Loi de Henry - Pontoise Plongée

Loi de Henry
Extract of Pontoise Plongée
http://www.pontoise-plongee.org/spip.php?article46
Loi de Henry
- Commission technique
- Théorie Niveau 3
-
Publication date: vendredi 8 juin 2007
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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
2.3 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.
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3 - Mise en évidence expérimentale de la loi de Henry
3.1 Expérience du piston et du liquide
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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.
3.2.2 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. La totalité du gaz initialement dissout dans le liquide en
est sorti.
3.2.3 Ouverture de la bouteille après l'avoir secouée
On secoue la bouteille juste avant de l'ouvrir. On a alors une mousse violente qui se forme, voir une éjection de bulle
type geyser, entraînant avec elles une partie du liquide.
4 - La loi de Henry
4.1 Enoncé litéral
"A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression
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partielle qu'exerce ce gaz sur le liquide."
4.2 Formule mathématique
A l'équilibre, on a : Pp(gaz) = T(gaz)
Avec :
Pp(gaz)
pression partielle du gaz exercée sur le liquide.
T(gaz)
quantité de gaz dissout dans le liquide, également appelée Tension du gaz dans le liquide.
4.3 Les différents états de saturation
4.3.1 La saturation
La saturation est la situation normale. C'est l'état du plongeur avant sa plongée, s'il n'a pas plongée depuis plus de 12
h.
4.3.2 La sous-saturation
Un gaz est en sous-saturation lorsque la pression partielle qu'il exerce sur un liquide est supérieure à la tension de ce
gaz dans ce liquide. C'est la situation du plongeur en train de descendre, ou pendant son exploration. En effet, la
saturation de tous les tissus est rarement atteinte lors d'une plongée sportive.
4.3.3 La sur-saturation
Un gaz est en sur-saturation lorsque la pression partielle qu'il exerce sur un liquide est légèrement inférieure à la
tension de ce gaz dans ce liquide.
C'est la situation du plongeur qui remonte en respectant les procédures de décompression.
On peut faire l'analogie avec la bouteille de boisson gazeuse que l'on vient d'ouvrir après l'avoir laisse reposer. Elle
désature doucement.
Le gaz sort du liquide de manière invisible. Au pire, des micro-bulles se forment, qui ne sont pas visibles à l'oeil nu.
On appelle coefficient de saturation critique le rapport de la tension sur la pression au-delà duquel la désaturation
devient "violente"
4.3.4 La sur-saturation critique
Un gaz est en sur-saturation critique lorsque la pression partielle qu'il exerce sur un liquide est nettement inférieure à
la tension de ce gaz dans ce liquide.
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On appelle coefficient de saturation critique le rapport de la tension sur la pression au-delà duquel on passe de l'état
de sur-saturation à l'état de sur-saturation critique. Il est propre çà chaque couple gaz/liquide, et est l'un des
paramètres pour le calcul des tables de décompression (voir l'article sur les éléments de calcul des tables de
décompression)
A ce stade, la désaturation est visible.
C'est la situation du plongeur qui remonte trop vite, ou qui ne respecte pas ses paliers. Le risque d'accident de
décompression est très important.
On peut faire l'analogie avec la bouteille de boisson gazeuse que l'on vient d'ouvrir sans précautions particulière.
Pendant quelques secondes, les bulles sont visibles et remontent à la surface pour former une mousse.
4.3.5 Au-delà de la sur-saturation critique
L'état d'un gaz est au-delà de la sur-saturation critique lorsque la pression partielle qu'il exerce sur un liquide est très
nettement inférieure à la tension de ce gaz dans ce liquide. A ce stade, la désaturation s'effectue sous forme de
grosses bulles qui se forment de manière spontanément dans tous le volume du liquide.
C'est la situation d'un plongeur qui, après une plongée profonde et longue, fait une remontée panique. L'accident de
décompression est certain et grave.
On peut faire l'analogie avec la bouteille de boisson gazeuse que l'on ouvre après l'avoir secouer violemment.
4.4 Facteur influençant la saturation
Différent facteurs vont influencer la saturation :
le type de liquide et le type de gaz : la quantité de gaz dissout dans le liquide est propre à chaque couple
gaz/liquide
la température ambiante : plus elle est basse, plus la quantité de gaz dissout dans le liquide est importante.
D'autres part, d'autres facteur vont influencer non pas la quantité de gaz dissous dans le liquide à l'équilibre, mais la
vitesse à laquelle cette équilibre va être atteint :
le temps d'exposition : plus le temps va être long, plus l'état d'équilibre sera proche.
l'agitation dans le liquide et le gaz : plus l'agitation est forte, plus l'état d'équilibre sera atteint rapidement.
la surface de contact entre le liquide et le gaz : plus elle sera grande, plus l'équilibre sera atteint rapidement.
4.5 Période d'un tissus
On appelle période d'un liquide le temps qu'il met pour diviser par 2 la différence qu'il y a entre la pression partielle
qu'un gaz exerce sur ce liquide et la tension de ce gaz dans ce liquide. Cette période est constante, et propre à
chaque liquide.
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Ainsi, la saturation (ou la désaturation) va être très rapide lors du changement de pression partielle du gaz sur le
liquide, puis se ralentir jusqu'à atteindre l'équilibre.
Exemple :
Un liquide à un période de 5 mn. Il est au repos, à la pression atmosphérique. Il a donc une tension en azote de 0.8,
puisque la pression partielle d'azote est de 0.8 bar.
On le place dans un caisson où l'on applique une pression de 5 bar, soit une pression partielle d'azote de 4 bars.
Au bout de 5 mn, la tension d'azote dans le liquide sera de 2.4 (0.8 initial + (4-0.8)/2).
Au bout de 10 mn, elle sera de 3.2 (2.4 atteint au bout de 5 mn + (4-2.4)/2 ).
Au bout de 15 mn, elle sera de 3.6 (3.2 atteitn au bout de 10 mn + (4-3.2)/2)
Et ainsi de suite jusqu'à ce que la tension soit proche de 4. On considérera alors l'équilibre atteint.
5 - Applications
La loi de Henry est directement relié aux procédures de décompression, et aux accidents de décompression.
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