NOMS DES GAZ

Hydrogène . . .

Azote

Air

Oxyde do carbone .

Oxygène ....

Acide carbonique .

Hydrogène sulfuré .

Acide sulfureux . .

Acide clilorliydrique Gaz ammoniac . .

Coefficient

Coefficient à 15o.

ABSORPTION, ÉCOULEMENT ET DIFFUSION DES fiAZ. 1 95

l'acide carbonique à la surface de la muqueuse. Ce! échange do molécules gazeuses en solution est soumis aux lois qui régissent L'endosmose des liquides ïcf. § 76). Quanl à l'acide carbonique qui est ainsi arrivé on présence de la masse gazeuse renfermée dans la cavité pulmonaire, il se dégage en partie de son dissolvant, jusqu'à ce que la quantité qui reste en solution satisfasse aux lois de la solubilité des gaz dans les liquides.

Nous voyons donc que l'écbange des gaz clans le poumon est un acte complexe comprenant à la fois des phénomènes de solubilité et d'endosmose. Il est une circonstance qui ajoute un élément de plus à la complication de cet acte ; b'est l'affinité spéciale des globules sanguins et vraisemblablement aussi de la phrine pour l'oxygène; par suite de cette affinité, la quantité d'oxygène que i ci i ferme le sang doit être divisée en deux parts : l'une s'y trouve en solution dans le sérum , en vertu des lois de la solubilité des gaz dans les liquides ; l'autre portion, de beaucoup supérieure à la première, est fixée par les globules et échappe aux lois de la solubilité.]

101b. Absorption des gaz par les solides. — Dans l'absorption d'un gaz par un liquide il y a pénétration intime et réciproque des molécules gazeuses et liquides, de manière à former une masse parfaitement homogène. Il en est autrement quand un gaz est absorbé par un solide ; dans ce cas l'action est toute superficielle : le solide condense à sa surface le gaz avec lequel il est en contact. Aussi les substances qui présentent le pouvoir absorbant le plus considérable sont-elles les corps poreux, tels que le charbon, l'écume de mer, l'éponge de platine ; encore ces substances n'absorbent-elles les gaz que lorsqu'elles viennent d'être calcinées, et qu'on a ainsi chassé l'air atmosphérique qu'elles avaient condensé à leur surface. Le pouvoir absorbant est notablement affaibli quand le corps solide est humide, parce que la couche d'eau qui adhère alors à sa surface diminue l'attraction exercée par cette surface sur le gaz.

L'ordre suivant lequel se rangent les différents gaz , sous le rapport de leur absorbabilité , est à peu près le même , que l'absorption ait lieu par les solides ou par les liquides. Ainsi, Saussure a trouvé que le charbon absorbe 33 fois son volume d'acide carbonique, 9,25 fois son volume d'oxygène, 7,5 fois son volume d'azote et seulement 1,75 fois son volume d'hydrogène. L'intensité de l'absorption dépend aussi de la nature du solide, et il est des corps qui paraissent, avoir une affinité toute particulière pour certains gaz ; le platine divisé se trouve dans ce cas à l'égard de l'oxygène. C'est sur cette propriété de la mousse de platine de condenser à sa surface de grandes quantités d'oxygène et de déterminer par là la combinaison de ce gaz avec l'hydrogène que repose le briquet à hydrogène de Dœbereiner, d'un usage si fréquent autrefois.

102. Écoulement des gaz. — Pour terminer ce qui a trait à l'état gazeux , il nous reste à parler du mouvement des gaz.

