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

Supposons deux cylindres contenant de l'air, et reliés entre eux par un tuyau. À une extrémité du tuyau, on met un clapet qui ne peut s'ouvrir que dans un sens, par exemple on peut faire passer de l'air du cylindre 1 vers le 2, mais pas du 2 vers le 1. Le clapet est donc soumis à la pression de l'air de chaque côté.

Si la pression est plus grande dans le cylindre 1 que dans le 2, alors le clapet s'ouvre, l'air s'échappe, et les pressions s'équilibrent. Si par contre la pression est plus grande dans le cylindre 2, le clapet reste fermé, rien ne se passe.

Fig. 5-1 Valve unidirectionnelle (clapet) : l'équilibrage des pressions se fait dans un sens (figure du haut) mais pas dans l'autre (figure du bas)

Ce clapet forme ce que l'on appelle une «valve unidirectionnelle».

| début |

Ce dispositif permet de faire des pompes. Une pompe est en général constituée d'un piston coulissant dans un cylindre. Le cylindre dispose de deux clapets : l'un permettant de faire entrer le gaz, l'autre de le faire sortir. On peut ainsi forcer le gaz à entrer dans un objet (bouteille, pneu, matelas pneumatique, bateau gonflable) - on parle alors de compresseur - où à en sortir - on parle de pompe à vide. Cela marche aussi avec de l'eau, on parle alors de refoulement (projection d'eau hors de la pompe) ou d'aspiration (pompage, épuisement).

Fig. 5-2 Pompe de refoulement ou de gonflage

Fig. 5-3 Pompe d'aspiration ou pompe à vide

Rappelons que dans le cas de l'aspiration de l'eau, c'est la pression de l'air sur la nappe d'eau qui permet à l'eau de monter lorsqu'on fait le vide dans le tuyau. La hauteur maximale d'aspiration est donc de 10 m (au-delà la pression atmosphérique ne suffit pas). La hauteur de refoulement, elle, n'est limitée que par la puissance de la pompe. Une même pompe peut servir à l'aspiration et au refoulement.

Fig. 5-4 Pompe d'aspiration-refoulement

| début |

Le Coeur

Le coeur est l'organe qui fait circuler le sang dans le corps et assure donc la distribution de l'oxygène¹ aux organes. C'est en fait une double pompe, actionnée par un muscle (le myocarde).

Le coeur est divisé en deux moitiés :

• la moitié gauche, qui récupère le sang chargé d'oxygène venant des poumons par la veine pulmonaire, et l'envoit vers les organes par l'artère aorte ;
• la moitié droite, qui récupère le sang chargé de gaz carbonique venant des organes par le veine cave, et l'envoit vers les poumons par l'artère pulmonaire.

Fig. 5-5 Schéma de la constitution du coeur

La circulation du sang se fait en deux temps :

• diastole : le myocarde se relâche, le coeur se détend ce qui provoque l'aspiration ; les oreillettes se remplissent du sang venant des veines, qui passe ensuite dans le ventricule ;
• systole : le myocarde se contracte, le sang sang du ventricule est envoyé dans les artères.

Fig. 5-6 Diastole et systole, les deux temps de la circulation sanuguine

Lors de la systole (contraction du myocarde, expulsion du sang), la pression du sang augmente, c'est ce qui permet de sentir le pouls en plaçant les doigt sur la peau au passage d'une artère. Puisque la pression du sang varie, les médecins et infirmiers mesurent deux valeurs&bnsp;: la pression diastolique (ou pression basse), et la pression systolique (ou pression haute). On utilise souvent le terme de «tension artérielle» pour désigner la pression du sang.

Prenons deux réservoirs remplis de gaz, et séparés par un clapet. Supposons que l'on mette un ressort au clapet. Pour qu'il puisse s'ouvrir, il faut que la pression d'un côté soit plus forte que la pression de l'autre côté plus la force du ressort. Ceci est utilisé pour les détendeurs.

En effet, puisque les gaz sont compressibles, pour mettre plus de gaz dans une bouteille, il sufit de "tasser" le gaz. Typiquement, dans une bouteille de dioxygène médical ou d'air comprimé (plongée, appareil respiratoire isolant ARI), on a une pression de 200 à 300 bar (20 000 000 à 30 000 000 Pa). Pour pouvoir respirer l'air ou le dioxygène, il faut le ramener à une pression que les poumons peuvent supporter, soit 1 bar (100 000). Pour «pousser l'air» dans le tuyau de sortie, la pression est parfois légèrement supérieure (3,5 bar, soit 350 000 Pa).

