La pression
Seconde physique-chimie • Gaz • Force pressante • Pression • Profondeur • Boyle-Mariotte • Solubilité • Altitude
Objectifs du chapitre
Ce cours reprend ton cahier comme base : modèle microscopique d’un gaz, force pressante, pression, unités, pression et profondeur, Boyle-Mariotte, solubilité des gaz, plongée et altitude.
Expliquer
La pression à partir des chocs des molécules sur les parois.
Calculer
Pression, force pressante, profondeur, volume avec Boyle-Mariotte.
Interpréter
Plongée, paliers, solubilité, altitude et entraînement sportif.
🔴 Méthode obligatoire pour les corrections d’exercices
On part toujours de la formule du cours, puis on fait le travail littéral, et seulement ensuite l’application numérique.
Exemple : chercher la force avec la pression
Formule du cours :
On veut isoler F. On multiplie par S :
Donc :
I. Modèle microscopique d’un gaz
L’atmosphère est un gaz constitué de 80 % de diazote N₂ et 20 % de dioxygène O₂.
Les autres gaz, CO₂, O₃, ozone, sont en très petites quantités.
Un gaz : des molécules ou des atomes qui se déplacent de façon aléatoire dans le vide.
Ce mouvement est lié à la température.
Plus la température est élevée, plus les molécules sont agitées.
II. Force pressante et pression
Au niveau des parois, il y aura des chocs.
L’air exerce une force appelée force pressante sur toutes les parois.
Cette force est perpendiculaire à la paroi, dirigée vers l’extérieur.
On définit la pression P :
- P : pression en pascal Pa
- F : force pressante en N
- S : surface de la paroi en m²
La pression se mesure avec un manomètre, ou avec un baromètre si on mesure la pression atmosphérique.
Autres unités de la pression :
1 bar = 10⁵ Pa
1 hPa = 100 Pa = 10² Pa
1 mmHg = 133,3 Pa
Pression atmosphérique standard : P° = 1013 hPa = 1,013 × 10⁵ Pa = 1,013 bar.
Exercice type n°1 — Force pressante sur le tympan
Calculer la force pressante qui s’exerce sur un tympan de surface S = 0,5 cm² lorsqu’on subit une pression de P = 2,0 bar.
Formule du cours :
On veut isoler F. On multiplie par S :
Donc :
Conversions :
S = 0,5 cm² = 0,5 × 10⁻⁴ m²
P = 2,0 bar = 2,0 × 10⁵ Pa
F = 2,0 × 10⁵ × 0,5 × 10⁻⁴
F = 10 N
Exercice type n°2 — Force pressante sur la main
S = 1,00 dm² ; Patm = 1010 hPa.
Formule du cours :
On veut isoler F. On multiplie par S :
S = 1,00 dm² = 1,00 × 10⁻² m² ; P = 1010 × 10² Pa
F = 1010 × 10² × 1,00 × 10⁻²
F = 1010 N
On ne ressent pas cette force car elle se compense avec celle qui s’exerce sous la main.
Exercice type n°3 — Pression sur un hublot
F = 3,0 × 10⁴ N ; S = 0,30 m². Calculer P en bar.
Formule du cours :
On cherche P : la formule est déjà sous la bonne forme.
P = 3,0 × 10⁴ / 0,30 = 100 000 Pa = 1,0 × 10⁵ Pa
P = 1,0 bar
III. Pression et profondeur
Plus on descend en profondeur, plus la pression est élevée.
- P : pression à la profondeur h
- P° : pression à la surface en Pa
- ρ(eau) = 1000 kg·m⁻³
- g = 9,81 N·kg⁻¹
- h : profondeur en m
Exercice type — Pression à 10 m, 20 m, 30 m
Données : ρ = 1000 kg·m⁻³ ; g = 9,81 N·kg⁻¹ ; P° = 1013 hPa.
Formule du cours :
On cherche P : la formule est déjà sous la bonne forme.
P° = 1013 hPa = 1013 × 10² Pa
| h | Calcul | Pa | bar |
|---|---|---|---|
| 10 m | 1013×10² + 1000×9,81×10 | 199 400 | ≈ 2 bar |
| 20 m | 1013×10² + 1000×9,81×20 | 297 500 | ≈ 3 bar |
| 30 m | 1013×10² + 1000×9,81×30 | 395 600 | ≈ 4 bar |
Sous l’eau, la pression augmente de 1 bar tous les 10 m.
IV. Pression et volume : loi de Boyle-Mariotte
Lorsqu’on modifie le volume d’un récipient qui contient un gaz, la pression varie.
Expérience : une seringue est reliée à un manomètre.
| V | 50 mL | 45 mL | 40 mL | 35 mL |
|---|---|---|---|---|
| P | 1009 | 1104 | 1240 | 1394 |
| P×V | 50 450 | 49 680 | 49 600 | 48 790 |
Lorsque la pression augmente, le volume diminue.
Lorsque la pression diminue, le volume augmente.
Exercice type — Ballon à 10 m de profondeur
On gonfle un ballon à 10 m avec V₁ = 2 L. Calculer V₂ à la surface. P₁ = 2 bar ; P₂ = 1 bar.
Formule du cours :
On veut isoler V₂. On divise par P₂ :
Donc :
V₂ = (2 × 2) / 1
V₂ = 4 L
Lorsqu’on lâche un ballon en profondeur, il remonte et vu que la pression diminue, son volume augmente.
Il faut souffler en remontant d’une plongée bouteille pour éviter une surpression pulmonaire.
V. Pression et solubilité des gaz
Solubilité : quantité maximale de soluté qu’on peut dissoudre dans 1 L de solvant.
