LES PRESSIONS PARTIELLES DANS LES MELANGES GAZEUX Comité Départemental du Val de Marne – Marc TISON – Moniteur Fédéral 2e degré C’est du sérieux

LES PRESSIONS PARTIELLES LES PRESSIONS PARTIELLES DANS LES MELANGES DANS LES MELANGES

GAZEUXGAZEUX

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

C’est du sérieux

Parmi de nombreux travaux scientifiques le physicien et chimiste Anglais, John Dalton, (1766-1844), formule au début du 19° siècle la loi d’addition des pressions partielles dans les mélanges gazeux.

LES PRESSIONS PARTEILLES DANS LES MELANGES GAZEUXLES PRESSIONS PARTEILLES DANS LES MELANGES GAZEUX

Il met en évidence la particularité d’un gaz qui, faisant partie d’un mélange, tend à se comporter comme s’il était seul à occuper le volume total. Il ouvre ainsi la voie à l’étude de la toxicité des gaz dans l’application faite en plongée subaquatique.

Rappel

Le plongeur sportif ne respire pas de l’oxygène pur comme le nageur de combat mais un mélange de plusieurs gaz appelé de l’Air. Ce mélange se réparti ainsi :

(Air à 0oC et 50% d'humidité relative)

La pression est en kilopascals (kPa)

En pourcentageEn pourcentageAzote N2 78,03%

Oxygène O2 20,95% Gaz Carbonique CO2 0,03% Gaz rares 0,056% Argon 0,934% total 100,000 %

Introduction

Toute composition d’un mélange différent de celui-ci ne doit donc pas s’appeler de l’Air.

D’autre part, pour des commodités de calcul, on prendra invariablement le rapport N2/O2 à 80/20 et non N2/O2 à 79/21 (sauf formation Nitrox)

•L’oxygène est le gaz vital : c’est le comburant.

•L’azote est l’agent de transport, il est neutre : c’est un diluant.

•Le dioxyde de carbone (CO2) est en quantité insuffisante pour être dangereux (car c’est un gaz toxique) mais néanmoins nécessaire à la vie par son rôle excitant des centres respiratoires.

Respirer non pas un seul gaz mais un mélange de 2 ou 3 gaz nous amène à

calculer la variation de pression de chacun des composants et notamment en

matière de plongée. La loi de Mariotte-Boyle (P1 x V1 = Cste) est applicable

également aux mélanges respirés en plongée.

Rappel


Un mélange de gaz obéit aux mêmes lois qu’un gaz parfait

La présence et la quantité d’un gaz nocif dans l’air respiré peut-être soit inoffensive, soit provoquer des troubles respiratoires, des maladies toxiques ou bien encore être fatal. C’est une affaire de proportion et de pression partielle.

Imaginez un instant que dans une pièce fermée, une fuite sur une bouteille de propane laisse échapper son contenu.

En fonction de la quantité de gaz qui s’échappe, cela peut être pour notre organisme soit bénin, soit toxique ou bien mortel.

Le gaz libéré se comporte du fait de sa particularité toxique comme s’il était seul à occuper le volume total de la pièce.

AnalogieAnalogie

Si on analyse à des instants différents la composition du mélange «respirable» dans la pièce nous obtiendrons des pourcentages de mélange gazeux en rapport avec leur particularité, inoffensive ou très toxique.


L’expérience de Berthollet (physicien Français 1748-1822)

•1 récipient clos V = 100 litres à 1 bar contenant de l’hydrogène (H2)

•1 récipient clos V = 100 litres à 1 bar contenant du gaz carbonique (CO2)

On relie les deux récipients et on constate que la pression ne varie pas.

Après un certain temps (environ 6 heures) on referme la communication et on analyse le contenu de chaque récipient.

Mise en évidence

On constate qu’ils contiennent chacun 50% H2 et 50% CO2

50% H2 0,5 l H2 PPH2 = 0,5 bar

50%CO2 0,5 l CO2 PPCO2 = 0,5 bar

100% 1 litre 1 bar

La suite



PPH2 = 1 b x 50% = 0,5 b PPCO2 = 1 b x 50% = 0,5 b

PPH2 = 1 b x 100% = 1 b PPCO2 = 1 b x 100% = 1 b

La LOI

Elle est démontrée à la base en trois parties :1. Dans un volume gazeux, chaque gaz se comporte comme s’il était seul à occuper

le volume total occupé dans le mélange.

2. Dans un mélange gazeux, la somme des pressions partielles de chaque gaz est égale à la pression totale exercée sur le mélange.

