L'énigme de la pression : explorations dans le monde de la pression hydrostatique

Définition

La pression hydrostatique est une poussée qu'exerce l'eau sur la surface d'un corps immergé. Elle augmente d'environ une atmosphère par 10 mètres de profondeur. Cette pression vient compléter la pression osmotique dans l'étude de la mécanique des fluides.

L'hydrostatique est la branche de l'hydraulique qui étudie les phénomènes associés aux fluides confinés dans un type de conteneur.

La pression hydrostatique est la compensation de la pression osmotique :

Schéma de pression hydrostatique par osmose inverse

La pression hydrostatique est la poussée exercée par un fluide à l'équilibre en raison de la force de gravité. Un fluide dans cette condition est connu comme un fluide hydrostatique. Elle peut être déterminée à partir d'une analyse de contrôle du volume d'un cube infiniment petit du fluide.

En physique

La pression hydrostatique physique est définie comme la force de poussée exercée sur une zone d'essai (p = F / A, avec p : pression, F : force normale à la zone A, A : zone), et la seule force agissant sur un cube par exemple peu de fluide est le poids de la colonne de liquide au-dessus. La pression due au liquide seul (c'est-à-dire la pression manométrique) à une profondeur donnée ne dépend que de la densité du liquide, de l'accélération de la gravité et de la distance sous la surface du liquide.

✅ Grâce à ces pressions, on peut définir la flottabilité d'un navire par exemple. Le principe d'Archimède stipule que tout corps solide totalement ou partiellement immergé dans un fluide sera poussé vers le haut par une force égale au poids du volume de liquide déplacé par le corps solide.

L'objet ne doit pas nécessairement être complètement immergé dans ledit fluide, car si la poussée qu'il reçoit est supérieure au poids apparent de l'objet, il va flotter et ne sera que partiellement immergé.

✅ L'air autour de nous au niveau de la mer nous presse à 1 bar. Nous ne ressentons pas cette pression car les fluides de notre corps se déplacent avec la même force. Mais si vous nagez dans l'océan à quelques mètres de profondeur à peine, vous constaterez un changement. Vous allez commencer à ressentir une augmentation de la pression sur les tympans.

Ceci est dû à une augmentation de la pression hydrostatique qui est la force par unité de surface exercée par un liquide sur un objet. Plus vous allez sous la mer (descente dans la colonne d'eau), plus la pression qui vous pousse sera forte. Chaque fois que vous descendez de 10 mètres (environ), la pression augmente de 1 bar.

La pression hydrostatique est la pression exercée par un fluide à l'équilibre en un point donné du fluide, en raison de la force de gravité. La pression hydrostatique augmente proportionnellement à la profondeur mesurée à partir de la surface en raison du poids croissant du fluide exerçant une force descendante d'en haut.

Si un fluide se trouve dans un conteneur, la profondeur d'un objet placé dans ce fluide peut être mesurée. Plus l'objet est placé profondément dans le fluide, plus il subit une pression importante. En effet, le poids du fluide est supérieur à celui-ci.

Plus le fluide situé au-dessus de lui est dense, plus la pression exercée sur l'objet immergé est importante en raison de son poids. Si le conteneur est ouvert à l'atmosphère au-dessus, la pression atmosphérique ajoutée doit être ajoutée si l'on veut trouver la pression totale sur un objet.

La pression à une profondeur donnée dans un liquide statique est le résultat du poids du liquide agissant sur une unité de surface à cette profondeur, plus toute pression agissant sur la surface du liquide.

En biologie

En biologie, la pression hydrostatique biologique est la pression exercée par le fluide intravasculaire (le plasma sanguin) ou le liquide extravasculaire sur la paroi (l'endothélium) du vaisseau sanguin. La pression hydrostatique (Pcap) est normalement la principale force de filtration à travers la paroi capillaire. Les capillaires sont l'équivalent d'un récipient en forme de colonne, tourné sur le côté.

La pression que le sang exerce dans les capillaires est connue sous le nom de pression artérielle. La force de la pression hydrostatique signifie que lorsque le sang se déplace le long du capillaire, le fluide sort par ses pores et dans l'espace interstitiel. Ce mouvement signifie que la pression exercée par le sang va diminuer, au fur et à mesure que le sang se déplace le long du capillaire, de l'extrémité artérielle à l'extrémité veineuse.

Un grand avantage de la pression hydrostatique sanguine est sa capacité à augmenter la circulation et à favoriser le retour veineux pour aider les cellules sanguines désoxygénées (cellules sanguines qui n'ont plus d'oxygène) à retourner vers le coeur et les poumonrer plus d'oxygène.

