Pression (Biophysique)

[Azaaar]

Bonjour/Bonsoir,

Une question Biophysique m'intéresse. Je sais que vous n'êtes pas des biologistes mais des physiciens, en faite ma question est plus physique que biologique même si le contexte est celui de la biologie d'où l'appellation de cette unité d'enseignement "Biophysique". Enfin bref assez tergiversé, j'aurais voulu qu'un physicien ou biophysicien de se forum m'explique quelques choses. On dit que : "Hémoglobine libère son O2 dans les tissus car il y a une faible pression partielle en O2 alors que dans les alvéoles pulmonaires ou pneumocytes (poumon) la pression partielle en dioxygène (O2) est plus élevée il y a donc captation du dioxygène (O2)." Finalement c'est le terme "pression" qui me pose problème, la pression pourrait-être qualifié de quantité de molécule de dioxygène (O2) présent dans le milieu, plus il y a une forte quantité de molécule plus la pression est élevé et plus la quantité de molécule est faible plus la pression est basse de manière général c'est ça ? Si il n'y a aucune molécule dans un milieu quelconque il y a donc absence de pression ?
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[albanxiii]

Bonjour,

la pression pourrait-être qualifié de quantité de molécule de dioxygène (O2) présent dans le milieu

Je vous dirais "oui", mais en précisant "dans un milieu gazeux de volume fixe".

Dans ces conditions, on peut penser à la pression d'un gaz un peu comme à la concentration d'une espèce (ion ou molécule soluble) en solution. D'ailleurs, les relations qu'on utilise en thermochimie, pour le potentiel chimique par exemple, font intervenir les concentrations pour les solutions et les pressions partielles pour les mélanges de gaz. C'est pour cela que je fait le parallèle entre gaz + quantité de molécules dans un volume fixe et ion ou molécule soluble + concentration en solution.

Mais pour le physicien, la pression qu'un gaz exerce sur une paroi est liée aux chocs des molécules de ce gaz sur la paroi. J'imagine que vous connaissez ce concept ?

[phys4]

Si il n'y a aucune molécule dans un milieu quelconque il y a donc absence de pression ?

Bonjour,
L'absence de molécules dans un milieu, veut dire que le milieu c'est le vide, et la pression est bien nulle.

Pour un gaz dans un milieu, il est possible de définir une pression partielle proportionnelle à la densité de molécules de ce gaz.

[Azaaar]

D'accord merci beaucoup je comprends mieux, donc on voit que la notion de pression est intimement lié à la quantité de molécule dans un milieu donné, donc si je comprends bien plus le milieu est riche en molécule plus il y aura de choc entre les molécules elle même et donc la formation d'une énergie cinétique mais également avec son milieu par exemple si on parle de ce fameux gaz de la vie qui n'est autre que le dioxygène, dans le capillaire sanguin au niveau de l'alvéole pulmonaire par exemple qui est un lieu très concentré en molécule de dioxygène donc on a une pression partielle de dioxygène très élevé on aura beaucoup plus de collision entre les molécules et sur la paroie du capillaire.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pterygoidien]

En fait, pour conceptualiser la pression, il faut savoir que le terme général définit une force par unité de surface. Quand on s'intéresse à un fluide, la pression qu'il exerce est en réalité dépendant du nombre de particules qui percutent une surface simultanément : plus il y aura de particules (ici O2), et plus il y aura un nombre élevé qui percute une même surface par unité de temps. La notion de pression est donc liée à la quantité (mole).

Au cours de l'histoire, plusieurs physiciens ont décrit les comportements des gaz, et plusieurs lois en ont été tirées : loi de Gay-Lussac, loi de Boyle-Mariote, loi d'Avogadro, ... Chacune de ces lois fait la description du comportement d'un gaz liant deux paramètres du milieu : température et pression, volume et pression, quantité et volume, ... Finalement, on est arrivé à un loi qui vient unifier toutes ces dernières : la loi des gaz parfaits. Celle-ci nous apprend que le produit de la pression par le volume est égale au produit de la quantité de gaz (molaire) par la constante des gaz parfait et par la température (en Kelvin).


