Les facteurs favorisants Application en plongée La dissolution des gaz Loi de Henry Introduction Mise en évidence Loi de Henry Les facteurs favorisants Différents états Application en plongée

WILLIAM HENRY Physicien et chimiste Anglais, 1765-1836. Introduction Un peu d’histoire Détermine le phénomène de dissolution d ’un gaz dans un liquide. WILLIAM HENRY Physicien et chimiste Anglais, 1765-1836. Physicien et chimiste Anglais WILLIAM HENRY (1765-1836) a défini la loi sur la dissolution des gaz dans les liquides. W Henry a démontré que la quantité de gaz dissous dans un liquide augmentait avec la pression.

Compressibles Les gaz sont: Expensibles se mélangent entre eux Introduction Quelques rappels Compressibles Les gaz sont: Expensibles se mélangent entre eux Loi de Dalton P.p = P.abs x X%

Introduction Règle générale GAZ LIQUIDE Règle générale de la dissolution Soit une enceinte close contenant un gaz développant une pression et un liquide ne contenant pas de gaz. Sous l’effet de l’énergie thermodynamique proportionnelle à la pression les molécule du gaz frappent l’interface gaz – liquide. Un certain nombre d’entre elles pénètre dans le liquide, y augmentant la concentration des molécules gazeuses. Dans le même temps, certaines des molécules dissoutes ont tendance à repasser en phase gazeuse. En plongée le plongeur est sous l’effet des gaz en pression comme le corps humain est constituer de 75% de liquide environs, il va donc dissoudre plus de gaz qu'a la surface ce qui va entraîner des problèmes à la remontée, idem que la bouteille d’eau gazeuse que l’on débouche. Le gaz qui nous concerne en plongée est principalement l’azote LIQUIDE

Mise en évidence Avec le piston P1 GAZ Pression P2 Pression + + Expérience avec le piston : 1) Lorsque l ’expérience débute le liquide est en contact simple avec le gaz. 2) Lorsque l ’on fait augmenter la pression en faisant descendre le piston, le gaz va commencer à se dissoudre dans le liquide. 3) Sa stabilisation est simplement due au fait de l ’équilibre entre le gaz et le liquide. 4) On observe que plus la pression augmente plus la quantité de gaz dissous est importante. 5) A un certain stade de la dissolution le liquide ne va plus accepter de dissoudre le gaz. On pourra alors en déduire qu’il est saturé. Plus la quantité de gaz dissout est importante lus le temps de dissolution augmentera. La proportion de gaz dissout est directement lié aux facteurs favorisant la dissolution. Nous pouvons donc constater: IL y a saturation lorsque il y a égalité entre PRESSION et TENSION + + Pression = Tension SATURATION LIQUIDE Tension

Loi de Henry Énoncé de la loi A température constante la quantité de gaz dissout dans un liquide à saturation est proportionnel à la pression exercée par ce gaz à la surface du liquide.

Les facteurs favorisants Variables en plongée La quantité de gaz dissous dans l ’organisme dépend de plusieurs facteurs : Variables en plongée La pression : Plus elle augmente plus la quantité de gaz dissous est importante. Température : Plus la température augmente, plus la quantité de gaz dissous diminue et inversement . La durée d ’exposition : La dissolution des gaz est proportionnelle à la durée d ’exposition du plongeur. Elle est progressive. Plus le gaz reste en contact avec le liquide, plus il se dissout. L ’agitation : Le renouvellement du liquide au contact du gaz accélère la dissolution.

Les facteurs favorisants Invariables en plongée La quantité de gaz dissous dans l ’organisme dépend de plusieurs facteurs : Invariables en plongée La surface de contact : Plus la surface de contact est importante plus la quantité de gaz dissout est important. La nature du liquide : Le corps humain est constitué par plusieurs liquides pour lesquels la vitesse de dissolution et la solubilité des gaz sont différentes. La nature du gaz : Plus le coefficient de solubilité du gaz est élevé, plus la quantité de gaz dissous à pression constante est importante.

Différents états 1. Saturation de surface (état d’origine) C ’est la saturation à laquelle nous sommes ordinairement la pression atmosphérique est de 1 bar. La tension est égale à la pression Le plongeur Le plongeur est encore à la surface il respire de l'air, consomme l'oxygène mais pas l'azote. Son corps est saturé en azote, schématisé par un +. Analogie du lavabo bouché Il y a un peu d’eau au fond du lavabo

Différents états 2. Sous-saturation 2. Sous-saturation Il y a déséquilibre entre pression et saturation. La tension du tissu est inférieure à la pression extérieure. La pression vient d ’augmenter rapidement, le processus de saturation commence Le plongeur Le plongeur est descendu à 40 m où il est soumis à une pression de 5 bars. Au bout d'un certain temps, il aura 5 fois plus d'azote dissous dans le corps Analogie du lavabo bouché L’eau coule dans le lavabo mais il n’est pas encore plein.

