Air

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Air
Identification
No CAS	132259-10-0
Propriétés chimiques
Masse molaire	28,965338 g·mol-1
Propriétés physiques
T° fusion	-216,2 °C (1 atm)
T° ébullition	-194,3 °C (1 atm, 874,0 kg·m-3)
Solubilité	0,0292 vol/vol (eau, 0 °C)
Masse volumique	1,2 kg·m-3 (21,1 °C, 1 atm) équation : $\rho=2.8963/0.26733^{(1+(1-T/132.45 )^{ 0.27341 })}$ Masse volumique du liquide en kmol·m-3 et température en kelvins, de 59,15 à 132,45 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 59,15 -214 33,279 0,96346 64,04 -209,11 32,58869 0,94348 66,48 -206,67 32,23553 0,93325 68,92 -204,23 31,87673 0,92286 71,37 -201,78 31,51191 0,9123 73,81 -199,34 31,1407 0,90155 76,25 -196,9 30,76265 0,89061 78,7 -194,45 30,37727 0,87945 81,14 -192,01 29,98402 0,86807 83,58 -189,57 29,58227 0,85644 86,03 -187,12 29,17134 0,84454 88,47 -184,68 28,75043 0,83235 90,91 -182,24 28,31862 0,81985 93,36 -179,79 27,87485 0,807 95,8 -177,35 27,41789 0,79378 T (K) T (°C) ρ (kmol·m-3) ρ (g·cm-3) 98,24 -174,91 26,94629 0,78012 100,69 -172,46 26,4583 0,76599 103,13 -170,02 25,95184 0,75133 105,57 -167,58 25,42432 0,73606 108,02 -165,13 24,87256 0,72009 110,46 -162,69 24,29248 0,70329 112,9 -160,25 23,67876 0,68552 115,35 -157,8 23,02425 0,66657 117,79 -155,36 22,31896 0,64616 120,23 -152,92 21,5482 0,62384 122,68 -150,47 20,68889 0,59896 125,12 -148,03 19,70092 0,57036 127,56 -145,59 18,50274 0,53567 130,01 -143,14 16,86972 0,4884 132,45 -140,7 10,834 0,31366
Pression de vapeur saturante	équation : $P_{vs}=exp(21.662+\frac{-692.39}{T}+(-0.39208) \times ln (T) + (4.7574E-3) \times T^{1})$ Pression en pascals et température en kelvins, de 59,15 à 132,45 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) P (Pa) 59,15 -214 5,6421E3 64,04 -209,11 13 676,16 66,48 -206,67 20 287,07 68,92 -204,23 29 273,08 71,37 -201,78 41 205,23 73,81 -199,34 56 721,39 76,25 -196,9 76 522,59 78,7 -194,45 101 368,15 81,14 -192,01 132 069,94 83,58 -189,57 169 486,04 86,03 -187,12 214 514,02 88,47 -184,68 268 084,01 90,91 -182,24 331 151,84 93,36 -179,79 404 692,36 95,8 -177,35 489 693 T (K) T (°C) P (Pa) 98,24 -174,91 587 147,76 100,69 -172,46 698 051,67 103,13 -170,02 823 395,76 105,57 -167,58 964 162,48 108,02 -165,13 1 121 321,73 110,46 -162,69 1 295 827,41 112,9 -160,25 1 488 614,46 115,35 -157,8 1 700 596,36 117,79 -155,36 1 932 663,17 120,23 -152,92 2 185 679,89 122,68 -150,47 2 460 485,32 125,12 -148,03 2 757 891,17 127,56 -145,59 3 078 681,54 130,01 -143,14 3 423 612,7 132,45 -140,7 3,7934E6
Point critique	-140,6 °C, 3 771 kPa, 351 kg·m-3
Conductivité thermique	0,0234 W·m-1·°C-1
Thermochimie
Cp	équation : $C_{P} = (-214460) + (9185.1) \times T + (-106.12) \times T^{2} + (0.41616) \times T^{3}$ Capacité thermique du liquide en J·kmol-1·K-1 et température en kelvins, de 75 à 115 K. Valeurs calculées : T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 75 -198,15 53 070 1 833 77 -196,15 53 598 1 851 79 -194,15 54 051 1 867 80 -193,15 54 254 1 874 81 -192,15 54 444 1 881 83 -190,15 54 797 1 893 84 -189,15 54 965 1 899 85 -188,15 55 131 1 904 87 -186,15 55 464 1 916 88 -185,15 55 637 1 922 89 -184,15 55 817 1 928 91 -182,15 56 210 1 942 92 -181,15 56 428 1 949 93 -180,15 56 664 1 957 95 -178,15 57 197 1 976 T (K) T (°C) Cp $( \tfrac { J } { kmol \times K } )$ Cp $( \tfrac { J } { kg \times K } )$ 96 -177,15 57 499 1 986 97 -176,15 57 830 1 997 99 -174,15 58 582 2 024 100 -173,15 59 010 2 038 101 -172,15 59 475 2 054 103 -170,15 60 527 2 091 104 -169,15 61 120 2 111 105 -168,15 61 760 2 133 107 -166,15 63 192 2 183 108 -165,15 63 989 2 210 109 -164,15 64 843 2 240 111 -162,15 66 735 2 305 112 -161,15 67 777 2 341 113 -160,15 68 886 2 379 115 -158,15 71 320 2 463
Propriétés optiques
Indice de réfraction	$n^{ 20 }_{ 633 }$ 1,00026825 (100 kPa, air sec avec 450 ppm de CO2)
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore.

