1/ Mise en évidence

Les gaz peuvent se dissoudre dans les liquides plusieurs exemples le prouvent : les bulles dans la bière ou l'eau gazeuse, la respiration des poissons, le frémissement de l'eau dans la casserole ... 

2/ Mécanisme de la dissolution

Tous les corps sont constitués d'un grand nombre d'objets élémentaires Les atomes peuvent s'assembler pour former des objets plus importants : les molécules. 
Selon leurs propriétés électriques les molécules s'attirent et se repoussent mutuellement. La consistance d'un corps dépend des forces qui sont prédominantes : si les forces de liaisons sont très fortes nous aurons des solides, si elles sont plus faibles des liquides, si elles sont très faibles des gaz. La plupart des corps peuvent exister dans chacun des trois états : par exemple l'eau, la glace, la vapeur. 

Quels que soient les corps, il existe des espaces vides entre les molécules, on peut même dire que la majorité de l'espace occupé par un corps est vide. Si l'on ramenait le corps humain au strict volume des particules qui le constituent, il n'occuperait plus que quelques millimètres cube. 

L'une des conséquences de cette constitution de la matière c'est que les molécules d'un corps peuvent venir se loger dans les vides entre les molécules d'un autre corps. C'est le mécanisme de la dissolution. (Voir figure) 

3/ La loi de Henry

La quantité de gaz qui aura tendance à se dissoudre dans un liquide dépend du nombre de collision des atomes de gaz avec la surface, donc de la pression. 

Loi de Henry : 

- A température constante 
- A saturation 
La quantité de gaz dissoute dans un liquide est proportionnelle à la pression partielle du gaz sur le liquide. 

Quelques exemples : 
Oxygène et eau : pour un bar 15 ml.b d'oxygène par litre d'eau donc pour 0,2 b (normoxie) il y a 3 ml.b d'oxygène par litre d'eau (ou de sang). D'où l'intérêt de l'oxygène pur (secourisme) ou hyperbare (oxygeno thérapie hyperbare) 

Azote et eau : à l'air et la pression atmosphérique il y a 7 ml.b d'azote par litre de sang. Donc à 30 m il y en aura 4 fois plus soit 28 ml.b. D'où nos problèmes de décompressions (élimination de l'azote lors du retour en surface 
L'ensemble du corps humain est composé du grand nombre de liquide de propriétés différentes. Globalement, on considère que le corps d'un homme normal dissout à peu près 1 litre bar d'azote à la pression atmosphérique. 

Ammoniac et eau : pour un bar plus d'une centaine de l.b d'ammoniac peuvent se dissoudre dans l'eau. La solution se vend sous le nom d'ammoniaque. On peut comparer la très grande solubilité de l'ammoniac avec celles beaucoup plus modeste de l'azote et de l'oxygène. 
La quantité de gaz qui peut se dissoudre dépend de la pression mais elle est aussi très variable en fonction de la nature du gaz et du liquide. 

Tension 
Pour caractériser la quantité de gaz dissoute dans un liquide il est plus commode de se servir d'une donnée qui ne dépend pas de la nature du gaz et du liquide : la tension. 
A saturation la tension de gaz dissous est égale à la pression du gaz sur le liquide 
La masse de gaz dissoute est proportionnel à la tension. 
La tension d'un gaz dans un liquide ne dépend que de la pression du gaz et du temps. 

Nous retiendons : 
•P > T sous saturation 
•P = T saturation 
•P < T sursaturation 
La tension ne suit pas immédiatement les changements de pressions, son évolution est progressive. 
4/ La sursaturation - la sous saturation 

On a défini 3 états de saturation possible entre un liquide et un gaz : la saturation, la sous saturation, la sursaturation. Sous saturation et sursaturation sont deux états instables, le couple gaz liquide tend à revenir naturellement vers un état d'équilibre, la saturation. 

La sous saturation provoque une dissolution de gaz à travers la surface, puis sa diffusion vers les couches profonde du liquide. L'évolution vers la saturation se fait progressivement, couche de liquide après couche de liquide. Quel que soit l'importance de la différence entre tension et pression le liquide reste homogène, le gaz reste sous forme dissoute. 
La seule grandeur physique intéressante pour l'état de sous-saturation est la comparaison de pression partielle de gaz sur le liquide et de la tension du gaz dans la liquide. 

Lors d'une sursaturation, comme dans le cas de la sous saturation, le gaz se désature au travers de la surface puis couche par couche, par diffusion de la surface vers l'ensemble du liquide. 
Quand on regarde une bouteille d'eau minérale ou de bière débouchée on note un autre phénomène : il se forme des bulles, ces bulles apparaissent dans la masse même du liquide hors de tout contact avec le gaz. Le dégazage lors de la désaturation est la conséquence de deux phénomènes de natures bien différente : 
- diffusion "normale" du gaz du milieu le plus saturé vers le milieu le moins saturé 
- retour à l'état gazeux, au sein même du liquide avec formation de bulles 
La sursaturation n'est pas un état symétrique de la sous saturation. 
La formation de bulles ne peut pas être pas influencé par la pression partielle du gaz. En effet la pression partielle du gaz ne produit ses effets que dans la couche de liquide directement en contact avec le gaz, alors que les bulles e forment au sein même du liquide. 
Par contre la formation de bulle est influencé par la loi de Mariotte. La pression totale (ou absolu) joue sur le diamètre des bulles et sur leur vitesse de croissance. 
Deux grandeurs physiques interviennent dans les phénomènes de dégazage lors d'une sursaturation : 
•la pression partielle du gaz pour le dégazage par diffusion 
•la pression totale du mélange pour la formation de bulles 
La plupart des tables sont basées sur la comparaison de la tension du gaz dans le liquide et de la pression totale (ou absolue). Pour les MN 90, on definie le coeficient de sursaturation critique par le rapport : 
Sc = T/pabs 
Si le rapport T/Pabs = depasse Sc on suppose que la sursaturation atteint un niveau dangeureux, susceptible de provoquer un ADD. 
Si l'on change la composition du gaz en conservant la même pression absolue il n'y aura pas de formation de bulles. C'est cette propriété que l'on met à profit quand on fait des paliers à l'oxygène pur ou que l'on utilise l'oxygène lors d'un accident de décompression. La pression partielle d'azote devient nulle donc la diffusion de l'azote des tissus vers les poumons s'accélère. Par contre la pression absolue ne change pas donc le changement de gaz respiratoire n'entraîne pas de formation de bulles. L'oxygène permet d'évacuer l'azote plus rapidement sans causer ou aggraver un ADD. 
5/ Vitesse de saturation.

