PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES Loi de Henry …la pas lair drôle Comité Départemental du Val de Marne – Marc TISON – Moniteur Fédéral

PRINCIPE DE DISSOLUTION PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES DES GAZ DANS LES

LIQUIDESLIQUIDES

Loi de Henry Loi de Henry

…l’a pas l’air drôle

Comité Départemental du Val de Marne – Marc TISON – Moniteur Fédéral 2e degré

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.

PRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDESPRINCIPE DE DISSOLUTION DES GAZ DANS LES LIQUIDES

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.

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

RappelsRappels

IntroductionIntroduction

AnalogieAnalogie

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.


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.

La loi de Henry La loi de Henry

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.

1

2

Mise en évidence Mise en évidence

Pression atmosphérique = 1barTension à saturation = 1bar

Poids du couvercle = 0

P1

T1

Couvercle/Piston

Joints toriques

Liquide Manomètre

P2

T11

1

Différence de pression

1 kg

Augmentation progressive

de la pression

Phase 1 Saturation

Phase 2 Dissolution

Durée / Temps


Mise en évidence (suite)Mise en évidence (suite)

Pression constante

Augmentation progressive

de la pression

Phase 3 Dissolution

Phase 4 Saturation

Durée / Temps

3

3P3

T3

1 kg

1 kg

P3

T22

3

1 kg

1 kg


Mise en évidence (suite)Mise en évidence (suite)

Différence de pression

Diminution progressive

de la pression

3

2P2

T3

1 kg

Phase 5 Désaturation

ou sursaturation

Phase 6 Saturation

Durée / Temps

Pression atmosphérique = 1barTension à saturation = 1bar

Poids du couvercle = 0

P1

T11

1


Application à la plongée subaquatique 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 SousSaturation

Saturation Sursaturation Sursaturationcritique

Au delà de la sursaturation

critique

Gaz Se dissout dans le liquide

Equilibre Petites bulles dans le liquide Dégazage incontrôlé


Les facteurs de dissolutionLes facteurs de dissolution


Les FacteursApplication à la plongée

O2 consomméN2 non consommé

Incidence sur la quantité dissoute à tout

moment

Gaz variablesLiquides Variables - Température variableT° Qté Pression variable P Qté

N2 diff. ex : He tables spéciales pour mélange •Compartiments différents •Constante du corps 37° attention à l’eau froide •Profondeur

Incidence sur la quantité dissoute avant

saturation

Temps Qté•Surface de contact S Qté•Agitation A Qté

Durée de la plongée •Tissus +/- vascularisés•Efforts importants - Accidents ==> Tables professionnelles

Les compartiments et leur périodesLes 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 minuteLa période est un temps exprimé en minute


La période d’un compartiment et le gradient 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.


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

La période d’un compartiment et le gradient (suite) La période d’un compartiment et le gradient (suite)

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


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.

La période d’un compartiment et le gradient (suite) La période d’un compartiment et le gradient (suite)



ConclusionConclusion

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.

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