La loi de Dalton

John Dalton (6 septembre 1766 – 27 juillet 1844) était un chimiste et physicien britannique né à Eaglesfield. Il est plus particulièrement connu pour sa maladie des yeux et la vision des couleurs)

En cours de plongée, un plongeur respire de l'air ambiant comprimé, et donc un mélange de plusieurs gaz. La loi de Dalton établit une série de règles qui régissent ces mélanges gazeux.

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.

Composition de l'air

L’air que nous respirons est composé de :

• 79% d’Azote ( N2)

• 20,9% d’Oxygène (O2)

• 0.03% de gaz Carbonique (CO2)

• 0.07% d’autres gaz

•  

Pour des raisons de commodités on "simplifie" souvent en disant que l'air se compose de :

- 80 % d'azote

- 20 % d'oxygène

Loi de Dalton

A température donnée, la pression d'un mélange gazeux est égale à la somme des pressions qu'aurait chacun des gaz s'il occupait seul le volume total.

Mise en évidence (expérience de Berthollet) :

Prenons 2 compartiments de 1 litre contenant chacun un gaz (dans notre exemple de l'hydrogène H2 et du dioxyde de carbone CO2) à la pression de 1 bar. Ces 2 compartiments peuvent être mis en communication en ouvrant un robinet.

Au stade T0, le robinet est fermé, les 2 gaz sont donc isolés l'un de l'autre.

On ouvre alors le robinet et on remarque déjà que la pression de l'ensemble formé par les 2 compartiments ne varie pas et reste égale à 1 bar.

Au stade T1 on referme le robinet. On constate alors que chaque compartiment contient un mélange gazeux composé de 50 % de H2 et 50 % de CO2. Ces mélanges étant toujours à la pression de 1 bar. Dans un compartiment chacun des 2 gaz occupe donc la moitié du volume et est responsable de la moitié de la pression totale.

Pression partielle

La loi de Dalton nous amène naturellement à parler de la pression partielle d'un gaz dans un mélange. En effet cette loi peut aussi s'énoncer ainsi :

A température donnée, la pression d'un mélange gazeux (pression absolue) est égale à la somme des pressions partielles des gaz qui le composent.

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

On écrit souvent :

PAbsolue = Pression Partielle (gaz1) + Pression Partielle (gaz2) +...

Ainsi si on reprend notre exemple au stade T2 la pression absolue du mélange est de 1 bar, la pression partielle du H2, ainsi que celle du CO2 est de 0.5 bars.

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 * Pourcentage Gaz

Ainsi si on prend 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 égale à la pression absolue, 1 bar.

Prenons maintenant l'exemple de l'air à 20 mètres de profondeur. La pression absolue de l'air est alors de 3 bars.

Le pourcentage d'O2 dans l'air est de 20% donc PPO2 = Pabsolue * 20% =3 * 20% = 0.6 bar

Le pourcentage de N2 dans l'air est de 80% donc PPN2 = Pabsolue * 80% = 3 * 80% = 2.4 bar

On remarque que lorsque la pression absolue augmente, la pression partielle de chacun des gaz constituant l'air augmente également.

Applications à la plongée :

Comme nous l'avons dit en introduction la loi de Dalton permet d'expliquer les accidents biochimiques liés à la toxicité des gaz dans l'organisme

On notera principalement les accidents biochimiques du tableau suivant, Les valeurs données sont des valeurs moyennes théoriques, les valeurs réelles variant en fonction de l'individu. La profondeur seuil est donnée dans le cas d'une plongée à l'air.

En conséquence la loi de Dalton est utilisée pour calculer la profondeur limite de plongée à l'air, la mise au point des tables de plongée et la préparation des plongée aux mélanges (Nitrox, Trimix...).