Le principe de Pascal concernant la transmission des pressions dans l'intérieur d une masse fluide s'applique aussi bien aux corps gazeux qu'aux liquides. Il en résulte que , si on pratique un orifice dans la paroi d'un réservoir hermétiquement clos et renfermant un gaz, le fluide aériformë se comportera comme le fait un liquide contenu dans un vase percé d'une ouverture à travers laquelle il s'échappe ; le gaz s'écoulera avec une vitesse conforme à la loi de

Toricelli (Cf. § 77). En supposant que l'écoulement ait lieu dans le vide, la vitesse dont les molécules gazeuses seront animées à leur sortie aura pour valeur la vitesse qu'acquerrait un corps en tombant dans le vide d'une hauteur égale à celle de la colonne de gaz qui mesure la pression au niveau de l'orifice d'écoulement. Cette vitesse sera donnée par la formule :

H étant la hauteur d'une colonne homogène de gaz équivalente à la pression dans le réservoir.

Comme il n'est pas possible de mesurer directement cette hauteur H, il s'agit de l'évaluer en fonction de la hauteur h de la colonne mercurielle équivalente, hauteur qui est donnée par un manomètre. Or les hauteurs de deux colonnes fluides qui font équilibre à la même pression sont évidemment entre elles en raison inverse des densités des fluides considérés, de sorte qu'on a: HcZ = /iD, en appelant D la densité du mercure et d celle du gaz qui s'écoule, cette dernière prise par rapport à l'eau, à la pression et à la température de l'expérience; pour simplifier, nous supposerons la température égale

à 0°. De l'égalité précédente on tire : 13. — li^ ; en remplaçant d par sa valeur en fonction de la densité S du gaz par rapport à l'air, de la densité de l'air par rapport à l'eau et

de la hauteur 7i , ce qui donne : d = 0,0013 S , on obtient : H = -5- X » ?'Jf Q

Mettant enfin cette valeur de H dans la formule de la vitesse, on arrive h l'équation :

~~ÔV76~ X 0,0013

en remplaçant g et D par leurs valeurs et effectuant les calculs.

Pour un autre gaz , de densité ô', la vitesse d'écoulement dans le vide serait donnée par l'expression :

Si on prend le rapport des vitesses des deux gaz , on trouve :

Cette dernière relation montre que : les vitesses avec lesquelles deux gaz se précipitent dans le vide , sont en raison inverse des racines carrées des densités de ces gaz par rapport à l'air.

L'expérience confirme d'une manière générale la loi qui vient d'être déduite de la théorie : l'acide carbonique s'écoule plus lentement que l'oxygène ; l'oxygène, à son tour, étant plus lourd que l'hydrogène, coule moins vite que ce dernier gaz. Toutefois, pour les gaz comme pour les liquides, la vitesse effective n'atteint jamais la valeur de la vitesse théorique j/2 g H ; elle lui reste toujours inférieure d'un tiers ou même de moitié. Cet écart entre la théorie et l'expérience est dû, sans doute, à la collision des molécules gazeuses, qui, en se heurtant les unes contre les autres à leur sortie de l'orifice d'écoulement,

ABSORPTION, ÉCOULEMENT ET DIFFUSION DES OAZ. 197

perdenl une partie de leur vitesse ; et ce qui le prouve , c'est que la dépense effective peul être augmentée et devenir presque égale à la dépense théorique, quand on munil l'orifice d'écoulement d'ajutages semblables à ceux dont nous avons expliqué l'action pour les liquides (Cf. § 78).

Si le gaz, au lieu de se précipiter dans le vide, pénètre dans un espace renfermant déjà une certaine quantité du mémo fluide, il s'écoule plus lentement, puisqu'il a alors à vaincre une pression extérieure ; en outre , la vitesse diminue progressivement et le mouvement s'arrête entièrement quand la pression esl devenue la même à l'extérieur et à l'intérieur. [Le calcul montre que, dans ce cas, la vitesse d'écoulement est encore en raison inverse de la racine carrée de la densité du gaz par rapport à l'air, et que, de plus, elle dépend du rapport entre la pression intérieure du gaz et l'excès de cette dernière sur la pression extérieure.]

