Transcript met évidence le principe de dissolution des gaz dans les

Comité Départemental du Val de Marne – Marc TISON – Moniteur Fédéral 2e degré
PRINCIPE DE DISSOLUTION
DES GAZ DANS LES
LIQUIDES
Loi de Henry
…l’a pas l’air drôle
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Introduction
Au 19ème siècle, Joseph Henry, physicien américain (1797-1878) met évidence le
principe de dissolution des gaz dans les liquides en fonction de la pression que ces gaz
reçoivent au dessus d’un liquide.
Ce qui nous intéresse en premier lieu dans la plongée, c’est de savoir comment vont se
comporter les différents gaz comprimés que nous respirons, surtout vis-à-vis des tissus
de notre organisme.
Certaines lois physiques vont nous donner l’explication de ce principe.
Rappels
Pression P = F/S
P.Abs. = P.Atm + P.Relat.
Mariotte P x V = Cste. d’ou P1 x V1 = P2 x V2
Dalton
PP = P.Abs x X/100
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Analogie
On peut noter à l’état naturel la présence de gaz dans les liquides. La pression
atmosphérique a dissout de l’oxygène dans l’eau, oxygène que les poissons respirent. On
notera également la présence de gaz dans certaines boissons.
D’autre part on peu dissoudre du sucre dans du café, le café est le solvant, le sucre est le
soluble.
Chaque corps soluble a son propre coefficient de solubilité.
La loi de Henry
A température donnée, la quantité de gaz dissoute à saturation dans un liquide
est proportionnelle à la pression exercée sur le gaz à la surface du liquide.
Caractéristiques physiques de la dissolution des gaz dans les liquides
•La dissolution n’est pas instantanée.
•Plus le coefficient de solubilité du gaz est élevé, plus la quantité de gaz dissoute est
importante à pression égale.
•Quand la température augmente, la quantité de gaz dissous diminue.
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Mise en évidence
Augmentation progressive
Pression atmosphérique = 1bar
Tension à saturation = 1bar
Poids du couvercle = 0
de la pression
Couvercle/Piston
Joints toriques
1 kg
Différence de
pression
P1
1
1
P2
1
T1
Liquide
T1
Manomètre
Phase 1
Saturation
Durée / Temps
Phase 2
Dissolution
2
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Mise en évidence (suite)
Augmentation progressive
de la pression
1 kg
1 kg
1 kg
P3
2
3
P3
3
T2
Phase 3
Dissolution
1 kg
Pression
constante
Durée / Temps
T3
Phase 4
Saturation
3
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Mise en évidence (suite)
Pression atmosphérique = 1bar
Tension à saturation = 1bar
Poids du couvercle = 0
Diminution progressive
de la pression
Différence de
pression
1 kg
P1
P2
3
2
1
1
T3
Phase 5
Désaturation
ou
sursaturation
Durée / Temps
T1
Phase 6
Saturation
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Application à la plongée subaquatique
Pendant une immersion, le plongeur en scaphandre autonome respire en équipression
de l’air (ou un mélange), en fonction de la profondeur atteinte. Son organisme composé
d’une partie importante d’eau et de graisses est susceptible de dissoudre +/- rapidement
les gaz constituant l’air ou le mélange respiratoire.
Différents états de saturation
Pression
Augmentation
de Pression
Pression Fixe
Diminution de
Pression
Pression Fixe
Diminution de
Pression
Etat
Sous
Saturation
Saturation
Sursaturation
Sursaturation
critique
Au delà de la
sursaturation
critique
Gaz
Se dissout
dans le liquide
Equilibre
Petites bulles dans le liquide
Dégazage
incontrôlé
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Les facteurs de dissolution
Les Facteurs
Gaz variables
Liquides Variables
Incidence sur la
- Température variable
quantité dissoute à tout
T°
Qté
moment
Pression variable
P
Qté
Temps
Qté
Incidence sur la
•Surface de contact
quantité dissoute avant
S
Qté
saturation
•Agitation
A
Qté
Application à la plongée
O2 consommé
N2 non consommé
N2 diff. ex : He  tables
spéciales pour mélange
•Compartiments différents
•Constante du corps 37°
attention à l’eau froide
•Profondeur
Durée de la plongée
•Tissus +/- vascularisés
•Efforts importants Accidents ==> Tables
professionnelles
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Les compartiments et leur périodes
Le corps humain est composé de tissus ou plutôt de compartiments différents tels que le
sang, les muscles, les graisses, les os, les moelles etc..
•Tout ces compartiments sont des liquides +/- concentrés
•Ils se comportent comme des liquides face à une pression
•Chaque compartiment a ses propres règles de dissolution
•Le gaz dissous est l’azote
•Il faut différencier les compartiments du corps humain en utilisant la même base de
référence, la période.
La période est un temps exprimé en minute
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
La période d’un compartiment et le gradient
La période d’un compartiment est le temps nécessaire à ce compartiment pour
absorber ou restituer la moitié de la quantité de gaz qui lui manque ou qu’il a en trop
pour être à saturation.
Le gradient se caractérise par la différence entre la quantité de gaz qui devrait
être dissoute et celle qui l’est réellement.
Ex :
PPN2 en surface ou PPN2 initiale =
PPN2 = 1 x 80/100
= 0,80 bar
PPN2 = P.Abs x X/100
PPN2 à 40 m
PPN2 = 5 x 80/100 = 4,00 bars
Gradient = PPN2 Initiale (0,80) - PPN2 Finale (4,00) = 3,20 bars
On considère qu’un compartiment est saturé au bout de six périodes et qu’il est
déssaturé au bout de six périodes identiques.
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
La période d’un compartiment et le gradient (suite)
Aspects comportemental des gaz
Lorsqu’un mélange gazeux est en présence d’un liquide, chaque constituant de ce
mélange se dissout comme s’il était seul (Loi de Dalton).
Ainsi pour un liquide saturé en air à la pression atmosphérique, on aura
respectivement
Tension d’O2 (tO2) = pO2 = 0,2 bar
d’N2 (tN2) = pN2 = 0,8 bar
Lorsque la pression augmente, la pression partielle augmente aussi. La tension tend
alors vers une nouvelle valeur de pression partielle. C’est le phénomène de dissolution.
Si la pression absolue passe à 5 bars on aura :
PP = P.Abs. x X/100)
pO2 = 1 bar et la tO2 tend vers 1 bar
pN2 = 4 bars et la tN2 tend vers 4 bars
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
La période d’un compartiment et le gradient (suite)
Si un liquide est saturé à 5 bar et un mélange gazeux à la même pression mais que ce
mélange est différent de l’air :
Mélange gazeux
pO2 = 2 bar > tO2 = 1 bar
liquide
pN2 = 3 bars < tN2 = 4 bars
Il y a recherche d’équipression, chaque gaz se comporte donc comme s’il était seul.
PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES
Conclusion
A travers l’étude de la loi de Henry, on comprend mieux l’importance de la
dissolution d’azote dans l’organisme du plongeur en immersion et sa restitution
nécessaire pendant le retour en surface.
Les travaux du physicien Henri sont donc à la base des calculs pour les tables de
plongée (John Scott Haldane), vitesse de remontée et paliers inclus.