Air

L'air est un mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est normalement incolore, invisible et inodore.

Composition

Modèle:Voir aussi L'air sec au voisinage du sol est un mélange gazeux homogène. Il est approximativement composé en fraction molaire ou en volume de :

• 78,08 % de diazote Modèle:N2 ;
• 20,95 % de dioxygène Modèle:O2 ;
• moins de 1 % d'autres gaz dont :
  • des gaz rares, principalement :
    • de l'argon (0,93 %),
    • du néon (0,0018 %, Modèle:Nb),
    • de l’hélium (Modèle:Unité),
    • du krypton (Modèle:Nb),
    • du xénon (Modèle:Nb) ;
  • du dioxyde de carbone (Modèle:CO2) : environ 0,04 % (Modèle:Nb en Modèle:Date-Modèle:,Modèle:,Modèle:,) ;
  • du méthane : 0,000187 % (Modèle:Nb en 2019).

Il contient aussi des traces de dihydrogène : 0,000072 % (Modèle:Nb) et d'ozone, ainsi qu'une présence infime de radon. Il peut aussi contenir du dioxyde de soufre, des oxydes d'azote, de fines substances en suspension sous forme d'aérosol, des poussières et des micro-organismes.

La plupart du temps, l'air de l'environnement terrestre est humide car il contient de la vapeur d'eau. Au voisinage du sol, la quantité de vapeur d'eau est très variable. Elle dépend des conditions climatiques, et en particulier de la température. La pression partielle de vapeur d'eau dans l'air est limitée par sa pression de vapeur saturante qui varie fortement avec la température :

Température de l'air	Modèle:Tmp	Modèle:Tmp	Modèle:Tmp	Modèle:Tmp	Modèle:Tmp	Modèle:Tmp
% de vapeur d'eau pour une pression d'air de Modèle:Nb	0 à 0,2	0 à 0,6	0 à 1,2	0 à 2,4	0 à 4,2	0 à 7,6

Le pourcentage de vapeur d'eau présent dans l'air est mesuré par le taux d'hygrométrie, élément important pour les prévisions météorologiques. Il existe plusieurs grandeurs pour décrire l'hygrométrie : l'humidité absolue, qui correspond à la masse de vapeur d'eau par volume d'air, et l'humidité relative, qui correspond au pourcentage de la pression partielle de vapeur d'eau par rapport à la pression de vapeur saturante.

Le taux de dioxyde de carbone varie avec le temps. D'une part, il subit une variation annuelle d'environ Modèle:Nb (partie par million en volume) d'amplitude. D'autre part, le taux moyen annuel augmente de Modèle:Nb par an. De l'ordre de Modèle:Nb (0,0384 %) à mi-2008, il était de Modèle:Nb avant la révolution industrielle, de Modèle:Nb en 1958, de Modèle:Nb en 1974 et de Modèle:Nb en 1990. Ce gaz à effet de serre joue un rôle important dans le réchauffement climatique de la planète.

Le méthane est un autre gaz à effet de serre majeur dont le taux augmente avec le temps : Modèle:Nb (Modèle:Nb) à l'époque préindustrielle, Modèle:Nb en 1985, Modèle:Nb en 1992 et Modèle:Nb en 1996.

Jusqu'à environ Modèle:Nb d'altitude, la composition de l'air sec est très homogène, la seule variation importante de la composition de l'air étant celle de la teneur en vapeur d'eau.

Représentation moléculaire de la composition de l'air sec.

