Effet venturi et système vasculaire

[invite730c6ab4]

Bonjour,

J'aurai une quantité de question assez conséquente à vous poser

Dans le système vasculaire, la diminution du diamètre d'un vaisseau entraine la diminution de l'écoulement donc de la vitesse. Or selon l'effet Venturi la vitesse augmente quand le diamètre diminue.
De plus au niveau de ce même vaisseau la pression transmurale augmente ou diminue ? Selon l'effet Venturi, la pression diminue.

Quand est il ? L'effet Venturi n'est pas applicable au système vasculaire ? Pourquoi ?

Merci pour vos futures réponses.
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[calculair]

Je ne suis pas spécialiste des petites canalisations, mais dans le calcul de l'effet Venturi ( Theorème de Bernoulli ) il n'est pas tenu compte de la viscosité du liquide ou du fluide. J'imagine que dans les vaisseaux compte tenu de leur dimension, la viscosité doit intervenir. Celle-ci doit enparticulier freiner la vitesse du fluide ici le sang.

[invite730c6ab4]

En effet, la viscosité est à prendre à compte.

Ceci étant, les expériences pour démontrer cet effet, ont été faites avec un liquide qu'est l'eau. Et on a bien observé qu'il y avait à l'endroit du rétrécissement une augmentation de la vitesse et une diminution de la pression. L'eau a une viscosité 4 fois moins importante que le sang dans des conditions normales.
Dans des conditions semblables, des causes semblables devraient produire des effet semblables.
De par ce fait, malgré une viscosité différente, cela ne pourrait expliquer que les variations de vitesse et de pression n'aillent pas dans le même sens pour des liquides différents !?

Peut être suis je victime de mon intuition

[dmeier]

Bonjour,
si la vitesse augmente lorsque la section diminue c'est à cause de la conservation du débit, tout ce qui entre doit ressortir, donc si la section est plus faible il faut aller plus vite.
Cette augmentation de vitesse s'accompagne d'une diminution de pression (bernoulli), ceci est une conséquence de la conservation de l'énergie, mais attention elle ne tient pas compte des effets de la viscosité. Si vous voulez en tenir compte c'est plus lourd, il faut utiliser l'équation de Navier-Stockes
bon courage
dm

[A voir en vidéo sur Futura]

[Scalpel]

Lorsqu'il y a une diminution de section d'un vaisseau on observe l'effet venturi, donc augmentation de la vitesse et diminution de la pression (loi Bernoulli et conservation du débit), ce qui est très important en pathologie car en présence de sténose par exemple on peut observer l'apparition de spasmes (c'est à dire fermeture du vaisseau et réouverture consécutive) si la pression extérieure est supérieure à la pression dans le vaisseau...

A+

[invite730c6ab4]

Merci de vos réponses.

Pensez vous que la viscosité soit la seule raison à cette diminution de la vitesse dans le vaisseau et donc que l'effet Venturi n'est pas vérifiable ?

Je ne voudrais pas me répéter mais même si on peut comprendre assez facilement que la viscosité augmente les frottements sur la paroi, qui plus est le diamètre du vaisseau diminue donc la surface de contact augmente et donc les frottements aussi, cela se rajoute à ceci; on a bien une gène à l'écoulement augmente de par ces faits et donc une vitesse diminuée. Je le comprends facilement.

J'ai bien compris que les conditions ne prennent pas en compte la viscosité, sans modification que de l'altitude et avec un fluide incompressible.
Mais alors en quoi le théorème de Bernoulli et son corollaire l'effet Venturi rende compte d'une quelconque réalité ? car leurs résultats sont en opposition avec des faits d'expériences !
Quel est l'utilité de ce théorème ?

[LPFR]

Bonjour.
Je crois qu'on est en train impliquer M. Venturi dans une affaire dont il est innocent.
Quand un vaisseau se rétrécit, la vitesse augmente au rétrécissement, car le débit reste le même tout le long du vaisseau avant qu'il ne se divise.
Maintenant quand l'aorte se divise en deux, la vitesse dans les branches dépend des diamètres et des débits. Si les sections sont égales à la moitié de la aorte la vitesse sera la même et le débit la moitié dans chacun.
Quant à la pression, elle est imposée par l'élasticité et la tonicité des artères et de veines, et Bernouille et Venturi n'ont qu'à bien se tenir.
Au revoir.

