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

3 -- Lois physiques des gaz

En 1660 (ça fait un bail !), Richard Townley et Henry Power conduisent des expériences sur la pression des gaz à partir des écrits de Robert Boyle, et découvrent une loi reliant la pression au volume occupé par un gaz. En 1676, Edmé Mariotte découvre la même loi.

L'énoncé de cette loi, dite de «Boyle-Mariotte», est simple : pour une quantité de gaz donnée, si la température est constante, alors la pression varie à l'inverse du volume

P = K₁/V

P étant la pression (en Pa), V le volume occué par le gaz (en m³), et K₁ une constante qui ne dépend pas du gaz ; donc, si l'on prend 200 L d'air et qu'on les fait rentrer dans une bouteille d'1 L (le volume est divisé par 200), alors la pression sera 200 fois plus forte. On écrit aussi parfois cette loi sous la forme

P.V = c^te

C'est cette loi qui permet de calculer l'autonomie d'une bouteille de dioxygène¹ médical ou d'air comprimé (appareil respiratoire isolant ARI, bouteille de plongée).

Cependant, on sait que d'autres phénomènes modifient la pression :

la température (cf. les autocuiseurs type Cocotte Minute),
et la quantité de gaz (cf. le gonflage d'un pneu, la pression augmente quand on rajoute du gaz dans un volume clos).

Les physiciens établirent donc d'autres lois (Joseph-Louis Gay-Lussac en 1802, Jacques Alexandre César Charles en 1795, Amedeo Avogadro en 1811) ; ces lois déboucheront sur la loi dite des «gaz parfaits», qui permet de prédire d'autres effets, comme par exemple :

l'échauffement d'un gaz lors d'une compression rapide : la pompe à vélo qui chauffe, l'explosion sans étincelle dans les moteurs diesel, ou l'échauffement du détendeur à l'ouverture d'une bouteille de dioxygène médical (pouvant provoquer un accident dit «coup de feu» en présence de corps gras) ;
le refroidissement d'un gaz lors d'une détente rapide : principe des réfrigérateurs et des climatiseurs.

Nous ne citerons ici que la loi de Charles : à volume constant, la pression d'une quantité de gaz donnée est proportionnelle à la température absolue

P = K₂.T

P étant la pression (en Pa), T la température absolue (en K) et K₂ est une constante qui ne dépend pas du gaz ; T vaut la température en degrés Celsius plus 273,15 (p.ex. si on est à 20 °C, T vaut 293,15 K). Bref plus on chauffe, plus la pression monte, et à l'inverse, si la pression monte, le gaz chauffe.

Notons que ces lois ne sont valables que pour les gaz, pas pour les liquides ni pour les solides (il existe d'autres lois).

Note

1 - le terme «oxygène» désigne un élément chimique (noté "O") qui est présent dans de nombreux produits, comme l'eau, le gaz carbonique, la rouille, les roches, tous les produits organiques... le «dioxygène» désigne le gaz (noté "O₂") qui est présent dans l'air et qui est utilisé dans la respiration. On utilise souvent le terme «oxygène» pour désigner le gaz (une sorte d'abbréviation de «dioxygène») y compris dans le domaine scientifique, lorsqu'il n'y a pas d'ambiguité.
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