questions sur la pressurisation

[Florp]

J'ai trouvé ces valeurs sur un site, pas tres fiable sans doute.
avez vous une adresse de meteo france ou je peux en trouver de plus fiables ?

[Bob]

Il suffit de prendre une table de l'atmosphère standard.

[Luc Lion]

US Standard Atmosphere 1976

Luc

[jp trimouille]

Proprement phénoménal !
Aidons Florp : page 53 directement !
Il peut ensuite pousser ses calculs jusqu'à 860 kilomètres d'altitude. Sera-ce suffisant ?

[jp trimouille]

Pardon. Page 52 et 1000 kilomètres.
Une vraie mine qui mérite une petite heure de survol.
Voilà qui permettra d'affiner les calculs perso relatifs au U-2 et au SR-71 (manuel de vol en ligne).
Mais, faute de lecture approfondie, un détail peu clair. On peut supposer que c'est par convention que la baisse de température et de vitesse du son se stabilisent à 11000 m exactement. Mais alors, par quel miracle ces deux paramètres commencent-ils à remonter à 20 000 mètres pile poil ? Deux conventions, ça paraît faire trop d'une et devoir coincer qque part.

[Luc Lion]

Jean-Pierre,
ce qui précède est, pour moi, un document de référence courant.
je pensais que tu en avais également l'usage.

Le modèle atmosphérique standard est également maintenu par l'International Organization for Standardization (ISO) et une version à jour est disponible ici:
http://www.iso.org/iso/catalogue_detail ... umber=7472
(mais moyennant rétribution)
Pour l'usage que j'en fait, le vieux modèle américain et gratuit de 1976 me suffit amplement.

La réponse à ta question se trouve à la page 3.

Hb
Each of the members of the set of geopotential-height values Hb listed in table 4 represents the base of one of eight successive atmospheric layers. The pairs of values of Hb and Lmb are based partly on tradition and partly on present-day observations. The first five of these pairs are identical to those of the first five layers of the 1962 Standard, while the remaining two values of both Hb and Lmb have been newly selected to provide a reasonable fit to the presently available atmospheric data. The first two values of the related sets have their origin in one of the earliest aeronautical standard atmospheres (Toussaint 1919), and were approximated in the first U.S. Standard Atmosphere (Diehl 1925).

Ce texte révèle donc que les lapse rate traditionels de -6.5°K/1000m pour la couche entre 0 et 11km, puis 0°K/1000m à partir de 11km, sont aussi vieux que "Toussaint 1919". Pour obtenir les références bibliographiques de ce standard français, tu t'addresseras plus utilement à Léon car, moi, je n'étais pas encore né !

Chaque changement de lapse rate dans l'atmosphère correspond à un méchanisme spécifique de transport d'énergie.

Si l'atmosphère était bêtement simple et uniforme (par exemple constituée uniquement d'hydrogène) et si le soleil se contentait d'envoyer de l'énergie électromagnétique (disons liumineuse) on aurait un point chaud, le sol chauffé par les radiations solaires, et une masse atmosphèrique perdant graduellement son énergie par émission radiative et dont la température descend au fur et à mesure que l'altitude augmente. Aux confins d'une telle atmosphère, on a un gaz très très raréfié qui est en équilibre radiatif avec les corps célestes du voisinage.
Pour des molécules d'hydrogène exposés à une alternance jour/nuit similaire à celle de la terre, l'équilibre aux confins serait de l'ordre de -46°C. Cette valeur est très théorique (pas de flux ionique) et dépend de la nature de la molécule.
Comme la température décroit progressivement de la surface jusqu'aux confins de l'atmosphère, ce modèle est sujet à de la convection et la baisse de la température dans les basses couches correspond au profil de température d'une expansion adiabatique du gaz concerné.

Notre atmosphère réelle est beaucoup plus compliquée.

