Compressibilité

Si on considère un gaz comme dont les molécules ou les atomes sont éloignés les uns des autres, on peut imaginer agir mécaniquement sur le volume qu’il occupe: on le comprime.

 

Cela se traduit par une diminution du volume qu’il occupe, accompagnée d’un réchauffement du gaz en question et… c’est logique. En effet, si la température est proportionnelle au nombre et à la force des chocs  provoqués par l’agitation des particules, si les molécules se rapprochent les unes des autres, alors sur une même aire le nombre de chocs augmentera, la température de même. Par contre la chaleur, càd l’énergie totale contenue dans l’ensemble des atomes ne change pas.

Une loi, celle de Boyle-Mariotte, prévois qu’un gaz est compressible à l’infini, mais cela néglige un facteur important: l’espace occupé par les atomes.

La métaphore

Un groupe d’enfants à 1m environ les uns des autres puis les faire se disposer à 10cm, les uns des autres. Il faut tout soudain beaucoup moins de place. C’est en physique l’application de la loi qui établi les règles entre volume, température et pression au sein d’un gaz. Fondamental, mais nous n’irons pas plus loin.
Toujours est-il que c’est ce qui est à l’œuvre dans une cocotte-minute.
A l’inverse, lorsque l’on détend un gaz (décompresser), il perd de sa température pour la même raison, mais à l’inverse, les molécules sont plus éloignées les unes des autres, donc moins de chocs, etc., etc…
A savoir : lorsque l’on prends de l’altitude la température baisse,en fait la pression atmosphérique baisse d’un facteur 10 chaque fois que l’on monte de 16 km. Donc si à 0 m 100%, alors à 16 km 10%, à32 km 1% et à 48 km 0,1%. En conséquence il fait de plus en plus froid. C’est amusant à mettre en scène comme suit.
Placez les enfants à 10 cm les uns des autres comme tout à l’heure. C’est l’état de l’air au niveau de la mer. A 16 km 10 fois moins de pression, mais la pression s’exerçant sur une surface, il ne faut pas éloigner les enfants d’un facteur 10, mais √10 ce qui fait 3,3.. , donc placer les enfants à 33 cm les uns des autres. De même pour 32 km, à 1m cette fois, et finalement à 3,3 m pour les 48 km d’altitude. Vous pouvez pousser le jeu plus loin en mettant 1 oxygène pour 4 azotes (brassards) et faites circuler des globules rouges en quête d’oxygène… La difficulté à s’oxygéner en fonction de l’altitude devient patente.
Par contre dans un liquide les molécules, ou atomes selon, sont très proches les un des autres. Il en va de même, avec plus de compacité encore, pour l’état solide.
La différence entre liquide et gaz peut aussi être illustrée par ceci: un ressort à spires de stylo à bille. On peut le compresser tant que les spires ne se touchent pas. Dès le contacte établi entre les spires il n’est plus possible d’aller plus avant. La seule chose possible, les spires glissent les unes sur les autres, c’est liquide.