[invite730c6ab4]

Ce que rapporte Scalpel est juste dans le fait pathologique : au niveau de la sténose, on a une zone de basse pression, et quand la pression extérieure devient plus grande que celle comprise dans le vaisseau, celui ci se ferme momentanément.

Ces faits confirment la zone basse pression au niveau de la sténose.
Est ce que l'on constate que la vitesse augmente ? Je ne sais pas.

Théoriquement, comme dit par LPFR, le débit reste constant (c'est aussi un fait d'expérience certain ! D = 5l/min en condition de repos) alors comme D = VS (D = Débit, V = Vitesse et S = Surface) la vitesse augmente. Mais ceci n'est vrai que si il y a conservation de l'énergie or il y a des pertes dues aux frottements.
Est ce que l'effet Venturi n'est applicable que dans ce cas précis car le conduit du vaisseau "sténosée" est très court et que donc la perte occasionnée par les frottements dues à la viscosité du sang et l'augmentation de la surface de contact pour un même volume de sang ne sont pas suffisant pour faire diminuer la vitesse ?

Ce qui est certain c'est qu'au niveau artériolaire, quand le vaisseau se rétréci (vasoconstricte) la vitesse diminue.
L'effet Venturi n'est donc plus applicable du fait de la non conservation d'energie.(?) D=VS n'est plus applicable.(?)

Voila mon problème dans le cas d'une sténose il semble que l'effet Venturi s'applique mais pas quand un vaisseau se vasoconstricte !

Est ce que d'après vous, l'explication donnée ci-dessus soit correcte ?

[invite730c6ab4]

Ce que rapporte Scalpel est juste dans le fait pathologique : au niveau de la sténose, on a une zone de basse pression, et quand la pression extérieure devient plus grande que celle comprise dans le vaisseau, celui ci se ferme momentanément.

Ces faits confirment la zone basse pression au niveau de la sténose.
Est ce que l'on constate que la vitesse augmente ? Je ne sais pas.

Théoriquement, comme dit par LPFR, le débit reste constant (c'est aussi un fait d'expérience certain ! D = 5l/min en condition de repos) alors comme D = VS (D = Débit, V = Vitesse et S = Surface) la vitesse augmente. Mais ceci n'est vrai que si il y a conservation de l'énergie or il y a des pertes dues aux frottements.
Est ce que l'effet Venturi n'est applicable que dans ce cas précis car le conduit du vaisseau "sténosée" est très court et que donc la perte occasionnée par les frottements dues à la viscosité du sang et l'augmentation de la surface de contact pour un même volume de sang ne sont pas suffisant pour faire diminuer la vitesse ?

Ce qui est certain c'est qu'au niveau artériolaire, quand le vaisseau se rétréci (vasoconstricte) la vitesse diminue.
L'effet Venturi n'est donc plus applicable du fait de la non conservation d'energie.(?) D=VS n'est plus applicable.(?)

Voila mon problème dans le cas d'une sténose il semble que l'effet Venturi s'applique mais pas quand un vaisseau se vasoconstricte !

Est ce que d'après vous, l'explication donnée ci-dessus est correcte ?

[dmeier]

Le débit se conserve tant qu'il y a conservation de la matière (et incompressibilité du fluide). La viscosité n'a pas d'influence sur la conservation du débit.
La viscosité va influencer la vitesse globale de l'écoulement et la distribution des vitesses au sein de l'écoulement.
dm

[invite730c6ab4]

Désolé pour le doublon, mauvaise manipulation.

Je me suis mal exprimé pour la viscosité, je voulais juste dire que si la viscosité augmente la vitesse de l'écoulement diminue.

" Le débit se conserve tant qu'il y a conservation de la matière (et incompressibilité du fluide) "

Le débit sera bien dépendant des frottements ? Si il y a frottement il y a perte d'ernegie cinétique ? Et cela avec conservation de la matière ?


