Chapitre 4 · La matière
L’air, une matière gazeuse
L’air a une masse et un volume, se comprime, contient du dioxygène et des gaz à effet de serre.
Le cours
À quoi ça sert ?
Gonfler un pneu, c’est ajouter de la matière
Ton pneu de vélo est mou. Quelques coups de pompe et il devient dur : tu as fait entrer de l’air, une matière bien réelle qui a une masse et qui peut être comprimée. En classe, le petit capteur passe au rouge en fin d’heure : l’air s’est chargé du dioxyde de carbone que vous expirez, il faut aérer. Sur la gazinière, la flamme a besoin du dioxygène de l’air. Et dans le ciel, quelques gaz présents en toute petite quantité réchauffent la planète. Comprendre l’air, c’est comprendre la respiration, le feu, le climat et l’air que tu respires chez toi.
À retenir
L’air est de la matière
- L’air occupe un volume : un verre retourné enfoncé dans l’eau ne se remplit pas, car il est plein d’air. Une bouteille « vide » est en réalité pleine d’air.
- L’air a une masse : dans les conditions habituelles, 1 L d’air ≈ 1,2 g, donc 1 m³ (1 000 L) ≈ 1,2 kg. C’est environ 800 fois moins qu’un même volume d’eau (1 L d’eau ≈ 1 kg).
- Preuve : un ballon de football pèse quelques grammes de plus une fois gonflé à la pompe. Ce n’est pas « du vide » ni « de l’énergie » qu’on a ajouté, mais de l’air.
À retenir
Un gaz se comprime et se détend
- Un gaz n’a ni forme ni volume propres : il occupe tout le volume qui lui est offert.
- Dans une seringue bouchée, on peut enfoncer le piston : l’air est compressible. Si on tire le piston, l’air occupe un volume plus grand : il est expansible. Un liquide, lui, est presque incompressible : avec de l’eau, le piston ne bouge quasiment pas.
- Piège : quand l’air est comprimé, sa masse ne change pas ; la même quantité d’air occupe seulement un volume plus petit. Pour augmenter la masse d’air d’un pneu, il faut en faire entrer.
Expérimente
La seringue bouchée
Déplace le piston : plus l’air est comprimé, plus sa teinte est dense et plus il pousse sur le piston. Observe la masse d’air : elle ne change jamais. Passe ensuite à la seringue d’eau : le piston ne bouge pas.
La seringue bouchée contient 60 mL d’air, soit 0,07 g. Déplace le piston : pousse pour comprimer, tire pour détendre.
Exemple
Combien pèse l’air de ta chambre ?
Une chambre de 4 m × 3 m × 2,5 m a un volume de 4 × 3 × 2,5 = 30 m³. Comme 1 m³ d’air ≈ 1,2 kg, l’air de la chambre a une masse d’environ 30 × 1,2 = 36 kg : à peu près la masse d’un enfant de ton âge. Méthode : calculer le volume, le convertir en m³ ou en L, puis multiplier par la masse d’un volume d’air (1,2 kg par m³ ou 1,2 g par L).
À retenir
Mesurer un volume de gaz par déplacement d’eau
- On remplit d’eau un récipient gradué (éprouvette, bouteille), on le retourne dans une cuve d’eau, puis on y fait arriver le gaz par un tuyau. Le gaz monte et chasse l’eau.
- Le volume de gaz recueilli = volume d’eau chassée. On le lit sur les graduations, ou on mesure à l’éprouvette l’eau qui est sortie.
- Attention : s’il y avait déjà de l’air au départ dans le récipient, il faut le soustraire.
À retenir
La composition de l’air
- L’air est un mélange de gaz. En volume, l’air sec contient environ 78 % de diazote, environ 21 % de dioxygène et environ 1 % d’autres gaz : surtout de l’argon (environ 0,9 %), un peu de dioxyde de carbone (environ 0,04 %)…
- S’y ajoute de la vapeur d’eau, en quantité variable selon le temps et le lieu.
- Dans 100 L d’air : environ 78 L de diazote, 21 L de dioxygène, 1 L d’autres gaz. Retenir : environ 4/5 de diazote et 1/5 de dioxygène. « Air » et « oxygène » ne sont donc pas synonymes.
À retenir
Le dioxygène : respirer et brûler
- Nous inspirons un air à environ 21 % de dioxygène et en expirons un air à environ 16 % de dioxygène et 4 % de dioxyde de carbone : le corps prélève une partie du dioxygène, pas tout.
- Une combustion a besoin d’un combustible et de dioxygène. Une bougie sous un bocal s’éteint quand il n’y a plus assez de dioxygène ; un couvercle posé sur une poêle en feu l’étouffe.
- Le diazote, lui, ne sert ni à la respiration ni à la combustion.
À retenir
Gaz à effet de serre et climat
- Le Soleil chauffe le sol ; le sol renvoie de la chaleur vers l’espace ; certains gaz de l’air en retiennent une partie. Ce sont les gaz à effet de serre : vapeur d’eau, dioxyde de carbone, méthane, protoxyde d’azote. Le diazote, le dioxygène et l’argon n’en sont pas.
- L’effet de serre naturel est indispensable : sans lui, la température moyenne sur Terre serait d’environ −18 °C au lieu d’environ 15 °C.
- Les activités humaines le renforcent : combustion du charbon, du pétrole et du gaz (dioxyde de carbone), élevage, rizières et décharges (méthane), engrais (protoxyde d’azote). Le dioxyde de carbone est passé d’environ 0,028 % de l’air avant 1850 à environ 0,042 % aujourd’hui : la planète se réchauffe. Ne pas confondre avec le « trou » de la couche d’ozone, un autre problème.
À retenir
La qualité de l’air
- Dehors, l’air peut être pollué par les fumées des moteurs, du chauffage et des usines (particules fines, dioxyde d’azote…). Lors d’un pic de pollution, on évite les efforts intenses en plein air.
- Dedans, l’air peut être plus pollué que dehors : dioxyde de carbone expiré, humidité, produits ménagers, bougies parfumées, tabac. Le monoxyde de carbone, rejeté par un appareil de chauffage mal entretenu, est invisible, inodore et mortel : seul un détecteur le repère.
- Le réflexe : aérer au moins 10 minutes par jour, même en hiver, en grand plutôt qu’une fenêtre entrouverte toute la journée.
Attention
Au CM, tu as vu que l’air existe et se comprime. En 6e, on attend du quantitatif : calculer une masse d’air (1 L ≈ 1,2 g), mesurer un volume de gaz par déplacement d’eau, lire la composition dans un tableau ou un diagramme et passer des pourcentages aux litres. Réflexe : « air comprimé » ne veut pas dire « plus de masse », et un gaz présent en petite quantité, comme le dioxyde de carbone, peut avoir un grand effet.
Les exercices
Niveau 1 · Découverte
Les bases, pas à pas.Niveau 2 · Entraînement
Les pièges classiques.Niveau 3 · Expert
Pour aller plus loin.