A quelle profondeur maximale un mélange nitrox (32-68) peut-il être respiré sans aller vers le risque d’hyperoxie, si la P.p O2 maximale admise est de 1.6bar. Patm =1000 hPa Densité de l’eau=1
Rappel sur la loi de Dalton
La loi de Dalton, ou loi des pressions partielles, stipule que la pression totale exercée par un mélange de gaz parfaits est égale à la somme des pressions partielles de chacun des gaz qui le composent.
Principe et formule
- Formule générale : \(P_{totale} = P_1 + P_2 + P_3 + ... = \sum P_i\)
- Pression partielle (\(P_{i}\)) : C'est la pression qu'exercerait un gaz s'il occupait à lui seul tout le volume du mélange à la même température.
- Lien avec la fraction molaire (\(x_{i}\)) : \(P_i = x_i \times P_{totale}\), où \(x_{i}\) est le rapport entre le nombre de moles du gaz i et le nombre total de moles. En général, la proportion de gaz par rapport à la quantité totale du mélange est exprimée en pourcentage. La formule devient : \(P_{pi} = \%_i \times P_{totale}\)
Le triangle de Dalton ou comment faire une règle de trois
Le triangle de Dalton est un outil mémotechnique universellement utilisé en plongée sous-marine (notamment pour la plongée au Nitrox) pour appliquer facilement la loi de Dalton sur les pressions partielles des gaz. Il permet de lier trois valeurs fondamentales : la Pression Partielle d'un gaz (\(P_p\)), la Pression Absolue ambiante (\(P_a\)), et la Fraction (ou pourcentage) de ce gaz dans le mélange (\(\%_{gaz}\)).
Applications principales
- La plongée sous-marine : Elle permet de calculer la pression partielle de l'oxygène ou de l'azote en fonction de la profondeur (et donc de la pression absolue) pour éviter la toxicité de l'oxygène ou la narcose à l'azote.
- La réfrigération et la climatisation : Elle aide les frigoristes à analyser la présence indésirable d'air ou de mélanges de fluides dans un circuit.
- La chimie et la thermodynamique : Elle s'applique aux gaz parfaits (et de manière approchée aux gaz réels à basse pression).
Histoire des sciences
Cette loi porte le nom de John Dalton (1766-1844), chimiste et physicien britannique qui l’a établie à partir d’observations expérimentales en 1801.
Dalton s’est d’abord intéressé à la météorologie. Il a notamment montré que la formation de la pluie était liée à une baisse de la température plutôt qu’à une diminution de la pression atmosphérique. Ses recherches l’ont ensuite conduit à étudier la chimie et la physique, en particulier l’air et les gaz. Il est également à l’origine de la théorie atomique, selon laquelle la matière est constituée de particules indivisibles qui se combinent dans des proportions déterminées.
À l’âge de 28 ans, il a constaté que sa perception des couleurs différait de celle de la plupart des autres personnes. Cette particularité a ensuite été appelée daltonisme.
Application de la loi, la plongée au Nitrox
Le Nitrox (contraction des mots anglais nitrogen [azote] et oxygen [oxygène]) est un mélange gazeux utilisé en plongée sous-marine, composé d'azote et d'oxygène, mais enrichi en oxygène par rapport à l'air ambiant.
Caractéristiques principales
- Composition de l'air classique : environ 21 % d'oxygène et 79 % d'azote (soit du Nitrox 21).
- Composition du Nitrox en plongée loisir : la proportion d'oxygène est généralement comprise entre 30 % et 40 % (les mélanges les plus courants étant le Nitrox 32 et le Nitrox 36). On l'appelle aussi EAN (Enriched Air Nitrox).
Avantages
- Moins d'azote : Comme le mélange contient plus d'oxygène, il contient proportionnellement moins d'azote. L'organisme sature donc moins vite.
- Sécurité accrue et moins de fatigue : Il réduit les risques d'accidents de désaturation (maladies de décompression) et diminue la fatigue ressentie après la plongée.
- Temps de plongée prolongés : Il permet d'augmenter la durée de fond sans palier (temps sans remontée obligatoire) ou de réduire les paliers de décompression.
Précautions et limites
- Toxicité de l'oxygène : L'oxygène devient toxique à partir d'une certaine pression partielle. Le Nitrox limite donc la profondeur maximale de plongée par rapport à l'air (par exemple, le Nitrox 32 limite généralement la profondeur maximale à 40 mètres).
- Formation obligatoire : Utiliser du Nitrox nécessite une formation spécifique et l'analyse systématique du gaz dans la bouteille avant de plonger.
Le Nitrox 32-68
Dans cet exemple, on utilise la loi de Dalton pour un mélange nitrox 32-68. Par convention, le premier nombre indique la proportion d’oxygène et le second celle d’azote. Il s’agit de déterminer la profondeur maximale accessible avec ce mélange.
La relation entre la profondeur et la pression absolue est la suivante :
\(P_{abs} = \frac{P_{rof}}{10} + P_{atm}\)
Pour le calcul, l’énoncé indique de prendre une pression atmosphérique de 1 000 hPa, soit 1 bar, ainsi qu’une densité de l’eau égale à 1. La pression partielle maximale d’oxygène à retenir est fixée à \(P_{pO2} = 1,6\) bar.
On obtient :
On en déduit :