Loi de saturation 
La tension dans un liquide évolue en fonction de la pression du gaz sur le liquide et du temps. Plus le déséquilibre entre tension et pression est fort plus la vitesse de diffusion du gaz dans le liquide est rapide. 
Par exemple après une brusque augmentation de la pression la tension va d'abord croître rapidement puis de plus en plus lentement au fur et à mesure que le déséquilibre devient plus faible. 

On peut comparer cela à la mise en communication de deux bassins, l'un vide, l'autre plein. Au début la différence de hauteur d'eau entre les bassins provoque un fort courant, puis au fur et mesure que la différence de niveau entre les bassins devient faible, le courant, donc le débit devient plus faible. 
Il est commode de représenter des phénomènes de ce type par une loi mathématique qui s'appelle une loi exponentielle. Cette loi mathématique classique se trouve programmée sur toutes les calculatrices scientifiques elle est également disponible sous forme de table. Ceci permet de calculer en tout instant la tension d'azote. 
Il n'est pas nécessaire au plongeur de savoir faire des calculs de saturation complets. Néanmoins en utilisant une particularité remarquable de cette loi on va pouvoir calculer facilement la tension à certains intervalles de temps. 

Méthode de la moyenne 
En représentant l'évolution de la tension par une loi exponentielle, on a une propriété remarquable : à intervalle de temps fixe la tension augmente de la moitié du chemin qui lui reste à parcourir jusqu'à la saturation. Cet intervalle de temps s'appelle la période. 
On peut faire un parallèle avec un amoureux timide qui se rendrait chez sa belle. Son point de départ se trouve à 200 m de la maison de la dame de ses pensées. En une minute, d'un pas décidé il parcourt les 100 premiers mètres. Dans la minute suivante, plus hésitant, il ne parcourt que 50 m puis dans la minute suivante plus que 25 m... 

Cette propriété des exponentielles nous conduit à un résultat remarquable qui nous servira dans tous nos calculs. 
A chaque période la tension fait la moitié du chemin qui la sépare de la tension de saturation (autrement dit la pression du gaz sur le liquide). 
Donc sa nouvelle valeur de tension se trouve à mi-chemin entre la tension initiale et la pression du gaz sur le liquide. Numériquement on peut déterminer la tension en fin de période en faisant la moyenne entre la tension en début de période et la pression de gaz sur le liquide. 

T1 = ---------------- 

T2 = ---------------- 

Exemple. 
Imaginons un liquide qui serait en contact avec l'atmosphère depuis un temps assez long. Dans ce cas il est à l'équilibre avec l'air et sa tension en azote est de 0,8 b. 
Si nous soumettons ce liquide à une pression d'air de 4 b. la pression d'azote devient de PN2 = 4 x 0,8 = 3,2 b. Au bout d'une période le liquide se sera saturé de la moitié de la différence entre 0,8 et 3,2 

Au bout d'une période la nouvelle tension sera : 
•T1 = 1/2 (0,8 + 3,2) = 4 / 2 = 2 b 
Un autre période plus tard nous aurons : 
•T2 = 1/2 (2 + 3,2) = 5,2 / 2 = 2,6 b Pour les périodes suivantes : 
•T3 = 1/2 (2,6 + 3,2) = 5,8 / 2 = 2,9 b 
•T4 = 1/2 (2,9 + 3,2) = 6,1 / 2 = 3,05 b 
Il est inutile de poursuivre le calcul beaucoup plus loin , on considère en général qu'au bout de 5 périodes la saturation est quasiment totale. 
On considère généralement que la désaturation suit la même loi que la saturation. Cela n'est pas complètement exact puisque cela revient à négliger la formation de bulles. Néanmoins c'est le seul modèle simple de désaturation dont on dispose. 
Donc si le liquide de l'exemple précédent revient rapidement à la pression atmosphérique la pression partielle d'azote devient PN2 = 0,8 b. 

Donc au bout d'une période de désaturation la tension d'azote sera 
T5 = (3,05 + 0,8)/2 = 1,825 b 
Au bout de deux périodes de désaturation 
T6 = (1,825 + 0,8)/2 = 1,312 b 
La comparaison de la tension d'azote avec la pression absolue à partir d'un critère de surasaturation critique (Sc,Mvalues,Volume de bulle critique...)permet de définir une méthode de décompression (paliers,vitesse...). 
Ces calculs sont les outils de base du calculs des tables de plongées. Néanmoins il faut remarquer que le problème le plus complèxe du calcul des tables est la détermination des paramètres à prendre en compte dans les calculs. Actuellement, la détermination de ces paramètres fait appel à des mèthodes statistiques : on fait evoluer les tables en fonction des accidents que l'on constate et que l'on collecte dans une base de donnée.