La température décroît jusqu'à +/- 11 km, puis reste stable jusqu'à +/- 20 km, puis réaugmente jusqu'à +/- 50 km, puis rediminue jusqu'à +/- 85 km, puis elle réaugmente jusqu'à une température de plusieurs centaines de degrés vers les 800 km.
Ces variations sont dues à des flux énergétiques bien particuliers.
- la couche basse "troposphère" transporte la chaleur du sol par convection avec refroidissement adiabatique vers la stratosphère.
Le transport est amplifié par la presence de molécules d'eau ; la vapeur transporte la chaleur latente de condensation (et de solidification) qui est libérée dans la partie haute du cycle de l'eau.
- la stratosphère est chauffée par le bas par convection et par le haut (stratopause) par radiation. Elle perd son énergie par radiation. Comme elle est chauffée par ses deux extrémités, elle est caractérisée par une large zone sans gradiant de température. Cette zone sans gradiant arrête les mouvements convectifs de la troposhère.
- le haut de la stratosphère et le bas de la mésosphère sont chauffés par l'absorption radiative de l'oxygène et de l'ozone.
Le fait qu'il y ait 2 récepteurs (O2 et O3) de masses différentes (donc facteurs de diffusion différents) et faisant un effet de filtre pour les fréquence UV le splus élevée donne un profil de température avec gradiant progressif dans lequel on reconnaît de façon conventionnelle 2 lapse rates.
voir page 40 dans:   http://books.google.com/books?id=fFKsjKoKmYAC
- la mésosphère a un bilan radiatif qui se stabilise sur des températures de plus en plus froides à cause des émissions radiatives du CO2
- la thermosphère et l'exosphère contiennent des gas de plus en plus ionisés qui interagissent comme des conducteurs avec le rayonnement électromagnétique. Les ions interagissent aussi avec les flux de particules ionisées provenant du soleil et de l'espace. Tout ces rayonnements réchauffent ces particules très raréfiées jusqu'à des températures dépassant 500°C.

Tout ceci est expliqué avec plus de détails ici:
http://www.atoptics.co.uk/highsky/htrop.htm
http://www.atoptics.co.uk/highsky/hozon.htm
http://www.atoptics.co.uk/highsky/hmeso.htm
http://www.atoptics.co.uk/highsky/hgrav.htm

Des listes brutes de données couvrant surtout la mésosphère et la thermosphère se trouvent aussi ici:
http://modelweb.gsfc.nasa.gov/atmos/atmos_index.html

Bon j'arrête là.
Sinon, on risque d'embrayer sur le réchauffement climatique et on est parti pour une centaine de pages de posts.

Luc

[jp trimouille]

1)  je pensais que tu en avais également l'usage.

2) Pour obtenir les références bibliographiques de ce standard français, tu t'addresseras plus utilement à Léon car, moi, je n'étais pas encore né !

1)  Merci, mais c'était surestimer mes activités.
2)  Je ne veux pas prendre le risque d'emprunter des incunables.

JP.

[jp trimouille]

Petite application pratique.

L'oxygène est exigé à partir de 3600 mètres.
En torpédo ou sous cloche à 20°C ?

En atmosphère standard à 3600 m, densité de l'air 0,882 kg/m3 et température - 8,4° ou 264,6° K (gradient de 6,5°C par kilomètre d'altitude).
Si on respire à 20° (293°K), la densité devient : (0,882 x 264,6) / 293 = 0,797 kg/m3
C'est la densité de l'air extérieur à 4800 mètres, par température standard extérieure de - 16,2°C.

Bref, à 3600 m avec le chauffage, on respire comme à 4800 m sans chauffage (je ne dis pas qu'on n'y a pas d'autres problèmes).

[miky]

Je ne crois pas que ce soit le bon raisonnement tu dois raisonner en pression partielle d'O2 dans le mélange que tu respires ..

[jp trimouille]

J'ai raisonné en termes de masse d'oxygène par unité de volume d'air.
La proportion d'oxygène ne varie pas aux altitudes usuelles.
L'avis d'un physiologiste ?

[miky]

D’abord une précision : La densité de l'air est égale à 1 qq soit l'altitude, tu parles donc de la masse spécifique de l'air ( pas du tout pareil) qui pour un gaz ne peut être confondue avec sa densité contrairement à ce que l'on a l'habitude de faire pour un solide ou un liquide.
Pour revenir à ton problème si tu réchauffes de l'air pris à 3600m, la pression totale ambiante ne varie pas en cabine non pressurisée du fait que tu réchauffes ( t'es pas en vase clos ), donc la pression partielle d'O2 ne varie pas non plus et au niveau des échanges pulmonaires ça ne change rien ..
Donc torpédo ou limousine pour moi c'est pareil , de toute façon l'air est toujours réchauffé par notre système respiratoire avant d'arriver aux alvéoles même si on le respire à des T° négatives.
Me gourge peut être car suis pas physiologiste pour deux ronds ..

JP ta jamais pensé à pressurisé le carbu de ton VW ça t'éviterai de règler la mix en altitude
...

[jp trimouille]

Un volume d'air à 4800 mètres et - 16°C contient la même masse d'oxygène qu'un volume d'air à 3600 mètres et + 20°C ; en milieu non pressurisé bien entendu.

Un physiologiste préciserait si d'autres paramètres sont à considérer pour juger de l'oxygénation du corps. Il est certain par exemple que ventiler quatre fois plus vite à 12000 mètres qu'au sol n'empêchera pas de tourner de l'oeil (même de tourner de l'oeil deux fois sous l'effet de l'hyperventilation).

