Les effets de l'altitude sur l'organisme. [Partie 1]

Depuis longtemps, il est ancré dans les esprits que l'air de montagne serait meilleur à la santé et certains médecins prescrivaient même parfois (...) Voir descriptif détaillé

Les effets de l'altitude sur l'organisme. [Partie 1]

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Le Journal de Bord

Il est courant d’entendre dire que certains sportifs, pour améliorer leurs performances avant une compétition, s’entraînent en montagne. Selon certains médecins, l’air serait également « meilleur » en altitude, comparé à l’air au niveau de la mer.


Quelle est la différence entre l’air de montagne et l’air de plaine, quels sont les paramètres qui varient en fonction de l’altitude ? Quels sont les effets – s’il y en a – de l’air de montagne sur l’organisme ?

L’altitude : un milieu à paramètres variables

- L’altitude est par définition une « élévation verticale par rapport au niveau du sol, de la mer ».
Selon certaines idées reçues, l’air de montagne aurait une composition plus saine, voire totalement pure comparé à l’air de plaine, c’est-à-dire qu’il ne serait pas « pollué ». Cependant si cette croyance s’est avérée pendant plusieurs années, elle n’est plus d’actualité de nos jours. En effet, les pollutions, qu’elles soient urbaines ou polliniques, peuvent être transportées par le vent jusqu’en altitude, comme l’a montré une expédition de chercheurs franco-italiens en 2008 au Népal. Leurs analyses ont révélé que l’air de l’Himalaya contenait autant de suie que l’air d’une grande ville européenne.
- Or, aujourd’hui, les sportifs de haut niveau continuent à s’entraîner en altitude, ce qui signifie que la pollution n’est pas un paramètre majeur pour les performances sportives.
- Il existe plusieurs facteurs qui varient en fonction de l’altitude : la pression est le facteur principal.


  1. La pression globale
    - La terre est entourée d’une couche d’air, appelée atmosphère. Bien qu’elle ne semble pas « peser », elle a pourtant bel et bien un poids comme l’ont démontré Torricelli est Pascal aux XVIe siècle.
    En effet, l’air est composé multitude de molécules (78% d’azote, 21% d’oxygène et 1% de gaz divers) qui, ayant une masse, sont toutes soumises à l’attraction gravitationnelle de la terre. La force qu’exercent ces molécules sur une surface est ce qui est couramment appelé la pression atmosphérique.
    - Notre planète est donc entourée d’une enveloppe gazeuse composée d’une quantité astronomique de molécules. Or, plus on s’élève en altitude, moins la quantité de matière exerçant la pression est importante. De plus, d’après la loi de Newton, plus la distance qui sépare deux corps est grande, moins l’interaction gravitationnelle entre ces deux corps est importante (dans le cas présent on s’intéresse à l’interaction entre la Terre et les molécules). Ainsi, le « poids » de la colonne d’air au-dessus de l’Everest par exemple, sera inférieur au poids de l’air au niveau de la mer et par conséquent la pression atmosphérique y sera inférieure.
  2. Volume de l’air en altitude
    - Nous venons de démontrer que la pression atmosphérique était moins importante en altitude qu’en plaine. Cependant, serait-ce seulement ce facteur qui expliquerait les améliorations des performances sportives ? N’y aurait-il pas un autre phénomène qui expliquerait pourquoi l’organisme réagit en altitude ?

- Expérience

    • Hypothèse : La pression a une influence sur les molécules.
    • Matériel :
      • une cloche en verre
      • une pompe à vide
      • un verre rempli d’eau
      • un baromètre numérique
    • Protocole : On place sous la cloche de verre un verre rempli d’eau ainsi que le baromètre numérique. Puis, on met en marche la pompe à vide. On relève ensuite les valeurs pour lesquelles on observe un phénomène intéressant.
  • Résultats :
Pression Observations
1013 hPa ø
450 hPa Microbulles
200 hPa Frémissements
2hPa Ébullition

- D’après les résultats de l’expérience, il semblerait que la pression ait un rôle dans les changements d’état de la matière puisque l’eau entre en ébullition (passage de l’état liquide à l’état gazeux). Que se passe-t-il lors d’un changement d’état à l’échelle moléculaire ?
- Lorsqu’une transformation physique a lieu, les molécules se « lient » et se « délient », tout en s’agitant, de manière plus ou moins intense. En effet, la pression, quand elle augmente, permet de rapprocher les molécules les unes des autres (compression) afin qu’elles puissent se lier, mais aussi de les éloigner lorsqu’elle diminue (détente). La température quant à elle correspond à une agitation des molécules : une température élevée correspond donc à une forte agitation des molécules tandis qu’une température plus froide correspond à une agitation moins importante des molécules voire à une immobilisation totale pour le zéro absolu.

Scan SVJ HS#71
Zoom sur l’énergie cinétique des molécules.


- Si cette agitation est faible, les molécules peuvent se « lier » plus facilement à une pression « normale » et inversement : si cette agitation est plus élevée et que la pression augmente alors les molécules peuvent se « lier » plus facilement également puisqu’elles sont plus rapprochées les unes des autres par la pression.
- Cependant, tous les gaz possèdent une température dite « critique » au-delà de laquelle, même à très forte pression, il n’est pas possible au gaz de se liquéfier puis de se solidifier.
- Exemple : La température critique de l’azote est de-147 °C : au-dessus de cette température, il est impossible de le liquéfier, même à très forte pression !
- Les changements d’état sont donc régis par deux grandeurs : la pression et la température. Or en altitude, la pression atmosphérique est inférieure comparée à celle du niveau de la mer ce qui signifie donc que les molécules qui composent l’air en altitude sont plus écartées les unes des autres en altitude qu’en plaine.


- Il existe une relation à laquelle tous les gaz parfaits sont soumis :

{P*V=n*R*T}


(Avec {P} en pascal, {V} en {m^3}, {T} en kelvins, et {R} constante des gaz parfaits)
- L’air pouvant être considéré comme un gaz parfait, on peut appliquer cette formule pour trouver le volume du gaz lorsque la pression diminue. On obtient alors :

{V=\frac{n*R*T}{P}}


- Étant donné que la pression diminue en altitude, la valeur du dénominateur diminue en ascension : ipso facto la valeur du volume augmente. On peut donc en conclure que le volume occupé par une mole de gaz en altitude est supérieur au volume d’une mole de gaz au niveau de la mer.


3. Pression partielle du dioxygène
- Selon la loi de Dalton, la somme de la pression partielle des constituants d’un gaz parfait est égale à la pression globale de ce gaz. On peut donc utiliser la formule :

{P_{constituant}=P_{globale}*1/100_{constituant}}


- Comme la pression globale diminue avec l’altitude et que le pourcentage d’{O_2} reste inchangé avec l’altitude, nous pouvons donc en déduire que la pression partielle d’{O_2} diminue aussi avec l’altitude. Cela signifie donc que la proportion de dioxygène en altitude est identique à celle du niveau de la mer, mais dans un volume plus grand. Les molécules de dioxygène sont donc également plus espacés en altitude ce qui veut dire qu’à chaque inspiration, pour un volume d’inspiration identique, la quantité d’{O_2} absorbée est plus faible que pour une inspiration en plaine ; plusieurs inspirations seront donc nécessaires pour égaler la quantité de dioxygène d’une inspiration au niveau de la mer ce qui engendre une hypoxémie ce qui déclenche une lacune en oxygène de la part des tissus : l’hypoxie...

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