Différents états 3. Saturation à pression 3. Saturation à pression La tension est égale à la pression nous sommes à saturation, il y a équilibre. Le processus de saturation est rentrée dans sa phase finale, le temps d’exposition a cette pression ne fera plus augmenter la tension Le plongeur Le temps a passé. Le corps du plongeur s'est saturé en azote à cette pression de 5 bars Analogie du lavabo bouché Le lavabo est plein

Différents états 4. Sur-saturation 4. Sur-saturation La pression baisse lentement ( c’est la remontée lente ).la tension dans les tissus est supérieure à la pression. Le processus de désaturation lente est entamé, il y a déséquilibre léger entre pression et tension. Le plongeur Le plongeur est remonté à 20 mètres, où il est soumis à une pression de 3 bars. De toutes petites bulles se forment dans son corps, mais ne bouchent pas les vaisseaux sanguins et s’éliminent à chaque expiration. Analogie du lavabo bouché L’eau continu de coulé mais elle s’écoule par le trop plein

Différents états 5. Sur-saturation critique L ’ACCIDENT La vitesse de remontée n’a pas été respectée,l ’azote dégazé dans les tissus ne peut plus s ’évacué normalement C’est le dégazage massif, l’accident est présent Le plongeur Le plongeur a continuée sa remonté jusqu'à la surface. De grosse bulles d'azote se forment dans tout le corps, bloquant la circulation sanguine. Il a dépassé l'état de sursaturation critique et c'est L'ACCIDENT DE DECOMPRESSION. Pour l'évite, il eut fallu que la pression diminue plus lentement, afin que les bulles restent très petites et ne puissent obstruer la circulation sanguine. Il devait remonter lentement et faire des paliers. Analogie du lavabo bouché L’eau ne peut plus s’écouler par le trop plein et déborde

Différents états Profil d’une plongée ACCIDENT Donner les explications du dessin de la plongée expliquant la saturation et la désaturation Que l’oxygène est consommé lors de la plongée, mais que l’azote est dissous dans les tissus

Application en plongée Élaboration des tables de plongée En plongée A la descente et au fond, les tissus du corps se chargent plus ou moins en azote. A la remontée, l’azote doit être éliminé, sans qu’aucun tissu ne soit jamais en état de dépassement de la sursaturation critique. C’est le rôle des tables de plongée :   ·    Vitesse de remontée ·    Paliers Pour comprendre l’élaboration des table il faut connaître quelques notions:

Tension = Quantité de gaz dissous Notion de tension Tension = Quantité de gaz dissous Gaz dissous : T (tension) Gaz : Pp. A saturation En sous-saturation T = Pp. T < Pp. En sursaturation En sursaturation critique T > Pp. T > Pp. Mais dégazage incontrôlé

 la Pp.N² de la surface la Pp.N² de la profondeur maxi Notion de gradient En plongée le gradient est: la Pp.N² de la surface  En plongée: le gradient G est la différence entre la Pp.N² de la surface et la Pp.N² de la profondeur maxi la Pp.N² de la profondeur maxi

Notion de tissus En secourisme En plongée En secourisme : C'est un ensemble de cellules de même constitution ayant le même rôle au sein de l'organisme.   En plongée : Il s'agit d'une partie anatomique qui dissolve la même quantité de gaz dans des conditions identiques de temps.

Pour l’élaboration des tables MN 90 Notion de tissus Il existe une multitude de Tissus Tissus longs Faiblement vascularisés Tissus courts Fortement vascularisés Pour l’élaboration des tables MN 90 Les 12 Tissus pris en compte sont : Il existe une multitude de tissus Leur capacité a saturer est fonction: De leur nature De leur fonction De leur constitution État physiologique du plongeur Tissus court : Tissus fortement vascularisés (muscle, sang) Tissus longs : Tissus faiblement vascularisés (articulation)   Pour l’élaboration des tables Mn 90 les 12 tissus pris en compte sont : De 6 à 65 mètres : 5 mn - 7 mn - 10 mn – 15 mn – 20 mn – 30 mn – 40 mn – 50 mn – 60 mn – 80 mn – 100 mn – 120 mn. + 1,5 mn qui est pris en comte dans la vitesse de remonte, mais pas pour les paliers. + 300 mn, pour les tables professionnelles (immersions très longues). T120 T100 T80 T60 T50 T40 T30 T20 T15 T10 T7 T5

