Expérience sur la pression hydrostatique


Expérience en profondeur

Nous avons choisi de réaliser cette expérience car nous pensons qu’il y a une relation entre la pression et la profondeur dans l’eau. Cela pourrait expliquer les différents risques lorsque l'on s'expose à la pression hydrostatique en plongée.
Nous émettons l'hypothèse que, si nous descendons en profondeur, nous devrions ressentir des douleurs (ou autre) qui seraient causées par l'augmentation de la pression. Nous étudierons les risques en profondeur avec notre Interview.

Pour l'expérience nous avons pris un grand récipient rempli d'eau (gradué tous les 5 cm), une sonde manométrique, un manomètre (manoscope), une membrane plastique (qui relie la sonde et le manoscope). Nous avons commencé par calculer qualitativement la pression.
Pour cela nous avons utilisé une seringue graduée reliée à un manoscope.


Ensuite nous avons fait la même expérience, mais, cette fois nous voulions calculer quantitativement la pression. Nous avons relié une membrane plastique à un manomètre, pour plus de précision dans nos graphiques.


Profondeur en cm
0
5
10
15
20
25
Pression hydrostatique (manomètre)
1014
1017
1022
1025
1029
1031



Nous avons constaté que plus on descendait la sonde dans le bocal plus la pression hydrostatique augmentait.
Nous avons pu conclure que plus on est en profondeur plus la pression hydrostatique augmente.

Ensuite nous verrons en quoi cette pression a un impact sur l'organisme humain.

Expérience sur la pression atmosphérique


Expérience en altitude

Nous pensions que la pression avait un impact sur le sang du corps humain et que c'était pour cela que nous pouvions ressentir un inconfort en altitude comme par exemple des difficultés respiratoires. 

Nous avons donc réalisé une expérience pour vérifier la loi de Boyle-Mariotte qui dit que à température constante, le volume d'un gaz est inversement proportionnel à la pression qu'il reçoit. Cette loi est une loi simplifiée de la loi des gaz parfaits.


Un gaz est dit parfait quand les interactions entre les différentes molécules  peuvent être considérées comme nulles.



C'est à dire que logiquement, si nous montions en altitude à une hauteur suffisante, nous devrions sentir des douleurs apparaître qui seraient causées par la diminution de la pression et donc de la baisse de la quantité de d'oxygène.

 Expérience

Pour cela nous avons utilisé une seringue graduée reliée à un manomètre. 
Regardez la vidéo.


 Nos différents graphiques suite à l'expérience

Grandeur
V (mL)		555045403530
Grandeur P (hPa)101511201236139715531847

Nous avons constaté que plus on appuyait sur la seringue, plus la pression augmentait. Lors de l'expérience, on a aussi observé que lorsque l'on poussait la seringue jusqu'à 30 mL (d'air restant dans la seringue), on n'arrivait plus à pousser sur le piston. La pression était tellement forte que lorsque l'on a forcé, le piston s'est détaché de la seringue en émettant un bruit.

Grandeur
V (mL)		555045403530
1/V0.0180.020.0220.0250.02860.033


Nous avons refait un autre graphique afin de vérifier la formule de Boyle-Mariotte via celle des Gaz parfaits, cliquez ici pour découvrir ces lois.

Avec P x V = n x R x T
P х V = CONSTANTE
P = CONSTANTE x 1/V
Nous avons donc fait un graphique avec la pression P en fonction de 1/V (l'inverse du volume), la formule est vérifiée si et seulement si la courbe du graphique passe par l'origine du repère. Notre courbe passe par l'origine du repère et elle est proportionnelle. Avec cette expérience nous avons pu vérifier la loi de Boyle-Mariotte.

La pression augmente lorsque le volume diminue.

Les différents tests sur le sang en altitude - Partie 1

Expérience sur le sang en altitude

Nous avons fait des expériences avec du sang et une cloche à vide. 

Nous voulions mettre le sang sous la cloche à vide, le mettre en forte dépression et ensuite observer grâce à des frottis sanguins la différence entre du sang qui aura subit une pression et le sang qui n'aura pas subi de pression. Nous voulions ensuite les comparer avec le nombre d’hématies (globules rouges assurant le transport des gaz respiratoires comme le dioxygène) qui devait changer suite à la pression exercée sur le sang. 
Mais cette expérience n'était pas réalisable car le nombre d'hématies ne pouvait pas changer (car le sang ne peut pas communiquer avec les autres organes et donc diminuer).

