Air

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L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère terrestre.

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.

L'air comprimé est souvent utilisé dans la plongée sous-marine.

[modifier] Composition de l'air

L'air sec est composé d'environ 78 % de diazote, de 21 % de dioxygène et d'1 % de gaz dit "rares" (argon, dioxyde de carbone...)

À la température de 40°C, l'air peut contenir de 0 à 7 % de vapeur d'eau. La proportion de vapeur d'eau dépend du taux d'hygrométrie de l'air et de sa température. Elle est limitée par la pression de vapeur saturante de l'eau. Les météorologues s'intéressent de près aux variations de ce composant dans l'atmosphère.

Le taux de dioxyde de carbone varie avec le temps. D'une part, il subit une variation annuelle d'environ 6,5 ppm d'amplitude. D'autre part, le taux moyen annuel augmente de 1,2 à 1,4 ppm par an. De l'ordre de 378 ppm (0,0378 %) fin 2004, il était de 278 ppm à l'époque préindustrielle, 315 ppm en 1958, 330 ppm en 1974 et 353 ppm 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 : 800 mm³/m³ (0,8 ppm) à l'époque préindustrielle, 1585 mm³/m³ en 1985, 1663 mm³/m³ en 1992 et 1676 mm³/m³ en 1996.

La composition de l'air varie avec l'altitude. Elle change également lors de la respiration : l'air exhalé est plus riche en eau et en dioxyde de carbone que l'air inhalé.

Nom	Formule	Proportion
Composition de l'air sec
Diazote	N₂	78,08 %
Dioxygène	O₂	20,95 %
Argon	Ar	0,934 %
Dioxyde de carbone	CO₂	380 ppm
Néon	Ne	18,18 ppm
Hélium	He	5,24 ppm
Monoxyde d'azote	NO	5 ppm
Krypton	Kr	1,14 ppm
Méthane	CH₄	1,7 ppm
Dihydrogène	H₂	0,5 ppm
Protoxyde d'azote	N₂O	0,5 ppm
Xénon	Xe	0,087 ppm
Dioxyde d'azote	NO₂	0,02 ppm
Ozone	O₃	0 à 0,01 ppm
Radon	Rn	6,0×10^-14 ppm

1 ppm (partie par million) = 0,0001 %

[modifier] Masse volumique

L'air étant un gaz compressible, sa masse volumique (en kg/m^{3^{) est fonction de la pression, de la température et du taux d'humidité.}}

Pour de l'air sec sous pression atmosphérique normale :

On prend généralement 1,293 à 0°C et 1,204 à 20°C.

Ceci est généralisé en : <math>\rho=1,293\cdot\frac{273}{273+T}</math> avec T en °C.

[modifier] Potentiel de réchauffement global

Le potentiel de réchauffement global (PRG, GWP Global Warming Potential en anglais) ou équivalent CO₂ permet de mesurer la nocivité de chaque gaz à effet de serre. Pour le dioxyde de carbone, il vaut 1 (référence), il est de 23 pour le méthane, 310 pour le peroxyde d'azote (N₂O), de 6200 à 7100 pour le dichlorodifluorométhane (CFC), de 1300 à 1400 pour le chlorodifluorométhane (HCFC), 6500 pour le tétrafluorure de carbone 2 (CF₄), 6500 pour le hexafluorure de soufre (SF₆).

[modifier] L'indice de réfraction d'air

L'expression pour l'indice de réfraction d'air « aux conditions standard » est :

<math>n_s = 1 + 643,28\;10^{-7} + \frac{294981\;10^{-7}}{(146 - \sigma^2)} + \frac {2554\;10^{-7}}{(41 - \sigma^2)}</math>

<math>\sigma = \frac{1000}{\lambda}</math> où <math>\lambda</math> est la longueur d'onde exprimée en nanomètres (nm).

là où <math>\sigma</math> est la réciproque de la longueur d'onde en micromètres.

C'est pour l'air sec avec 0,03% d'anhydride carbonique, à une pression de 101325 Pa (760 millimètres de mercure) et d'une température de 288.15 kelvin (15°C).

Pour modifier l'indice « n_s » pour une température différente ou pression, en utilisant l'une ou l'autre des expressions suivantes :

<math>n = 1 + (n_s - 1) \times { (\frac{p} {p_s}) \times { (\frac{T_s} {T}) }}</math>

avec :

T, température en degrés Kelvin
p, pression en Pascals
T_s, 288,15 K
p_s, 101325 Pa
n_s, indice de réfraction d'air donné ci-dessus

ou :

<math>n = 1 + (n_s-1) \times p \times [ 1 + p \times \beta_{(T)} ] \times (1+ 15 \times \alpha )/{ 760 \times ( 1 + 760 \times \beta_{15}) \times (1 + T \times \alpha) }</math>

avec :

T, température en degrés C
T_s, 15 degrés C
p, pression en mm du mercure
p_s, 760 mm
<math>\alpha~</math>, 0,00366
<math>\beta_{(T)}~</math>, (1,049 - 0,015*T)*1.e-6
<math>\beta_{15}~</math>, 8,13e-7
n_s, indice de réfraction d'air donné ci-dessus

image de la courbe de l'indice (n)

[modifier] Divers

Dans un domaine non scientifique, l'air est l'un des quatre éléments classiques (avec le feu, l'eau et la terre) et est souvent associé à différents autres concepts tels que la famille des épées dans les jeux de tarots.