Si la pression partielle d'O² intervient seule dans l'oxygénation du sang et pas du tout les variations de la masse absolue d'oxygène présente dans une inspiration, j'ai tout tort. Peut-être.


Le réchauffement de l'air avant son arrivée dans les poumons est une question intéressante, car elle se pose peut-être quelque peu pour les moteurs, à moins que l'air glacé avalé n'ait pas le temps de s'échauffer pendant qu'il remplit le cylindre chaud, soupape d'admission encore ouverte ? (moteur atmosphérique). Il est vrai qu'il s'est déjà refroidi encore davantage dans le carbu. Je songe bien sûr au résultat final : la différence de puissance flagrante au décollage et en montée entre l'hiver et l'été.

[Luc Lion]

Jean-Pierre,

en simplifiant un peu, ta question revient analyser les grandeurs physiques qui influencent la solubilité d'un gaz, l'oxygène.

L'élément central des théories qui décrivent ces phénomènes est la loi d'Henry (1803).
http://en.wikipedia.org/wiki/Henry%27s_law
Elle exprime que, en variant les propriétés du gaz, la propriété qui influe le plus sur la solubilité, c'est la fréquence des collisions entre les molécules du gaz et la surface du solvant.
Ceci est vérifié expérimentalement en gardant la densité du gaz constante et en diminuant sa pression (donc sa température) tout en gardant la température du solvant inchangée.
On constate qu'en diminuant la fréquence des collisions, la part dissoute du gaz diminue dans le solvant (sans être une loi linéaire !).
On constate aussi que si on garde toutes les températures constantes et que l'on diminue la fréquence des collisions du gaz concerné en diminuant sa pression partielle dans un mélange de gaz, la part dissoute diminue également (ici, c'est linéaire.
La loi d'Henry exprime que la fraction dissoute est proportionnelle à la pression partielle du gaz.

Maintenant, il aussi exact que la température joue un rôle.
Il s'agit d'abord de la température du liquide.
La dissolution du gaz dans le liquide est une transformation chimique qui absorbe ou libère de l'énergie.
Généralement, la libération des molécule sous forme gazeuse est endothermique (il y a une chaleur latente consommée pour "libérer" les molécule).
Et donc l'équilibre de la relation est modifié en direction de la phase gazeuse lorsqu'il y a plus d'énergie thermique disponible dans le liquide, ou "la dissolubilité du gaz diminue lorsque la température augmente". (Il y a des exceptions, entre autre lorsqu'on s'approche du point de congélation du solvant).
La loi de Jacobus van't Hoff exprime cette relation à la température.
http://en.wikipedia.org/wiki/Van_%27t_Hoff_equation

Enfin, la différence de température entre le gaz et le liquide joue également un rôle.
C'est de nouveau la loi de van't Hoff qui s'applique mais le changement d'enthalpie doit être corrigé de l'énergie nécessaire pour ramener le gaz à la même température que le liquide.

Voici des tables pour la dissolubilité de différents gaz.
http://www.mpch-mainz.mpg.de/~sander/res/henry-pdf.zip

Pour être complet, il faudrait continuer l'analyse sur les réactions chimiques impliquées dans la fonction respiratoire et le transport d'oxygène.
Mais les équilibres chimiques partent globalement de la pression partielle de l'oxygène dissout, de la température à laquelle s'effectue la transformation (température corporelle locale) et du fait que la transformation soit exothermique ou endothermique.
Donc l'influence des propriétés de la phase gazeuse ne se transmet que par la pression partielle avec laquelle le gaz dissout est en équilibre.

Pour ce qui est du bilan enthalpique des réactions, c'est la température corporelle locale qu'il faut considérer.
Avec parfois des effets curieux.
La transformation désoxyhémoglobine - hémoglobine est généralement faiblement exothermique mais cet effet est renforcé pour certaines espèces qui font de longs efforts continus, comme certains oiseaux migrateurs de sorte que leur poumons evacuent plus de chaleur.
Pour l'oie à tête barrée, ce biloan est particulièrement exothermique et l'affinité de la désoxyhémoglobine pour l'oxygène augmente avec la diminution de température, ce qui lui permet de voler à très haute altitude.
Par contre, le bilan de cette réaction est diminué, voire renversé, pour les espèces qui doivent protéger leurs extrémités d'un refroidissement trop important (diminué pour les palmipèdes arctiques, renversé pour le thon).
http://www3.interscience.wiley.com/cgi- ... 5/PDFSTART

Luc