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L’air
L’air qui nous entoure :
L’air, mélange gazeux :
La Terre est d’entourée d’une couche de gaz nommé air. En proportions volumiques, à la surface
de la Terre, il est constitué de :
- 78% de diazote
- 21% de dioxygène
- 1% d’autres gaz ( argon, dioxyde de carbone,néon, krypton, xénon. )
L’air que nous respirons contient en outre une quantité variable d’eau (vapeur) et éventuellement
des polluants (dioxyde de soufre, monoxyde de carbone, oxydes d’azote, ozone, hydrocarbures,
fines particules).
L’atmosphère :
La couche de gaz entourant la Terre se nomme l’atmosphère. La moitié de l’air atmosphérique est
concentré dans les 5 premiers km d’altitude et 99% se trouve dans les 30 premiers km. Cette
couche d’air régule la température de surface de la Terre et permet la vie.
Avec l’altitude, les proportions du mélange varient (ex : couche d’ozone). Le mot « air » peut donc
désigner un mélange de proportions variables (à l’inverse du corps pur).
Vent : les masses d’air en mouvement sont la cause du vent. La direction des vents est donnée par
une girouette, et la vitesse du vent (en km/h) par un anémomètre.
Pression atmosphérique: l’air exerce aussi une pression sur toute surface, dans toutes les
directions : pression atmosphérique. La pression atmosphérique normale est de 1013 HPa (
1013 mbar). Elle se mesure avec un baromètre. Elle diminue avec l’altitude. A 5000m d’altitude
la pression est environ la moitié de sa valeur au niveau de la mer.
Historiquement, la pression atmosphérique fut mise en évidence en 1654 par Otto von Guéricke par les hémisphères de
Magdebourg (1m de diamètre). Les masses d’air se déplacent d’une zone de haute pression (zone anticyclonique) vers
une zone de basse pression (zone dépressionnaire) : vents. A cause de la rotation de la Terre, les vents ne se déplacent
pas en ligne droite. Ils sont déviés vers la droite dans l’hémisphère nord et vers la gauche dans l’hémisphère sud. Il en
résulte que dans l’hémisphère Nord, les vents tournent dans le sens des aiguilles d’une montre autour d’un anticyclone
et dans le sens contraire autour d’une dépression.
L’eau dans l’air :
L’eau présente dans l’air sous forme de vapeur se condense en rosée ou gouttes de pluie si elle est
saturante. La masse d’eau saturante par unité de volume augmente avec la température
-10
0
t
2,2
4,9
m
t : température en degrés Celsius
m : masse de vapeur d’eau saturante en g/m3.
10
9,4
20
12,2
23
20
Le cycle aérien de l’eau est alimenté par l’évaporation de l’eau liquide à la surface des mers et
océans, et sa condensation dans l’atmosphère (pluie, neige). Il est donc lié aux variations de la
température.
Autres propriétés de l’air gazeux :
Les propriétés ci-dessous sont celles relative à tout gaz (voir : états de la matière) :
L’air est pesant : dans les conditions usuelles de températures et de pression ( 20°C et 1bar) la
masse d’un litre d’air est de 1,2g /L environ.
Pesée de l’air à l’école : on utilise un ballon de volley –ball ou de football ou une boîte dans
laquelle on fait le vide.
Il se dilate : Si la température augmente, pour une pression identique, son volume augmente, pour
une masse identique. Inversement : la masse d’un litre d’air diminue pour un volume fixé. L’air
chaud est donc moins dense que l’air froid (montgolfières, convection utilisée par exemple par
les oiseaux migrateurs)
Il est compressible (seringue, pompe à bicyclette), et expansible.
Les changements d’états de l’air :
L’air existe sous trois états : solide, liquide, gaz. Etant un mélange, il n’y a pas de palier franc de
changements d’états. On donne ci-dessous la plage de température de changement d’état sous
pression atmosphérique normale (1 bar) :
- Liquéfaction- vaporisation autour de – 190°C,
- Solidification- fusion : autour de -220°C.