1 - Justification
Un plongeur est soumis à des pressions croissantes avec la profondeur. Il va respirer de l'air, et donc de l'azote, à une pression accrue. Cet azote va se dissoudre dans le corps. A la remontée, cet gaz va "sortir" des tissus et risquer de former des micro-bulles, générant un accident de décompression. Cette dissolution, et cette sortie sont les conséquences de la loi de Henry. Il est donc important de bien la comprendre pour mieux appréhender le principe des procédures de décompression, ainsi que le mécanisme des accidents de décompression. 2 - Rappels
2. 1 Loi de Mariotte
"Pour un gaz parfait, à température constante, le volume d'un gaz est inversement proportionnel à la pression qu'il reçoit. " Formule mathématique: Pression X Volume = Constante
2. 2 Loi de Dalton
"La pression d'un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu'aurait chacun des gaz s'il occupait seul le volume total. " Formule mathématique: Pp (gaz) = PAbs x%(gaz)
Avec:
Pp (gaz)
Pression partielle du gaz concidéré
PAbs
pression absolu (ou totale) du mélange gazeux%(gaz)
pourcentage du gaz contenu dans le mélange
2.
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En plongée on respire de l'aire à la pression ambiante, l'organisme va se charger en N2 sous l'effet de la pression. Pour éviter la sur-saturation rapide (avec bulles), le plongeur doit remonter lentement (15m/mn) et faire ses paliers si nécessaire. Sinon il a de grande chance de faire un accident de décompression. Les facteurs de dissolution pour un plongeur - la profondeur: si elle augmente, Q augmente, - la profondeur: si elle diminue, Q diminue, - la durée: si elle augmente, Q augmente, - l'effort physique: si il augmente, Q augmente, - la température: si elle augmente, Q augmente. La Loi A température donnée et à saturation, la quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz au dessus du liquide. Voir aussi Loi de Dalton, Principie d'Archimède, et l es accidents de plongée Merci à Nicolas pour ses informations allez voir son site:
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3 Composition de l'air
L'air sec est composé de:
78. 1% d'azote
20. 8% d'oxygéne
00. 9% d'argon
00. 2% de gaz rare: dioxyde de carbone, ozone, monoxyde d'azote, hélium, néon. 3 - Mise en évidence expérimentale de la loi de Henry
3. 1 Expérience du piston et du liquide
3. 2 Expérience quotidienne: boisson gazeuse
On peut voir au quotitidien les conséquences de la loi de Henry avec les boissons gazeuses. Une boisson gazeuse contient un grande quantité de CO2 dissout. Tant qu'elle est fermée, la partie gazeuse située en haut de la bouteille est remplie de CO2, qui exerce donc une forte pression sur le liquide. A partir de là, plusieurs petite expérience sont possibles. 3. 2. 1 Ouverture de la bouteille
A l'ouverture de la bouteille, spontanément, on voit des petites bulles de gaz se former dans la boissons et en ressortir. 3. 2 Bouteille au repos
On ouvre doucement une bouteille de boisson gazeuse. On la repose, et on la laisse ainsi reposé plusieurs heures. Puis on la secoue, ou on la goutte, Elle n'est plus pétillante.
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m -3)
- R la constante des gaz parfaits (8, 314 SI)
- T la température (en K)
Dans notre cas, on a le dioxygène (O 2) et le diazote (N 2) se sont dissous dans l'eau, donc: Vt = V(O 2) + V(N 2)
Dans le corps humain, il n'y aurait eu que le volume de N 2 à prendre en compte car le dioxygène est consommé par l'organisme. D'après la loi de Dalton:
P i = l i x P t
- P t la pression totale (en Pa)
- l i la proportion du gaz i (0, 21 pour l'O 2 et 0, 79 pour le N 2 dans l'air)
D'où au final:
Les constantes d'Henry du dioxygène et du diazote dans l'eau ont pour valeur:
K(O 2)=7, 92. 10 4 -1
K(N 2)=1, 56. 10 5 -1
Source: P. Atkins, Physical chemistry, 8e edition, 2006
Je rappelle que:
- T = 293 K soit 20°C
- V(eau) = 125 mL
Après application numérique et conversion d'unité, on trouve: V(P) = 2, 35 x P - 2, 35
- V(P) le volume d'air dégagé (en mL)
Ce qui fait un écart de 12% pour la pente entre la théorie et l'expérimentation. C'est tout à fait honorable vu la précision des mesures.
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Application en Plongée: C'est la dissolution des gaz, cette loi nous prouve que les gaz se dissolvent dans le liquide (eau gazeuse). En plongée ce qui nous intéresse c'est que l'azote contenue dans l'air, va se dissoudre dans le sang en premier lieu, puis dans nos tissus, si l'on persiste on atteint le point critique de sursaturation et de dégazage incontrôlé si on ne laisse pas le temps lors de notre remonté (Mariotte) à cette azote de s'évacuer doucement par nos expiration pendant les paliers. Enoncé de la Loi: A température constante, la quantité de gaz dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression du gaz au dessus de ce liquide. Conséquence en plongée: A la remontée, l'azote doit être éliminé, sans qu'aucun tissu ne soit jamais en état de dépassement de la sursaturation critique. U tiliser les tables de plongées Respecter la vitesse de remontée Respecter les paliers de décompression
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LA LOI D'HENRY (dissolution des gaz) Les liquides dissolvent des gaz, exemple: ouverture d'une bouteille de boisson gazeuse. Le plongeur va dissoudre plus d'azote qu'à la surface. Conséquence: problème à la remontée, idem pour la bouteille de boisson gazeuse. Mise en évidence état de saturation: état d'équilibre (si Pp = T) T Q = Quantité de gaz dissout T = tension: état de sous-saturation: le liquide absorbe le gaz en le dissolvant (si Pp > T) T La quantité augmente progressivement jusqu'à 2 Q état de sous-saturation: le liquide absorbe le gaz en le dissolvant (si Pp > T) T La quantité augmente progressivement jusqu'à 3 Q état de saturation: état d'équilibre (si Pp = T) T Equilibre parfait entre la pression partielle et la tension état de sur-saturation: le liquide restitue le gaz dissout. (si Pp < T) T La quantité de gaz dissout diminue progressivement jusqu'à la Pp de 1 bar et crée des micros bulles dans le liquide On parle de tension d'un gaz lorsqu'on est en phase dissoute dans un liquide, et de pression partielle d'un gaz dans un mélange lorsqu'on est en phase gazeuse.
15 min après ceci, des bulles apparaissent:
III. Vérification de la loi
J'ai voulu tester la loi d'Henry expérimentalement. Pour cela, j'ai rempli 4 bouteilles en plastique à moitié avec de l'eau et j'ai mis une pression différente dans chaque: 1, 3, 5 et 8 bars soit l'équivalent de 0, 20, 40 et 70 mètres. J'ai laissé sous pression pendant 2 jours pour être certain d'avoir atteint la saturation. J'ai choisis 2 jours car cette durée me paraissait correct pour être à saturation par rapport à l'ordre de grandeur de la durée d'une plongée qui est d'environ 45 min. J'ai ensuite mesuré, par déplacement d'eau (voir la photo), le volume de gaz qui se dégage de l'eau présente dans la bouteille lorsque j'ai remise celle-ci à pression ambiante (1 bar). On obtient une droite:
Le volume d'eau de la bouteille était de 125 mL et l'expérience s'est faite à 20°C. Obtenir une droite est cohérent d'après la loi d'Henry car on a la quantité de gaz dissous qui est proportionnelle à la pression partielle qu'exerce le gaz sur le liquide.
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