[102n. Pnéodynamique. Spiromètres. Anapnographe. — Le jeu de l'appareil respiratoire est comparable à celui d'une pompe pneumatique aspirante et foulante qui serait dépourvue de soupape et qui ne communiquerait avec l'atmosphère que par une seule ouverture. Laçage thoracique représente, en effet, un corps de pompe, dont un piston d'une nature particulière, le muscle diaphragme peut, par ses mouvements, augmenter ou diminuer la capacité intérieure. Dans l'état de repos, ce muscle, sorte de cloison membraneuse qui constitue le plancher de la chambre respiratoire, s'élève en forme de voûte dans l'intérieur de la cavité thoracique. Cette élévation et cette forme du diaphragme sont déterminées par la force élastique des poumons agissant de concert avec la pression atmosphérique. On sait que la cavité du thorax n'est pas en communication directe avec l'atmosphère ; elle en est séparée par un organe creux qui la remplit entièrement , les poumons, espèce de sac à nombreuses cloisons intérieures et. s'ouvrant à l'extérieur par un canal qui porte le nom de trachée- artère.

Nous avons déjà signalé le rôle que joue la pression atmosphérique pour maintenir la surface externe des poumons en contact avec les parois internes de la cage thoracique, et pour s'opposer ainsi à la formation d'un vide entre les deux feuillets de la plèvre (cf. § 99). Ce résultat n'est pas atteint sans que le lissu pulmonaire éprouve une distension assez considérable; et comme ce tissu est élastique, il fait effort pour revenir à des dimensions moindres. Plusieurs physiologistes, Carson, Bérard, Donders et tout récemment Péris1, ont mesuré, à l'aide du manomètre à eau, la force élastique du poumon; ce dernier savant a étendu ses recherches à différents états morbides , et il est arrivé à des résultats intéressants.

Cela posé, il est facile de se rendre compte du mécanisme physiologique des mouvements respiratoires. Quand le diaphragme se contracte, sa courbure s'efface principalement dans les parties latérales ; en même temps les côtes sont légèrement soulevées et écartées; de là une augmentation de la capacité intérieure du thorax , qui a pour effet de diminuer la pression de l'air primitivement contenu dans les poumons, et d'appeler un certain volume d'air extérieur pour rétablir L'équilibre. Tel est l'acte de Y inspiration. Dans un second temps,

1 Peiilh. l reber dio DruokverhSltnlsse lin Thorax boi verschiodenou Knuiklieiten {Deulsches Archiv f. klinische Mediein, du Ziemsuen et Zenkor, 1809, t. IV, p. 1-3U).

Ï98 DE LA PESANTEtJR.

le diaphragme revienl au repos et, par suite, L'élasticité du poumon fait reprendre à la chambre respiratoire ses dimensions premières : sous l'influence de l'augmentation de pression qui en résulte, un volume d'air équivalent à celui qui avait été appelé par l'inspiration est rejeté au-dëhors; cette expulsion de l'air constitue l'acte de Y expiration.

Dans les conditions ordinaires d'une respiration calme, le renouvellement de l'air dans les poumons s'opère comme on vient de l'indiquer : l'inspiration qui détermine l'entrée de l'air est due à l'intervention active du diaphragme; l'expiration est un acte purement passif. Quant aux autres muscles qui prennent un ou plusieurs points d'appui sur la charpente osseuse du thorax, ils n'entrent en jeu que dans les mouvements respiratoires forcés; les intercostaux, sur l'action desquels on a tant disserté, sont à peu près les seuls muscles qui fonctionnent aussi dans la respiration normale, et encore leur rôle se borne-t-il presque exclusivement à maintenir dans un état de tension convenable les parties molles qui remplissent les espaces intercostaux , et à les empêcher de céder aux efforts, soit de la pression extérieure, soit de la pression intérieure.

Le volume d'air qui, dans les conditions ordinaires, entre à chaque inspiration dans les poumons, ou en sort à chaque expiration, représente ce qu'on a appelé la capacité respiratoire ordinaire, et mesure le débit normal de la pompe thoracique; il est en moyenne de ya litre.

