Notions physiques en médecine hyperbare

Robert Boyle était physicien et chimiste irlandais. Il découvre lors d’expériences réalisées en 1662 la loi dite de Boyle-Mariotte car Edme Mariotte, physicien et botaniste français, la découvrira de façon concomitante.

L’Irlandais Robert Boyle (1627-1691) et le Français Edme Mariotte (1620-1684) ne se sont fort probablement jamais croisé, mais ont été à l’origine de cette loi de la thermodynamique très importante..

Il s’agit en fait de la loi de la thermodynamique du gaz réel qui dit que :
P1 X V1 = P2 X V2
Cette loi signifie qu’à température constante, le volume d’un gaz est inversement proportionnel à sa pression. Les Anglophones l’intitulent la loi de Boyle et les Français la loi de Boyle-Mariotte. Ces deux physiciens ne se sont fort probablement jamais croisés !

Jacques Alexandre César Charles était un physicien, chimiste et inventeur français. Il est en outre le premier à avoir fait voler un ballon à gaz gonflé à l’hydrogène.

Jacques Charles (1746-1823)

Il émet en 1787 la formule de la loi de la dilatation des gaz mais ne publie pas ses résultats et c’est seulement 15 ans plus tard, en 1802, que Louis Joseph Gay-Lussac les compile, les compare aux siens et les publie. Charles relie le volume et la température d’un gaz parfait à pression et nombre de moles constants. Pour un gaz parfait, la loi de Charles dit donc que :
V1 X T1 = V2 X T2
(T étant la température absolue du gaz parfait).

Louis Joseph Gay-Lussac était un chimiste et physicien français.

Gay-Lussac (1778-1850)

Il est celui qui a mis en évidence le nombre d’Avogadro ainsi que la molarité. La loi de Gay-Lussac peut s’exprimer ainsi :

“De 0 à 100 °c tous les gaz simples ou composés soumis à la même pression se dilatent de la même quantité pour des augmentations égales de température, et que 100 volumes de ce gaz à 0°c deviennent 137 volumes à 100°c de chaleur”

Il est également à l’origine des Lois Volumétriques qui stipulent que les gaz se combinent entre eux selon des rapports volumétriques simples.

John Dalton était un chimiste et physicien britannique connu essentiellement pour sa théorie atomique publiée en 1808. C’est également John Dalton qui a découvert le daltonisme.

John Dalton (1766-1844)

 John Dalton est à l’origine de la théorie atomique qui dit que la matière est composée d’atomes de masses différentes qui se combinent selon des proportions simples. Il fait progresser la chimie en énonçant la Loi des Proportionnalités Multiples et celle Des Mélanges des Gaz.

Cette dernière loi dit que:

“A température constante, la pression d’un mélange gazeux est égale à la somme de pressions qu’aurait chacun des gaz s’il occupait seul le volume total”

William Henry était un médecin écossais devenu par la suite physicien.

William Henry (1774-1836)

Il est à l’origine en 1803 de la Loi sur la Dissolution des Gaz dans les Liquides.

Cette loi stipule que :

“A température donnée, la quantité de gaz dissous à saturation dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle du gaz sur ce liquide”

Soit plus un liquide est froid et plus son point de saturation est élevé. Cette observation est à la base du fait que l’on dissout plus de sel dans de l’eau froide que dans de l’eau chaude.

D’un point de vue pratique, cette observation mène au fait que les poissons doivent vivre dans des eaux froides car au-delà d’une certaine température, l’eau ne contient plus assez d’oxygène que pour assurer leur subsistance. Henry évoque pour la première fois l’état de saturation qui est un phénomène très important et à l’origine des phénomènes de décompression et plus tristement des accidents de décompression.

Paul Bert était un physiologiste et homme politique français. Ce nom est fortement associé à la physiologie de la plongée sous-marine : c’est en effet le premier médecin à avoir décrit de façon systématique l’état de convulsion lié à la toxicité de l’oxygène sous forte pression partielle pour le système nerveux central, c’est l’Effet Paul Bert.