Il y a plusieurs types de pression en réalité, selon la nature de la force qui s'exerce sur une surface. Mais pour répondre à ta question, oui la pression partielle d'un gaz est liée à sa quantité, et donc on peut même dire à sa concentration (à volume et pression totale constante). D'ailleurs, si le volume est constant, il y a un lien entre la pression partielle et ton gaz et sa concentration :


Note qu'ici, on parle bien de pression partielle, c'est la pression relative à un gaz particulier. Car dans le système pulmonaire, le gaz se développe selon deux modalités :

• Convexion, l'ensemble de l'air (mélange de plusieurs gaz) est déplacé selon une force motrice externe. Ici, on établit un gradient de pression moteur grâce à la ventilation pulmonaire : pour comprendre cela, il faut comprendre la loi de Boyle-Mariotte, qui stipule que pour un système fermé P1V1 = P2V2. Un fluide se déplace selon un gradient de pression : il part d'une zone de "forte pression" vers une zone de plus "basse pression".
  Dès lors, si on augmente la volume, on diminue la pression. Ici, lors d'une inspiration, les muscles respiratoires augmentent le volume de la cavité thoracique et diminuent la pression : la pression intrathoracique devient inférieure à la pression atmosphérique, et l'air entre dans les voies respiratoires. Ici, on a en plus la plèvre qui maintient une pression négative responsable de maintenir les voies respiratoires ouvertes même en conditions statiques (fin d'une expiration calme, glotte ouverte). A l'inverse, lors de l'expiration, la diminution de volume thoracique provoque une montée de pression qui expulse l'air par convexion. La ventilation, qui permet la convexion de l'air, est un phénomène globalement actif : le recrutement des muscles respiratoires nécessite un travail, et donc une dépense énergétique. En réalité, l'inspiration est active et demande l'intervention des muscles, tandis que l'expiration "calme" est passive puisqu'elle met en jeu une force de rétraction élastique (tension superficielle et retour élastique de la paroi) et la relaxation des muscles inspiratoires.
• Diffusion, phénomène totalement passif et qui concerne chaque gaz individuellement. La, ça n'est plus l'air qui circule en "bulk", mais chaque gaz se déplace individuellement selon son gradient de pression partielle (ou son gradient de concentration, si on veut).

Pour le transport des gaz dans le sang, l'oxygène est très peu soluble dans une phase liquide, et l'hémoglobine fixe l'oxygène pour y remédier.
Pour l'hémoglobine, son affinité envers l'oxygène dépend surtout de la pression partielle qui règne dans le plasma, et c'st le facteur principal pour la fixation de l'oxygène (pulmonaire) et sa délivrance (en périphérie).

(...) si je comprends bien plus le milieu est riche en molécule plus il y aura de choc entre les molécules elle même et donc la formation d'une énergie cinétique mais également avec son milieu par exemple si on parle de ce fameux gaz de la vie qui n'est autre que le dioxygène, dans le capillaire sanguin au niveau de l'alvéole pulmonaire par exemple qui est un lieu très concentré en molécule de dioxygène donc on a une pression partielle de dioxygène très élevé on aura beaucoup plus de collision entre les molécules et sur la paroie du capillaire.

Plus le milieu est riche en particules dans un même volume restreint, et plus la fréquence de collision augmentera, que ce soit des molécules entre elles ou avec la paroi. Ce n'est pas la collision qui va former de l'énergie cinétique : les molécules sont toutes animées d'une énergie cinétique et d'une trajectoire totalement aléatoire (mouvement brownien), et les collisions sont de types élastiques.
Pour la diffusion, c'est un phénomène de distribution statistique qui s'applique à une population donnée de molécules.