Après une expiration ordinaire, on peut, en mettant en jeu tous les muscles expirateurs, diminuer encore davantage la capacité pulmonaire et chasser une nouvelle quantité d'air, qui constitue la réserve respiratoire (Hutchinson). Mais, alors même qu'on a poussé l'expiration jusqu'à sa limite extrême, il reste toujours dans les poumons un certain volume de gaz qui est, ce qu'on appelle, •le résidu.

D'autre part, si après un mouvement d'expiration forcée, on fait l'inspiration la plus complète possible , il pénètre dans les alvéoles pulmonaires, en sus de l'air nécessaire pour remplir la capacité respiratoire ordinaire et la réserve , un troisième volume de gaz que M. Milne-Edwards appelle capacité complémentaire. La somme de ces trois volumes représente la capacité vitale de Hutchinson, ou capacité inspiratrice extrême de Milne-Edwards. En ajoutant le résidu à la capacité vitale, on obtient la capacité absolue des poumons.

La mesure de ces différentes capacités importe autant au clinicien qu'au physiologiste. Divers instruments ont été imaginés dans ce but, sous le nom de spiromètres, ou mieux de pnéomètres. Le plus employé est le spiromètre do Hutchinson (1846). Construit sur le principe du gazomètre des usines à gaz, cet appareil consiste essentiellement en une cloche renversée ou réservoir mobile, qui plonge dans un récipient plein d'eau et qui est équilibré par des contre-poids destinés à en faciliter les mouvements d'ascension ou de descente. L'air provenant de l'expiration est conduit , par l'intermédiaire d'un tube flexible , dans le réservoir, y prend la place de l'eau et le fait monter d'une quantité eri rapport avec son volume; l'élévation du réservoir se lit sur une échelle verticale placée à côté. Il importe, dans ces mesures, de tenir c ompte de la température et de la pression.

Dans le spiromètre de Boudin (1854), les gaz provenant de l'expiration sont

ABSORPTION , ÉCOULEMENT ET DIFFUSION DES GAZ. 199

amenés dans un ballon en caoutchouc à parois molles, qui esl affaissé sur lui™ même quand l'air n'y est pas introduit de force. Mais vient-on à souffler dans le ballon, il se genfle; une petite tige graduée et fixée verticalement sur sa face supérieure s'élève à travers un orifice pratiqué dans un demi cercle métallique dont les extrémités reposent sur un plan d'appui; l'élévation de la tige indique [e volume de gaz renfermé dans le ballon.

Eu 1856, Bonnet, de Lyon, présentait à l'Académie des sciences, sous le nom de pneicmatomètre, un nouveau spiromètre construit sur le principe du compteur à gaz. A la On de la même année, M. Guillet imaginait un spiromètre extrêmement portatif; cet appareil, que son auteur appelait pneusimètre à hélice, consiste en un petit tube renfermant dans son intérieur un moulinet semblable à celui de l'anémomètre de Combes; en soufflant à travers le tube, on fait tourner le moulinet, et le nombre des tours accomplis pendant la durée d'une expiration est indiqué par l'aiguille d'un compteur annexé à l'appareil. De ce nombre de tours on déduit, à l'aide d'une formule, le volume d'air expiré.

Les spiromètres font connaître le volume d'air inspiré ou expiré , et permettent ainsi de déterminer les différentes variétés de la capacité respiratoire, à l'exception toutefois de la capacité absolue. D'autre part, un "certain nombre de physiologistes, parmi lesquels figurent MM. Vierordt, Marey, Chauveau, on imaginé des procédés pour mesurer et enregistrer la fréquence des mouvements respiratoires , leur étendue et les varialions qu'éprouve la pression de l'air, suivant la vitesse du courant d'entrée ou de sortie ; mais la quantité d'air inspiré ou expiré reste alors inconnue.