Paul Bert (1833-1886)

En 1878, il publie un ouvrage récapitulatif intitulé « La Pression Barométrique » où il décrit différentes expériences provoquant des manifestations causées par des variations de la pression atmosphérique et de la pression d’oxygène sur les humains dans les hautes régions de l’atmosphère (Extrait de « La pression barométrique »).

Paul Bert dans la nacelle du Zénith

Les expériences que réalisait Paul Bert utilisaient aussi un caisson étanche de grande taille pouvant contenir un homme.

Caisson étanche et Paul Bert

Il détaille ainsi les effets du manque, c’est-à-dire de l’hypoxie, ou de l’excès d’oxygène, c’est-à-dire de l’hyperoxie. Il va essentiellement appliquer ses connaissances à la réalisation d’un scaphandre muni d’un régulateur de pression. Paul Bert travailla également durant les années 1870 sur les gaz anesthésiants.

Archimède était une figure emblématique de la Grèce Antique. Mathématicien, il est à l’origine de découvertes en mathématiques et en physique, ainsi que d’inventions caractérisées par leur ingéniosité utilisées pour repousser le Consul Romain Marcellus de Siracuse.

Archimède (287-212 avt JC)

Mais les découvertes qui marquent le plus notre mémoire sont certainement celles de « la roue dentée », « la poulie », « la vis sans fin » et surtout « Le principe du levier ».

Archimède était ami et conseiller scientifique du roi Herion 2, roi de Syracuse. Il est à l’origine de ce que l’on nomme aujourd’hui le théorème d’Archimède qu’il a découvert suite à une mission confiée par son ami Herion, tyran de Syracuse.

En effet, Herion avait fourni à un orfèvre une quantité d’or en vue d’en réaliser une couronne. Une fois le travail effectué, Herion souhaitait savoir si l’entièreté de l’or qu’il avait confié à l’artisan avait été utilisée dans la confection de la couronne et si celle-ci ne comportait pas d’autres métaux. La légende veut que ce soit dans sa baignoire, alors qu’il cherchait depuis longtemps, qu’Archimède trouva la solution et sortit de chez lui en prononçant la célèbre phrase « eurêka ». La solution qu’il avait trouvée consistait à mesurer le volume de la couronne par immersion dans l’eau puis de la peser afin de comparer sa masse volumique à celle de l’or massif. Cependant, cette anecdote est douteuse et ne figure pas dans les écrits d’Archimède. Elle est assez triviale et n’a aucun rapport avec la poussée d’Archimède.

“La poussée d’Archimède est la force que subit tout corps immergé, en tout ou en partie dans un fluide, et soumis à un champ de gravité. cette force provient de la pression qu’exerce le fluide sur le corps immergé, pression qui est d’autant plus importante que la profondeur l’est”

 Dès lors, on peut facilement en conclure que la pression est beaucoup plus importante sur les parties immergées profondément de l’objet que sur les parties superficiellement recouvertes. Cette observation est à la base de l’explication de la flottabilité des corps immergés dans des fluides en tout ou en partie.

On parle de théorème d’Archimède et non d’une loi, quelle est la différence entre les deux ? Un théorème découle souvent d’une démonstration (généralement mathématique) qui vient conforter un énoncé dans un champ de connaissances données et des conditions clairement établies. Une loi, par contre, est une vérité établie par l’expérience et est généralement considérée comme telle tant qu’elle n’est pas contredite. La loi est donc une notion empirique alors que le théorème est une notion fondamentalement théorique. Dans le cas du théorème d’Archimède, celui-ci dit que tout corps plongé dans un fluide au repos entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre subit une force verticale dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume du fluide déplacé. Cette force est appelée poussée d’Archimède.

Archimède dans son bain méditant sur le problème posé par Herion