Je m'excuse d'etre un peu "fouillie" mais j'essaye de trouver une réponse à des lectures de manuels physiologie voire même de physique qui disent : "toutes choses égales, un fluide coulera plus lentement dans un tube de petit diamètre que dans un tube de grand diamètre". De plus il est un constat physiologique que la vitesse de l'écoulement du sang diminue de l'aorte vers les capillaires, ce qui confirme la citation ci-dessus.

Et pourtant à coté de cela on a l'effet Venturi, qui dit l'inverse. Scalpel et LPFR sont d'accord à dire et confirmer cela en disant que le rétrécissement d'un vaisseau entraine une augmentation de vitesse.

Quel est l'explication ?

[dmeier]

A mon tour d'essayer d'être clair.
Si la viscosité du fluide augmente le débit diminue et pour une section donnée la vitesse diminue.
si localement la section diminue, la vitesse locale du fluide augmente, à l'endroit où la section est plus petite, ceci afin de conserver le débit.
dm

[invite730c6ab4]

Ok, j'ai compris.

Ce qui faut savoir, c'est que dans le réseau vasculaire humain, la différence de débit est possible dans un territoire donné. C'est le débit systémique qui est constant pas le débit local.
Ce dernier est modifié pour répondre aux besoins locaux (quand on fait un effort, les muscles ont besoins d'O2, nutriments etc donc le débit augmente par contre au niveau par exemple de l appareil digestif le débit diminue compensant ainsi le fort débit musculaire est tendant vers un débit constant. Bien sur à l effort le débit n'est plus de 5l/min mais peut atteindre 12 - 13 l/min, le coeur pompe plus. Mais il faut garder une certaine homéostasie "d'effort" pour éviter de trop grande différence de pression artérielle afin de ne pas faire de l'hypertension ou de l'hypotension)

Cette donnée aussi de débit systémique constant et débit local variant rajoute des difficultés de compréhension du phénomène vasculaire.

Je vous remercie pour vos réponses.

Si quelqu'un a une explication d'un point de vue physique, je suis preneur. Car cette application de l'effet Venturi dans un cas mais pas dans l'autre reste "chagrinante".

Merci

[dmeier]

Je ne suis pas médecin mais physicien, je ne peux pas répondre dans des cas spécifiques médicaux.
Par contre pour l'effet Venturi, il existe toujours puisque pour des fluides visqueux on ajoute un terme à l'équation de Bernoulli mais on en enlève pas.
ce qui peux se produire c'est que l'effet Venturi devienne très peu notable, surtout pour les fluides très visqueux. L'effet Venturi est d'autant plus important que le fluide est peu visqueux (presque parfait) et sa vitesse d'écoulement élevée.
dm

[invite730c6ab4]

Est ce que vous auriez une explication au fait que dans le réseau vasculaire la vitesse d'écoulement du sang diminue de l'aorte, qui est un gros tube, vers les capillaires, qui sont des tubes très fins ? Donc que plus le tube diminue de diamètre plus la vitesse d'écoulement du sang diminue ?

Est ce que cela n'est pas un contre exemple de l'effet Venturi ?

[LPFR]

Re.
Comme l'a bien dit Dmeier, dans un tuyau, que se soit une artère ou un tuyau d'arrosage, le débit reste constant tout le long dans tous les cas sauf si le tuyau est coupé et qu'il a une fuite (ou une hémorragie pour rester médical).
Quant à la possibilité qu'une artère rétrécisse par effet Venturi, sa me choque. Mais si cela existe... En tout cas l'artère ne peut pas se rétrécir par effet Venturi jusqu'à interrompre le débit. Pas de débit pas d'effet Venturi.
A+

[dmeier]