M. Bergeon , de concert avec M. Kastus, a inventé, sous le nom à'anapnographe (de avonrvovj, respiration), un appareil enregistreur qui fournit à la fois la durée des mouvements d'inspiration et d'expiration, les variations de pression du courant d'air à tous les instants de la respiration , et le débit de la pompe Ffc- 01 thoracique, c'est-à-dire la quantité d'air inspiré ou expiré.

La Fig. 91 représente l'anapnographe primitif, celui qui a été présenté le 15 Septembre 1868 à l'Académie de médecine 1 . Cet appareil consiste en une

Anapnograpbe (spiromètre dérivant) (le Bergeon et Kastus. — A, orifice par lequel on respire au moyen du tube et des embouts représentés dans la fig. 92. — V, valve mobile suivant tous les mouvements du courant d'air. — R, R, boutons de réglage à l'aide desquels on établit l'équilibre entre les ressorts qui ramènent la valve dans la position verticale. — S, pointe écrivante, qui trace les excursions de la valve sur une bande de papier mobile.

1 Voyez, pour la théorie de cet appareil, le travail suivant : BEKOEON et KASTUS, Nouvel appareil enregistreur de la respiration (Gazelle hebdomad. 4e mdd. cl de chirurgie, 1868, no» 37, 39 et dO).

i)K LA l'ESANTEUU.

valve V formée par une laine très-mince d'aluminium , afin d'avoir un poids très-faible. Cette lame est mobile autour d'un axe horizontal et constitue la paroi postérieure d'une boîte rectangulaire dont l'intérieur est mis en communication avec les voies respiratoires par l'intermédiaire d'un tube flexible qui se fixe sur l'orifice A. Deux petits ressorts antagonistes, dont on règle l'action à l'aide des boutons RR, ramènent la valve V dans la position verticale, sitôt qu'aucune force étrangère ne tend à l'en écarter. Un levier extrêmement légeS fixé sur l'axe de rotation de la valve , se dirige verticalement en bas et se termine par une plume S qui inscrit sur une bande de papier mobile les déplacements de la valve. Un mécanisme d'horlogerie déroule le papier d'un mouvement uniforme.

Pour faire fonctionner l'anapnographe , il suffit d'adapter aux voies respiratoires du sujet en observation, l'embout qui est représenté dans la Fig. 92, et qui est relié par un tube flexible à la boîte de l'appareil. Cet embout est destiné à s'appliquer sur le nez seul; il y en a de deux grandeurs. A chaque mouvement respiratoire, la pression augmente ou diminue dans l'intérieur de la boîte; et par suite l'air cherche à entrer ou à sortir; mais il ne .peut y parveniî qu'en écartant dans un sens ou clans l'autre la valve V qui obture le fond de la

boîte aussi exactement que possible, sans cependant qu'il y ait aucun contact,

™v>— ■ ^ »i frottement. Les

mouvements de la

Fig. 92. — Embouts de l'anapnographe , s'appliquant sur lo nez. valve indiquent 1

le passage de l'air dans l'intérieur de l'appareil. En outre , et c'est là ce qui constitue le mérite essentiel de l'anapnographe, les écarts de la valve font proportionnels aux débits, c'est-à-dire aux quantités d'air écoulé. Ce résultat a été obtenu par une disposition particulière qui consiste à donner à la valve des dimensions moindres que celles de la paroi postérieure de la boite, et à compléter cette paroi à l'aide d'un cadre.

M. Rergeon a introduit quelques perfectionnements dans la construction de l'appareil primitif. Dans le nouveau modèle 1 , la valve est placée au milieu de la boîte qu'elle divise en deux compartiments égaux ; la proportionnalité entre les écarts de la cloison mobile et les volumes d'air qui traversent l'appareil est obtenue par la disposition suivante : le plafond de la boite présente en son milieu une arête vive, transversale, qui se trouve en regard et aussi près que possible du bord supérieur de la valve quand celle-ci est dans la position verticale; de chaque côté de cette ligne, la -surface du plafond décrit une courbe parabolique à concavité dirigée vers le bas.^Le calcul démontre, en effet, que dans ce cas, à chaque position de la valve correspond un orifice de sortie de l'air donnant un débit proportionnel à l'écartemenl. Les deux ressorts antagonistes destinés à maintenir la cloison mobile ont été remplacés par un ressorl unique en spirale.