A A A A Notion de période T 3 = 1 minute T 2 = 1 minute T 1 = 1 minute Une période : c’est le temps que met un tissus lors de la saturation et de la désaturation pour augmenter ou diminuer de moitié de sa valeur initiale T 3 = 1 minute A A T 2 = 1 minute A T 1 = 1 minute A Quantité initiale A Quantité initiale Donner les exemples oralement T7: Il met 7 minutes pour atteindre sa demi-saturation. T30: Il met 30 minutes pour atteindre sa demi-saturation. T60: Il met 60 minutes pour atteindre sa demi-saturation. La 1ère période est égale à 50%. La 2èrre période est égale à 75% La 3ème période est égale à 87.5%

Courbe théorique de saturation / désaturation % de tension de n² 100% 0% 1 2 3 4 5 Nombre de périodes (fonction de la durée d’immersion) Saturation Désaturation 93,75% 87,5% 75% 50% Au vue de ces deux courbes on peut s’apercevoir que nos tissus se saturent plus vite en azote dissous qu’ils ne se désaturent.

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Calcul de la tension d’azote Formule: T = T o + ( ( T f - T o ) x X% ) Valeur de la tension initiale finale Gradient Bars Valeur de la tension à l ’instant t Bars Période de saturation ou de désaturation. Pourcentage Valeur de la tension initiale Bars

Calcul de la tension d’azote Exemple d’un tissu sur une plongée à 20 mètres To = 0.8 bar Pp N² = 0.8 bar Tf = To + (( Tf – To) x % saturation) 87.5% 93.75% 20 m (3 bar) Pp N² = 2.4 bar Tf = 2,4 bar + 50% Tf = 0.8 + ((2,4 – 0,8 )x 0,5) Tf=1.6 bar + 75% Tf = 0.8 + ((2,4 – 0,8 )x 0,75) Tf=2 bar + 96,87% Tf = 0.8 + ((2,4 – 0,8 )x 0,96) Tf=2,33 bar

Sursaturation critique Coefficient de sursaturation C ’est le rapport de la tension d ’azote sur la pression ambiante. S = Tension de N2 Pression absolue

Sursaturation critique Seuil de sursaturation C ’est la saturation maximale tolérée sans formation de bulles dangereuse. Sc = Tension de N2 Pression absolue C’est le rapport entre la tension d’azote dissout dans les tissus et la pression ambiante , à laquelle le plongeur est soumis et qu’il ne peut supporter avant un dégazage incontrôlé.

Sursaturation critique Coefficients de sursaturation critique Déterminés par expérimentation. Coefficient de Saturation critique Temps de la période de saturation Cela veut dire que si cette valeur est dépassée il y aura un dégazage incontrôlé qui entraînera un accident.

Calcul de la hauteur d’un palier La hauteur d’un palier, c’est la pression absolue minimale que peut supporter le tissus avant un dégazage incontrôlé. Sc = Tension de N2 Pression absolue Sc Tension de N2 Pression absolue = La hauteur d’un palier, c’est la pression absolue minimale que peut supporter le tissus avant un dégazage incontrôlé. Par rapport à la formule de la sursaturation critique on peut déterminer la pression minimale absolue.

Calcul de la hauteur de palier Exemple d’un tissu T15 sur une plongée à 20 mètres pendant 75’ P.abs mini = Tf sc Sc T15 = 2, 20 P.abs mini = 2,33 2,20 = 1,59 1,59 b = 5,9 m donc palier à 6 mètres

Exercice d’application Un compartiment théorique de période 20 minutes est immergé pendant 60 minutes à 25 mètres. Indiquez sa tension finale. Peut-il rejoindre la surface sans palier? Si non, à quelle profondeur doit-il faire un palier? (1) Pression en surface 1 bar (2) % azote 80 % (3) PpN² et To [(1) x (2)] 1 x 0.8 = 0.8 bar (4) Pression au fond 3.5 bars (5) PpN² [(4) x (3)] 3.5 x 0.8 = 2.8 bars (6) Période 20 minutes (7) Durée immersion 60 minutes (8) Nombre de périodes [(5)/(6)] 60/20 = 3 périodes (9) % de saturation 87.5% (10) Tf=To+((Tf – To) x X%) [(3)+((5) –(3))x(9)] Tf=0.8 + ((2,8 – 0,8)x 87.5%) = 2.55 bars (11) Sc (voir tableau) 2.04 (12) P.abs mini = Tf / Sc [(11) /(12)] P.abs mini = 2.55/2.04 =1.25 bars Soit 2.5 mètres minimum Donc palier à 3 mètres