Loi de Henry

vendredi 8 juin 2007
par  DEMANTE Didier , LEGRAND Denis
popularité : 11%

 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.

 3 - Mise en évidence expérimentale de la loi de Henry

3.1 Expérience du piston et du liquide

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 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.

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.

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.


Agenda

<<

2018

 

<<

Décembre

 

Aujourd’hui

LuMaMeJeVeSaDi
     12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31