Loi de Dalton

La loi de Dalton est une loi physique qui régit les pressions dans les cas de mélanges gazeux. Elle est d'une grande utilité en plongée où nous respirons de l'air comprimé, qui est un mélange de plusieurs gaz.

Ces règles sont essentielles car à partir d'une certaine profondeur, chacun des gaz qui composent l'air devient toxique pour l'organisme et peut entraîner des accidents biochimiques.

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Composition de l'air  -  Mise en évidence  -  Pression partielle  -  Loi de Dalton  -  Applications à la plongée

Composition de l'air

Pour la commodité des calculs, nous considérons qu'il y a 20% d'oxygène et 80% d'azote dans l'air.

L'oxygène est le gaz vital, c'est le comburant nécessaire au métabolisme cellulaire.

L'azote ne sert à rien, si ce n'est le diluant de l'oxygène, il est neutre.

                  

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Mise en évidence (Expérience de Bertholet)

On prend deux récipients d'un litre contenant l'un de l'hydrogène H2 et l'autre du dioxyde de carbone CO2 à la pression de 1 bar. Ces 2 récipients peuvent être mis en communication en ouvrant un robinet.

ETAPE 1
Robinet fermé, un récipient contient 100% de H2 à la pression de 1 bar et l'autre 100% de CO2 à la pression de 1 bar

ETAPE 2
On ouvre alors le robinet et on remarque que la pression des 2 récipients ne varie pas et reste égale à 1 bar.

ETAPE 3
On referme le robinet. On constate alors que chaque récipient contient un mélange gazeux composé de 50 % de H2 et 50 % de CO2, ces mélanges étant toujours à la pression de 1 bar. Dans chaque récipient les 2 gaz occupent donc la moitié du volume et est responsable de la moitié de la pression totale.
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Pression partielle

La pression partielle d'un gaz dans un mélange est égale à la pression qu'il aurait s'il occupait à lui seul le volume total occupé par ce mélange.

Pression absolue d'un mélange


Pabsolue = PressionPartielle(gaz1) + PressionPartielle(gaz2)+...


Si on reprend l'expérience on a bien:

Pabsolue(1bar) = PPH2(0.5 bar) + PPCO2(0.5 bar).


La pression partielle d'un gaz dans un mélange est donc égale au pourcentage de ce gaz dans le mélange multiplié par la pression absolue :

Pression Partielle = Pabsolue * PourcentageGaz


Prenons l'exemple de l'air à la pression atmosphérique (1 bar)


Le pourcentage d'O2 dans l'air est de 20% donc PPO2 = Pabsolue * 20% = 1 * 20% = 0.2 bar

Le pourcentage de N2 dans l'air est de 80% donc PPN2 = Pabsolue * 80% = 1 * 80% = 0.8 bar


On remarque que la somme de ces 2 pressions partielles est bien égle à la pression absolue, 1 bar.

Enoncé de la loi de DALTON

La loi de Dalton nous dit que dans le cas de gaz parfaits, la pression totale exercée par un mélange est égale à la somme des pressions partielles des constituants.


  • Dans un mélange gazeux, chaque gaz se comporte comme s'il était seul à occuper le volume totale occupé par le mélange

  • Dans un mélange gazeux, la somme des pressions partielles de chaque gaz est égale à la pression totale exercée sur le mélange

  • La pression partielle d'un gaz dans un mélange est égale au produit de la pression totale du mélange par le pourcentage du gaz considéré dans le mélange
Moyen facile de se rappeler les formules

  • Pp = Pa * Concentration(%)

  • Pa = Pp /  Concentration(%)

  • Concentration(%) = Pp / Pa
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Applications à la plongée

Toxicité des gaz


Toxicité de l'azote

La toxicité à l'azote est liée à son action quand il se dissout dans les graisses des tissus nerveux.
On l'appelle la narcose à l'azote, ou l'ivresse des profondeurs

  • Apparition de la narcose pour une pression partielle de 3,5 b chez les sujets très sensibles
  • les 1ers signes visibles apparaissent habituellement dès 3,9 b d'azote
  • la narcose est pratiquement constante vers 6 b d'azote, soit pour une pression absolue de 8 b en air, soit 70 m

Toxicité de l'oxygène

On parle d'hyperoxie aigue, de toxicité neurologique de l'oxygène, ou encore d'effet Paul Bert.