Le long d'un tube de section constante la vitesse du fluide est elle aussi constante (on devrait dire uniforme).
si le gros tube se "ramifie" en un seul petit tube la vitesse sera plus grande dans le petit tube, par contre si le gros tube se ramifie en plein de petits tubes, la vitesse dans un petit tube peut être très faible si il y a beaucoup de petits tubes. En fait la somme des sections des petits tubes est éventuellement plus grande que celle du gros tube.
Tout ça c'est la conservation du débit;
Par contre la vitesse du fluide visqueux dans un petit tube est très sensible à son diamètre (en d puissance 4).
dm

[invite730c6ab4]

Je me suis peut être encore mal exprimé

Ce n'est pas l'effet Venturi qui est la cause du rétrécissement du calibre du vaisseau mais des dépôts divers qui viennent diminuer le calibre du vaisseau. Et on observe à cet endroit là un effet Venturi. Donc une zone de base pression, et quand celle ci est très nettement inférieure à la pression extérieure, elle peut se fermer. C'est à dire que l'effet Venturi est un phénomène qui participe à la fermeture. Si la pression extérieure n'est pas assez importante, il n'y a pas de fermeture. C'est la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur qui est la cause de la fermeture du vaisseau. (voir Scalpel)

Pour le débit j'ai bien compris la difficulté de ma demande, vue que je prends un système (le corps humain) semi-fermé dont le débit systémique est constant mais le débit local est variable d'où la difficulté d'analyse. Mais j'ai bien pris en compte vos remarques sur le débit.

[invite730c6ab4]

Le long d'un tube de section constante la vitesse du fluide est elle aussi constante (on devrait dire uniforme).
si le gros tube se "ramifie" en un seul petit tube la vitesse sera plus grande dans le petit tube, par contre si le gros tube se ramifie en plein de petits tubes, la vitesse dans un petit tube peut être très faible si il y a beaucoup de petits tubes. En fait la somme des sections des petits tubes est éventuellement plus grande que celle du gros tube.
Tout ça c'est la conservation du débit;
Par contre la vitesse du fluide visqueux dans un petit tube est très sensible à son diamètre (en d puissance 4).
dm

Est ce que je peux vous donner mon adresse mail pour que l'on communique svp ?
Je ne veux pas trop vous embêter mais au vue de mes questions, cela sera surement plus rapide et plus simple.

[invite730c6ab4]

si le gros tube se "ramifie" en un seul petit tube la vitesse sera plus grande dans le petit tube

Comment expliquer alors cette citation tirée d'un manuel de physique faisant suite à la loi de Poiseuille : "toutes choses égales, un fluide coulera plus lentement dans un tube de petit diamètre que dans un tube de grand diamètre" ?

[LPFR]

Comment expliquer alors cette citation tirée d'un manuel de physique faisant suite à la loi de Poiseuille : "toutes choses égales, un fluide coulera plus lentement dans un tube de petit diamètre que dans un tube de grand diamètre" ?

Re.
Pour une même différence de pression entrée-sortie, le liquide coule plus vite dans le gros tuyau. Surtout si le liquide est visqueux.
A+

[invite730c6ab4]

Re.
Pour une même différence de pression entrée-sortie, le liquide coule plus vite dans le gros tuyau. Surtout si le liquide est visqueux.
A+

si le gros tube se "ramifie" en un seul petit tube la vitesse sera plus grande dans le petit tube

Vous n'êtes donc pas d'accord ?

[dmeier]

En fait je pense que tout a été dit, il faut simplement un peu organiser les choses.
Il y a deux idées à prendre en compte, la conservation du débit qui affecte les grandeurs de façon global et l'effet Venturi qui affecte la vitesse de façon local à cause d'un rétrécissement local d'un tube.
Pour une différence de pression donnée (imposée par le coeur je pense) un liquide visqueux s'écoulera moins vite s'il est plus visqueux et plus vite si il l'est moins. Cet effet étant plus marqué dans un petit tube que dans un gros.
Dm

[invite730c6ab4]

Alors on a donc :

Débit constant systémique.
Effet venturi local : augmente la vitesse du fluide mais diminue la pression.
Plus la viscosité augmente plus la vitesse diminue.
Enfin dans un tube de petit calibre la vitesse est moins grande que dans un tube de grand calibre, de part la résistance à l'écoulement qui correspond aux frottements du liquide visqueux sur les parois du tube.(R=1/r4 avec R= résistance et r = rayon du vaisseau).

si ceci est vrai, il me reste une dernière question :

Dans la continuité d'un vaisseau, si celui ci réduit son calibre, est ce que cela augmente la résistance R et donc diminue la vitesse ou alors l'effet venturi s'applique et donc la vitesse augmente ?

