Thermodynamique Annales

[AlineB]

Bonjour, 

 

- j'ai une question concernant le QCM 29 de thermo , de janvier 2014 , sur le lac de Nyos :

 

à 210 m de profondeur, on se situe à 22 atm , le CO2 a un coefficient de solubilité de 1L par L donc pourquoi lorsqu'un litre dégaze progressivement du fond vers la surface dégaze 21 L de CO2 et non 22 ? on l'a vu en cours en plus cette question mais en relisant ça me perturbe un peu 

 

c'est parce qu'à la surface on se situe à l'équilibre et que l'on considère que les litres de gaz solvant sont à 1 atm puisqu'ils constituent la référence ?

 

- par ailleurs dans le cours, concernant la formation des bulles je ne comprends pas tellement ce qu'est la condition nécessaire puisque l'on a d'abord dit que la condition nécessaire était que la pression partielle du gaz doit être superieure à la pression environnante puis ensuite on écrit que si P (pression de milieu ) > P ^vs> P^G   alors il y a dégazage donc en gros si jamais la pression de vapeur saturante est supérieure à la pression du milieu il y a dégazage de toute façon ? et si jamais la pression partielle du gaz devient supérieure à celle du milieu idem ?

 

est ce que quelqu'un pourrait m'illustrer ceci avec un exemple concret ? :S ou juste me dire clairement quand est ce que des bulles se forment ? et à quoi correspond exactement la pression de vapeur saturante ?

 

 

Si quelqu'un peut m'éclairer .. 

Merci et bonne journée

 

Aline

[paulgautier]

Salut ! 

Alors on va commencer par les bulles et la pression de vapeur saturante (PVS), et après cette histoire de lac.

Donc déjà il faut absolument que tu connaisses la définition de la PVS, c'est indispensable à la compréhension C'est la pression de la phase gazeuse pour laquelle le système est en équilibre : il y a autant de passage de la phase gazeuse vers la phase liquide et inversement ; dans le cas de l'eau donc il y a autant de liquéfaction que de vaporisation, mais c'est vrai pour n'importe quoi d'autre qui peut changer d'état (alcool ou essence par exemple). Cette PVS dépend de la nature du liquide mais aussi de la température ; la température augmente cette PVS : ce qui explique que quand tu mets de l'eau au soleil elle s'évapore plus vite, ou à l'inverse quand tu mets un truc sous cellophane au frigo tu va retrouver des gouttes d'eau sur le film (en fait le froid à fait baisser la PVS et l'eau sous forme de gaz s'est condensée ce qui forme ces gouttes). Pour l'influence de la nature du liquide on peut l'illustrer avec l'essence par exemple ; tu as déjà du entendre dire que l'essence est très "volatile" ; en fait sa PVS est très haute donc pour une même température il y aura un passage de l'état liquide à gazeux jusqu'à un équilibre, pour une pression de la phase gazeuse plus haute (car PVS plus haute) que de l'eau par exemple, qui est moins volatile. Pour aller plus loin cela s'explique microscopiquement par le fait que les molécules d'essence liquide sont moins "accrochées" entre elles et peuvent s'échapper avec moins d'énergie (ici l'énergie c'est l'agitation thermique, soit température) que l'eau !!

C'est un peu dense mais au moins tu sauras tout sur la PVS

 

Donc tu sais maintenant que à chaque fois que la pression de la phase gazeuse sera inférieure à la pression de vapeur saturante, il y aura dégazage, et inversement si la pression de la phase gazeuse est supérieure à la PVS, il y aura liquéfaction et solubilisation à l'interface, de manière à ce que la pression de la phase gazeuse soit toujours égale à la PVS, puisque je le rappelle cette PVS est une valeur particulière de la pression de la phase gazeuse pour laquelle on est en équilibre ; autant de liquéfaction que de vaporisation. Ce qui va nous intéresser maintenant c'est quand est ce qu'il y a un dégazage mais avec formation de bulles ?

C'est assez simple : il faut que la pression du milieu, c'est à dire de l'atmosphère+colonne d'eau de ton système créée par la phase liquide soit inférieure à la PVS : cela va autoriser la formation d'une interface liquide-gaz à l'intérieur même de ta phase liquide ! et comme ce qui est le plus stable c'est une boule, ça va faire des bulles ! En fait la pression du milieu empêche en permanence la formation de bulles, mais quand la PVS est supérieure, pour rejoindre la PVS la pression de la phase gazeuse de l'eau peut potentiellement dépasser celle du milieu, et donc permettre des bulles stables, voir qui grossissent ; elles grossiront tant que leur pression sera inférieure à celle de la PVS (car vaporisation dans la bulle augmente le volume, exactement comme quand tu souffles dans un ballon ) à condition je répète d'être à une pression supérieure à celle du milieu. Exemple : quand tu fais bouillir de l'eau la température augmente-> augmentation de la PVS -> PVS>pression de milieu (atmosphère+colonne d'eau de la casserole)-> formation de bulles ! Par contre dans ta cocotte minute l'eau ne bout pas car la pression du milieu est énorme donc pas de bulles car elle reste supérieure à la PVS !! 

Voilà c'est super long mais ça devrait aller avec tout ça !

 

Pour finir l'histoire du Lac : ici il faut réfléchir en terme de solubilité du gaz (CO2) dans un solvant (eau). Le coefficient de solubilité d'un gaz dans l'eau est dépendant de la température (donc Mr Lagarde vous donnera toujours la température en question) et de la pression partielle du gaz dans la phase gazeuse (ici le CO2 est tout seul donc Ppartielle=Ptot. A 210m la pression est de 22atm car l'atmosphère rajoute 1atm et 10m d'eau rajoute 1atm. Le coeff de solubilité du CO2 est de 1L/L à 1atm donc 22L/L à 22atm ! c'est proportionnel ! Donc dans un litre au fond du lac t'as 22L de CO2. A la surface du Lac la pression est de 1atm car il n'y a pas de colonne d'eau ; 1L de CO2 dans le litre d'eau. Donc si tu remontes un litre de flotte depuis le fond jusqu'à la surface, en supposant que tu es à l'équilibre évidemment tu auras perdu dans ton litre d'eau 22-1 = 21L de CO2. Attention tu disais qu'on considère qu'ils sont à 1atm parce qu'ils sont la référence c'est faux : ils sont à 1atm parce qu'ils sont à la surface, ce n'est pas une définition ici mais une observation

Enfin je rajouterais que les histoires de PVS s'appliquent à mon avis pour les espèces qui sont le solvant et que les histoires de coefficient de solubilité, même si celui ci est lié à la pression de vapeur saturante, concerne les solutés.

Bon courage en tout cas et j'essaierai d'être plus bref la prochaine fois...

[AlineB]

Bonjour, 

 

merci beaucoup pour cette réponse très détaillée ^^je crois que j'ai compris ^^ merci d'avoir pris autant de temps pour répondre !!