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Thème C : Sport
TP 28 :
physique et plongée sous marine : une question de gaz dissous !
Rémi, Léa et Antoine discutent du film «le monde du silence»qu'ils ont regardé la veille à la télévision.
Ils échangent sur le passage qui décrit l'accident de plongée.
On projette l'extrait: http://www.youtube.com/watch?v=IwodWHPyhWI
Léa: «c'est la pression dans l'eau qui est responsable de tout puisqu'elle augmente avec la profondeur. Elle double tous les dix mètres je crois ...»
Antoine : «et alors quand on descend, l'air se dissout de plus en plus dans le sang et quand on remonte trop vite, il y a plein de bulles... comme avec le champagne...et c'est pas très bon pour la santé»
Rémi : « et puis, le problème des bulles, c'est aussi je crois, qu'elles grossissent quand on remonte trop vite, et alors, elles se coincent dans les articulations ou les vaisseaux.»
Pouvez-vous aider Antoine, Rémi et Léa à vérifier par une expérience s'ils ont bien compris?
Doc 1 : Loi de Henry
A température constante et à saturation, la quantité de gaz dissous dans un liquide est proportionnelle à la pression qu'exerce ce gaz sur le liquide.
La loi de Henry régit tous les phénomènes de dissolution des gaz dans les liquides et les tissus vivants en fonction des conditions de température, pression, surface exposée, nature du gaz etc...
Lorsque un gaz est en contact avec un liquide (ex : l'atmosphère et l'océan) il se produit des échanges gazeux de l'un vers l'autre pour atteindre un état d'équilibre appelé : SATURATION.
A saturation, les échanges sont identiques ; c'est à dire que le liquide dissout autant de gaz qu'il en élimine.
A saturation la pression exercée par le gaz sur le liquide est égale à la pression exercée par le liquide sur le gaz.
La pression exercée par le gaz sur le liquide est appelée : PRESSION (P).
La pression exercée par le liquide sur le gaz est appelée : TENSION (T).
Les différents états de saturation Sous saturation : P > T
La pression du gaz est supérieure à la tension du liquide ou tissus, celui-ci dissout une partie de ce gaz de façon à rétablir l'équilibre.
Saturation : P = T
La pression du gaz est égale à la tension du liquide ; c'est l'état d'équilibre.
Sursaturation : P < T
C'est l'inverse de la sous saturation, la pression du gaz est inférieure à la tension du liquide et celui-ci élimine l'excédent de gaz dissous pour obtenir la saturation.
Sursaturation critique : P << T
Lorsqu'un tissus désature, il se forme de petites bulles dont le diamètre est proportionnel à la différence de pression entre P et T.
Doc 2: La mécanique ventilatoire:
La respiration chez l'Homme consiste en des échanges entre l'atmosphère et les alvéoles pulmonaires des poumons.
Lorsqu'on étudie en biologie les échanges entre le gaz contenu dans les poumons et le sang, on se focalise
généralement sur le dioxygène (transporté presque en totalité par l'hémoglobine) et le dioxyde de carbone. Toutefois, une partie du gaz contenu dans les poumons (qu'il soit "utile" à la respiration ou non) se dissout automatiquement dans le sang. Cela est vrai pour le dioxygène (pour lequel le gaz dissous ne représente qu'une petite fraction -de l'ordre de 2%- du dioxygène transporté, l'essentiel l'étant en effet sous forme combinée à l'hémoglobine), le dioxyde de carbone et le diazote. Si le dioxygène est utilisé par les cellules lors de la respiration, le diazote, lui, diffuse simplement dans tous les tissus jusqu'à atteindre un état d'équilibre dans lequel les concentrations en diazote sont semblables dans le sang et dans les cellules.
Lors de l’expiration, les gaz non utilisés comme le diazote et les gaz produits par l’activité cellulaire comme le dioxyde de carbone, sont expulsés vers l’extérieur. Une remontée trop rapide empêche l’évacuation correcte de ces gaz.
Extrait du manuel de formation du moniteur de plongée
2°partie Manipulation :
On dispose d’une membrane manométrique reliée à un manomètre, d’une éprouvette graduée remplie d’eau et d’une règle.
On relève dans un tableau la valeur de la pression en fonction de la profondeur d’eau:
Profondeur ( en cm ) Pression ( en hPa )
- Tracer le graphique représentant l’évolution de la pression en fonction de la profondeur P = f(h) à l’aide d’un tableur- grapheur.
- Modéliser la courbe obtenue.
Que dire de l’évolution de la pression en fonction de la profondeur ? Quelle relation peut-on écrire entre P et h ?