[invite730c6ab4]

Up Merci

Dans la continuité d'un vaisseau (liquide visqueux : sang), si celui ci réduit son calibre, est ce que cela augmente la résistance R et donc diminue la vitesse ou alors l'effet venturi s'applique et donc la vitesse augmente ?

[dmeier]

oui vous avez raison l'effet Venturi existe si il y a variation de section du tube mais d'habitude les variations sont progressives et l'effet Venturi sera négligeable, sauf si il y a variation brutale, là l'effet Venturi sera notable.
Mais pour un fluide visqueux, il y aura des tourbillons (cas du sang par exemple) et dans la zone tourbillonaire pas question de Bernoulli ni de Venturi
dm

[invite730c6ab4]

Merci beaucoup pour cette réponse claire .

Mais ... J'ai encore une question, pour être sur d'avoir compris les causes du phénomène de ralentissement

Pour un liquide visqueux tel que le sang, pas de Venturi même en cas de variation brutale du vaisseau ?
(le débit tourbillonnaire et la forte résistance sera toujours trop importante pour que le liquide accélère et que donc la vitesse d'écoulement augmente ? On a plus un "encombrement" )

[FC05]

Pour recaler tout ça ...

Il y a deux choses différentes, l'accident de parcours et le rétrécissement durable.

Sur l'accident de parcours, on peut appliquer Bernoulli sans pertes de charges avec une bonne approximation.
La charge d'un fluide est son énergie (même si on l'exprime en hauteur et on la note H). Cette énergie est composée de trois termes qui dépendent de la vitesse, la pression et l'altitude.
Sans pertes de charges la charge est constante, c'est l'équation de Bernoulli.

H = constante.

Donc, si j'augmente un des termes, la vitesse, alors la pression diminue (si la hauteur reste constante).

L'autre problème est le rétrécissement des vaisseaux. Tout d'abord et comme ça déjà été dit, le vaisseaux sont en dérivation et là appliquer bernoulli est pour le moins aléatoire si on prend des points de référence un peu trop éloignés.

Prenons l'entrée du vaisseau. Il est clair qu'il y aura un ralentissement à l'entrée et donc la pression sera plus grande à l'entrée que dans l'artère qui l'alimente.
Dans le vaisseau lui même, il y aura des pertes de charge (J). Si je regarde entre l'entrée (e) et la sortie (s), l'équation de Bernoulli devient :

He = Hs + J

La conservation du débit impose (si la section est contante) que les vitesse sont identiques. Si on suppose, pour simplifier, que l'altitude est constante alors la pression va diminuer (progressivement tout au long du vaisseau).

Comme quoi, ce n'est pas si simple ...

[invite730c6ab4]

Merci pour cette réponse.

En fait mon problème est le suivant maintenant :

La vitesse augmente ou diminue quand une artériole se contracte et donc réduit son calibre?
En sachant qu'il n'y a pas conservation d'énergie, car les résistance sont très importante (le calibre peut varier d'un facteur maximal de 5).

[LPFR]

Bonjour.
Quand l'artériole se contracte le débit diminue même si la vitesse augmente. Mais la vitesse n'augmente même pas dans tous les cas. Dans les artères de petit diamètre où le débit est limité par la viscosité, la vitesse diminue.
Dans le cas des artères principales, où le débit est plutôt limité pas la capacité des artères secondaires, la vitesse augmente quand les diamètre rétrécit.

Que le débit diminue quand les artérioles se contractent peut se déduire sans considérations physiques mais biologiques. Quel intérêt a un organisme à diminuer le diamètre des artérioles, autre que celui de diminuer le débit pour l'augmenter ailleurs? Cas de préparation au combat ou à la fuite, par exemple.
Au revoir.