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SVI S3 Fluides Séance N° 8 7 décembre 2016 Université Mohamed Premier Faculté d

SVI S3 Fluides Séance N° 8 7 décembre 2016 Université Mohamed Premier Faculté des Sciences Oujda - Maroc Abdelkhaleq LEGSSYER Département de Biologie a.legssyer@ump.ac.ma Rappel Première loi de Pascal Dans un fluide incompressible et isotherme au repos, la pression est la même en tout point de même altitude. Deuxième loi de Pascal (théorème fondamental) La différence de pression entre deux points dans un fluide incompressible et isotherme au repos est proportionnelle à la différence de hauteur entre ces deux points. Δ P = ρ g h Δ P = 0 Application de la loi de Pascal pour la mesure de la pression osmotique Membrane sélective La pression osmotique Π = PA – PB 1ère loi de Pascal : PB = PD (même hauteur) PD = P atmosphérique = PO D’où PB = P0 2ème loi de Pascal : PA – PE = ρsol . g . h et PE = P0 PA = P0 + ρsol . g . h Π = PA – PB = P0 + ρsol . g . h – PO Π = ρsol . g . h solution eau h A B D E Tension superficielle La figure montre une pièce de monnaie qui flotte sur l’eau bien que sa densité soit plus grande que celle de l’eau. L’eau qui tombe sur une surface lisse et propre forme des gouttes d’eau. Chaque goutte reste rassemblée et l’eau ne s’étale pas Comment expliquer ce phénomène ? Le phénomène observé est lié à la présence d’une force appelée tension superficielle L’épaisseur de cette couche superficielle de molécules varie entre 1 et 100nm Tension superficielle •Dans un liquide, les molécules sont soumises à des forces d’attraction qui s’annulent. •A l’interface air/liquide, les molécules sont attirées préférentiellement vers l’intérieur •La surface du liquide en contact avec l’air se comporte comme une membrane qui entoure le liquide. •Les molécules de la surface sont attirées les unes vers les autres par une force appelée tension superficielle notée σ. L'unité de mesure de la tension superficielle est: N.m-1 Ou (J.m-2) ou (dyne/cm). σ = T/L Tension superficielle Tension superficielle Loi de Laplace Cas d’une goutte Loi de Laplace Pi – Pe = 2σ / R Pi = pression à l’intérieur de la goutte (liquide) Pe = pression à l’extérieur (air) σ = tension superficielle R = rayon de la goutte Pi = Pe + 2σ / R Plus R est petit, plus Pi est grande : surpression R Pi Pe • A la traversée de la surface de séparation de deux fluides, la pression subit un accroissement, de la face convexe vers la face concave, Tension superficielle Loi de Laplace face convexe face concave Tension superficielle Cas d’une bulle Deux surfaces en contact avec l’air air Fine membrane air Tension superficielle Loi de Laplace Pe Pi Ps Pe = pression extérieure Pi = pression intérieure Ps = pression de l’interface Re = rayon externe Ri = rayon interne Re Ri Pi – Ps = 2σ / Ri (1) Ps – Pe = 2σ / Re Ps = Pe + 2σ / Re En remplaçant Ps dans (1) On aura : Pi – (Pe + 2σ / Re) = 2σ / Ri Pi – Pe = (2σ / Ri) + (2σ / Re) L’épaisseur de l’interface est très petite d’où Ri = Re = R Pi – Pe = 4σ / R Tension superficielle Cas de bulles communicantes A cause de la surpression au niveau de la petite bulle, l’air passe vers la grosse bulle et la petite bulle se vide. Tension superficielle : Cas pulmonaire Expérience réalisée sur des poumons isolés. Cette expérience montre la relation qui existe entre la pression de remplissage des poumons et le volume pulmonaire. Cela montre bien que la tension superficielle joue un rôle important au niveau des poumons. Elle régule la relation Pression – Volume. En absence de Tension superficielle, les poumons deviennent très distensibles (se gonflent à des faibles pressions). Tension superficielle : Cas pulmonaire Inhibition de la tension superficielle La surface alvéolaire est recouverte d’une fine couche de liquide qui est en contact avec le gaz alvéolaire. Il ya donc une interface liquide/air d’où la formation d’une tension superficielle pulmonaire. Tension superficielle : Cas pulmonaire Existence d’une tension superficielle Rôle • Limite la distensibilité des poumons. Inconvénient (si σ est trop forte) • Provoque une rigidité alvéolaire. • Phénomène des bulles communicantes (petites alvéoles se vident). • Aspiration du liquide capillaire dans l’espace alvéolaire D’où la nécessité de régulation de la σ pulmonaire Tension superficielle : Cas pulmonaire Régulation de la σ pulmonaire Elle est plus élevée au niveau des grandes alvéoles et plus faibles au niveau des petites alvéoles Alvéole en fin d’expiration (volume minimal) a une tension superficielle plus faible alvéole en fin d’inspiration (volume maximal) a une tension superficielle plus forte Tension superficielle : Cas pulmonaire • Interface eau – air à 37°C : σ = 70 . 10-3N/m • Interface eau – air – surfactant à 37°C : σ = 25 . 10-3N/m Cela est dû à la présence d’une substance sécrétée par les poumons appelée surfactant qui diminue la tension superficielle. Tension superficielle : Cas pulmonaire Alvéole en fin d’expiration Densité élevée du surfactant Tension superficielle faible Alvéole en fin d’inspiration faible densité du surfactant Tension superficielle élevée Tension superficielle : Cas pulmonaire Avantage du surfactant : • Augmentation de la distensibilité pulmonaire ce qui diminue le travail des muscles respiratoires • Stabilisation des alvéoles : les petites alvéoles ne se vident pas • Maintien des alvéoles « au sec » Tension superficielle : Cas pulmonaire eau capillaire Tension superficielle Loi de Jurin eau eau capillarité h Tension superficielle Loi de Jurin Montée de l’eau dans le capillaire jusqu’à une hauteur h. Tension superficielle Explication de la loi de Jurin • la 2ème lois de Pascal donne : PB – PA = ρ.g.h • Les points A et C sont en contact avec l’air : PD = PC = P0 • La 1ère loi de Pascal donne : PB = PC = P0 • PA– PD = P0 • PB – PA = ρ.g.h = 0 • Ceci nous donne : ρ.g.h = 0 donc h = 0 • D’après ce raisonnement, les point A et B sont à la même hauteur. • Ceci n’est pas vrai. D’où vient l’erreur ? A B C h D Tension superficielle Explication de la loi de Jurin • L’erreur vient de la tension superficielle qui n’a pas été prise en considération. • La loi de Laplace nous donne : PD – PA = 2.σ / R PA = PD - (2.σ / R) • En combinant cette relation avec celle de Pascal on aura : PB – PA = ρ.g.h PB – (PD - (2.σ / R)) = ρ.g.h PB = PD = P0 • 2.σ / R = ρ.g.h • d’où h = 2.σ / ρ.g .R A B C h D Tension superficielle Loi de Jurin Cas de l’eau L’eau monte dans le capillaire Cas du mercure Le mercure descend dans le capillaire angle de mouillage La loi de Jurin permet de prédire la hauteur du liquide dans le capillaire. h = 2 . σ . cos Ѳ / ρ.g.R Ѳ = angle de mouillage R = rayon du capillaire Loi de Jurin : Par capillarité, un liquide monte (ou descend) dans un tube fin (de rayon R, plongé verticalement dans le liquide) d'une hauteur : h = 2 . σ . cos Ѳ / ρ.g.R Tension superficielle Loi de Jurin Fin de la séance 8 uploads/Litterature/ biophysique.pdf