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Comprendre la physico-chimie par la plongée sous-marine.
Comprendre la plongée sous-marine par la physico-chimie
des gaz dans les liquides et
tissus de l’organisme diminuent. Il en résulte la présence
d’un excès de diazote dans
l’organisme du plongeur. Que
devient ce gaz ? Le phénomène est identique à celui
que l’on observe lorsqu’on
débouche une bouteille de
boisson gazeuse. En ouvrant
la bouteille, on fait chuter la
pression et une partie du gaz
dissous se trouve alors en
excès. Celui-ci se dégage sous
la forme de petites bulles.
Imaginons qu’un phénomène
identique se produise dans le
circuit sanguin du plongeur.
Les bulles qui se forment vont
entraver la libre circulation
du sang jusqu’à l’arrêter. La
conséquence est que les tissus
situés en aval de la bulle,
dans le sens de la circulation,
ne seront plus alimentés en
dioxygène. C’est l’accident
de décompression. Si l’on
n’agit pas très rapidement
pour éliminer la bulle, l’organisme va réagir à l’intrusion
de ce corps étranger dans le
circuit sanguin en provoquant,
entre autres, une agrégation plaquettaire à l’interface
liquide/gaz. « L’accident de
décompression » évolue alors
vers la « maladie de décompression » avec une possible
nécrose des tissus placés
en aval de la bulle. Selon la
position de celle-ci, les symptômes peuvent être très différents. Imaginons une bulle
qui se forme au niveau d’un
coude ou d’une hanche. Il en
résultera de fortes douleurs
et éventuellement un blocage
de l’articulation ; mais si la
bulle se place au niveau de la
moelle épinière ou du cerveau,
cela peut aller jusqu’à la paralysie (Figure 20). Certaines
sont irréversibles. D’après
ce qui vient d’être dit, on sait
comment descendre le plongeur, mais on voit assez mal
comment on peut le remonter
sans accident.
4.2. La thermodynamique
au secours du plongeur
Comment éviter les accidents
de
décompression (Figure 21) ? C’est la
thermodynamique qui va
donner une réponse et venir
au secours du plongeur. Sur
la Figure 22 est schématisé un milieu dans lequel on
suppose une sursaturation
de gaz (les petites particules
qui sont entourées de rouge).
Comment évolue ce milieu ?
En essayant de faire des
bulles ! Pour cela, un certain
nombre de molécules vont
s’agréger. Ces petits édifi ces
vont essayer de grossir pour
Figure 21
Le plongeur peut-il remonter sans
accident ? La thermodynamique
vient au secours du plongeur.
Liquide saturé hors équilibre
N 2 (gaz)
N 2 (solubilisé)
Les particules s’agrègent
Création d’une interface
liquide-gaz
t
i
i t f i l
dU = γ dA
γ tension interfaciale
A aire de la bulle
Figure 22
La création d’une phase
(comme une bulle) au sein
d’un liquide est une opération
thermodynamiquement
défavorable : elle requiert un
apport d’énergie (dU) au système.
Or, pour qu’une évolution soit
spontanée, l’énergie du système
doit diminuer !
Comprendre la physico-chimie par la plongée sous-marine.
Comprendre la plongée sous-marine par la physico-chimie
des gaz dans les liquides et
tissus de l’organisme diminuent. Il en résulte la présence
d’un excès de diazote dans
l’organisme du plongeur. Que
devient ce gaz ? Le phénomène est identique à celui
que l’on observe lorsqu’on
débouche une bouteille de
boisson gazeuse. En ouvrant
la bouteille, on fait chuter la
pression et une partie du gaz
dissous se trouve alors en
excès. Celui-ci se dégage sous
la forme de petites bulles.
Imaginons qu’un phénomène
identique se produise dans le
circuit sanguin du plongeur.
Les bulles qui se forment vont
entraver la libre circulation
du sang jusqu’à l’arrêter. La
conséquence est que les tissus
situés en aval de la bulle,
dans le sens de la circulation,
ne seront plus alimentés en
dioxygène. C’est l’accident
de décompression. Si l’on
n’agit pas très rapidement
pour éliminer la bulle, l’organisme va réagir à l’intrusion
de ce corps étranger dans le
circuit sanguin en provoquant,
entre autres, une agrégation plaquettaire à l’interface
liquide/gaz. « L’accident de
décompression » évolue alors
vers la « maladie de décompression » avec une possible
nécrose des tissus placés
en aval de la bulle. Selon la
position de celle-ci, les symptômes peuvent être très différents. Imaginons une bulle
qui se forme au niveau d’un
coude ou d’une hanche. Il en
résultera de fortes douleurs
et éventuellement un blocage
de l’articulation ; mais si la
bulle se place au niveau de la
moelle épinière ou du cerveau,
cela peut aller jusqu’à la paralysie (Figure 20). Certaines
sont irréversibles. D’après
ce qui vient d’être dit, on sait
comment descendre le plongeur, mais on voit assez mal
comment on peut le remonter
sans accident.
4.2. La thermodynamique
au secours du plongeur
Comment éviter les accidents
de
décompression (Figure 21) ? C’est la
thermodynamique qui va
donner une réponse et venir
au secours du plongeur. Sur
la Figure 22 est schématisé un milieu dans lequel on
suppose une sursaturation
de gaz (les petites particules
qui sont entourées de rouge).
Comment évolue ce milieu ?
En essayant de faire des
bulles ! Pour cela, un certain
nombre de molécules vont
s’agréger. Ces petits édifi ces
vont essayer de grossir pour
Figure 21
Le plongeur peut-il remonter sans
accident ? La thermodynamique
vient au secours du plongeur.
Liquide saturé hors équilibre
N 2 (gaz)
N 2 (solubilisé)
Les particules s’agrègent
Création d’une interface
liquide-gaz
t
i
i t f i l
dU = γ dA
γ tension interfaciale
A aire de la bulle
Figure 22
La création d’une phase
(comme une bulle) au sein
d’un liquide est une opération
thermodynamiquement
défavorable : elle requiert un
apport d’énergie (dU) au système.
Or, pour qu’une évolution soit
spontanée, l’énergie du système
doit diminuer !