3. Dans un mélange gazeux, la pression partielle d’un gaz est égale à la pression totale exercée sur le mélange, multipliée par le pourcentage du gaz présent dans le mélange

On simplifiera la loi en l’énonçant ainsi :

A température donnée, la pression absolue d’un mélange A température donnée, la pression absolue d’un mélange gazeux est égale a la somme des pressions partielles gazeux est égale a la somme des pressions partielles

qu’aurait chaque gaz s’il occupait seul le volumequ’aurait chaque gaz s’il occupait seul le volume.

On appliquera la Loi par cette formule :

Pression Partielle = P. Abs. x X/100 (du gaz considéré)Pression Partielle = P. Abs. x X/100 (du gaz considéré)


Application à la plongée

Cette loi permet le calcul des limites de pression absolue théorique à ne pas dépasser avec l’air dans le cadre de la plongée sportive.

Pour la plongée professionnelle, cette formule s’applique également à la confection et l’utilisation de mélange respiratoire différent de l’air - HELIOX - HYDROX - TRIMIX

Dans le traitement médicale pour les soins d’oxygénation hyperbare.

Enfin pour l’élaboration des tables de plongées O2/N2 différent de l’air, et notamment le Nitrox.


Quelques exercices d’applicationQuelques exercices d’application

PPO2 et PPN2 à 40m. (avec de l’air à 20% d’O2 et 80% d’N2)

On dispose d’un mélange gazeux ayant la composition suivante :

Gaz A = 25% gaz B = 15% gaz C = 60%

PP respectives des gaz à 50 mètres ?

PP = P.Abs. x X/100 P.Abs. = P.Atm.+P.Relat./10

PPO2 = 5 x 20/100 = 1 bar PPN2 = 5 x 80/100 = 4 bars

P.Hydro = 5 + P.Atm. = 1 soit P.Absolue = 6 bars

PP = P.Abs. x X/100 P.Abs. = P.Atm. + P.Relat./10

Pp A = 6 x 0,25 = 1,5 b Pp B = 6 x 0,15 = 0,9 b

Pp C = 6 x 0,60 = 3,6 b vérification 1,5 + 0,9 + 3,6 = 6,00

1,6 = P.Abs.x 20/100 P.Abs. = (1,6 x 100) / 20 = 8,0 bar

P.Relat = P.Abs.-P. Atm. = 8,0 - 1 = 7, bar Prof. = P.relat x 10 = 7,0 x 10 = 70 mètres

PP =P.Abs x (%O2) / 100

PPO2 = (1,6 x 100) / 5 = 32% d’ou N2 = 68%


A quelle profondeur PPO2 = 1,6 bar

Pour quelle proportion O2/N2 a-t-on PPO2 = 1,6 bar à 40m ?

Avec 40% O2 et 60% N2 à 40m

A quelle profondeur aurait-on la même PPN2 avec de l’air ?

2 méthodes possibles :

Quelques exercices d’applicationQuelques exercices d’application

1) PPN2 mélange = 5 x 60 / 100 = 3 Air : 3 = P.abs x

80/100 P.Abs. = (3 x 100) /80 = 3,75 bars ou 27,50 m

2) PPN2 mélange à 40m = PPN2 à une autre profondeur

5 x 60/100 = P.Abs x 80/100

50 x 60 = P.Abs x 80

P.Abs = (5 x 60) / 80 = 3, 75 bars ou 27,50 m


G - A quelle profondeur un plongeur qui respirerait de l’air dont la proportion de Co2 est égale à 2% entrerait-il en syncope ?

PPCO2 pour syncope = 80 g/cm2

PP = P.Abs. x X/100

0,08 = P.Abs x 2/100

P.Abs. = 0,08 x (100/2) = 4 bar ou 30m


1) PP = P.Abs. x X/100 PPO2 = 7 bar x 20 / 100 = 1,4 bar

PPN2 = 7 bar x 80 / 100 = 5,6 bar

2) PPO2 = P.Abs. x X / 100 1,7 = 7 bars (60m) x X / 100

X = (1,7 x 100) / 7 = 24,28 % arrondir à 24

mélange O2 / N2 = 24 / 76

H - L’arrêté du 22 Juin 1998 limite la plongée à l’air à la profondeur de 60m

1 - à l’Air, quelle est la PPO2 et la PPN2 à cette profondeur ?

2 - Quel mélange peut-on concevoir à cette profondeur sans dépasser une PPO2 de 1,7 bar

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