La pression partielle

La pression partielle
Loi de Dalton
cours N4
-
Introduction
Mise en évidence
Énoncé et formule
Applications et conséquences
Exercices
© 2004 – Gérard DOMINÉ – IR – MF2 – BEES1 – Moniteur Nitrox / Recycleur SCR – Formateur TIV
Introduction
On se rappelle que la pression d’un gaz peut être considéré comme la
somme des forces d’impact des molécules de ce gaz s’exerçant sur une
surface donnée.
Jusqu’à présent on a considéré un gaz pris au sens général, ou fait
mention de l’air sans donner de détails.
Nous utilisons tous en plongée sportive un mélange respiratoire
composé de plusieurs gaz… (air, nitrox, trimix), or chaque gaz au sein
d’un mélange se comporte comme s’il était seul !
John Dalton (1766 - 1844) chimiste anglais.
Il a formulé en 1801 la loi d'addition des pressions partielles dans les
mélanges gazeux, on en trouve différents énoncés.
Mise en évidence
Expérience de BERTHOLLET : diffusion et mélange parfait des gaz
Deux ballons, reliés chacun à un manomètre, dont l’un contient du gaz
carbonique (CO2) à la pression P, et l’autre de l’hydrogène (H2) à la même
pression,
sont mis en communication.
1 bar
CO2
H2
1 bar
1) Lorsque les deux récipients sont reliés, on vérifie la pression,
elle reste inchangée (1 bar).
Mise en évidence
Expérience de BERTHOLLET : diffusion et mélange parfait des gaz
2) On ferme la communication et on analyse le contenu :
On constate que chaque récipient contient 50 % de gaz carbonique et
50% d’hydrogène.
1 bar
50% H2
50% CO2
50% H2
50% CO2
1 bar
Chaque gaz occupant la moitié de chaque ballon, on peut dire aussi qu’il occupe
une partie de la pression dans chaque ballon.
Chaque composant du mélange exerce donc, pour son propre compte, une
partie de la pression totale, qui s’appelle : pression partielle.
Mise en évidence
Expérience de BERTHOLLET : diffusion et mélange parfait des gaz
On peut constater que les pressions partielles des gaz du mélange forment,
par leur somme, la pression totale du mélange.
1 bar
50% H2
50% CO2
50% PpH2 x 1 bar = 0,5 bar
+
gaz carbonique : 50% PpN2 x 1 bar = 0,5 bar
50% H2
50% CO2
1 bar
hydrogène :
= 1 bar (pression totale)
Loi de DALTON : trois formulations possibles
1) Dans un mélange gazeux, la somme des pressions partielles des composants
de ce mélange est égale à la pression totale (absolue) du mélange :
(PpH2 = 0,5) + (PpN2 = 0,5) = 1 bar
Mise en évidence
Loi de DALTON : trois formulations possibles
2) La pression partielle d’un gaz au sein d’un mélange est la pression qu’aurait
ce gaz s ’il occupait seul le volume du mélange.
1 bar
50% H2
50% CO2
50% H2
50% CO2
1 bar
3) La pression partielle d’un gaz constituant d’un mélange est égale au produit de
la pression totale par la concentration du gaz considéré (%) au sein du mélange.
Pression partielle = Pression absolue mélange X pourcentage du gaz considéré
Pp = P.Abs X % gaz considéré
Dans notre exemple, quelle est la PpCO2 ?
PpCO2 : 1 bar x 50% = 0,5 bar
Applications et conséquences
Applications
- Plongée à l’air
- Plongée aux mélanges différents de l’air (Nitrox, TriMix),
- Élaboration des tables de plongée et autres procédures de
décompression.
Conséquences
- Toxicité des gaz : accidents biochimiques,
- mécanisme de l’accident de décompression.
Exercices
Moyen facile de se rappeler les formules :
(Pression partielle) Pp = Pa * %
Pp
Pabs
(Pression absolue)
Pabs = Pp / %
%
(pourcentage du gaz) :
% = Pp / Pa
Exercices
(Pression partielle)
(Pression absolue)
(pourcentage du gaz) :
Pabs
Pp = Pa * %
Pabs = Pp / %
% = Pp / Pa
Pp
%
L’azote devient toxique à partir d’une pression partielle de 5,6 bars
Quelle est la limite de profondeur en plongée à l’air ?
