L'air est essentiel, car il permet aux êtres vivants de respirer et d'obtenir l'oxygène nécessaire à leur survie. En plus de cela, l'air joue un rôle crucial dans la régulation de la température de la Terre et protège contre les radiations nocives du soleil. L'air est également important pour de nombreuses activités économiques et industrielles, telles que le transport, la production d'énergie et la fabrication de produits.

Alors, est-il toujours bon de respirer ? Comment bien respirer ? Découvrons-le dans cet article.

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C'est parti

Les éléments qui composent l'air ☁️

Un mélange de différents gaz

De quoi se compose l'atmosphère ?
La composition des gaz présents dans l'atmosphère diffère selon les cycles de la Terre

L'air sec (sans vapeur d'eau) est un mélange de gaz. Il contient :

  • 78,08 % de diazote
  • 20,95 % de dioxygène
  • 0,93 % d'argon
  • 0,03 % de dioxyde de carbone et d'autres gaz à l'état de traces.

? Le dioxygène de l'air est consommé lors de la respiration des êtres vivants, mais les plantes produisent (en moyenne) plus de dioxygène qu'elles n'en consomment, ce qui permet de stabiliser la quantité de dioxygène dans l'air.

Le dioxyde de carbone, bien que présent en très petites quantités, joue un rôle primordial dans le climat de la Terre car il participe à l'effet de serre.

Le rôle de l'atmosphère ?

On peut noter trois rôles principaux de l'atmosphère :

?️ C'est un bouclier

?️ C'est un régulateur thermique

?️ C'est un filtre naturel

1️⃣ L'atmosphère est un bouclier, il nous protège des agressions extérieures venant de l'espace. Lors de leur passage dans l'atmosphère, les météorites (formées de roches ou de glaces) ou les débris de satellites s'échauffent par frottement sur l'air suffisamment pour brûler ou exploser en minuscules morceaux ne présentant aucun danger pour l'homme.

2️⃣ L'air est un régulateur thermique. Il ne se refroidit pas et ne se réchauffe pas très vite. Les mouvements de l'air rendent plus homogène sa température. Il diminue donc les différences de température entre le jour et la nuit. Sans atmosphère, les écarts de température entre le jour et la nuit seraient de plus de 200 °C.

3️⃣ L'atmosphère est un filtre. La couche d'ozone nous protège des rayons ultraviolets (UV) invisibles, émis par le Soleil en arrêtant les plus énergétiques. Ceux qui passent sont malgré tout suffisamment puissants pour brûler la peau (bronzage et coups de soleil). Si la couche d’ozone venait à disparaître, la vie ne serait plus possible qu'à l'abri du rayonnement solaire.

Les variations de la composition de l'air ?

La composition de l'atmosphère varie en fonction de l'altitude

L'atmosphère est l'ensemble des couches d'air qui entoure la Terre.

Dans chaque couche de l'atmosphère, la température ne varie pas de la même façon. La couche la plus basse, dans laquelle nous vivons, est appelée la troposphère. L'air y a une composition constante, mais la pression et la température diminuent avec l'altitude. Il y a moins d'air et donc moins de dioxygène (deux fois moins environ) à 5 000 m d'altitude qu'au niveau de la mer.

Les alpinistes le savent bien. Au sommet de l'Everest, l'air est rare et il y a peu de dioxygène, il faut alors fournir des efforts considérables pour avancer si bien que peu d'alpinistes gravissent l'Everest sans l'aide de bouteilles de dioxygène.

L'atmosphère possède une épaisseur de

600 km

environ, ce qui explique certaines variations de composition dans l'air

La composition de l'atmosphère a varié au cours du temps

À l'origine, l'atmosphère terrestre était surtout constituée des gaz produits par les éruptions volcaniques alors très fréquentes. Il n'y avait pas de dioxygène, mais du diazote, de grandes quantités de dioxyde de carbone et de l'eau.

