Quelle est la composition de l'air que nous respirons ?

Les trois quarts de l'air se trouvent dans la troposphère, la couche la plus basse de l'atmosphère terrestre. L'air est un mélange de gaz, dont la plupart sont d'origine naturelle. L'air contient également une quantité importante de polluants atmosphériques d'origine humaine, dont certains sont dangereux à respirer et d'autres réchauffent le climat de notre planète. La troposphère contient également de l'eau dans ses trois phases (liquide, solide et gazeuse) ainsi que des particules solides, appelées aérosols.

La composition de l’air en pourcentage

L'air est principalement constitué de gaz. L'air est partout autour de nous, mais nous ne pouvons pas le voir. Qu'est-ce que l'air, exactement ? C'est un mélange de différents gaz. L'air de l'atmosphère terrestre est composé d'environ 78 % d'azote et 21 % d'oxygène. 

Le gaz inerte Argon (Ar) est le troisième gaz le plus abondant, avec 0,93 %. L'atmosphère contient également des traces de dioxyde de carbone (CO2), de néon (Ne), d'hélium (He), de méthane (CH4), de krypton (Kr), d'hydrogène (H2), d'oxyde nitreux (NO), de xénon (Xe), d'ozone (O3), d'iode (I2), de monoxyde de carbone (CO) et d'ammoniac (NH3).

Une infime partie de vapeur d'eau. En raison du cycle de l'eau, la quantité d'eau dans l'air change constamment. La basse troposphère peut contenir jusqu'à 4 % de vapeur d'eau (H2O) dans les zones proches des tropiques, tandis que les pôles ne contiennent que des traces de vapeur d'eau. La concentration de vapeur d'eau diminue considérablement avec l'altitude. La haute troposphère contient beaucoup moins de vapeur d'eau que l'air proche de la surface, la stratosphère et la mésosphère ne contiennent presque pas de vapeur d'eau, et la thermosphère n'en contient pas du tout.

Les particules d'aérosol. L'air contient également de minuscules particules solides appelées aérosols, telles que la poussière, le sel marin et les cendres des volcans en éruption ou des feux de forêt. Beaucoup de ces particules sont si petites qu'elles sont microscopiques. D'autres sont suffisamment grandes pour être vues. Les aérosols influent sur le climat en contribuant à la formation des nuages et en faisant de l'ombre à la planète en diffusant ou en absorbant la lumière du soleil. Au cours du siècle dernier, la fabrication et l'utilisation généralisée des moteurs à combustion ont augmenté le nombre d'aérosols dans l'atmosphère, les particules s'échappant des cheminées et des tuyaux d'échappement. La combustion du bois et d'autres matériaux ajoute également des particules dans l'air.

La chimie atmosphérique. Comme tout ce qui existe sur Terre, l'air est composé de produits chimiques. Les produits chimiques présents dans l'air se combinent souvent entre eux, ou avec d'autres produits chimiques provenant de la surface de la Terre, par le biais de réactions chimiques. Nombre de ces réactions chimiques contribuent à maintenir des environnements naturels sains et sont vitales pour les plantes et les animaux. L'azote gazeux présent dans l'atmosphère ne fait presque rien, mais l'azote présent ailleurs sur Terre est essentiel à la vie. Grâce au cycle de l'azote, l'azote se retrouve dans le sol et dans l'eau, se lie à d'autres éléments et peut être utilisé par les êtres vivants. L'oxygène de l'atmosphère provoque des réactions d'oxydation qui contribuent à la décomposition de la matière et à la libération d'éléments nutritifs dans les sols, et il est utilisé par les humains et les animaux dans la respiration cellulaire.

La composition de l’air en CO2

La variation de La composition de l’air en altitude

L'air change au fur et à mesure que l'on monte en altitude, L'air semble léger, mais pourtant il exerce une pression sur vous en vous poussant vers le bas sur la surface de la terre. C'est ce qu'on appelle la pression atmosphérique. La pression atmosphérique est élevée au niveau de la mer car toute l'atmosphère exerce une pression sur vous. Lorsque vous êtes au sommet d'une montagne, il y a moins d'air qui pousse sur vous et la pression est faible. Ce changement de pression peut provoquer un claquement d'oreilles lors d'un décollage en avion ou d'une montée en voiture.

