La pratique de la plongée sous-marineLa loi de HenryLa physique appliquée à la plongée sous-marine
A température donnée, la quantité de gaz dissoute à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle du gaz au-dessus de ce liquide.
Dans un liquide, la notion de pression partielle de gaz dissout est remplacée par la notion de tension, notée T, de gaz dans le liquide.
Notion de gradient et de période
On appelle gradient, noté G, la différence entre la tension de gaz dans le liquide à l'état final et celle à l'état initial. Le gradient s'exprime sous la forme suivante:
G = Tgaz, état final - Tgaz, état initial
Le gradient peut être positif dans le cas d'une saturation ou négatif dans le cas d'une désaturation en gaz du liquide.
On appelle période, noté P, le temps mis par le liquide pour dissoudre ou inversement restituer la moitié du gradient qui le sépare de sa tension à l'état final. A l'issue de l'écoulement d'une période, nous pouvons écrire que la nouvelle tension de gaz dans le liquide s'exprime sous la forme:
Tgaz, après 1 période = Tgaz, état initial +
Ginitial
2
Et plus généralement, à l'issue d'une période donnée, la tension tension de gaz dans le liquide s'exprime sous la forme:
Tgaz, après n périodes = Tgaz, état initial + Ginitial x Ts
avec Ts le taux de saturation
Saturation et désaturation d'un liquide
Avec le temps, le liquide cherche à retrouver son équilibre en gaz dissout suite à la variation de pression extérieure.
L'évolution de la saturation ou désaturation d'un gaz dans un liquide
| Temps écoulé | Taux de saturation Ts |
|---|---|
| 1 période | 50 % ou
1
2
|
| 2 périodes | 50 % + 25 % = 75 % ou
3
4
|
| 3 périodes | 75 % + 12,5 % = 87,5 % ou
7
8
|
| 4 périodes | 87,5 % + 6,25 % = 93,75 % ou
15
16
|
| 5 périodes | 93,75 % + 3,125 % = 96,875 % ou
31
32
|
| 6 périodes | 98,4375 % ou
63
64
|
| 7 périodes | 99,21875 % ou
127
128
soit quasiment 100 % |
Il est à noter que:
- la saturation ou la désaturation n'est pas un phénomène instantané
- plus le temps passe et plus la saturation ou désaturation en gaz augmente ou inversement diminue.
- après l'écoulement de 7 périodes, le liquide a quasiment atteint son équilibre et ainsi sa nouvelle saturation en gaz.
On appelle coefficient de saturation, noté Cs, le rapport entre la tension de gaz dans le liquide et la pression absolue qui règne au-dessus du liquide. Il s'exprime par la formule suivante:
Cs =
Tgaz
Pabsolue
Lors de la diminution de la pression absolue au-dessus du liquide, ce coefficient de saturation ne doit pas excéder un seuil, appelé seuil de sursaturation critique et noté Sc, sous risque d'un dégazage anarchique du gaz dissout sous la forme de bulles. L'ouverture d'une bouteille de champagne est une belle illustration du dégazage du gaz carbonique dissout sous forme de bulles !
Application à la plongée sous-marine
La loi de Henry va intervenir dans les échanges gazeux qui s'opèrent au niveau des poumons entre l'air et le sang qui circule dans tout le corps. En effet, les variations de la pression de l'air inspiré par le plongeur au cours de sa plongée modifient l'équilibre existant avec l'air ambiant en surface et entrainent des échanges gazeux afin de rétablir un nouvel équilibre.
Le principal gaz qui nous intéresse est l'azote, un gaz largement présent dans l'air que nous respirons mais non consommé par l'organisme.
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