FICHE DE RÉVISION : TRANSPORT DES GAZ

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Le transport des gaz s’opère principalement par trois mécanismes :

<div style="color:red;">**1. DIFFUSION MOLECULAIRE**</div>

La diffusion est le mouvement spontané des molécules d’un gaz d’une région à haute concentration vers une région à basse concentration, dû aux collisions aléatoires des molécules.

Diffusion : déplacement aléatoire des molécules qui entraîne un mélange progressif des gaz sans apport d’énergie externe.

Lois et équations décrivant la diffusion moléculaire :

La loi fondamentale qui décrit ce phénomène est la loi de Fick :

[Formule]

• J : flux molaire (mol·m⁻²·s⁻¹)
• D : coefficient de diffusion (m²/s)
• \frac{dC}{dx} : gradient de concentration

Exemple : Diffusion de l’oxygène ([Formule]) depuis l’air atmosphérique vers les alvéoles pulmonaires.

<div style="color:red;">**2. TRANSPORT CONVECTIF**</div>

Le transport convectif résulte de l’écoulement d’un fluide (gaz) qui entraîne les molécules avec lui. Contrairement à la diffusion, ce mécanisme dépend du mouvement global du gaz.

Convection : transfert de matière lié au mouvement macroscopique du gaz.

Le flux convectif est proportionnel à la vitesse moyenne du flux :

[Formule]

• C : concentration
• v : vitesse du gaz

Exemple : Vent transportant des particules polluantes dans l’atmosphère.

<div style="color:red;">**3. ADSORPTION ET DESORPTION (TRANSPORT À LA SURFACE)**</div>

Dans certains cas, le transport peut s’effectuer par interaction avec une surface (par exemple, les parois d’un conduit).

Adsorption : fixation temporaire des molécules de gaz sur une surface solide.

Ce mécanisme est important dans les procédés de purification ou dans la respiration cellulaire quand le gaz traverse une membrane.

<div style="color:red;">**DIFFUSION DES GAZ : NOTIONS APPROFONDISSES**</div>

1. INFLUENCE DES CONDITIONS PHYSIQUES

• La température augmente l’énergie cinétique des molécules, donc le coefficient de diffusion.
• La pression affecte la densité du gaz, modulant la fréquence des collisions.
• La nature des gaz (taille moléculaire, masse) influence aussi la diffusion.

2. LOI D’ARRHENIUS POUR LA TEMPÉRATURE

Le coefficient de diffusion dépend souvent de la température via la relation :

[Formule]

• D₀ : paramètre expérimental
• Eₐ : énergie d’activation
• R : constante universelle des gaz
• T : température absolue (K)

3. DIFFUSION BINAIRE

Pour un mélange de deux gaz, le coefficient de diffusion D₍AB₎ varie avec la pression totale P et la température selon un modèle empirique corrigé.

<div style="color:red;">**TRANSPORT DES GAZ PAR LES HYPOTHÈSES ET LOIS**</div>

Les gaz parfaits sont idéalisés comme des particules ponctuelles en mouvement continu et aléatoire sans interactions entre elles (hormis des collisions élastiques).

Gaz parfait : gaz obéissant à l’équation d’état PV = nRT

<div style="color:red;">**TRANSPORT MÉCANIQUE DES GAZ : ÉCOULEMENTS**</div>

1. RÉGIMES D’ÉCOULEMENT

• Écoulement laminaire : couches de gaz se déplaçant ordinairement sans perturbation.
• Écoulement turbulent : mouvement chaotique favorisant le transport rapide.

Le nombre de Reynolds caractérise ces régimes :

[Formule]

• ρ : densité du gaz
• v : vitesse moyenne
• d : dimension caractéristique
• μ : viscosité dynamique

2. LOI DE POISEUILLE POUR ÉCOULEMENT LAMINAIRE

Pour un écoulement dans un tube cylindrique :

[Formule]

• Q : débit volumique
• ΔP : différence de pression
• R : rayon du tube
• L : longueur
• μ : viscosité

EXEMPLE INTEGRATIF : TRANSPORT DE L’OXYGENE DANS LES ALVÉOLES PULMONAIRES

Le transport de l’oxygène du milieu externe vers le sang implique la diffusion à travers la membrane alvéolaire, guidée par la loi de Fick, et le transport convectif par la circulation sanguine.

Diagramme simplifié du transport de l’oxygène :

[Diagramme]

TABLEAU RÉCAPITULATIF DES MÉCANISMES DE TRANSPORT DES GAZ

Mécanisme	Cause principale	Loi associée	Exemple
Diffusion moléculaire	Gradient de concentration	Loi de Fick : [Formule]	Diffusion de [Formule] dans l’air
Convection	Mouvement macroscopique	[Formule]	Vent transportant du CO₂
Adsorption	Interaction avec surface	Dépend du matériau	Purification par charbon actif
Écoulement laminaire	Déplacement fluide ordonné	Loi de Poiseuille	Transport d’air dans un tube

<div style="color:red;">**SYNTHÈSE DES POINTS ESSENTIELS**</div>

• Le transport des gaz comprend diffusion, convection et interaction avec surfaces.
• La diffusion moléculaire est spontanée, décrite par la loi de Fick.
• La convection dépend du flux global et est souvent dominante dans les écoulements rapides.
• La température, la pression et la nature des gaz influencent directement les coefficients de transport.
• Les lois des gaz parfaits simplifient la modélisation.
• En écoulement, laminaire ou turbulent, conditionne la vitesse et l’efficacité du transport.
• Applications : respiration, contrôle de pollution, procédés industriels.

<div style="color:red;">**POUR ALLER LOIN**</div>

• Étude des transports multicomposants avec coefficients binaires.
• Effets non idéaux des gaz réels (pression élevée, interactions moléculaires).
• Modélisation numérique dans des systèmes complexes.

<div style="color:red;">**CONCLUSION**</div>

Cette fiche offre un panorama clair et structuré du transport des gaz, fondement indispensable pour comprendre les phénomènes impliquant les gaz dans de nombreux domaines scientifiques et techniques.