Tableaux

Composition de l'air « sec » ppmv : partie par million en volume ppmm : partie par million en masse Gaz Volume Diazote (Modèle:N2) Modèle:Unité (78,084 %) Dioxygène (Modèle:O2) Modèle:Unité (20,946 %) Argon (Ar) Modèle:Unité (0,9340 %) Dioxyde de carbone (Modèle:CO2) Modèle:Unité (0,0417 %), soit 633 ppmm (en juillet 2022) Néon (Ne) Modèle:Unité Hélium (He) Modèle:Unité Méthane (CH4) Modèle:Unité Krypton (Kr) Modèle:Unité Dihydrogène (Modèle:H2) Modèle:Unité À rajouter à l'air sec : Vapeur d'eau (Modèle:H2O) de <1 % à ~5 % (très variable)

Composants mineurs de l'air Gaz Volume Monoxyde d'azote (NO) Modèle:Unité Protoxyde d'azote (N2O) Modèle:Unité Xénon (Xe) Modèle:Unité Ozone (O3) ≤ Modèle:Unité Dioxyde d'azote (NO2) Modèle:Unité Iode (I2) Modèle:Unité Monoxyde de carbone (CO) Modèle:Unité Ammoniac (NH3) traces

Les proportions massiques peuvent être évaluées en multipliant les proportions volumiques par le rapport de la masse molaire du gaz considéré divisé par la masse molaire de l'air soit Modèle:Nb, par exemple dans le cas du Modèle:CO2. Ce rapport n'est pas négligeable puisqu'il vaut Modèle:Nobr d'où la teneur massique en Modèle:CO2 dans l'air égale à Modèle:Nobr.

Masse volumique

L'air étant un gaz compressible, sa masse volumique (en Modèle:Nb) est fonction de la pression, de la température et du taux d'humidité.

Pour de l'air sec sous pression atmosphérique normale (Modèle:Nb) :

On prend généralement Modèle:Nb à Modèle:Tmp et Modèle:Nb à Modèle:Tmp.

Ceci est généralisé (formule des gaz parfaits) en : $\rho =1,293\mathrm{k}\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}\cdot \frac{273,15\mathrm{K}}{T}\cdot \frac{P}{101325\text{Pa}}$ (avec T en kelvins et P en pascals selon les conventions SI). Pour une température θ en degrés Celsius, la température T en kelvins est obtenue en ajoutant 273,15 à θ : Modèle:Nobr.

Potentiel de réchauffement global

Le potentiel de réchauffement global (PRG, Modèle:En anglais) ou équivalent Modèle:CO2 permet de mesurer la « nocivité » de chaque gaz à effet de serre.

Le tableau suivant donne la valeur du PRG pour les principaux gaz à effet de serre présents dans l'air :

PRG	1 (référence)	Modèle:Référence souhaitée	23	310	de Modèle:Nb	de Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb
Gaz	dioxyde de carbone	vapeur d'eau	méthane	protoxyde d'azote (NModèle:IndO)	chlorodifluorométhane (HCFC)	dichlorodifluorométhane (CFC)	tétrafluorure de carbone (CFModèle:Ind)	hexafluorure de soufre (SFModèle:Ind)

Indice de réfraction

L'expression pour l'indice de réfraction de l'air « aux conditions standard » est : $n_s=1+6,4328\times 10^{-5}+\frac{2,94981\times 10^{-2}}{146-{\sigma }^2}+\frac{2,554\times 10^{-4}}{41-{\sigma }^2}$

avec $\sigma =\frac{1000}{\lambda }$ où $\lambda$ est la longueur d'onde exprimée en nanomètres (nm), là où $\sigma$ est la réciproque de la longueur d'onde en micromètres.

C'est pour l'air sec avec 0,03 % de dioxyde de carbone, à une pression de Modèle:Nb (Modèle:Nb de mercure) et une température de Modèle:Nb (Modèle:Tmp).

