PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES

1. …l’a pas l’air drôle Comité Départemental du Val de Marne – Marc TISON – Moniteur Fédéral 2e degré PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES Loi de Henry

2. 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

3. 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.

4. Couvercle/Piston Joints toriques 1 kg Différence de pression Manomètre Liquide 1 1 2 1 Durée / Temps PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES Mise en évidence Augmentation progressive de la pression Pression atmosphérique = 1bar Tension à saturation = 1bar Poids du couvercle = 0 P1 P2 T1 T1 Phase 2 Dissolution Phase 1 Saturation

5. 1 kg 1 kg 1 kg 1 kg Pression constante P3 P3 T2 T3 3 2 3 3 Durée / Temps PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES Mise en évidence (suite) Augmentation progressive de la pression Phase 4 Saturation Phase 3 Dissolution

6. 1 kg Différence de pression P1 P2 T1 T3 1 3 1 2 Durée / Temps 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 Phase 5 Désaturation ou sursaturation Phase 6 Saturation

7. 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 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.

8. PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES Les facteurs de dissolution

9. 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

10. 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 = P.Abs x X/100 PPN2 = 1 x 80/100 = 0,80 bar 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.

11. 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

12. 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.

13. 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.