Pression et animaux marins
Conclusion :
Comment les animaux marins s’adaptent ils aux principes physiques liés à la pression ?
La pression, exprimée en Pascal ou en bar(1bar = 100 000 Pa), est la force exercée sur une unité de surface. La pression que subissent constamment les animaux marins est le résultat de la pression hydrostatique dûe au poids de l’eau au-dessus d’eux(p = ρhg) , qui dépend donc de la profondeur (10m de profondeur = 1bar), additionnée à la pression atmosphérique (≈1bar). Les poissons des Abysses qui vivent à plus de 2000m de profondeur sont ainsi soumis à des pressions gigantesques. C’est pour cela qu’ils ont pour la plupart des corps mous et gélatineux, insensible à la pression.
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La différence de pressions hydrostatiques entre le haut et le bas d’un objet est aussi responsable de la poussée d’Archimède, la force dirigée vers le haut qui s’applique à tous les corps plongés dans un liquide proportionnellement à leur volume(F=ρVg). Son rapport avec la pesanteur, de sens opposée, détermine la tendance d’un corps à flotter ou couler (flottabilité),liée à sa densité.
La majorité des poissons manipulent leur volume à l’aide d’une vessie natatoire ,que nous avons tenté d’observer, pour contrôler leur profondeur: lorsqu’ils ne bougent pas, leur flottabilité est égale à 1: la poussée d’Archimède et leur poids s’annulent, ce qui fait qu’ils sont en équilibre hydrostatique. Pour monter, ils augmentent le volume de leur vessie grâce à un canal pneumatique ou une glande gazeuse et augmente ainsi leur flottabilité. Pour descendre, ils diminuent leur flottabilité en diminuant le volume de la même façon.
La pression interne aux animaux marins est la même que celle externe donc quand ils changent de profondeur, leur pression intérieure change ce qui a plusieurs effets remarquables. En effet, la Loi de Mariotte énonce que le volume d’un gaz est inversement proportionnel à la pression (on peut visualiser ce principe avec le ludion); cette relation aide les poissons à se déplacer verticalement mais nécessite des adaptations pour les mammifères marins. Les cétacés sont ainsi dotés de poumons flexibles et de veines élastique pour résister à la diminution de volume des gazs. Les cachalot disposent même d’un organe rempli d’un liquide qui change de densité selon la température (spermaceti) et lui permet de faciliter ses descentes à plus de 3000m de profondeur.
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Le second obstacle à la plongée des mammifères est l’embolie gazeuse. Quand ils plongent,la hausse de pression entraîne un hausse proportionnelle de la solubilité des gazs avec la Loi de Henry. L’azote se dissout dans le sang puis lors de la remontée, la solubilité diminue et des bulles de gaz se forment qui peuvent être dangereuses si on ne remonte pas assez doucement pour les évacuer. Les poumons des mammifères sont écrasés à partir d’une certaine profondeur, ce qui empêche le gaz d’aller dans le sang. Les baleines ont aussi des mécanismes permettant de stocker le dioxygène et accélerer le traitement du diazote.
Les autres espèces marines commes les mollusques et les crustacés sont également adaptées à la pression par leur matière.