1 BEISGEON. Recherches sur la physiologie niddicalo do la respiration , à l'aide d'un nouvel appareil enregistreur, l'anapnographe, Paris 1869,

ALISOHPTION, ÉCOULEMENT ET DIFFUSION DES GAZ. '201

Los tracés obtenus à L'aide de L'anapnographe ont une forme sinueuse analogue ;ï colle dos tracés que donne, le sphygmographe. Ils fournissent les indications suivantes : 1° la durée des mouvements d'inspiration et d'expiration ; 2° les variations de pression et do vitesse du courant d'air; 3° le volume d'air inspire ou expiré dans un temps donné, si petit qu'il soit.

Ni les spiromètres, ni l'anapnographe, ni aucun autre instrument ne pertnettent de déterminer sur le vivant la capacité absolue des poumons. Pour obtenir cette donnée, M. Gréhant1 a employé une méthode fort ingénieuse. Le sujet en observation inspire un volume déterminé d'hydrogène ; puis il exécute plusieurs mouvements respiratoires , en ayant soin de l'aire passer les gaz de l'expiration dans un vase clos (cloche renversée sur l'eau) , et d'aspirer ces mêmes gaz pendant l'inspiration, en évitant avec soin l'introduction de l'air extérieur dans les poumons ou dans la cloche; après cinq ou six mouvements respiratoires, le mélange de l'hydrogène et des gaz primitivement contenus dans les poumons est homogène. Il suffit alors d'en recueillir une certaine quantité et de doser la proportion d'hydrogène. Soit x la capacité absolue des poumons, v le volume d'hydrogène qui a été mêlé aux gaz de la respiration. Appelons V le volume du mélange soumis à l'analyse, et v' la quantité d'hydrogène qu'il renferme. Nous aurons évidemment la relation :

d'où il est facile de tirer la valeur de x.

Cette méthode suppose que l'hydrogène n'est pas sensiblement absorbé dans les poumons ; le fait a été découvert par MM. Regnault et Reiset.]

103. Diffusion des gaz. — Quand on établit la communication entre deux espaces clos, renfermant chacun le même gaz, à la même pression et à la même température , il ne se produit aucun mouvement des deux masses fluides l'une vers l'autre; mais, si les gaz en présence sont de nature différente, l'équilibre ne subsiste plus, lors même que la pression et la température sont identiques dans les deux réservoirs : un double courant s'établit, chacun des gaz passant du vase où il est renfermé dans l'espace occupé par l'autre fluide. Ce mouvement continue jusqu'à ce que les deux gaz soient uniformément répartis dans tout le système ; il s'arrête sitôt que le mélange est devenu parfaitement homogène.

Le phénomène de transport des molécules gazeuses, qui a pour effet d'en déterminer le mélange, porte le nom de diffusion des gaz.

La diffusion des gaz diffère essentiellement de celle des liquides ; cette dernière est due, comme on l'a vu, à une attraction qui s'exerce entre les molécules appartenant à des liquides différents, et c'est de l'intensité de cette attraction que dépend la vitesse de la diffusion ; en outre, le phénomène de la diffusion ne s'observe que pour certains liquides déterminés, pour ceux qui sont susceptibles de se mélanger ; les liquides non miscibles se superposent dans l'ordre de leurs densités. Tous les gaz, au contraire, se mélangent entre eux , et leur diffusion se produit sitôt qu'on les met en contact les uns avec les

» QEÈHAHT. Recherches physiques sur la respiration do l'iiouiiuo. Thèse. Paris 18Gi.