La Terre s'est ensuite refroidie et l'eau s'est condensée pour former les océans. Le dioxyde de carbone s'est fixé dans les sédiments (roches calcaires) et s'est dissout dans l'eau. L'apparition de formes de vie dans l'eau puis à la surface de la Terre (vie végétale) a permis la production de dioxygène, pour aboutir à la composition actuelle de l'air.

Pollution de l'air

L'atmosphère est polluée par une variété de substances qui sont émises dans l'air par diverses sources naturelles et anthropiques. Les gaz d'échappement des véhicules sont l'une des principales sources de pollution atmosphérique causée par les activités humaines.

? Les gaz émis par les véhicules ont des effets néfastes sur la santé humaine et l'environnement. Parmi ces gaz, on retrouve :

  • Le monoxyde de carbone (CO)
  • Les oxydes d'azote (NOx)
  • Les composés organiques volatils (COV)
  • Le dioxyde de soufre (SO2) et les particules fines

Outre les véhicules, les activités industrielles, l'agriculture, la combustion de combustibles fossiles et la production d'énergie sont également des sources importantes de pollution atmosphérique.

? En plus de ces sources anthropiques, il y a des sources naturelles de pollution atmosphérique, comme les éruptions volcaniques et les tempêtes de sable. Les incendies de forêt et les émissions naturelles de gaz par les plantes et les animaux sont également des sources de pollution atmosphérique.

La pollution atmosphérique a des effets néfastes sur la qualité de l'air, ce qui peut avoir des conséquences graves sur la santé humaine, comme l'asthme, les maladies cardiovasculaires et le cancer.

En outre, la pollution de l'air peut avoir des effets négatifs sur les écosystèmes, y compris les plantes et les animaux. Par conséquent, il est important de réduire les émissions de gaz polluants dans l'air en utilisant des technologies plus propres et en adoptant des comportements responsables en matière d'émissions de gaz à effet de serre.

Les propriétés de l'air ?

vision de la terre depuis le ciel avec des nuages
Les propriétés de l'air sont nombreuses

La notion de pression atmosphérique

La pression au sol de l'air est de l'ordre d'un bar au niveau de la mer. Lorsque l'on monte en altitude, la pression diminue. La concentration de l'air en gaz en est donc amoindrie. C'est pour cela qu'il est parfois difficile de respirer lors de l’ascension de certaines montagnes. Dans les cabines d'avions, l'air est pressurisé afin de ne pas subir la baisse violente de pression lors de la montée au décollage.

La pression correspond à une grandeur physique qui permet de traduire les échanges de quantité de mouvement au sein d'un système thermodynamique, notamment au sein d'un solide ou encore d'un fluide.

On peut alors définir la pression comme correspondant à l'intensité de force que va exercer un fluide par unité de surface.

La pression est une grandeur scalaire, voire tensorielle, intensive. Il faut être prudent lorsque l'on parle de la pression. En effet, nombreux sont ceux qui parlent de pression exercée par un fluide sur une paroi pour parler de la force pressante que le fluide va exercer par unité d'aire de la paroi.

Cependant, ne pas confondre :

✅ La pression correspond à une grandeur scalaire qui est définie en tout point du fluide concerné

❌ La force correspond plutôt à une grandeur vectorielle que l'on définit localement

États des différents composants

Tous les éléments qui composent l'air le sont sous forme gazeuse. Cependant, leur température d'ébullition est changeante.

Voici un tableau qui les récapitule :

NomTempérature
Hélium- 268,93 °C
Dihydrogène- 252,76 °C
Néon- 246,053 °C
Diazote- 195,79 °C
Argon- 185,85 °C
Dioxygène- 183 °C
Méthane- 161,52 °C
Krypton- 154,34 °C
Monoxyde d'azote- 151,8 °C
Ozone- 111,9 °C
Xénon- 108,09 °C
Protoxyde d'azote- 88,5 °C
Radon- 61,7 °C
Dioxyde de carbone- 56,6 °C
Dioxyde d'azote21,2 °C

Les actions de l'air sur notre environnement ?

