La pression partielle Loi de Dalton cours N4

Transcription

1 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

2 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 ( ) chimiste anglais. Il a formulé en 1801 la loi d'addition des pressions partielles dans les mélanges gazeux, on en trouve différents énoncés.

3 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 1 bar H2 CO2 1) Lorsque les deux récipients sont reliés, on vérifie la pression, elle reste inchangée (1 bar).

4 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% H2 1 bar 50% CO2 50% CO2 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.

5 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% H2 1 bar 50% CO2 50% CO2 hydrogène : 50% PpH2 x 1 bar = 0,5 bar + = 1 bar (pression totale) gaz carbonique : 50% PpN2 x 1 bar = 0,5 bar 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

6 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% H2 1 bar 50% CO2 50% CO2 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

7 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.

8 Exercices Moyen facile de se rappeler les formules : (Pression partielle) Pp = Pa * % Pp Pabs % (Pression absolue) Pabs = Pp / % (pourcentage du gaz) : % = Pp / Pa

9 Exercices (Pression partielle) Pp = Pa * % (Pression absolue) Pabs = Pp / % (pourcentage du gaz) : % = Pp / Pa Pp Pabs % 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)

10 Exercices (Pression partielle) Pp = Pa * % (Pression absolue) Pabs = Pp / % (pourcentage du gaz) : % = Pp / Pa Pp Pabs % 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

11 Exercices (Pression partielle) Pp = Pa * % (Pression absolue) Pabs = Pp / % (pourcentage du gaz) : % = Pp / Pa Pp Pabs % 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

12 Exercices (Pression partielle) Pp = Pa * % (Pression absolue) Pabs = Pp / % (pourcentage du gaz) : % = Pp / Pa Pp Pabs % 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)

13 Exercices (Pression partielle) Pp = Pa * % (Pression absolue) Pabs = Pp / % (pourcentage du gaz) : % = Pp / Pa Pp Pabs % 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) Equation : 9 x % O2 = 1,6 bar % O2 = 1,6 = 0,17bar soit 17 % O2 9 (seuil hypoxique PpO2 = 0,16 bar)

14 Exercices (Pression partielle) Pp = Pa * % (Pression absolue) Pabs = Pp / % (pourcentage du gaz) : % = Pp / Pa Pp Pabs % 80 mètres = 9 bars (P.Abs) 9 x % O2 = 1,6 bar % O2 = 1,6 = 0,17bar soit 17 % O2 9 (seuil hypoxique = 0,16 bar) % N2 = 4,8 = 0,53 bar soit 53 % N2 9 Equation : 9 x % N2 = 4,8 bars 100 % - 53 % N2 17 % O2 = 30 % Helium (He)

15 Prochain cours Loi de HENRY cours N4 - la dissolution des gaz - les éléments de calcul des tables 2004 Gérard DOMINÉ IR MF2 BEES1 Moniteur Nitrox / Recycleur SCR Formateur TIV