Seuil de toxicité pour la PpO2:
  • en immersion on retiendra un seuil conventionnel de 1,6 bar, soit pour une pression absolue de 8 b en air, soit 70 m.
  • en décompression au sec (tourelle, bulle), on retiendra un seuil conventionnel de 2,2 bar.


Manque d'oxygène

Si la pression partielle d'oxygène est trop faible, le cerveau va souffrir. On parle d'hypoxie si Pp O2 < 0,17 bar , puis d'anoxie si Pp O2 < 0,1 bar.
Cela explique les syncopes survenant à la remontée après une apnée.


Toxicité du gaz carbonique

Lorsque la pression partielle de CO2 dépasse 0,07 bar (on parle d'Hypercapnie), le centre respiratoire du bulbe rachidien entraîne une accélération de la respiration, donc un essoufflement. Un peu de CO2 dans l'air comprimé, anodin en surface, devient dangereux en profondeur.


Plongée "aux mélanges"


  • NITROX, mélange gazeux oxygène/azote
  • TRIMIX, mélange azote/oxygène/hélium
  • HELIOX, mélange hélium/oxygène
  • HYDROX, mélange hydrogène/oxygène
  • HYDRELIOX, mélange hydrogène/hélium/oxygène


L'oxygénothérapie hyperbare


L'augmentation de la pression  partielle de l'oxygène est utilisée dans certains cas, notamment lors du traitement de l'accident de décompression consécutif à un accident de plongée


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John Dalton (1766 - 1844)

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John Dalton est né à Eaglesfied (Cumberland) en 1766. Il est le fils d'un humble tisserand. Il eut la chance de recevoir une excellente formation en mathématiques et en sciences physiques grâce à l'aide d'un ami de la famille. Dalton est une personne qui a le sens de l'enseignement dès la naissance. À l'âge de quinze ans, il était déjà enseignant dans une école privée dont un de ses proches parents était directeur.
Bien sûr, il exerça cette activité avec passion tout au long de sa vie. En 1793, il entra à la "Warrington Academy" de Manchester où il installa un laboratoire de recherche d'une bonne qualité. Ses travaux ont tôt fait de susciter l'attention du monde scientifique de l'époque. Comme tous étaient intéressés, la "Royal Society" lui ouvrit ses portes en 1822. Au cours de l'année 1833, les universités d'Oxford et d'Edimbourg lui décernèrent simultanément le titre de docteur.

Son point de départ fut la météorologie, ce qui le dirigea à l'étude de l'air et des gaz en général. Ensuite, il s'intéressa à la chimie. Il travailla sur les constituants de l'air et il découvrit, à peu près en même temps que Gay-Lussac, la loi sur la dilatation uniforme des gaz.

John Dalton est le créateur incontesté de la théorie atomique. Son intérêt pour la météorologie l'amena à l'étude de l'air et des gaz en général. Puis, il s'intéressa à la chimie. Dalton se posa la question suivante : pourquoi les constituants de l'air (azote, oxygène, CO2, vapeur d'eau) ne se séparent-ils pas par ordre de densité (du gaz carbonique le plus lourd qui se maintiendrait au niveau du sol jusqu'à la vapeur d'eau, la plus légère qui se situerait aux grandes altitudes) et pourquoi ce mélange de gaz reste-t-il constamment homogène ?

Il découvrit que dans les mélanges gazeux, chaque constituant se comportait comme s'il était seul dans l'espace considéré.


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