Néanmoins suite à notre idée nous avons trouvé une alternative. Nous devions prendre du sang et ensuite lui faire subir une dépression. Et analyser la couleur du sang qui a subi une pression et de l'autre sang qui n'a pas subi de pression. Afin d'avoir des résultats précis nous avons eu l'idée d'utiliser un spectrophotomètre.

Avec ces expériences nous voulions montrer que le sang en altitude, donc qui subi une dépression contenait moins de O₂ que celui qui ne recevait pas de pression. Ces expériences pourraient prouver que les personnes allant en altitude ressentiraient des difficultés respiratoires, des essoufflements cardiaques,...

Nous avons trouvé du sang de porc provenant d'un abattoir grâce aux techniciennes de laboratoire du lycée Angers-Le Fresne. Nous l'avons stocké dans des tubes d'anticoagulant donnés par un vétérinaire. 

Expérience : Les dilutions

Nous avons commencé par faire des dilutions, car le sang était trop épais pour être mesuré par le spectrophotomètre. On a choisi de dilué le sang dans du sérum physiologique, car c’est un liquide isotonique (même concentration) au sang.
On a essayé avec plusieurs dilutions, comme 1ml, 0.5ml, 50ul, 25ul de sang dans 10ml de sérum avant de parvenir à 20ul.
Sur le spectre d’absorption nous observons deux courbes, celle de 50ul de sang dans 10ml de sérum et celle de 20ul sang dans 10ml de sérum. 
La première de 50ul a un stade de saturation, on ne peut pas exploiter ces résultats.
La seconde de 20ul n'a plus de phase de saturation, elle est exploitable.
On observe 3 pics mais l’on ne se concentrera que sur les 2 derniers, puisque d’après l’étoile de la synthèse additive des couleurs, il est normal que le sang absorbe le vert et jaune et le premier pic est celui de la composition (plastique) de la cuve spectrophotométrique.


Tout ces tests nous ont permis de savoir à quelles dilutions travailler. Nous avons donc utilisé la dilution de 20ul sang dans 10ml de sérum pour nos autres expériences.

Expérience sous la cloche à vide n°1

Protocole 1

Matériel :

Le sang dilué
Une micro-pipette et ses cônes pour prélever 20 microlitres de sang
Pipette jaugée de 10ml
Des béchers pour les dilutions 
Agitateur en verre
Un spectrophotomètre + ordinateur relié
Des cuves spectrophotométriques
Cloche à vide manuelle
Un manomètre
Parafilm

Protocole :        

 Avant toute manipulation, porter une blouse et mettre des gants.
Dans une cuve spectrométrique, faire le blanc, c'est-à-dire, remplir une cuve essentiellement de sérum physiologique.
Mettre dans le spectrophotomètre, la cuve spectrométrique le blanc et actionner « l’atelier scientifique » sur l’ordinateur.
Verser dans des cuves spectrométriques le sang dilué. Il faut faire deux cuves, une pour le TEMOIN (sans pression), une pour le TEST (avec pression).
Faire ensuite le spectre d’absorption de la cuve contenant le sang TEMOIN sur l’ordinateur, et observer.
Placer la cuve TEST sous la cloche à vide avec le manomètre (afin de connaitre précisément la pression du vide exercée). Faire le vide dans la cloche, en pompant manuellement jusqu’à 680 hPa.
Remettre à pression atmosphérique dans la cloche, afin de pouvoir l’ouvrir et placer immédiatement un parafilm sur le haut de la cuve afin de ne pas changer la pression sur le sang dans la cuve.
Enfin placer la cuve dans le spectrophotomètre et observer le spectre d’absorption sur l’ordinateur.
Recommencer si besoin.

Expérience
Nous avons mis 2 cuves de sang, l’une sous pression durant 5 min et l’autre non. Nos résultats ne sont pas concluants, nous pensons que nous n'avons pas laissé le sang sous pression assez longtemps pour obtenir un bon résultat. 
La courbe TEST se trouve en dessous de notre courbe témoin.


CONCLUSION

Suite à ces expériences nous avons pu trouver quelle quantité de sang il fallait diluer dans les 10ml de sérum pour le reste de nos expériences .