Elle s’exprime en général en g·L⁻¹.
Soluté : espèce qu’on dissout : sucre, sel, CO₂, O₂.
Solvant : liquide dans lequel on dissout : eau, éthanol.
Faible pression
La solubilité des gaz est faible.
Pression élevée
La solubilité des gaz est grande.
Plus la pression est élevée, plus la solubilité des gaz est grande.
Lorsque la pression diminue, la solubilité diminue aussi : une partie du gaz qui était piégé dans la solution est libéré sous forme de bulles.
VI. Applications en plongée sous-marine bouteille
Accidents de décompression
C’est ce qui se produit lorsque le plongeur en bouteille remonte trop vite ou ne respecte pas ses paliers.
Principe : lorsqu’on est en profondeur, on respire de l’air avec une pression élevée, la solubilité des gaz est très grande, une très grande quantité de gaz O₂ et N₂ est dissoute dans le sang.
Problème : si on remonte trop vite, la pression diminue très rapidement, la solubilité des gaz diminue également, l’excès de gaz est libéré sous forme de bulles. Si ces bulles touchent un organe vital, elles peuvent provoquer des paralysies voire la mort.
Pour éviter les accidents, le plongeur doit remonter en respectant des paliers. Il s’arrête suffisamment longtemps pour évacuer l’excès de gaz dissout dans le sang.
En cas d’accident, on place le plongeur dans un caisson hyperbare.
Narcose des profondeurs
Lorsqu’on plonge très profond, h > 40 m, et longtemps, une très grande quantité de gaz est dissoute dans notre sang.
À forte dose, N₂ et O₂ sont toxiques et provoquent une perte de contrôle appelée ivresse des profondeurs ou narcose.
En général, c’est N₂, le diazote, qui provoque la narcose. Pour l’éviter, on remplace le N₂ par un gaz inerte.
VII. Pression et altitude
Plus on monte en altitude, plus la pression est faible.
P(0 m) = 1013 hPa ; P(2200 m) = 775 hPa.
On dit qu’en altitude, l’air se raréfie.
Au-delà de 7000 m, il n’y a plus assez d’air pour vivre.
Altitude et entraînement du sportif
Avant chaque coupe du monde, l’équipe de France fait un stage d’entraînement en altitude.
La montagne : un dopage naturel.
En altitude, la pression est faible, il y a peu d’oxygène. Au bout d’un certain temps, l’organisme s’adapte et produit plus de globules rouges.
Lorsqu’on redescend, on est naturellement dopé : environ 120 % de globules rouges.
Ce dopage naturel a une durée limitée. L’EPO est une substance chimique et interdite qui a les mêmes effets mais attention aux effets secondaires.
VIII. Exercices contextualisés
1. Bouteille de plongée à Wallis
À 20 m, P₁ = 3 bar. Un volume d’air vaut V₁ = 1,5 L. Quel volume à la surface, P₂ = 1 bar ?
Formule du cours :
On veut isoler V₂ :
V₂ = (3 × 1,5) / 1
V₂ = 4,5 L
2. Hublot d’un sous-marin
S = 0,40 m² ; P = 4,0 bar. Calculer F.
Formule du cours :
On multiplie par S :
P = 4,0 × 10⁵ Pa
F = 4,0 × 10⁵ × 0,40
F = 1,6 × 10⁵ N
3. Entraînement en altitude
À 0 m : 1013 hPa. À 2200 m : 775 hPa. Calculer la diminution en pourcentage.
ΔP = 1013 – 775 = 238 hPa
Pourcentage = 238 / 1013 × 100
La pression a diminué d’environ 23,5 %.
IX. Partie type bac / évaluation — niveau seconde
Étude d’une plongée bouteille
Un plongeur descend à 30 m. ρ = 1000 kg·m⁻³ ; g = 9,81 N·kg⁻¹ ; P° = 1,013 × 10⁵ Pa.
- Calculer la pression à 30 m.
- Exprimer le résultat en bar.
- Expliquer pourquoi il doit respecter des paliers.
Formule du cours :
On cherche P : la formule est déjà sous la bonne forme.
P = 1,013 × 10⁵ + 1000 × 9,81 × 30
P = 3,956 × 10⁵ Pa
P ≈ 4,0 bar
À forte pression, plus de gaz est dissous dans le sang. Si la pression diminue trop vite, des bulles se forment : il faut respecter les paliers.
Ballon et Boyle-Mariotte
V₁ = 3,0 L à P₁ = 4,0 bar. Il remonte à P₂ = 2,0 bar. Calculer V₂.
Formule du cours :
On isole V₂ :
V₂ = (4,0 × 3,0) / 2,0
V₂ = 6,0 L
📌 Fiche bilan — La pression
Gaz
Molécules ou atomes qui se déplacent de façon aléatoire.
Plus T est élevée, plus les molécules sont agitées.
Force pressante
L’air exerce une force pressante sur les parois.
Elle est perpendiculaire à la paroi.
Pression
P en Pa, F en N, S en m².
Unités
1 bar = 10⁵ Pa
1 hPa = 100 Pa
P° ≈ 1013 hPa ≈ 1 bar
Profondeur
+1 bar tous les 10 m.
Boyle-Mariotte
Si P augmente, V diminue.
Solubilité
Plus la pression est élevée, plus la solubilité des gaz est grande.
Altitude
Plus on monte, plus la pression est faible.
L’air se raréfie.
Carte mentale
Gaz
Chocs sur les parois.
Pression
P = F/S.
Profondeur
P = P° + ρgh.
Volume
P×V = constante.
Solubilité
Gaz dissous, bulles.
Applications
Plongée, altitude, sport.