Loi de Boyle-Mariotte

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La loi de Boyle-Mariotte ou loi de Mariotte, souvent appelée loi de Boyle dans le monde anglo-saxon, du nom du physicien et chimiste irlandais Robert Boyle et de l'abbé physicien et botaniste français Edme Mariotte, est l'une des lois de la thermodynamique constituant la loi des gaz parfaits. Elle relie la pression et le volume d'un gaz parfait à température constante.

Énoncé[modifier | modifier le code]

La loi de Boyle-Mariotte relie la pression et le volume d'un gaz parfait à température constante. On trace ainsi une courbe isotherme du gaz. Mariotte et Boyle ont constaté, à quelques pour cent près, que la courbe était proche d'une hyperbole équilatère en coordonnées dites de Clapeyron , soit pour une température donnée constante.

En d'autres termes, maintenir la température constante pendant une augmentation de pression d'un gaz exige une diminution de volume. Inversement, la réduction de la pression du gaz passe par une augmentation de volume. La valeur exacte de la constante n'a pas besoin d'être connue pour appliquer la loi entre deux volumes de gaz sous des pressions différentes, à la même température :

La loi a été découverte à quelques années d'intervalle par l'Irlandais Robert Boyle (en 1662) et par le Français Edme Mariotte (en 1676). C'est Guillaume Amontons qui précisa en 1702 que cette loi n'est valable qu'à température constante et est plus précise aux basses pressions.

Application en plongée sous-marine[modifier | modifier le code]

Le phénomène énoncé par la loi de Boyle-Mariotte a des conséquences très importantes pour les plongeurs. Lors d'une plongée sous-marine, on respire de l'air à la pression ambiante de la profondeur considérée. Dans l'eau, la pression augmente d'un bar tous les dix mètres environ. Par conséquent, lors de la remontée, l'air qui a été comprimé va se détendre et donc augmenter son volume. Donc, si on bloque sa respiration pendant la remontée, l'air contenu dans les poumons ne pouvant pas s'échapper, il va les distendre et provoquer la rupture des tissus. C'est la surpression pulmonaire. Il est donc important de permettre à l'air de s'échapper lors de la remontée en ne bloquant pas sa respiration.

De la même façon, les gaz dissous sous l'effet de la pression plus élevée dans le sang et les tissus corporels vont, lors de la remontée, retourner à l'état gazeux, provoquant des bulles causes d'embolies. Il est donc nécessaire de respecter des paliers de décompression afin de permettre une évacuation progressive des gaz et éviter ainsi une embolie gazeuse. Au sens strict, ceci n'est pas une application de la Loi de Boyle-Mariotte, puisqu'une partie du phénomène est liée à la loi de Henry régissant la variation de solubilité des gaz dans un liquide selon la pression.

Utilisations par les services de secours[modifier | modifier le code]

[1]Utilisation par les Sapeurs-Pompiers[modifier | modifier le code]

Incendie[modifier | modifier le code]

La loi de Boyle-Mariotte est aussi utilisée par les Sapeurs-Pompiers afin de déterminer l'autonomie d'une bouteille d'ARI pour la progression dans une atmosphère non-respirable :

Avec et

  • T (Temps, à ne pas confondre avec le T de température) : Correspond à l'autonomie de la bouteille de l'ARI. (en minute)
  • P (Pression) : Il s'agit de la pression d'air contenue dans la bouteille. (en bar)

    Pour des raisons de sécurité, le personnel possédant une mono-bouteille peut s'engager dans une atmosphère non-respirable si et seulement si bars. Sinon, le sifflet d'alerte adjacent au manomètre (permettant d'alerter le personnel que la pression de sa bouteille bars) risque de présenter des défauts de fonctionnement à cause d'un manque de pression initiale à l'ouverture de la vanne.

  • V (Volume) : C'est le volume en eau que peut contenir la bouteille. (en litre)

    Le volume en litre d'eau des mono-bouteilles a été fixé à litres. Cependant, il n'est pas rare, afin de gagner du temps, que la valeur soit arrondie à litres.

  • Q (Consommation moyenne) : Cette donnée représente la consommation moyenne en litre d'air d'un individu lors d'un entrainement. (en Lair/min)

    Par convention, pour un individu normal (ou un individu pour lequel on ne connait pas la consommation moyenne), la valeur L/min. Cependant, toujours pour un gain de temps, la valeur peut être arrondie à L/min.

Exemple conventionnel[modifier | modifier le code]

Une bouteille d'ARI portée par un Sapeur-Pompier ayant un matériel normé et une condition physique normale (ayant donc pour chaque variable , et leur valeur conventionnelle).

Dans un cas où les données sont fixées par convention, tout en respectant les règles de sécurité :

  • Soit la pression minimale nécessaire pour l'engagement d'une mono-bouteille d'un ARI bars.
  • Soit le volume d'eau maximum pouvant remplir une mono bouteille litres.
  • Soit la consommation moyenne d'un individu normal lors d'un entrainement litres/minute.

On a :

minutes.

Dans un cas où le temps de calcul doit être plus rapide, on arrondi les valeurs des variables au nombre entier naturel le plus proche et le plus pratique à manipuler afin de faciliter le calcul (qui lors d'interventions, se fait souvent sans calculatrice/moyen informatique) :

  • Soit la pression minimale nécessaire pour l'engagement d'une mono-bouteille d'un ARI. bars.
  • Soit le volume d'eau maximum (arrondi au nombre entier naturel le plus proche) pouvant remplir une mono-bouteille litres.
  • Soit la consommation moyenne d'un individu normal (arrondi à la centaine la plus proche) lors d'un entrainement litres/minute.

On a :

minutes.

Utilisations médicales[modifier | modifier le code]

Oxygénothérapie[modifier | modifier le code]

Dans les ambulances (VSAV, SMUR), un sac permettant d'effectuer des traitements oxygénothérapeutiques est présent. Il est donc tout aussi nécessaire de connaitre l'autonomie des bouteilles afin de permettre une gestion du temps plus optimale.

La loi de Boyle-Mariotte est aussi utilisé en oxygénothérapie afin de calculer l'autonomie de la bouteille de dioxygène () utilisée pour une victime.

Avec et

Ici, les variables , et possèdent des valeurs différentes de celles utilisées pour une mono-bouteille d'ARI.

  • T (Temps) : Correspond à l'autonomie de la bouteille de dioxygène (). (en minute)
  • P (Pression) : Il s'agit de la pression d'air contenue dans la bouteille. (en bar)

    Initialement, la pression d'une bouteille de dioxygène est très souvent fixée et rechargée à bars.

  • V (Volume) : C'est le volume en eau que peut contenir la bouteille. (en litre)

    Une bouteille d'oxygénothérapie peut exister au format litres ou litres (si son volume est de ).

  • Q (Consommation moyenne) : Cette donnée représente la consommation moyenne en litre de dioxygène par une victime. (en LO2/min)

    Un débitmètre permet de régler le volume de dioxygène délivré chaque minute. Il se règle de 0 à 15 L/min en fonction de l'individu et de la méthode d'apport de dioxygène.

Âge Débit pour inhalation (en L/min) Débit pour insuflations (en L/min)
Nouveau né et nourrisson (< 1 an) 2 à 3 3
Enfant (de 1 an à la puberté) 5 à 6 8 à 9
Adulte 8 à 9 12 à 15

Moyen Mnémotechnique[modifier | modifier le code]

Se prendre un PV dans le cul (Q) :

Références[modifier | modifier le code]

  1. JSP4, IconeGraphic

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]