Sur la propagation des ondes

Comment se transmet le son ?
L'air est un milieu matériel dans lequel les sons peuvent se propager

Lorsqu'une onde se propage dans un milieu fluide compressible, une variation de pression se produit et se propage sous la forme d'une onde sonore. L'air étant un milieu fluide compressible, nous pouvons ressentir ces ondes sous forme de son grâce à nos tympans. Cependant, pour que le son soit perceptible, la variation de pression doit être suffisamment rapide et répétée. Les objets vibrants, comme les instruments de musique ou les haut-parleurs, sont considérés comme des sources sonores qui provoquent des perturbations de l'air.

? La perturbation se propage de façon analogue aux vagues dans l'eau. Les particules vibrent parallèlement à la direction de déplacement de l'onde, créant ainsi une onde longitudinale. Les ondes sonores peuvent également être transmises par un solide vibrant, provoquant de faibles oscillations des atomes constituant le solide.

Cependant, la contrainte du matériau est difficile à mesurer, bien qu'elle soit équivalente à la pression dans un fluide.

C'est donc la rigidité du matériau qui permettra la transmission des ondes de contraintes transversales. Il peut être intéressant de noter que, la vitesse de propagation du son, également appelée "célérité", varie selon différentes propriétés du milieu comme :

  • La nature du milieu
  • La température du milieu
  • Et la pression du milieu

Ainsi, dans un gaz parfait, on peut obtenir la vitesse de propagation d'une onde sonore avec la relation suivante :

Avec :

  • ρ correspondant à la masse volumique du gaz
  • Et χS correspondant à la compressibilité isentropique du gaz

Il est également possible d'observer une diminution de la vitesse du son lorsque :

  • La densité du gaz augmente, on appelle cela l'effet d'inertie
  • La compressibilité du gaz, c'est-à-dire sa capacité à changer de volume selon la pression qu'il subit, augmente

La réfraction

Définition : La réfraction de la lumière correspond au changement de direction du rayon lumineux lorsque celui-ci traverse une surface séparant deux milieux d'indices de réfraction différents.

La loi de Snell-Descartes de la réfraction exprime le changement de direction d'un faisceau lumineux lors de la traversée d'une paroi qui sépare deux milieux différents.

Il faut d'abord savoir que chaque milieu est caractérisé par sa capacité à « ralentir » la lumière. On modélise cette caractéristique par son indice de réfraction n qui s'exprime sous la forme :

v est la vitesse de la lumière dans ce milieu et c est la vitesse de la lumière dans le vide (souvent arrondie à 3.108 m.s-1

Il est important de savoir que :

  • Le rayon lumineux est dit incident avant d'avoir rencontré la surface réfractante (appelée dioptre), il est dit réfracté après avoir rencontré cette dernière.
  • Le point de rencontre du rayon incident et du dioptre est appelé point d'incidence.
  • Le plan contenant le rayon incident et la normale au dioptre, au point d'incidence est dit plan d'incidence.
  • L'angle orienté i1 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon incident est dit angle d'incidence.
  • L'angle orienté i2 pris entre la normale au point d'incidence et le rayon réfracté est dit angle de réfraction.
  • Les angles i1 et i2 sont positifs si'ls sont orientés dans le sens trigonométrique (sens inverse des aiguilles d'une montre), négatifs sinon.

On prend n1 l'indice de réfraction du milieu dans lequel se propage le rayon incident et n2 celui du milieu dans lequel se propage le rayon réfracté. Pour pouvoir énoncer la loi de la réfraction, il faut que le rayon réfracté, le rayon incident et la normale (au dioptre) soient dans un même plan qui est appelé le plan d'incidence et que le rayon incident et le rayon réfracté soient situés de part et d'autre de la normale.

Lorsque n> n2 (et respectivement n< n2) le rayon réfracté (et respectivement : incident) se rapproche plus rapidement du dioptre que le rayon incident (ou réfracté). Cependant, il existe un cas particulier où le rayon réfracté (ou incident) se retrouve mathématiquement sur le dioptre (sa limite) : il y a alors réflexion totale. La réfraction dépend aussi de la température de l'air.