Composition de l'air

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

• 78,08 % de diazote ;
• 20,95 % de dioxygène ;
• moins de 1 % d'autres gaz dont :
  • les gaz rares principalement de l'argon 0,93 %, mais aussi du néon 0,0018 % (18 ppmv), du krypton 0,00012 % (1,1 ppmv), du xénon 0,00009 % (0,9 ppmv) ;
  • le dioxyde de carbone 0,0399 % (399 ppmv) ;
  • le méthane 0,000172 % (1,72 ppmv).

Il contient aussi des traces de dihydrogène 0,000072 % (0,72 ppmv), mais aussi d'ozone, ainsi qu'une présence infime de radon.

L'air typique de l'environnement terrestre est souvent humide car il contient de la vapeur d'eau. 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.

Au voisinage du sol, l'air contient une quantité très variable de vapeur d'eau, qui dépend des conditions climatiques, et en particulier de la température. En effet le phénomène de saturation de vapeur varie fortement avec la température :

Température de l'air	à -10 °C	à 0 °C	à 10 °C	à 20 °C	à 30 °C	à 40 °C
% de vapeur d'eau	de 0 à 0,2 %	de 0 à 0,6 %	de 0 à 1,2 %	de 0 à 2,4 %	de 0 à 4,2 %	de 0 à 7,6 %

Ainsi à 4 km d'altitude (T= -11 °C), il y a toujours moins de 0,2 % de vapeur. Le pourcentage de vapeur d'eau présent dans l'air est mesuré par le taux d'hygrométrie, élément important pour les prévisions météorologiques.

Le taux de dioxyde de carbone varie avec le temps. D'une part, il subit une variation annuelle d'environ 6,5 ppmv (partie par million en volume) d'amplitude. D'autre part, le taux moyen annuel augmente de 1,2 à 1,4 ppmv par an. De l'ordre de 384 ppmv (0,0384 %) à mi-2008, il était de 278 ppmv avant la révolution industrielle, de 315 ppmv en 1958, de 330 ppmv en 1974 et de 353 ppmv en 1990. On pense que 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 ppmv) à l'époque préindustrielle, 1 585 mm³/m³ en 1985, 1 663 mm³/m³ en 1992 et 1 676 mm³/m³ en 1996.

Jusqu'à environ 80 km d'altitude, la composition de l'air est assez homogène, la seule variation remarquable est celle du taux de la vapeur d'eau.

Composition de l'air sec

Nom	Formule	Proportion
Diazote	N2	78,08 %mol
Dioxygène	O2	20,95 %mol
Argon	Ar	0,934 %mol
Dioxyde de carbone	CO2	382 ppmv
Néon	Ne	18,18 ppmv
Hélium	He	5,24 ppmv
Monoxyde d'azote	NO	5 ppmv
Krypton	Kr	1,14 ppmv
Méthane	CH4	1,7 ppmv
Dihydrogène	H2	0,5 ppmv
Protoxyde d'azote	N2O	0,5 ppmv
Xénon	Xe	0,087 ppmv
Dioxyde d'azote	NO2	0,02 ppmv
Ozone	O3	0–0,01 ppmv
Radon	Rn	6,0×10-14 ppmv

Les proportions massiques peuvent être évaluées approximativement en multipliant les proportions volumiques par le rapport de la masse molaire du gaz considéré divisé par la masse molaire de l'air soit 28,976 g⋅mol^-1, par exemple dans le cas du CO₂. Ce rapport n'est pas négligeable puisqu'il vaut 44/28,976 = 1,52 d'où la teneur massique en CO₂ dans l'air égale à 382×1,52 = 580 ppmm.

Masse volumique

Article détaillé : Masse volumique de l'air.

L'air étant un gaz compressible, sa masse volumique (en kg/m³) 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 kg/m³ à 0 °C et 1,204 kg/m³ à 20 °C.

Ceci est généralisé en : $\rho=1,293\cdot\frac{273}{273+T}$ avec T en degrés Celsius.

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.

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

PRG	1 (référence)	8[réf. souhaitée]	23	310	de 1300 à 1400	de 6200 à 7100	6500	6500
gaz	dioxyde de carbone	vapeur d'eau	méthane	protoxyde d'azote (N2O)	chlorodifluorométhane (HCFC)	dichlorodifluorométhane (CFC)	tétrafluorure de carbone (CF4)	hexafluorure de soufre (SF6).

