qui ignore la poussée d'Archimède), l'effet doit être proche de ce qui se passerait dans ton bassin

[invite02849e34]

Merci beaucoup! Est ce que les simples insufflateurs d'air d'aquarium à poissons seront suffisant pour recréer l'équivalent des compresseurs du bassin?

[invite47e79c53]

Tout dépend des caractéristiques des insufflateurs et des compresseurs.

Mais tu peux faire une expérience très facilement, par exemple en plongeant une petite bouteille d'eau (remplie et bouchée) dans ton aquarium. Normalement elle devrait flotter, sinon enlève un peu d'eau. Ensuite si tu as de quoi produire suffisamment de bulles (un ou plusieurs insufflateurs), tu pourras faire couler ta bouteille qui flottait initialement.
En retirant progressivement de l'air de la bouteille jusqu'au stade où les bulles ne parviennent plus à la faire couler tu pourras déterminer (grossièrement) la fraction volumique d'air dans ton aquarium, elle devrait être égale à la fraction volumique d'air dans la bouteille.

[A voir en vidéo sur Futura]

[obi76]

En tous cas en fonction de la pression, du débit, et des diamètres des trous de l'insufflateur, on peut déterminer la densité de bulles d'air dans l'eau, donc la nouvelle densité de l'eau.

Avez-vous ces données ?

EDIT : j'oubliais, il faut aussi la profondeur où il est.