Physique Composition de l air, l dissolution des gaz et appareil respiratoire

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1 Physique Composition de l air, l dissolution des gaz et appareil respiratoire Club du CSA de Ruelle Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

2 Introduction Sujets : la composition de l air et la dissolution des gaz. La découverte de l appareil respiratoire. Objectif du cours : Connaître les principes de dissolution des gaz composants l air. Connaître les mécanismes de l appareil respiratoire. Pré requis : connaissance des principes de pressions Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

3 Rappels - Décomposition de l airl Azote (N2) : 78,084 % Oxygène (O2) : 20,946 % Argon (assimilé au N2 par simplification) : 0,934 % Gaz Carbonique (CO2) : 0,037 % Néon, Krypton, Hélium, Xénon, Radon, Hydrogène : traces Pour simplifier, on considère 80 % de N2 et 20 % de O2 Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

4 Pressions des gaz et pressions partielles (1) Loi de dalton La pression totale d un mélange gazeux se répartit en proportion des gaz qui le composent : Pp(gaz) = Pabs x %(gaz) En surface, les pressions partielles sont : Oxygène : Pp(O2) = Pabs x %(O2) = 1 x 0,2 = 0,2 bar Azote : Pp(N2) = Pabs x %(N2) = 1 x 0,8 = 0,8 bar A 20 m, les pressions partielles sont : Oxygène : Pp(O2) = Pabs x %(O2) = 3 x 0,2 = 0,6 bar Azote : Pp(N2) = Pabs x %(N2) = 3 x 0,8 = 2,4 bar Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

5 Pressions des gaz et pressions partielles (2) Loi de dalton (suite) A partir de 1,6 bar, la pression partielle d O2 devient dangereuse (hyperoxie). C est également le cas si elle est en dessous de 0,16 bar (hypoxie). Calcul de la profondeur maximale pour la plongée : Pp(O2) = Pabs x %(O2) donc Pabs = Pp(O2) / %(O2) Pabs = 1,6 / 0,2 = 8 bar soit 70 mètres Remarque : si l on prend %(O2) = 21 % cela donne Pabs = 1,6 / 0,21 = 7,6 bar soit 66 mètres limite de la plongée à l air!!! Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

6 Pressions des gaz et pressions partielles (3) Loi de dalton (suite) A partir de 4,0 bar, la pression partielle de N2 provoque un début de narcose. Calcul de la profondeur critique pour la plongée : Pabs = Pp(N2) / %(N2) = 4,0 / 0,8 = 5 bar soit 40 mètres A partir de 5,6 bar, la pression partielle d N2 peut provoquer une narcose incontrôlable. Calcul de la profondeur maximale pour la plongée : Pabs = Pp(N2) / %(N2) = 5,6 / 0,8 = 7 bar soit 60 mètres Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

7 Pressions des gaz et pressions partielles (4) Loi de dalton (suite) Avec les mélanges (Nitrox Trimix), on modifie la composition du gaz respiré, mais pas les limites de pressions. Calcul avec un Nitrox 40/60 (40 % d O2; 60 % d N2) : Pabs = Pp(O2) / %(O2) = 1,6 / 0,4 = 4 bar soit 30 mètres sans danger Pabs = Pp(N2) / %(N2) = 4,0 / 0,6 = 6,6 bar soit 56 mètres sans narcose Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

8 Pressions des gaz et pressions partielles (5) Loi de dalton (suite) Avec les mélanges (Nitrox Trimix), on modifie la composition du gaz respiré, mais pas les limites de pressions. Calcul avec un Trimix 12/40/48 (12 % d O2; 40 % d N2; 48 % d hélium) : Pabs = Pp(O2) / %(O2) = 1,6 / 0,12 = 13,3 bar soit 123 mètres sans danger Pabs = Pp(N2) / %(N2) = 4,0 / 0,4 = 10 bar soit 90 mètres sans narcose Pabs = Pp(O2) / %(O2) = 0,16 / 0,12 = 1,33 bar soit 3,3 mètres sans hypoxie (syncope) Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

9 Rappels Pressions et variation de volume Descente = compression Remontée = décompression profondeur durée Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

10 Dissolution des gaz (1) Loi de Henry A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissout dans un liquide est proportionnelle à la pression qu'exerce ce gaz sur le liquide. La quantité de gaz dissout est appelée la tension et elle est mesurée en bar. Exemple : la quantité de gaz dissout dans notre organisme en temps normal (à saturation) est : tension d azote : TN2 = 0,8 bar tension d oxygène : TO2 = 0,2 bar tension = pression partielle => saturation : équilibre Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

11 Dissolution des gaz (2) Loi de Henry Lorsqu on descend la pression absolue augmente. La pression partielle d azote devient plus grande que la tension, on parle de sous-saturation : de l azote se dissout dans notre organisme. A la remontée, la pression absolue diminue. Si la pression partielle d azote devient plus petite que la tension, on parle de sur-saturation : de l azote cherche à s échapper de l organisme. si la différence est trop grande : risque d ADD Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

12 La dissolution des gaz dans le corps humain <= équilibre => azote descente remontée V = 9 à 15 m/minutes profondeur durée Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

13 Les principes des incidents de décompressiond <= déséquilibre => descente azote trop vite remontée trop longtemps profondeur durée trop profond Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

14 Dissolution des gaz (3) Loi de Henry Facteurs influençant la dissolution des gaz : la pression (profondeur) la durée d exposition (temps de plongée) l agitation du gaz (plongeur, sucre dans le café) la température (37 C ) la nature du «liquide» (sang, tissus, os, nerfs ) la nature de gaz (N2) la surface de contact (poumons ) Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

15 Physiologie - Appareil respiratoire Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16

16 Résumé & conclusion La pression joue également sur les gaz qui composent l air ou les mélanges que nous respirons en plongée!!! L appareil respiratoire mérite d être mieux connu!!! Avez-vous des question? Merci à tous! Bonnes plongées! Cours niveau 2 et 3 PSM - CSA Ruelle / 16