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Notions de physique

La pression

La pression est définie comme la force exercée par unité de surface : pression = force /surface

L'unité de pression SI est le pascal (Pa), nommé ainsi en l'honneur du mathématicien et physicien français Blaise Pascal : 1 Pa = 1 N/m2

La pression atmosphérique se mesure généralement en kilopascals (kPa). Elle représente la pression exercée par une colonne d'air qui s'étend de la surface de la Terre (niveau de la mer) jusqu'à la haute atmosphère.

La pression peut aussi être mesurée en millimètres de mercure (mm Hg), en torrs, en atmosphères (atm), en bars et en psi (de l'anglais pounds per square inch, c'est-à-dire livres/pouce).

Différentes unités de pression équivalant à 1 atm :

101,325 kPa

760 * mm Hg

760 * Torr

14,696 psi

1,013 25 bar

* Nombre exact

Chang, R., Goldsby, K. A., Arpin, A., & Papillon, L. (2014). Chimie générale. Chenelière.

La pression hydrostatique

En surface, notre corps subit la pression exercée par le poids de l'air, c'est la pression atmosphérique. Elle se mesure en « bars » et diminue avec l'altitude. À 2 000 mètres (6 600 pieds), par exemple, elle est d'environ 0,8 bar, alors qu'elle vaut 1 bar au niveau de la mer. Dès notre immersion, le poids de l'eau vient s'ajouter à celui de l'air. L'eau étant environ 800 fois plus lourde que l'air, la pression varie rapidement quand la profondeur augmente. Tous les 10 mètres (33 pieds), elle s'accroît de 1 bar. Elle passe ainsi du simple au double entre la surface (1 bar) et 10 mètres (2 bars). À 20 m, elle a triplé pour atteindre 3 bars.

Astuce pour connaître la pression à une profondeur donnée : Pression = profondeur / 10 + 1

Foret, A., & Torres, P. (2020). Plongée plaisir niveau 1 : Premières bulles.

La poussée d'Archimède

Comme, dans l'eau, la pression est plus élevée en bas qu'en haut, elle est plus élevée sous un corps immergé qu'au-­dessus de lui. En raison de cette différence de pression, toujours plus élevée en dessous qu'au-­dessus, tout corps qui plonge dans l'eau subit une force orientée vers le haut qu'on appelle « poussée d'Archimède ». Si on lâche sous l'eau une balle de tennis et une boule en ferraille de mêmes dimensions, les deux vont subir la même poussée d'Archimède, mais tandis que la balle de tennis va remonter et flotter, la boule en ferraille va couler. Dans le premier cas, la poussée ­d'Archimède (vers le haut) est supérieure au poids (vers le bas), tandis que dans le second, elle lui est inférieure. On comprend que la poussée d'Archimède soit identique dans les deux cas : ayant exactement la même forme, les deux boules sont ­soumises à la même différence de pression, donc à la même poussée ­d'Archimède. Plus précisément, la poussée d'Archimède exercée par l'eau sur un corps ne dépend que du volume du corps situé sous le niveau de l'eau. [...]

La poussée d’Archimède que subit un objet de volume V plongé dans l’eau est ainsi égale en intensité au poids d’un volume V d’eau. Voilà pourquoi on dit que tout corps plongé dans l’eau subit une force orientée vers le haut dont l’intensité est égale au poids de l’eau déplacée. [...]

Puisque la poussée d’Archimède correspond au poids du fluide déplacé, elle augmente avec la densité du fluide. La poussée d’Archimède subie est ainsi plus importante dans la mer que dans une piscine. Le volume d’eau déplacé est toujours le même mais il pèse davantage lorsqu’il s’agit d’eau salée.

Fadel, K. (2015). Vous avez dit physique ? : De la cuisine au salon, de la physique partout dans la maison ! Dunod.

La loi de Boyle-Mariotte

À mesure qu’un ballon rempli d’hélium monte dans l’air, son volume augmente parce que la pression extérieure diminue graduellement. Inversement, quand on comprime le volume d’un gaz, sa pression augmente. Cela s’explique par le fait que les particules de gaz ayant moins d’espace, elles frappent plus souvent les parois du contenant. Au XVIIIe siècle, le chimiste irlandais Robert Boyle et le physicien français Edme Mariotte ont établi la relation entre la pression et le volume des gaz. Cette loi est connue sous le nom de loi de Boyle-Mariotte et s’énonce ainsi : la pression d’une quantité donnée de gaz maintenu à une température constante est inversement proportionnelle à son volume. Le produit de la pression (P) et du volume (V ) d’une quantité donnée de gaz à une température donnée (donc pour une masse et une température constantes) est une constante : PV = k1

Chang, R., Goldsby, K. A., Arpin, A., & Papillon, L. (2014). Chimie générale. Chenelière.

La loi de Dalton

Dans le cas d’un mélange gazeux, il faut comprendre la relation entre la pression totale des gaz et la pression de chacun des gaz constituant le mélange, appelée pression partielle. En 1801, Dalton formula une loi, maintenant appelée loi des pressions partielles de Dalton, selon laquelle la pression totale d’un mélange de gaz est la somme des pressions que chaque gaz exercerait s’il était seul.

Chang, R., Goldsby, K. A., Arpin, A., & Papillon, L. (2014). Chimie générale. Chenelière.

La loi de Henry

La pression extérieure n'influence pas la solubilité des liquides ni celle des solides, mais elle influence grandement celle des gaz. Le rapport quantitatif entre la solu- bilité des gaz et la pression s'exprime par la loi de Henry : la solubilité d’un gaz dans un liquide est directement proportionnelle à la pression qu’exerce le gaz sur la solution. [...]

La quantité de gaz qui se dissout dans un solvant dépend de la fréquence des collisions entre les molécules du gaz et la surface du liquide, collisions qui permettent au liquide de piéger les molécules gazeuses. Soit un gaz et une solution en équilibre dynamique. À chaque instant, le nombre de molécules gazeuses qui entrent dans la solution est égal au nombre de molécules dissoutes qui en sortent. Si l’on augmente la pression partielle du gaz, il y a plus de molécules qui se dissolvent dans le liquide parce qu'il y en a plus qui heurtent sa surface. Ce processus continue jusqu’à ce que le nombre de molécules qui sortent de la solution par seconde redevienne égal au nombre de molécules qui y entrent. Toutefois, à cause de l'augmentation de la concentration des molécules dans le gaz et la solution, le nombre de molécules est plus élevé en B qu'en A, où la pression partielle est plus basse..

Chang, R., Goldsby, K. A., Arpin, A., & Papillon, L. (2014a). Chimie des solutions. Chenelière.

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