L'indice de réfraction de l'air

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

$n_{s} = 1 + 6,4328 \ 10^{-5} + \frac{2,94981 \ 10^{-2}}{146 - \sigma^{2}} + \frac {2,554 \ 10^{-4}}{41 - \sigma^{2}}$

$\sigma = \frac{1000}{\lambda}$ 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 101 325 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 :

$n = 1 + (n_s - 1) \times { (\frac{p} {p_s}) \times { (\frac{T_s} {T}) }}$

avec :

• T, température en kelvins
• p, pression en pascals
• T_s, 288,15 K
• p_s, 101 325 Pa
• n_s, indice de réfraction d'air donné ci-dessus

ou :

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

avec :

• T, température en degrés Celsius
• T_s, 15 °C
• p, pression en mm du mercure
• p_s, 760 mm
• $\alpha~$, 0,00366
• $\beta_{(T)}~$, (1,049 - 0,015*T)*1.e-6
• $\beta_{15}~$, 8,13e-7
• n_s, indice de réfraction d'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;
• C_p, chaleur massique à pression constante;
• λ, conductivité thermique;
• a, diffusivité thermique;
• Pr, nombre de Prandtl.

Air à pression atmosphérique
T	ρ	μ	ν	Cp	λ	a	Pr
K	kg.m-3	kg.m-1.s-1	m²s-1	J.kg-1.K-1	W.m-1.K-1	m²s-1	-
250	1,413	1,60×10-5	0,949×10-5	1005	0,0223	1.32×10-5	0,722
300	1,177	1,85×10-5	1,57×10-5	1006	0,0262	2,22×10-5	0,708
350	0,998	2,08×10-5	2,08×10-5	1009	0,0300	2,98×10-5	0,697
400	0,883	2,29×10-5	2,59×10-5	1014	0,0337	3,76×10-5	0,689
450	0,783	2,48×10-5	2,89×10-5	1021	0,0371	4,22×10-5	0,683
500	0,705	2,67×10-5	3,69×10-5	1030	0,0404	5,57×10-5	0,680
550	0,642	2,85×10-5	4,43×10-5	1039	0,0436	6,53×10-5	0,680
600	0,588	3,02×10-5	5,13×10-5	1055	0,0466	7,51×10-5	0,680
650	0,543	3,18×10-5	5,85×10-5	1063	0,0495	8,58×10-5	0,682
700	0,503	3,33×10-5	6,63×10-5	1075	0,0523	9,67×10-5	0,684
750	0,471	3,48×10-5	7,39×10-5	1086	0,0551	10,8×10-5	0,686
800	0,441	3,63×10-5	8,23×10-5	1098	0,0578	12,0×10-5	0,689
850	0,415	3,77×10-5	9,07×10-5	1110	0,0603	13,1×10-5	0,692
900	0,392	3,90×10-5	9,93×10-5	1121	0,0628	14,3×10-5	0,696
950	0,372	4,02×10-5	10,8×10-5	1132	0,0653	15,5×10-5	0,699
1000	0,352	4,15×10-5	11,8×10-5	1142	0,0675	16,8×10-5	0,702
1100	0,320	4,40×10-5	13,7×10-5	1161	0,0723	19,5×10-5	0,706
1200	0,295	4,63×10-5	15,7×10-5	1179	0,0763	22,0×10-5	0,714
1300	0,271	4,85×10-5	17,9×10-5	1197	0,0803	24,8×10-5	0,722

D'après les informations du site Chemical Professionals voici une relation entre la température et la conductivité thermique de l'air, validée par notamment les valeurs indiquées dans le tableau ci-dessus. Elle est valable pour une température comprise entre 100 et 1 600 K.

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

Où

T: Température en kelvins

$\lambda$ : Conductivité thermique en $\mathrm{W.m^{-1}.K^{-1}}$

Voici une relation entre la viscosité cinématique de l'air et la température.

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

Où

T: Température en kelvins

$\nu$ : viscosité cinématique en $\mathrm{m^{2}/s}$

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

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

Où

T: Température en kelvins

$C_p$ : Chaleur spécifique en $\mathrm{J.kg^{-1}.K^{-1}}$

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 de l'air

L'air est formé de différents gaz et ceux-ci, si l'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 -218 °C, l'azote se liquéfie à -195 °C. À la température de -270 °C (environ 3 kelvins), 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 -140 °C, l'air n'est plus liquéfiable.

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 300 et 1 atmosphère. 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 Kamerlingh Onnes l’hélium, le gaz le plus difficile à liquéfier, en 1908. Indépendamment de Carl von Linde, Georges Claude met 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 tarots.

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 : Catégorie:Pollution de l'air
• Qualité de l'air