Voici quelques exemples :

Température (en °C) Indice de réfraction de l'air
201,000271373
101,000281196
01,000291647
- 101,000302844
- 201,00031489

Réfraction atmosphérique

C'est grâce aux rayons du soleil et le phénomène de réfraction que les arcs-en-ciel existent

La réfraction atmosphérique correspond à un phénomène optique consistant en une trajectoire non rectiligne de la lumière lorsque celle-ci traverse l'atmosphère. Cela est principalement dû à une variation de la densité de l'air avec l'altitude.

☄️ Ainsi, pour tous les objets dits "immergés" dans l'atmosphère, le phénomène se nomme "réfraction terrestre"

Ce sont d'ailleurs ces réfractions terrestres qui conduisent aux mirages, mais aussi aux effets de miroitement et d'ondulation en ce qui concerne les objets lointains.

Cependant, il faut savoir que ce phénomène ne se contente pas d'affecter les rayons lumineux mais, de façon plus générale, il impacte toutes les ondes électromagnétiques. De fait de sa relation avec la longueur d'onde, on appelle cela "le phénomène de dispersion", la lumière bleue sera plus fortement affectée par le phénomène que le serait la lumière rouge. C'est donc pour cela qu'à cause de leur spectre, certains objets astronomiques peuvent voir les images en haute résolution s'étaler.

Notons que la lumière verte peut, en partie, être interprétée par la réfraction atmosphérique, mais aussi par la dispersion.

De plus, la réfraction atmosphérique est beaucoup plus importante pour tout objet proche de l'horizon par rapport aux objets qui seront plus près du zénith
⬇️

?‍? C'est pour cela que les astronomes, dans le but de limiter les effets de la réfraction atmosphérique, préfèrent l'observation des objets lorsqu'ils se situent à leur point culminant de leur trajectoire dans le ciel.

?‍✈️ Mais c'est également pour cela que les marins, afin de se guider, ne visent pas les étoiles proches de l'horizon, mais plutôt celles qui se trouvent au moins à 20° au-dessus de cet horizon.

La qualité de l'air, un enjeu de santé publique ?

L'air que nous respirons peut contenir divers polluants, tels que les particules fines, les oxydes d'azote, le dioxyde de soufre, l'ozone et le monoxyde de carbone, qui peuvent avoir des effets néfastes sur la santé humaine et l'environnement. Pour mesurer la qualité de l'air, des indicateurs tels que l'indice de qualité de l'air (IQA) et les normes nationales et internationales de pollution atmosphérique sont utilisés.

L'IQA est une mesure numérique de la qualité de l'air basée sur la concentration de polluants atmosphériques et leur impact sur la santé. Il est souvent utilisé pour informer le public de la qualité de l'air et pour déterminer les mesures à prendre pour protéger la santé humaine et l'environnement. Ce dernier se mesure en accord avec le tableau suivant :

Valeurs de l’IQANiveau de préoccupation pour la santé (état de qualité de l’air)
0 à 50Bon
51 à 100Modéré
101 à 150Mauvais pour les membres des groupes sensibles
151 à 200Mauvais
201 à 300Très mauvais
301 à 500Dangereux

À titre de comparaison, les villes suivantes possèdent les IQA :

✅ Paris = 40 = bon

? Moyenne mondiale = 95 = mauvais pour les personnes sensibles

❌ Jakarta = 166 = mauvais

Ces normes sont utilisées pour déterminer les objectifs de qualité de l'air et pour évaluer la conformité des émissions de polluants atmosphériques avec les réglementations environnementales. En somme, les différentes mesures de qualité de l'air sont essentielles pour surveiller la qualité de l'air, informer le public et les décideurs politiques, et prendre des mesures pour protéger la santé humaine et l'environnement.

Vous voilà incollable sur la composition de l'air à présent !

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Aucune information ? Sérieusement ?Ok, nous tacherons de faire mieux pour le prochainLa moyenne, ouf ! Pas mieux ?Merci. Posez vos questions dans les commentaires.Un plaisir de vous aider ! :) 4,00 (13 note(s))
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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.