Pour cela, on utilise un système à deux chambres (ou deux étages). La première chambre, dite «à haute-pression», est reliée directement à la bouteille. Les 200 bar de la bouteille poussent le clapet, le gaz rentre et la pression monte dans cette chambre, jusqu'à environ 10 bar (1 000 000 Pa). Alors, ces 10 bar et la force du ressort sont suffisants pour contrer les 200 bar de la bouteille et fermer le clapet. Si la pression baisse dans la chambre haute-pression (lorsque le gaz passe de la chambre haute-pression vers la chambre basse-pression), alors le clapet se rouvre et la pression remonte ; ce dispositif maintient donc en permanence la pression à 10 bar.

La deuxième chambre, dite «basse-pression», est reliée à la chambre haute-pression, et possède le même mécanisme. La pression ne peut y excéder la pression respirable (1 ou 3,5 bar selon les modèles), sinon le clapet ferme et empêche le gaz de venir depuis la chambre haute-pression. Le clapet s'ouvre donc et se ferme pour laisser passer un peu de gaz à chaque fois, ce qui maintient la pression à 1 (ou 3,5) bar dans la chambre basse-pression, et vide la chambre à haute pression.

Fig. 5-7 détendeur à deux chambres

Dans le cas de dioxygène médical, le flux de gaz sortant de la bouteille doit être continu : une personne inspire environ 0,6 L à chaque inspiration ; une inspiration dure environ 2 secondes, il y en a environ 12 par minute. Plutôt que d'avoir un tirage par à-coups, on préfère avoir une tirage continu, lorsque la personne n'inspire pas, le dioxygène vient remplir un ballon de réserve, et lorsque la personne inspire, elle prend le contenu de ce ballon de réserve. Cela permet de faire respirer en permanence du dioxygène à 100 %. Pour avoir un débit continu, il faut que la pression de sortie du gaz soit supérieure à la pression atmosphérique (1,01 bar), la chambre basse-pression du détendeur délivre donc une pression d'environ 3,5 bar. La consommation est tout le temps la même, quel que soit le besoin de la victime, le débit est réglé sur la consommation maximale (15 L de dioxygène à pression atmosphérique par minute pour un adulte) ; cela induit un gaspillage, mais la victime n'a pas besoin de faire d'effort pour aspirer le dioxygène, celui-ci est disponible en permanence, ce qui est le but recherché.

Le cas des appareils de plongée et des appareils respiratoires isolants (ARI) est différent. Ici, on veut que l'utilisateur puisse gérer lui-même sa consommation d'air. Lorsque la personne fait des efforts, elle consomme plus d'air, par contre, lorsqu'elle a besoin de peu d'air, il vaut mieux économiser. La chambre basse-pression a donc une pression égale à la pression ambiante (pour un appareil respiratoire isolant, on se place un peu au-dessus de la pression atmosphérique afin que les gaz et fumées toxiques ne puissent pas entrer dans le masque ; pour la plongée, la pression ambiante est celle de l'eau à la profondeur). Lorsque la personne inspire, la pression dans le masque ou l'embout diminue, celle dans la chambre basse-pression aussi (les deux communiquent), donc la chambre haute-pression délivre de l'air (puis se remplit à son tour). On a ainsi un débit de gaz saccadé, qui est déclenché par l'inspiration et est donc adapté aux besoins de la personne.

| début |

On pourra objecter que la pression dans la bouteille diminue, et que donc le gaz de la bouteille aura de plus en plus de mal à pousser le clapet de la chambre haute-pression, et qu'en conséquence :

1. la pression dans la chambre haute-pression va baisser, celui dans la chambre basse-pression aussi, le système se dérègle au fur et à mesure ;
2. on ne pourra pas épuiser la bouteille jusqu'au bout, à un moment, le clapet refusera de s'ouvrir.

Pour cela, on remplace le clapet par un piston à tube creux. La pression de la bouteille s'exerce sur les côtés du tube du piston, et donc ne contribue ni à son ouverture, ni à sa fermeture.

Fig. 5-8 Détendeur à piston compensé - la pression dans la chambre haute-pression s'oppose à la pression ambiante et au ressort, la pression de la bouteille ne joue pas de rôle dans l'ouverture ou la fermeture du piston

Ainsi, la pression maximale dans la chambre haute-pression ne dépend que de la force du ressort, pas de la pression dans la bouteille ; si la pression dans la bouteille descend en-dessous de 10 bar, alors pression dans la chambre à haute-pression est toujours en-dessous de 10 bar, donc le ressort maintient le piston ouvert et l'on peut ainsi aller jusqu'au bout de la bouteille. On utilise le même système pour la chambre à basse-pression.

Note

• 1 - lors de l'inspiration, le gaz dioxygène entre dans les poumons, il y est décomposé et fixé sur les globules rouges du sang ; c'est donc bien l'élément oxygène (fixé sur les globules rouges) qui est transporté par le sang, et pas le gaz dioxygène
  retour

| début | précédent | suivant |