La loi de Dalton (John Dalton 1766-1844, physicien britannique) est une notion importante en thermodynamique, mais aussi pour tous ceux qui s’intéressent à la physique .
Composition de l’Air, pression partielle et loi de Dalton
L’air que nous respirons est un mélange gazeux homogène. Cet air sec se compose principalement de diazote (N2) à hauteur de 78 %, de dioxygène (O2) à 21 %, et d’autres gaz à moins de 1 %. Parmi ces gaz rares, on trouve l’argon et le dioxyde de carbone.
Pression Partielle des Gaz
La pression partielle d’un gaz, c’est la pression qu’il exercerait s’il était seul dans un volume donné. Imaginez un volume d’air contenant du diazote et du dioxygène. Si l’on retirait toutes les molécules de dioxygène, le volume ne contiendrait plus que du diazote.
La pression partielle de dioxygène serait alors la pression exercée uniquement par les molécules de dioxygène présentes dans ce volume.
La pression partielle d’un gaz est calculée en multipliant la pression totale par la fraction molaire de ce gaz. Par exemple, si un gaz représente 20 % du mélange, sa pression partielle sera 20 % de la pression totale.
La formule (simplifiée) à utiliser est donc la suivante :
Pp = Pabs x X (%)
Pp = Pression partielle, Pabs = Pression absolue, X = fraction gaz en %
Loi de Dalton
La loi de Dalton, également connue sous le nom de loi des pressions partielles, stipule que :
La pression totale exercée par un mélange de gaz est égale à la somme des pressions partielles de chaque gaz constituant le mélange.
Ptotale = P1 + P2 + P3 (en kPa ou en mm Hg)
P1 = pression partielle du gaz 1 (en kPa ou en mm Hg)
P2 = pression partielle du gaz 2 (en kPa ou en mm Hg)
P3 = pression partielle du gaz 3 (en kPa ou en mm Hg)
Prenons un exemple concret. Dans un volume d’air avec 80 % de diazote et 20 % de dioxygène, et une pression absolue de 1 bar (Ptotale), la pression partielle du diazote sera de 0,8 bar et celle du dioxygène de 0,2 bar. Si l’on double la pression absolue à 2 bar (Ptotale), les pressions partielles deviennent respectivement 1,6 bar pour le diazote et 0,4 bar pour le dioxygène.
La loi de Dalton : un principe fondamental en réfrigération
La loi de Dalton est un principe physique essentiel que tout frigoriste applique, parfois inconsciemment, dans la pratique quotidienne de son métier. Cette loi s’avère particulièrement pertinente dans deux situations :
1. Lorsqu’il y a présence d’air dans un circuit frigorifique.
2. Lors de problèmes liés aux mélanges de fluides frigorigènes.
Application dans les Circuits Frigorifiques
Cette loi permet aux frigoristes de comprendre et de prédire le comportement des gaz dans les systèmes de réfrigération essentiellement dans les deux cas cités plus haut :
1. Présence d’Air dans le Circuit : Lorsqu’il y a de l’air dans un circuit frigorifique, ce mélange de gaz (air + réfrigérant) suit la loi de Dalton. La pression totale observée dans le système est la somme des pressions partielles de l’air et du réfrigérant. Cela explique que la pression augmente dans un circuit frigorifique en présence d’air.
2. Mélanges de Gaz : Dans les systèmes frigorifiques, différents gaz peuvent être introduits par erreur. La loi de Dalton permet de calculer la pression totale en additionnant les pressions partielles de chaque gaz et d’expliquer un mauvais fonctionnement.