On peut obtenir n pour une température ou pression différente, en utilisant l'une des deux expressions suivantes :

$n=1+(n_{\text{s}}-1)\times \left(\frac{p}{p_{\text{s}}}\right)\times \left(\frac{T_{\text{s}}}{T}\right)$

avec :

• T, température exprimée en kelvins ;
• p, pression en pascals ;
• TModèle:Ind, Modèle:Nb ;
• pModèle:Ind, Modèle:Nb ;
• nModèle:Ind, indice de réfraction de l'air donné ci-dessus,

ou :

$n=1+\frac{(n_{\text{s}}-1)\times p\times (1+p\times {\beta }_{(T)})\times (1+T_s\times \alpha )}{p_s\times (1+p_s\times {\beta }_{15})\times (1+T\times \alpha )}$

avec :

• T, température en degrés Celsius ;
• TModèle:Ind, Modèle:Tmp ;
• p, pression en mmHg ;
• pModèle:Ind, Modèle:Nb ;
• $\alpha$, 0,00366 KModèle:-1 ;
• ${\beta }_{(T)}$, (1,049 - 0,015 T) × Modèle:Nb ;
• ${\beta }_{15}$, Modèle:Nb ;
• nModèle:Ind, indice de réfraction de l'air donné ci-dessus.

Propriétés thermophysiques

D'après les tables publiées par Frank M. White, Heat and Mass transfer, Addison-Wesley, 1988.

avec :

• T, température en kelvins ;
• ρ, masse volumique ;
• μ, viscosité dynamique ;
• ν, viscosité cinématique ;
• CModèle:Ind, chaleur massique à pression constante ;
• λ, conductivité thermique ;
• a, diffusivité thermique ;
• Pr, nombre de Prandtl.

Air à pression atmosphérique

T	ρ	μ	ν	CModèle:Ind	λ	a	Pr
K	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	-
250	1,413	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0223	Modèle:Nb	0,722
300	1,177	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0262	Modèle:Nb	0,708
350	0,998	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0300	Modèle:Nb	0,697
400	0,883	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0337	Modèle:Nb	0,689
450	0,783	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0371	Modèle:Nb	0,683
500	0,705	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0404	Modèle:Nb	0,680
550	0,642	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0436	Modèle:Nb	0,680
600	0,588	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0466	Modèle:Nb	0,680
650	0,543	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0495	Modèle:Nb	0,682
700	0,503	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0523	Modèle:Nb	0,684
750	0,471	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0551	Modèle:Nb	0,686
800	0,441	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0578	Modèle:Nb	0,689
850	0,415	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0603	Modèle:Nb	0,692
900	0,392	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0628	Modèle:Nb	0,696
950	0,372	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0653	Modèle:Nb	0,699
Modèle:Nb	0,352	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0675	Modèle:Nb	0,702
Modèle:Nb	0,320	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0723	Modèle:Nb	0,706
Modèle:Nb	0,295	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0763	Modèle:Nb	0,714
Modèle:Nb	0,271	Modèle:Nb	Modèle:Nb	Modèle:Nb	0,0803	Modèle:Nb	0,722

La relation entre la température et la conductivité thermique de l'air, valable pour une température comprise entre Modèle:Nb et Modèle:Nb est la suivante :

$\lambda =1,5207\times 10^{-11}{T}^3-4,857\times 10^{-8}{T}^2+1,0184\times 10^{-4}T-3,9333\times 10^{-4}$

où :

• $T$ : température exprimée en Modèle:Nb
• $\lambda$ : conductivité thermique en Modèle:Nb

La relation entre la viscosité dynamique de l'air et la température est :

$\mu =8,8848\times 10^{-15}{T}^3-3,2398\times 10^{-11}{T}^2+6,2657\times 10^{-8}T+2,3543\times 10^{-6}$

où :

• $T$ : température en Modèle:Nb
• $\mu$ : viscosité dynamique en Modèle:Nb

La relation entre la viscosité cinématique de l'air et la température est :

$\nu =-1,363528\times 10^{-14}{T}^3+1,00881778\times 10^{-10}{T}^2+3,452139\times 10^{-8}T-3,400747\times 10^{-6}$

où :

• $T$ : température en Modèle:Nb
• $\nu$ : viscosité cinématique en Modèle:Nb

D'après les informations du WPI, la relation entre chaleur spécifique de l'air et la température est la suivante :

$C_p=1,9327\times 10^{-10}{T}^4-7,9999\times 10^{-7}{T}^3+1,1407\times 10^{-3}{T}^2-4,4890\times 10^{-1}T+1,0575\times 10^3$

où :

• $T$ : température en Modèle:Nb
• $C_p$ : chaleur spécifique en Modèle:Nb

Pression

Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les cabines des avions et autres aéronefs. En pratique, la pression imposée dans les cabines est supérieure à la pression extérieure, bien que moindre que la pression au niveau du sol.