Nos spectres d'absorption étant faux, nous nous demandions pourquoi nous n'obtenions pas les bons résultats. Car en effet, la courbe sur les spectres de nos cuves de sang dilué ayant subi une pression (sous la cloche à vide), ne se trouvent pas au-dessus de la courbe de notre sang dilué témoin (n'ayant subi aucune pression).

Nous nous sommes tournées vers Mme Helme-Guizon (une professeur de classe préparatoire BCPST au lycée d'Angers - Le Fresne), pour comprendre nos résultats.

Et à la réception de la nouvelle cloche à vide électrique plus performante, nous avons dû changer de protocole à l'aide de Mme Helme-Guizon.
Expérience sous la cloche à vide n°2

Pour nos expériences, nous avons vu avec Mme Helme-Guizon pourquoi ça ne fonctionnait pas.
Tout d'abord, elle nous a dit que notre sang n'avait pas subi une pression assez grande pour obtenir un résultat concluant. Nous avons dû la refaire à une pression la plus élevée possible pour voir la couleur du sang devenir plus sombre.

De plus, elle nous a rappelé qu'il y a deux types d'hémoglobines dans le sang.
Une hémoglobine oxygénée a une couleur assez rouge vif et une hémoglobine désoxygénée possède une couleur rouge plus foncée.

Nous espérions avec notre expérience, sur la même surface totale (= surface qui n'a pas perdu d'hémoglobines), une différence entre la courbe du spectre d’absorption témoin et celle test. Sur la courbe test nous aurions dû avoir un des deux pics plus grand que l’autre, cela aurait expliqué la désoxygénation du sang. Et nous aurions pu le montrer quantitativement.

Pour notre nouvelle expérience, dans la cloche à vide, nous utiliserons des bougies avec notre cuve de sang dilué, tous les effets vont s’additionner pour avoir dans notre sang moins d’hémoglobines oxygénées. La bougie consomme de l’oxygène, produit du CO2, est acide et chauffe, toutes les conditions sont réunies pour favoriser le passage de la forme oxygénée à la forme désoxygénée.

Normalement sur notre spectre d’absorption de notre cuve TEST, il y aura un décalage au niveau des pics des hémoglobines (un plus grand et donc l’autre plus petit), ainsi on pourra prouver quantitativement que le sang a des hémoglobines désoxygénées.

Protocole 2
Matériel :

Le sang dilué
Micropipette et ses cônes pour prélever 20um de sang
Pipette jaugée de 10mL
5 béchers de 50mL pour les dilutions
Agitateur en verre
Spectrophotomètre + ordinateur relié
Cuves spectrophotométriques
Cloche à vide électrique
Manomètre
Parafilm

Protocole :        avant toutes manipulations porter une blouse et mettre des gants

Dans une autre cuve spectrométrique, faire le "blanc", c’est à dire remplir une cuve de sérum physiologique.
Mettre dans le spectrophotomètre, la cuve spectrométrique de "blanc" et actionner « l’atelier scientifique » sur l’ordinateur.
Verser dans deux cuves spectrométriques le sang dilué. Il faut faire deux cuves, une pour le TEMOIN (sans pression), une pour le TEST ( avec pression).
Faire ensuite le spectre d’absorption de la cuve contenant le sang TEMOIN sur l’ordinateur, et observer.
Placer la cuve TEST sous la cloche à vide, ajouter une bougie et mettre le manomètre.
Faire le vide dans la cloche à la plus grande pression possible.
Exercer une pression jusqu’au changement de couleur.
Remettre à pression atmosphérique dans la cloche, afin de pouvoir l’ouvrir et de placer immédiatement un parafilm sur le haut de la cuve.
Placer la cuve dans le spectrophotomètre et observer le spectre d’absorption sur l’ordinateur.
Recommencer si besoin.

Expérience


Courbe rouge, TEMOIN 0min.
Courbe jaune, TEST 45min après (à 334 hPa).
Courbe rose, TEST, sang resté 15min sous la cloche (à 80 hPa).
Courbe bleue, sang resté 1min à pression maximale de la cloche (à 50 hPa).

Ce graphique montre 4 tests dont la cuve TEMOIN qui nous servira de référent. Les deux courbes bleue et rose se situent au dessus de notre courbe TEMOIN, et la courbe jaune se trouve en dessous de la courbe TEMOIN.