DE LA PKSANTKUli.

autres; de plus, le transport des molécules gazeuses ne reconnaît pas pour cause une attraction moléculaire, comme dans les liquides; il est dû à cette propriété epue possèdent les gaz de tendre sans cesse à occuper tout l'espace qui est offert à leur expansion. Une masse gazeuse s'écoule, par conséquent, dans l'espace occupé par un autre gaz , de la môme manière qu'elle se répandrait dans le vide , avec cette différence toutefois que la vitesse d'écoulement est moins grande.

Dans l'acte de la diffusion, il arrive souvent que les gaz se déplacent en sens contraire du mouvement que tendent à leur imprimer leurs pesanteurs spécifiques. Lorsque, par exemple, on place au-dessus d'un ballon renfermant de l'acide carbonique un second ballon rempli d'bydrogène à la même pression , et qu'on établit la communication entre les deux gaz, l'acide carbonique monte en partie clans le ballon supérieur, pendant qu'un volume égal d'hydrogène se répand dans le réservoir inférieur pour y remplacer l'acide carbonique sorti (expérience de Berthollet). Quant à la pression, elle conserve, pendant toute la durée du phénomène, dans chaque ballon sa valeur première. Si, primitivement, elle n'est pas la même dans les deux ballons, elle ne tarde pas à s'égaliser dès que les deux gaz sont mis en communication ; en même temps le mélange s'effectue, mais avec plus de lenteur que s'il n'y avait pas eu de différence de pression. Gn peut se . convaincre que les choses se passent ainsi, en adaptant un manomètre à chacun des ballons. [On constate alors que : la force élastique du mélange est toujours égale à la somme des forces élastiques des gaz mélangés , rapportés chacun au volume total, conformément à !" loi de Mariotte.

Tel est l'énoncé de la loi qui régit le mélange d'un nombre quelconque de gaz, dont les volumes et les pressions sont aussi quelconques. De celte loi, connue sous le nom de loi de Dalton, résulte que dans un mélange de plusieurs gaz, la pression exercée par chacun d'eux est la même que s'il occupait seul le volume total.

En appelant /,/',/".— les forces élastiques de plusieurs gaz occupant respectivement les volumes v, v',v"....; en désignant par V le volume total du mélange, et par F la force élastique finalca on peut représenter algébriquement la loi de Dalton de la manière suivante :

fv +f «'-Kf »" + ••••

ou encore : F V — /* -+- /' «' •+- f" v" +....]

104. Diffusion des gaz au travers d'espaces capillaires. Osmose gazeuse. —

Quand un gaz circule dans des espaces capillaires , les lois de son écoulement sont notablement modifiées, comme cela arrive aussi pour les liquides. Les vitesses d'écoulement des divers gaz ne sont plus entre elles en raison inverse des racines carrées de leurs densités ; elles présentent des différences bien moins considérables. L'hydrogène, par exemple, circulant dans un tube ou dans un système de tubes capillaires, ne s'écoule que 2 , 7 fois plus vite que l'oxygène, tandis qu'il possède une vitesse près de 4 fois supérieure à celle de ce dernier

ABSORPTION, ÉCOULEMENT ET DIFFUSION DES GAZ

gaz, lorsqu'il suri par un orifice en mince paroi. Toutefois la vitesse varie en sens inverse de la densité, mais dans un rapport qu'on est obligé de déterminer (expérimentalement pour chaque gaz en particulier; elle dépend, en outre, de la nature des parois du tube capillaire par lequel s'effectue l'écoulement. On tient compte de ces deux espèces d'influences, la densité du fluide gazeux et la substance du tube , en déterminant ce qu'on appelle le coefficient de frottement du gaz , par rapport à une substance donnée. Quand le tube d'écoulement n'est pas trop étroit et qu'il présente un diamètre uniforme, la dépense est, en outre, directement proportionnelle à la pression du gaz et en raison inverse du carié de la longueur du tube.