Si nous voulons en parler plus précisément, L'atmosphère a des propriétés différentes selon l'altitude. La densité de l'air (le nombre de molécules dans un volume donné) diminue avec l'altitude. C'est pourquoi les personnes qui escaladent de hautes montagnes, comme l'Everest, doivent installer leur camp à différentes altitudes pour permettre à leur corps de s'habituer à la diminution de l'air.

Pourquoi la densité de l'air diminue-t-elle avec l'altitude ? La gravité attire les molécules de gaz vers le centre de la Terre. L'attraction de la gravité est plus forte au niveau de la mer. L'air est plus dense au niveau de la mer où l'attraction gravitationnelle est plus forte.

Les gaz au niveau de la mer sont également comprimés par le poids de l'atmosphère au-dessus d'eux. La force de l'air qui pèse sur une unité de surface est appelée pression atmosphérique. Nous ne sommes pas compressés par ce poids grâce aux molécules à l’intérieur de notre corps qui poussent vers l'extérieur pour équilibrer cette pression de l’air. La pression atmosphérique est ressentie dans toutes les directions, et pas seulement depuis le haut.

À haute altitude, la pression atmosphérique est plus faible et l'air est moins dense qu'à haute altitude. Si vos oreilles se sont déjà "débouchées", vous avez fait l'expérience d'un changement de pression atmosphérique. Des molécules de gaz se trouvent à l'intérieur et à l'extérieur de vos oreilles. Lorsque vous changez rapidement d'altitude, comme lorsqu'un avion descend, votre oreille interne maintient la densité des molécules à l'altitude initiale. Finalement, les molécules d'air à l'intérieur de votre oreille se déplacent soudainement à travers un petit tube dans votre oreille pour égaliser la pression. Cette brusque poussée d'air est ressentie comme une sensation de claquement.

Bien que la densité de l'atmosphère change avec l'altitude, sa composition reste la même avec l'altitude, à une exception près. Dans la couche d'ozone, située entre 20 et 40 km d'altitude, la concentration de molécules d'ozone est plus élevée que dans les autres parties de l'atmosphère.

Quel scientifique a découvert la composition de l’air ? 

Les premières études scientifiques sur la composition de l'atmosphère ont débuté au 18e siècle, lorsque des chimistes tels que Joseph Priestley, Antoine Lavoisier et Henry Cavendish ont effectué les premières mesures de la composition de l'atmosphère.

Joseph Priestley. Il y a quelque 2 500 ans, les Grecs anciens considéraient l'air, avec la terre, le feu et l'eau, comme l'un des quatre éléments constitutifs de la création. Cette notion peut sembler charmante et primitive aujourd'hui. Mais elle était parfaitement logique à l'époque, et il y avait si peu de raisons de la contester qu'elle a perduré jusqu'à la fin du 18e siècle. Elle aurait pu perdurer encore plus longtemps sans l'intervention d'un chimiste anglais libre-penseur et théologien franc-tireur du nom de Joseph Priestley.

Priestley (1733-1804) était extrêmement productif en recherche et très connu en philosophie. Il a inventé l'eau gazeuse et la gomme à effacer, identifié une douzaine de composés chimiques clés et rédigé un important article sur l'électricité. Ses écrits religieux peu orthodoxes et son soutien aux révolutions américaine et française ont tellement irrité ses compatriotes qu'il a dû fuir l'Angleterre en 1794. Il s'est installé en Pennsylvanie, où il a poursuivi ses recherches jusqu'à sa mort.

Antoine Lavoisier (1743-1794) , âgé de 17 ans, quitte le collège Mazarin à Paris en 1761, la chimie peut difficilement être considérée comme une véritable science. Contrairement à la physique, qui avait atteint sa maturité grâce aux travaux d'Isaac Newton un siècle plus tôt, la chimie était encore engluée dans l'héritage des philosophes grecs. Les quatre éléments d'Aristote - la terre, l'air, le feu et l'eau - avaient été lentement modifiés par les alchimistes médiévaux, qui y avaient ajouté leur propre langage et leur propre symbolisme.