La pression hydrostatique dans le système vasculaire :

Pression hydrostatique et débit dans le système vasculaire

Pression hydrostatique et débit dans le système cardiovasculaire. (a) La pression hydrostatique est déterminée par la hauteur h d'une colonne d'eau au-dessus d'un point de référence (flèche) quelle que soit la forme du récipient. La pression hydrostatique est la même à toutes les flèches. (b) La pression hydraulique P est exercée par un piston ou une pompe et en tout point d'un fluide est la même dans toutes les directions. (c) Les fluides newtoniens s'écoulent à travers un tube dans des cylindres concentriques, l'écoulement à travers le cylindre extérieur étant le plus lent en raison de la traînée de friction sur les parois du tube. (d) La pression hydraulique dans le fluide s'écoulant dans un tube diminue en raison de la perte d'énergie par friction. En tout point le long du tube, la pression hydraulique est équivalente à la pression hydrostatique h qui forcerait le fluide à remonter dans une colonne montante verticale. (e) Un écoulement turbulent intervient lorsque l'écoulement lamellaire est perturbé, comme des points de branchement dans les vaisseaux et autour des valves cardiaques; ceci peut augmenter la viscosité mais n'est normalement pas une caractéristique de la circulation périphérique.

La pression hydrostatique intravasculaire est la principale force qui détermine la sortie des fluides du système vasculaire. Elle peut varier dans différents tissus et à différents niveaux au sein de chaque lit capillaire.

La pression hydrostatique normale dans le lit capillaire est contrôlée par une modulation locale myogénique, neurogène et humorale des résistances artérielles et veineuses. La constriction artériolaire précapillaire peut réduire le débit et, par conséquent, la pression hydrostatique, à travers un lit capillaire ou un shunt, s'éloigne de ce lit, entraînant des modifications de la surface totale disponible pour le mouvement transvasculaire du liquide.

La pression hydrostatique dans un vaisseau sanguin en un site particulier dépend en partie de l'endroit où intervient la résistance à l'écoulement, les pressions hydrostatiques diminuant le plus dans les zones de résistance majeure.

Dans la plupart des tissus, la majorité de la résistance a été attribuée aux petites artérioles, mais des études expérimentales du poumon suggèrent qu'une diminution significative de la pression peut exister à travers le lit capillaire lui-même.

La pression hydrostatique dans l'espace intravasculaire (Pc) est la principale force expulsant l'eau et les électrolytes du capillaire vers l'espace interstitiel. La force de filtration de la pression hydrostatique capillaire s'oppose à la pression tissulaire entourant les capillaires (Pt). Ainsi, la différence nette entre la pression hydrostatique capillaire et tissulaire (Pc - Pt) est la force motrice favorisant la filtration ou l'absorption de fluide hors ou dans la lumière capillaire.

✅ Dans des conditions physiologiques, la pression hydrostatique capillaire moyenne est estimée à environ 17 mm Hg. Une augmentation de la pression artérielle, artériolaire ou veineuse augmentera la pression hydrostatique capillaire favorisant la filtration. Une réduction de ces pressions aura l'effet inverse.

Alors qu'une augmentation de la résistance artériolaire ou la fermeture des artères réduit la pression hydrostatique capillaire en aval, une augmentation de la résistance veineuse entraîne une augmentation de la pression hydrostatique capillaire en amont. En général, les modifications de la résistance veineuse ont un effet plus important sur la pression capillaire que les modifications de la résistance artériolaire.

À l'état non oedémateux, le Pt dans les tissus lâches est proche de zéro voire négatif (-1 à -4 mm Hg). Une pression interstitielle négative existe souvent dans des conditions physiologiques lorsque le système lymphatique est pompé par la contraction musculaire alors qu'il y a une fuite minimale de liquide de l'espace intravasculaire. La pression tissulaire peut changer de manière significative si le liquide pénètre dans l'espace tissulaire.

Principe d'équilibre hydrostatique

L'équilibre hydrostatique exprime un équilibre entre l'évolution de la pression dans un fluide (liquide ou gazeux) d'une part et la gravité d'autre part. Cet équilibre est utilisé, entre autres, dans les modèles mathématiques des corps célestes tels que les étoiles et les planètes.

Après tout, une étoile est constituée de gaz, qui est comprimé par gravité. En océanographie et en dynamique atmosphérique, on suppose souvent que le liquide ou le gaz est en équilibre hydrostatique.

Variation de pression verticale

La variation de pression verticale est la variation de pression en fonction de l'altitude. La variation verticale est particulièrement importante, car elle résulte de l'attraction de la gravité sur le fluide. Pour un même fluide donné, une diminution d'altitude en son sein correspond à une colonne de fluide plus haute pesant sur ce point.

La variation de pression verticale de l'atmosphère de la Terre dépend de la densité de l'air.

La densité, quant à elle, varie plus significativement avec la hauteur. Au lieu que la pression soit une fonction linéaire de la hauteur, à partir de la "formule de base" plus simple, elle est plus précisément représentée comme une fonction exponentielle de la hauteur.