La pression maximale correspond à la pression à partir de laquelle le sang se met à bouillir (aucune chaleur n'est émise), la courbe bleue n’est donc pas exploitable, car notre sang ne bout pas dans nos veines.
On ne peut rien déduire de nos courbes, si notre expérience avait été concluante alors les courbes d'absorption se seraient trouvées au-dessus de la courbe rouge du TEMOIN. 
On aurait dû voir sur les courbes rose et jaune, une diminution au niveau du pic des hémoglobines oxygénées et une augmentation du pic des hémoglobines désoxygénées.

CONCLUSION 

Pour nos dernières expériences, nous avons discuté avec Mme Helme-Guizon. Nous en avons conclu que nos résultats ne sont pas exploitables, même si toutes les conditions nécessaires étaient réunies pour faire passer le sang à la forme désoxygénée , cela n'a pas fonctionné.

L'expérience n'est peut-être pas concluante à cause du sang utilisé, notre sang a peut-être plus ou moins d'hémoglobines dans notre cuve cela fausse donc peut-être nos résultats et les rend inutilisables.

CONCLUSION TOTALITÉ DES EXPÉRIENCES

Au fil des séances nous avons beaucoup appris sur la manipulation du matériel, comme sur le spectrophotomètre, la cloche à vide, les micro-pipettes, le manomètre ainsi que de nombreuses connaissances sur le sujet. 
Toutes ces séances n’ont été ni inutile ni une perte de temps. 


Malgré tout, ces résultats ne sont pas exploitables, mais nous gardons quand même notre expérience qui était de voir le changement de couleur du sang. Nous vous invitons à voir notre article, Les différents tests sur le sang en altitude - Partie 2.

Les différents tests sur le sang en altitude - Partie 2

Expériences sur la couleur du sang

Nous sommes finalement revenues sur notre expérience de base qui était de prouver qu’il y a un changement au niveau de la couleur du sang lorsqu’il est soumis à une pression.
Expérience couleur du sang n°1

1➧ Nous avons laissé tout le weekend une cuve de 20ul de sang dans 10ml de sérum a une pression de 680 hPa.
Pour la photo, nous pensons que si le sang qui est le plus rosé (sang qui n'a pas subi de la pression) et celui qui est jaune (sang qui a subi une dépression pendant 62h) ont une couleur différente, elle serait due à la désoxygénation du sang.

2➧ Nous avons aussi laissé une cuve de sang non dilué tout le week-end sous la cloche à vide à 680 hPa ( la pression a diminué pendant le week-end). Nous voulions aussi laisser un autre échantillon de sang non dilué en extérieur pour observer la différence mais par faute de risque sanitaire nous n’avons pas pu. 
Nous observons que nos 2 cuves (celle restée sous pression tout le weekend et une neuve) n’ont pas la même couleur. Celle qui est restée sous la cloche est devenue de couleur plus foncée. Nous pensons que le sang a perdu de l’oxygène comparé à l'autre cuve qui est plus claire.


Expérience couleur du sang n°2

Nous avons pris du sang non dilué et nous l'avons placé sous la cloche à vide électrique à une pression de 80 hPa (c’est à dire juste avant ébullition du sang) pendant environ 30 min. En même temps, nous avons posé une cuve de sang à pression ambiante pendant la même durée.

A la fin de ce temps, nous nous sommes aperçues que la pression avait augmenté jusqu’à 100 hPa. Cette hausse de pression n’est pas due au gaz qui était présent dans le sang, mais certainement à cause d’une légère fuite de la cloche.
On a ensuite comparé une goutte de 10ul de sang qui a subi la pression et une autre de sang qui a subi une dépression. Nous avons pu observer à l’œil nu une différence de couleur entre les deux gouttes.

La goutte qui a une couleur plus foncée a été prélevée dans l'échantillon de sang qui a subi une dépression, l'autre goutte est rouge plus vif.
CONCLUSION

Nous pouvons conclure grâce à ces expériences, que le sang qui a subi une dépression dans la cloche à vide contient moins d'oxygène, ce qui explique sa couleur plus foncée. 
Au contraire, le sang qui n'a subi aucune dépression garde sa couleur rouge vif, il contient donc encore tout son oxygène.
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