Antoine-Laurent Lavoisier a changé à jamais la pratique et les concepts de la chimie en forgeant une nouvelle série d'analyses de laboratoire qui allait mettre de l'ordre dans les siècles catastrophiques, comme la Grèce a pu connaître avec la philosophie ou encore l'alchimie à l’époque médiévale. Le travail de Lavoisier dans l'élaboration des principes de la chimie moderne a conduit les générations futures à le considérer comme un fondateur de cette science.

Henry Cavendish (1731-1810) est un chimiste et physicien exceptionnel. Bien qu'il ne soit pas une figure majeure de l'histoire de la physiologie respiratoire, il a fait d'importantes découvertes sur l'hydrogène, le dioxyde de carbone, l'air atmosphérique et l'eau. L'hydrogène avait déjà été préparé par Boyle, mais ses propriétés n'avaient pas été reconnues ; Cavendish les a décrites en détail, notamment la densité du gaz. Le dioxyde de carbone avait également été étudié auparavant par Black, mais Cavendish a clarifié ses propriétés et mesuré sa densité. Il fut la première personne à analyser avec précision l'air atmosphérique et rapporta une concentration d'oxygène très proche de la valeur actuellement acceptée.

La foire aux questions sur les caractéristiques de l’air 

Quelle est la composition de l'air sur mars ? Un instrument du laboratoire de chimie portable SAM (NASA) a inhalé l'air du cratère Gale et analysé sa composition. Les résultats fournis par SAM ont confirmé la composition de l'atmosphère martienne à la surface : 95% en volume de dioxyde de carbone (CO2), 2,6% d'azote moléculaire (N2), 1,9% d'argon (Ar), 0,16% d'oxygène moléculaire (O2) et 0,06% de monoxyde de carbone (CO). Ils ont également révélé comment les molécules de l'air martien se mélangent et circulent en fonction des changements de pression atmosphérique au cours de l'année. Ces changements sont provoqués lorsque le gaz CO2 gèle au-dessus des pôles en hiver, abaissant ainsi la pression atmosphérique sur la planète suite à la redistribution de l'air pour maintenir l'équilibre de la pression. Lorsque le CO2 s'évapore au printemps et en été et se mélange à travers Mars, il augmente la pression atmosphérique.

Quelle est la composition de l'air au temps des dinosaures ? On a découvert que l'atmosphère de la Terre, il y a 80 millions d'années, contenait 50 % d'oxygène de plus que l'air moderne. Brenner et Landis ont découvert que pour tous les échantillons de gaz prélevés dans de l'ambre vieux de 80 millions d'années, la teneur en oxygène se situait entre 25 et 35 %, avec une moyenne d'environ 30 %. L'air du Crétacé était surchargé d'oxygène.

Quelle est la composition de l'air dans une bouteille de plongée ? Une idée fausse très répandue parmi ceux qui ne connaissent pas la plongée autonome est que les bouteilles des plongeurs sont pleines d'oxygène. S'il est vrai que l'air de la bouteille est en partie composé d'oxygène, ce n'est généralement pas plus que ce que l'on trouve naturellement dans l'air que nous respirons tous, soit environ 21 %. La majorité de cet air est constituée d'azote, à environ 78 %, et le reste est un mélange d'argon, de dioxyde de carbone, de néon et d'hélium, pour n'en citer que quelques-uns. De manière générale, il s'agit de la composition de l'air qui remplit la bouteille d'un plongeur ; la seule différence est que l'air de la bouteille est comprimé, ce qui permet de respirer sous l'eau pendant une durée déterminée.

Quelle est la composition de l'air dans une bulle de savon ? Une bulle de savon est une couche sphérique de film de savon encapsulant de l'air ou du gaz. Le film est constitué d'une fine feuille d'eau prise en sandwich entre deux couches de molécules de savon. Une extrémité de chaque molécule de savon est hydrophile, c'est-à-dire attirée par l'eau. L'autre extrémité est constituée d'une chaîne hydrocarbonée hydrophobe qui tend à éviter l'eau. Les extrémités hydrophobes des molécules de savon se rapprochent de la surface, en essayant d'éviter l'eau, et dépassent de la couche de molécules d'eau. En conséquence, les molécules d'eau se séparent les unes des autres. La distance accrue entre les molécules d'eau entraîne une diminution de la tension superficielle, ce qui permet la formation de bulles.