- Je recherche une profondeur, donc une pression absolue (P abs)
- l’air est composé de 20% d’oxygène et 80% d’azote
Profondeur = seuil PpN2 toxique divisé par pourcentage N2, soit
P.Abs = 5,6 : 0,8 = 7 bars, soit 60 mètres (limite des MN90)
Exercices
(Pression partielle)
(Pression absolue)
(pourcentage du gaz) :
Pabs
Pp = Pa * %
Pabs = Pp / %
% = Pp / Pa
Pp
%
L’oxygène devient toxique à partir d’une pression partielle de 1,6 bar
Quelle est la limite de profondeur pour un Nitrox 40/60 ?
- Je recherche une profondeur, donc une pression absolue (P abs)
- Le Nitrox 40/60 est composé de 40% d’oxygène et 60% d’azote
Profondeur = seuil PpO2 toxique divisé par pourcentage O2 du Nitrox, soit
P.Abs = 1,6 : 0,4 = 4 bars, soit 30 mètres
Exercices
(Pression partielle)
(Pression absolue)
(pourcentage du gaz) :
Pabs
Pp = Pa * %
Pabs = Pp / %
% = Pp / Pa
Pp
%
Quel mélange suroxygéné « O2/N2 » doit-on confectionner pour
avoir à 30 m une PpN2 équivalente Air à 15 m
- Je recherche le pourcentage d’oxygène pour confectionner un Nitrox
dont la PpN2 doit être l’équivalent de l’air à une profondeur de 15 m
- PpN2 Air à 15 m : 2,5 bars x 0,8 = 2 bars
- P.abs à 30 m : 4 bars
% N2 équivalent à 30 m : % = 2 : 4 = 0,5 bar, soit 50% d’azote
Le mélange Nitrox = 50 % O2 et 50% N2
Exercices
(Pression partielle)
(Pression absolue)
(pourcentage du gaz) :
Pabs
Pp = Pa * %
Pabs = Pp / %
% = Pp / Pa
Pp
%
Quelle est la PpO2 contenue dans l'air respiré à 70 mètres ?
- Je recherche une pression partielle d’oxygène à une profondeur
donnée, à partir d’un mélange « air » (20/80) :
- Pp = P.abs x %
soit PpO2 = 8 x 0,2 = 1,6 bar (seuil toxicité)
Exercices
(Pression partielle)
(Pression absolue)
(pourcentage du gaz) :
Pabs
Pp = Pa * %
Pabs = Pp / %
% = Pp / Pa
Pp
%
Pour les as de la calculette : recherche d’un mélange ternaire (3 gaz)
du type Trimix hypoxique :
Ou comment plonger à 80 mètres avec une PpO2 = 1,6 bar et un
équivalent narcose correspondant à 50 mètres à l’air (PpN2 = 4,8 bars) ?
Quel serait le mélange fond ?
80 mètres = 9 bars (P.Abs)
% O2 =
1,6 = 0,17bar
9
Equation : 9 x % O2 = 1,6 bar
soit 17 % O2
(seuil hypoxique PpO2 = 0,16 bar)
Exercices
(Pression partielle)
(Pression absolue)
(pourcentage du gaz) :
Pp = Pa * %
Pabs = Pp / %
% = Pp / Pa
Pp
Pabs
%
80 mètres = 9 bars (P.Abs)
% O2 =
1,6 = 0,17bar
9
9 x % O2 = 1,6 bar
soit 17 % O2
(seuil hypoxique = 0,16 bar)
Equation : 9 x % N2 = 4,8 bars
% N2 =
4,8 = 0,53 bar
9
soit 53 % N2
100 % - 53 % N2 – 17 % O2 = 30 % Helium (He)
Prochain cours
Loi de HENRY
cours N4
- la dissolution des gaz
- les éléments de calcul des tables
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