De l'air comprimé est également utilisé dans la plongée sous-marine.

Liquéfaction

Modèle:Article détaillé L'air est formé de différents gaz qui, si on les refroidit suffisamment, finissent par passer à l'état liquide, puis à l'état solide. Par exemple, l'oxygène devient solide à la température de Modèle:Tmp, l'azote se liquéfie à Modèle:Tmp. À la température de Modèle:Tmp (environ Modèle:Nb), tous les gaz sauf l'hélium sont alors solides et on obtient de « l'air congelé ».

L'air n'a pu être liquéfié avant que ne soient connues les pressions et températures critiques qui marquent les limites théoriques au-delà desquelles un composé ne peut exister qu'à l'état gazeux. L'air étant un mélange, ces valeurs n'ont pas de sens strict, mais, en fait, à une température supérieure à Modèle:Tmp, l'air n'est plus liquéfiable.

Température d'ébullition des composants de l'air

Nom	Formule	Température
Diazote	Modèle:N2	Modèle:Tmp, azote liquide
Dioxygène	Modèle:O2	Modèle:Tmp, oxygène liquide
Argon	Ar	Modèle:Tmp
Dioxyde de carbone	Modèle:CO2	Modèle:Tmp sous Modèle:Nb
Néon	Ne	Modèle:Tmp
Hélium	He	Modèle:Tmp, hélium liquide
Monoxyde d'azote	NO	Modèle:Tmp
Krypton	Kr	Modèle:Tmp
Méthane	CHModèle:Ind	Modèle:Tmp
Dihydrogène	HModèle:Ind	Modèle:Tmp, hydrogène liquide
Protoxyde d'azote	NModèle:IndO	Modèle:Tmp
Xénon	Xe	Modèle:Tmp
Dioxyde d'azote	NOModèle:Ind	Modèle:Tmp
Ozone	OModèle:Ind	Modèle:Tmp
Radon	Rn	Modèle:Tmp

Les premières gouttes d'air liquide ont été obtenues presque simultanément par Louis Paul Cailletet et Raoul-Pierre Pictet en 1877, par détente brutale entre Modèle:Nb.

En 1894, le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes mit au point la première installation d’air liquide. Pendant les quarante années qui suivirent, des chercheurs en France, Grande-Bretagne, Allemagne et Russie apportèrent de nombreuses améliorations au procédé.

Sir James Dewar liquéfia d’abord l’hydrogène, en 1898, et Heike Kamerlingh Onnes l’hélium, le gaz le plus difficile à liquéfier, en 1908.

Indépendamment de Carl von Linde, Georges Claude mit au point dès 1902 un procédé industriel de liquéfaction de l’air.

Symbolique

• Dans un domaine non scientifique, l'air est l'un des quatre éléments (avec le feu, l'eau et la terre) que l'on considérait autrefois (et que l'on considère encore dans certaines cultures) comme les substances sur lesquelles serait basée toute la vie. Il est le symbole de l'Esprit.
• L'air est également souvent associé à différents autres concepts tels que la famille des épées dans les jeux de tarot.

Économie et société

L'air est un bien commun, même s'il peut être vendu sous la forme d'air comprimé par exemple.

Voir aussi

Articles connexes

• Masse volumique de l'air
• Masse d'air
• Psychrométrie
• Air humide
• Pollution de l'air et les articles de la Catégorie:Pollution de l'air
• Qualité de l'air
• (369) Aëria, astéroïde