Ordinairement on étudie l'écoulement des gaz par les espaces capillaires clans des conditions plus complexes que celles que nous avons supposées jusqu'ici : au lieu d'un simple tube capillaire , à calibre régulier, on prend une cloison poreuse , en argile ou en plâtre par exemple ; une pareille cloison peut être considérée comme composée d'une infinité de canalicules capillaires à forme irrégulière, dont le diamètre et la longueur sont inconnus. Dans ce cas, le' coefficient de frottement n'est pas déterminé exclusivement par la nature du gaz et par la substance qui constitue le diaphragme poreux ; il comprend en même temps l'influence exercée par les dimensions des espaces capillaires. La vitesse d'écoulement dépend de ce coefficient de frottement , qui varie suivant le gaz et suivant le diaphragme employé; elle est, en outre, directement proportionnelle à la force élastique du gaz.

Les mêmes lois s'appliquent à la diffusion de deux gaz séparés par une cloison poreuse. [Le phénomène correspond, dans ce cas, à ce que nous avons vu , pourles liquides , sous le nom d'osmose.] Dans l'osmose des gaz , de même que dans leur simple diffusion, les molécules gazeuses d'espèces différentes se mélangent les unes avec les autres, de manière à former une masse homogène ; la rapidité avec laquelle s'accomplit l'échange des gaz est proportionnelle à la différence des pressions qui s'exercent sur les deux cùtés de la cloison poreuse et au coefficient dit de frottement ; si la pression est maintenue égale de part et d'autre de la cloison , on n'a à tenir compte que du coefficient de frottement, lequel dépend, comme nous l'avons dit, de la nature il h gaz et du diaphragme à travers lequel s'opère la diffusion On réalise cette condition , en introduisant dans le tube t (Fig. 93) un gaz, de l'hydrogène par exemple, à la pression atmosphérique ; l'extrémité supérieure du tube, est fermée par un tampon de plâtre jj, et la partie inférieure, ouverte par le bas, plonge clans un bain de mercure que renferme Féprouvette F. On enfonce le tube de manière que le niveau du mercure soit le môme à l'extérieur et à l'intérieur; l'hydrogène possède alors une force élastique exactement égale à la pression atmosphérique; l'air extérieur a nécessairement la même force élastique, de sorte que la pression Fig. 93. esl égale de pari, et d'autre du tampon de plâtre, â travers ™°de QrahaDl »«"

, . , 1 1 .. . étudier l'osmose dos

lequel sopere la diffusion. On observe dans ces conditions ga8.

204 DE LA PESANTEUR

que l'hydrogène sort plus vite de l'appareil que l'air n'y cuire, et que par suite le niveau du mercure monte assez rapidement dans l'intérieur du tube ; lorsqu'on a soin de maintenir le niveau constamment à la même hauteur, en enfonçant progressivement le tube à mesure que le volume du gaz qui y esl renfermé diminue, on conserve l'égalité de pression à l'extérieur et à l'intérieur. Au bout de quelque temps, tout l'hydrogène a disparu et a été remplacé par un volume moindre d'air atmosphérique. Si, au lieu de remplir î'appareij d'hydrogène , on y met de l'acide carbonique, c'est l'air qui pénètre alors plus rapidement que l'acide carbonique ne sort, et il en résulte que la masse gazeuse augmente de volume dans l'intérieur du tube.

On voit, d'après ce que nous venons d'exposer, qu'il existe une grande analogie entre l'osmose des gaz et leur diffusion ; ces deux phénomènes ne diffèrent que sous un seul rapport : dans l'osmose, la pression ne se transmel pas à travers le diaphragme poreux; il en résulte que, dans ce cas, ebacun des gaz pénètre dans l'espace occupé par l'autre , exactement comme s'il se précipitait dans le vide.

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PRODUCTION ET PROPAGATION DU SON