A PROPOS DE GAZ COMPRIMES

1. A PROPOS DE GAZ COMPRIMES Pascal Bauer MF2 n° 979 IR n° 38

2. NOUS SOMMES DES PLONGEURS Nous utilisons des gaz comprimés • O2 + N2 • N2/O2=3.76 (AIR) • N2/O2 <3.76 (NITROX) • O2/N2/He (TRIMIX) Lesquels ?

3. COMMENT LES PRÉPARONS-NOUS ? TELS SONT LES OBJECTIFS DE CETTE PRÉSENTATION • Un peu de physique des gaz • Des éléments sur la thermodynamique du compresseur • Des compléments sur la préparation des mélanges hyperbares (autres que l’air)

4. HISTOIRES D’INTERACTIONS

5. LA MOLÉCULE LIBRE Vit comme si elle était seule Ce qui signifie une pression très basse Ou un volume infini, afin qu’elle n’ait jamais AUCUNE INTERACTION AVEC SA VOISINE …

6. QU’EST-CE QUE LA PRESSION ? C’est le résultat d’une agitation moléculaire Qui donne naissance à des interactions qui peuvent être d’ordre attractif ou répulsif

7. UN CERTAIN MARIOTTE ÉNONCE: A température donnée, etc… On a ainsi pris l’habitude d’écrire: pV=constante En fait, en l’absence d’interactions moléculaires: pV= f(T) Cette relation est appelée: ÉQUATION D’ÉTAT THERMIQUE

8. SOYONS PLUS PRÉCIS … R=8.316 J/mol/K est une constante universelle

9. L’équation que nous venons de voir régit des états thermodynamiques qui ne dépendent que de la température L’agitation thermique si la température MAIS IL N’Y A TOUJOURS PAS D’INTERACTION ! Ceci suppose que la pression est basse (< qq bar)

10. MAIS QUE SE PASSE-T-IL SI ON COMPRIME ?

11. LES INTERACTIONS CESSENT D’ÊTRE NÉGLIGEABLES… Les force répulsives L’équation d'état devient pV=g(T,p) LE GAZ EST UN GAZ RÉEL !

12. NOUVELLE ÉQUATION D’ÉTAT Z=1 Gaz Parfait Cas général: Gaz réel (Z<1 ou Z>1) Z est donné par un abaque

13. LES GRANDEURS CRITIQUES :CARTE D’IDENTITÉ DES GAZ

17. EXEMPLE Calcul de la masse d’air contenue dans un tampon de 50 litres à 130 bar (température ambiante) HYPOTHÈSE 1 : l’air est un gaz parfait HYPOTHÈSE 2 : l’air est un gaz réel 4% en plus : l’air est PLUS COMPRESSIBLE que le gaz parfait

18. HISTOIRES DE COMPRESSEURS

19. RUBRIQUE MATÉRIEL … On enseigne: le compresseur peut avoir plusieurs étages Chaque étage est caractérisé par 3 fonctions Cours sur le compresseur … 1. Filtration 2. Compression 3. Refroidissement Que nous dit la thermodynamique sur les fonctions 2 et 3 ?

20. ON DÉFINIT UN ÉTAGE PAR SON TAUX DE COMPRESSION VRAI OU FAUX ? FAUX LE COMPRESSEUR N’EST PAS UN MOTEUR ALTERNATIF A COMBUSTION INTERNE QUESTION PRÉALABLE A 500 €

21. LE COMPRESSEUR EST UN « TRANSVASEUR » Il déplace des molécules de gaz d’un grand volume vers un plus petit volume, ce qui a pour effet d’augmenter la pression

22. COMMENT CA MARCHE

23. Une compression infinitésimale s’opère dans le cylindre entre p1 et p2 à chaque tour Au delà, le piston refoule à pression constante

24. La compression se déroule selon un processus (évolution) que l’on qualifie de POLYTROPIQUE :

25. CE QUI SE TRADUIT AINSI

26. QUE SE PASSERAIT-IL SI ON COMPRIMAIT EN UN SEUL ÉTAGE ? EXEMPLE : Comprimons de l’air initialement à 300 K de 1 à 200 bar et supposons n=1.3

27. CE QUI DONNE …

28. ON COMPREND LA NÉCESSITE DE REFROIDIR …

29. HISTOIRES DE MÉLANGES

30. Résolution de problème • ON A un bi 2x12 litres contenant un Trimix (O2/He/N2=15/50/35) à la pression de 80 bar • ON VEUT O2/He/N2= 18/40/42 à la pression de 230 bar • On dispose d’une bouteille • O2 : 50 litres à 200 bar • He: 50 litres à 200 bar COMMENT PROCÉDER?

31. PARLONS DE TOXICITÉ • On veut que le mélange réponde aux impératifs suivants: • ppO2 acceptable (<1.6 bar) • Narcose équivalente à 40 m O2 ou N2 LEQUEL VA LIMITER LA PROFONDEUR D’ÉVOLUTION ?

32. RÉPONSE L’oxygène sera le composant limitant la profondeur …

33. PRÉPARONS CE MÉLANGE

34. COMMENT PROCÉDER ? • Injection d’Hélium • Injection d’air (20% O2 + 80% N2) • Complément Oxygène pur Mais dans quel ordre ? • He pour des raisons de coût • O2 pour des raisons de sécurité • Air après surfiltration

35. On procède ainsi D’ABORD L’HÉLIUM : on ajoute 2208 – 960 = 1248 Nl soit : 52 bar Il restera dans la bouteille d’Hélium : 175 bar Pour des raisons de coût, on a parfois intérêt à vider le bloc de plongée avant d’injecter l’Hélium ENSUITE L’OXYGÈNE : On calculera ultérieurement la quantité car on en injecte en injectant l’air Mais pourquoi ne pas attendre d’avoir injecté l’air ?

36. PARCE QUE L’OXYGÈNE SOUS PRESSION PRÉSENTE DES RISQUES D’INFLAMMATION Un bloc O2 à 200 bar se détend jusqu’à 80 bar. Quelle est l’élévation de température ? Échauffement important qui nécessite une injection très lente Max : 10 bar / mn

37. C’est d’autant plus important si le bloc est vide Ce qui explique pourquoi un bloc Nitrox DOIT ÊTRE EXCLUSIVEMENT UTILISÉ POUR CET USAGE Car l’Oxygène y est toujours injecté en premier, c’est-à-dire quand le bloc est pratiquement vide

38. Mais revenons à notre mélange … On injectera l’air en fin d’opération Pour obtenir la quantité voulue de N2, on injectera: Ce faisant, on injectera en même temps :

39. La quantité d’O2 PUR qui restera à injecter sera donc : 994 – 288 – 411 = 295 Nl Soit: 12 bar Il restera dans la bouteille d’Oxygène : 194 bar

40. TOUT CECI SERAIT VRAI SI … LES GAZ ÉTAIENT PARFAITS COMMENT PROCÉDER AVEC DES GAZ RÉELS ?

41. LE PROTOCOLE SERA LE MÊME,MAIS ON TRAVAILLERA EN MASSES DE GAZ INJECTÉ Voici la procédure de calcul pour : a O2 + b He + c N2

42. HÉLIUM : on injecte la quantité (ppHe) calculée précédemment En fait, la masse réellement injectée est :

43. OXYGÈNE : on calcule la masse(par méthode proportionnelle)IL S’AGIT DE LA MASSE TOTALE NECESSAIRE

44. N2: même chose

45. Mais c’est de l’air que nous injectons …

46. On calculera ainsi la masse d’O2 introduite avec l’air On aura ainsi :

47. FIN Merci de votre attention …