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Qu'est-ce que la pression ?
Application au domaine du secourisme

Le but de cette page est de présenter succintement la notion de pression, en s'appuyant sur des exemples empruntés au domaine du secourisme et des sapeurs-pompiers : gaz sous pression pour le dioxygène médical et les appareils respiratoires, explosion, pression en bout de lance incendie....

Cette page s'adresse à trois publics :

• les secouristes et sapeurs-pompiers, qui désirent approfondir les notions effleurées lors de leurs formations ;
• les lycéens, ou les citoyens en général, qui se demandent souvent «à quoi ça sert, la physique ?» ; j'espère que cela leur montrera l'importance de la matière, qui participe au sauvetage des vies en offrant des solution techniques faces aux dangers...
• aux professeurs de physiques en mal d'inspiration pour renouveler les exercices.

Plan

• 1 -- Force et pression
  • 1.1 - Notion de force
  • 1.2 - Notion de pression
• 2 -- Pression atmosphérique
• 3 -- Lois physiques des gaz
• 4 -- Pression dans l'eau
  • 4.1 - L'eau, fluide incompressible
  • 4.2 - Vases communicants
  • 4.3 - Baromètres en U
• 5 -- Valves, pompes et détendeurs
• 5.1 - Clapets, valves unidirectionnelles
• 5.2 - Pompes
• 5.3 - Détendeur
• 5.4 - Compensation
• 6 -- Fluides en mouvement
• 6.1 - Pression, vitesse et perte de charge
• 6.2 - Effet Venturi
• 6.3 - Alimentation des lances d'incendie
• 7 -- Vent et onde de surpression
• 7.1 - Vent
• 7.2 - Onde de pression
• 7.3 - Conséquence de l'onde de surpression
• 8 -- Un peu de physique
• 8.1 - Théorie cinétique des gaz
• 8.2 - Pression et température
• 8.3 - Et les liquides ?

À l'origine de la notion de pression, il y a la notion de force. Une force est un phénomène qui peut faire bouger ou déformer un objet. Par exemple :

• lorsque l'on pousse un objet (une armoire, une voiture), on exerce sur lui une force dirigée vers l'avant du mouvement ;
• le poids est une force qui nous tire vers le bas, qui provoque la chute des objets ;
• si l'on soulève un objet, on exerce sur lui une force vers le haut ;
• un corps plongé dans l'eau subit une force, appelée «poussée d'Archimède», dirigée vers le haut et qui s'oppose au poids (permet la flottaison ou bien ralentit la chute) ;
• un aimant exerce une force d'attraction à distance sur un objet en fer ;
• si l'on tire sur un ressort ou un élastique, on exerce une force qui provoque sa déformation.

L'intensité de la force est exprimée en Newton (abbréviation N). En gros, un objet de 1 kg sur Terre subit un poids d'environ 10 N (9,8 N pour être exact, mais cela varie selon l'endroit). Notons ici la différence que l'on fait en physique entre masse (quantité de matière exprimée en kg) et poids (force tirant vers le bas exprimée en N).

Si des objets sont en contact, la force se transmet. Par exemple, si l'on tire sur une corde accrochée à un objet, on exerce la force sur la corde et la corde transmet la force à l'objet. Si l'on appuie sur le piston d'une pompe à vélo, on exerce une force sur le piston, et le piston transmet la force à l'air contenu dans le corps de la pompe pour le pousser dans la chambre à air.

Fig. 1-1 La flèche représente la force de traction qu'exerce la corde sur l'objet

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Cette notion de force est parfois insuffisante. Si par exemple on appuie sur une pièce de monnaie posée sur une planche de bois, il ne se passe rien de bien intéressant ; sur maintenant on appuie sur une punaise, celui-ci s'enfonce dans la planche. La différence est la surface sur laquelle s'exerce la force.

Il est intéressant dans ce cas de considérer la force divisée par la surface sur laquelle elle s'exerce, que l'on appelle pression. La pression s'exprime en pascal¹ (abbréviation Pa). Une pression d'un pascal est une force d'un Newton qui s'exerce sur un mètre carré (c.-à-d. l'équivalent du poids d'une masse de 102 g réparti sur 1 m²). On utilise parfois le bar ; un bar vaut 100 000 Pa. Le pascal est intéressant car il simplifie les calculs, par contre, le bar permet d'exprimer les pressions habituelles avec peu de chiffres, on se rend donc mieux compte des grandeurs.

Dans les deux cas sus-cités, si l'on considère que la personne appuie avec une force de 20 N (équivalent au poids de 2 kg), on a dans un cas de la pièce (surface d'env. 1 cm²) une pression d'à peu près 200 000 Pa (20 N/0,000 1 m²), et dans le cas de la punaise (la pointe fait environ 1/10^ème de  mm² au bout) une pression d'à peu près 200 000 000 Pa (20 N/0,000 000 1 m²). Si dans les deux cas la force est la même, la pression exercée par la punaise est 1 000 fois plus forte que celle exercée par la pièce, et le bois craque localement.

Prenons le cas de la force exercée par un gaz, p.ex. l'air. Pour un voilier soumis au vent, plus la voile est grande, plus le voilier peut avancer vite. Donc, plus la surface de la voile est grande, plus la force de poussée est grande, la force de poussée résulte de la pression de l'air qui s'appuie sur une plus grande surface. De même, pour un moulin à eau, plus les aubes sont grandes, plus la poussée de l'eau est forte, car la force résulte de la pression de l'eau qui s'appuie sur une plus grande surface.

Si l'on calcule la pression qui s'exerce sur la voile, c.-à-d. la force de poussée divisée par la surface de la voile, on trouvera que la pression est la même quelle que soit la voile. De même, si l'on divise la force qu'exerce l'eau sur une aube par la surface de cette aube, on trouvera la même pression quelque soit la taille de l'aube. On voit que si le paramètre pertinent est la pression, puisque cela ne dépend pas de la taille de l'objet.

On voit donc que la notion de pression est intéressante pour deux types de problèmes :

• lorsqu'une force connue se répartit sur une surface ;
• lorsqu'une force résulte de la poussée d'un gaz ou d'un liquide sur une surface donnée.

Note

• 1 - en hommage à Blaise Pascal, physicien et philosophe français (1623-1662), qui a travaillé sur la pression d'après les travaux de Torricelli, et a notamment mesuré la variation de la pression avec l'altitude en 1648 dans le Puy de Dôme
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