air

Fluide gazeux composé, constituant l'atmosphère terrestre

Historique de l’analyse de l’air

Les Anciens croyaient que l'air était l'un des quatre éléments de la nature. En 1668, John Mayow soupçonna l'existence de l'oxygène, découvert par Joseph Priestley, en 1774. Antoine Laurent de Lavoisier, en 1777, fit la première analyse de l'air. Enfin, William Ramsay, frappé par la différence de densité (1/200) entre l'azote extrait d'un composé azoté et l'azote extrait de l'air par enlèvement de l'oxygène, découvrit les gaz rares.

Composition chimique de l’air

L'air est un mélange qui, débarrassé de la vapeur d'eau et du gaz carbonique (air pur), a une composition remarquablement constante en volume : 78,09 % d’azote, 20,95 % d’oxygène, 0,93 % d’argon, 0,001 8 % de néon, 0,000 524 % d’hélium, etc. La teneur de l'air en vapeur d'eau varie selon son état hygrométrique, ou humidité relative. Sa teneur en dioxyde de carbone (ou gaz carbonique) est d'environ 0,03 %.

Caractéristiques physiques de l’air

Couleur du ciel

L'air est un gaz dénué d'odeur et de saveur ; incolore et transparent sous une faible épaisseur, il devient bleu sous une grande épaisseur par suite de la diffusion de la lumière par les molécules le constituant (phénomène découvert par John Tyndall et John Rayleigh).

Pression de l’air

Sa pesanteur a été mise en évidence par Galilée. Un litre d'air pur, à 0 °C et sous 76 cm de mercure (1 013 hPa), pèse 1,293 g. La pression atmosphérique, qui résulte de cette pesanteur, a été prouvée par Evangelista Torricelli à Florence en 1643. (→ baromètre.)

L’air liquide

Considéré longtemps comme un gaz permanent, l'air a été liquéfié en 1877 par Louis Paul Cailletet et par Raoul Pierre Pictet. Carl von Linde, en 1895, a rendu cette opération industrielle ; le rendement a été amélioré par le procédé de Georges Claude en 1902. L'air liquide est incolore ; il bout de – 193 °C à – 182 °C. Sa distillation fractionnée permet de préparer l'azote, l'oxygène et les gaz rares.

Les réactions chimiques de l’air

L'air agit par son oxygène (combustion, oxydation, respiration) et par ses impuretés (vapeur d'eau, gaz carbonique) qui provoquent la corrosion : l'aluminium s'oxyde, le fer s'oxyde et s'hydrate ; le cuivre, le zinc, le plomb, sous la triple action de l'oxygène, de l'eau et du gaz carbonique, se recouvrent d'une couche de carbonate basique.

Utilisations de l'air

En raison de son abondance, l'air est utilisé soit comme fluide moteur (air comprimé), soit comme matière première ; par liquéfaction, il est possible de séparer les nombreux gaz qui le constituent : oxygène, azote et gaz rares (argon, hélium, néon, krypton, xénon).

Air comprimé

Il a de nombreuses applications du fait de sa facilité d'emploi aux pressions inférieures à 10 bars. Fluide de transport d'énergie, il est à la base du fonctionnement des vérins pneumatiques, des turbines à air et de certains outils à percussion (marteau piqueur, entre autres), et sert également dans les éjecteurs, les pulvérisateurs et le transport de matériaux pulvérulents.

L'air suit les lois de dilatation et de compressibilité des gaz parfaits. La masse volumique de l'air à 0 °C et à la pression normale (1 013 hPa) est de 1,293 kg/m³.

Comme agent comburant, l'air comprimé est utilisé à très grande échelle dans les combustions et pour les traitements oxydants, notamment dans les industries métallurgiques et chimiques. L'air comprimé est produit par des compresseurs, qui sont des machines alternatives ou rotatives. L'addition d'un grand nombre d'étages permet de réaliser des machines qui atteignent des pressions très élevées (plus de 100 bars).

Air liquide

Les gaz liquéfiés ont une très grande puissance frigorifique ; de ce fait, ils offrent une importante gamme d'applications : en métallurgie, la trempe et le filage des métaux s'effectuent dans de meilleures conditions ; en plasturgie, l'extrusion-soufflage des plastiques et l'ébavurage des caoutchoucs sont facilités grâce au durcissement apporté par l'azote liquide ; de même, le durcissement cryogénique permet la mise en forme des matériaux mous ou leur broyage en poudre très fine. Dans les travaux publics, la congélation des sols par la circulation de liquides cryogéniques permet leur consolidation temporaire, et facilite ainsi le travail en terrain instable. Cette technique est tout particulièrement employée pour le creusement de tunnels sous les rivières ou les routes. L'industrie agroalimentaire utilise la surgélation pour bloquer la prolifération microbienne tout en respectant la structure des produits fragiles et en sauvegardant l'arôme.