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La loi de Boyle

Plongeurs

Plongeurs (ultramarinfoto, iStockphoto)

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Plongeurs (ultramarinfoto, iStockphoto)

Format
Sujets
Parlons sciences
Lisibilité
8.9

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Découvrez la théorie de la Loi de Boyle et explorez des exemples où s’applique la Loi de Boyle dans la vie de tous les jours.

Il existe quatre lois, appelées les lois sur les gaz, qui décrivent le comportement des gaz soit celles de Boyle, de Charles, de Gay-Lussac et d’Avogadro.

La loi de Boyle

Robert Boyle, un célèbre chimiste anglais, a découvert en 1662 qu’en comprimant un gaz, on diminue son volume proportionnellement. Par exemple, si on double la pression exercée sur un gaz, son volume diminue de moitié. Le contraire est également vrai. Si on exerce 3,5 fois moins de pression sur un gaz, il occupera 3,5 fois plus de volume. Cette loi est un exemple de relation inversement proportionnelle — quand un facteur augmente, l’autre diminue.

La relation entre la pression et le volume d’un gaz
La relation entre la pression et le volume d’un gaz (©2020 Parlons sciences).
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En tirant, on augmente le volume et on diminue la pression. En poussant, on diminue le volume et on augmente la pression.

La loi de Boyle au quotidien

Voici une anecdote de British Airways. À l’époque où on appelait encore cette compagnie aérienne la British Overseas Airways Corporation (BOAC, avant 1974), les hôtesses de l’air (comme on les appelait alors) avaient remarqué que la jupe de leur uniforme, pourtant bien ajustée au décollage, devenait trop serrée lorsque l’appareil atteignait son altitude de croisière. Or, ce mystère vestimentaire a été résolu grâce aux lois des gaz! Un porte-parole de la société a en effet utilisé la loi de Boyle pour expliquer ce qui se passait. À mesure que l’appareil s’élevait, la pression à l’intérieur de la cabine diminuait, tout comme celle à l’intérieur de l’estomac des hôtesses; le volume de leur ventre augmentait donc d’autant! C’est depuis ce temps qu’on fournit aux agents de bord des vêtements à taille réglable.

Le fonctionnement des seringues peut également s’expliquer par la loi de Boyle. Quand on soulève le piston, le volume à l’intérieur du cylindre augmente, ce qui entraîne une diminution de la pression. Les fluides, comme l’eau, vont toujours des zones à haute pression vers les zones à basse pression. Quand la pression à l’intérieur de la seringue diminue par rapport à la pression externe, les substances qui se trouvent près de l’aiguille (eau, médicament, etc.) sont aspirées dans le cylindre.

Une seringue
Une seringue (Parlons sciences en utilisant une image de Biggishben via Wikimedia Commons).

Le contraire est également vrai. Si on enfonce le piston, le volume diminue et la pression interne augmente. Quand elle dépasse la pression externe, le fluide dans le cylindre est expulsé vers l’extérieur.

La loi de Boyle permet aussi de comprendre le fonctionnement des poumons. Lorsqu’on inspire (inhale de l’air), un muscle large appelé « diaphragme » s’abaisse, ce qui a pour effet d’augmenter le volume des poumons, situés juste au-dessus. La pression interne devient donc plus petite que celle de l’extérieur du corps, et l’air ambiant est aspiré dans les poumons (même phénomène que la seringue). Lorsqu’on expire (exhale de l’air), le diaphragme pousse vers le haut, réduisant le volume des poumons, augmentant la pression et expulsant l’air à l’extérieur.

A : L’inspiration (inhalation d’air) et B : l’expiration (exhalation d’air)
A : L’inspiration (inhalation d’air) et B : l’expiration (exhalation d’air) (Parlons sciences en utilisant images de LadyofHats on Wikimedia Commons (A) and Wikimedia Commons (B)).

Les ballons-sondes météorologiques sont spécialement conçus pour se rendre en altitude. Ils peuvent en effet atteindre des hauteurs de 18 à 37 km au-dessus du sol, en transportant des instruments pour mesurer la pression atmosphérique, la température, la vitesse des vents, etc. Quand ces ballons sont relâchés, on ne les remplit que partiellement de gaz (de l’hélium, normalement). Pourquoi ne les gonfle-t-on pas au complet? En deux mots? Parce qu’ils exploseraient! Haut dans les airs, la pression de l’air à l’extérieur du ballon est inférieure à celle de l’hélium à l’intérieur. En vertu de la loi de Boyle, le volume interne va donc augmenter. Si le ballon est déjà plein, cette augmentation de volume aurait pour effet d’étirer ses parois en caoutchouc au-delà de leur point de rupture.

A U.S. Navy weather balloon
Un ballon sonde de la marine américaine (Source : U.S. Navy photo [domaine public] via Wikimedia Commons).

Références

Sujets connexes