Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
A

air (suite)

L’air et l’étude des gaz

Un successeur de Paracelse, Jan Baptist Van Helmont (1577-1644), effectua d’importantes recherches sur les « gaz », mot déjà introduit par Paracelse, qui nommait ainsi « l’esprit qui ne peut être contenu dans des vases ni réduit en corps visible si ce n’est après épuisement total de son principe ». Van Helmont s’occupa du gaz carbonique, du gaz des marais, de « l’espèce d’air » (hydrogène) qui se dégage lors de la dissolution du fer dans l’acide et il constata qu’une partie de l’air est consommée au cours du phénomène de combustion. Il avait aussi sa conception de la matière et pensait que l’eau et l’air constituaient les éléments fondamentaux à partir desquels toute matière est composée.

Avec Robert Boyle* (1627-1691), la connaissance de l’air fit d’importants progrès. Ce savant établit d’abord sa loi de compressibilité. Il observa aussi qu’il y a consommation d’air au cours des opérations de combustion, de respiration et de calcination des métaux, et il tenta d’expliquer l’augmentation de poids du plomb et de l’étain au cours d’une calcination par l’intervention d’une substance pesante engendrée par le feu.

C’est dans cette première moitié du xviie s. que fut révélée l’existence de la pression atmosphérique, avec Torricelli puis Pascal. Au milieu du xviie s. fut inventée la pompe à vide et fut présentée par Otto von Guericke la célèbre expérience des hémisphères de Magdebourg.

Désormais les progrès scientifiques se développaient et pourtant, en cette fin du xviie s., Georg Stahl (1660-1734) devait donner une explication malheureuse des phénomènes de combustion et de respiration ainsi que de l’augmentation du poids des métaux calcinés. Se servant, en en précisant le sens, d’un terme déjà utilisé par Van Helmont et Johann Becher, Stahl prétendit que le « phlogistique » était contenu dans toute substance combustible et jouait le rôle décisif au cours de la respiration. Cette théorie trouva durant la majeure partie du xviiie s. un accord très large, et Kant écrivit dans la Critique de la raison pure qu’elle fut une révélation pour tous les savants.

Mais au cours du xviiie s., avec les travaux de Joseph Black (1728-1799), de Cavendish* (1731-1810) puis de Scheele* (1742-1786) et de Priestley (1733-1804), la connaissance des gaz et de l’air allait progresser et, avec les remarquables expériences de Lavoisier*, elle devait aboutir aux bases actuellement admises ainsi qu’à la création d’une réelle science chimique.

Le terme d’« air » servait encore à désigner au xviiie s. certains gaz : ainsi l’« air fixe » était le gaz carbonique et l’« air inflammable » l’hydrogène. Cavendish caractérisa l’hydrogène comme un gaz particulier, mais ce gaz fut considéré comme le phlogistique lui-même et ce fut Lavoisier qui lui donna enfin son nom d’hydrogène. Black décela la présence du gaz carbonique en petites quantités dans l’air ordinaire.

Malgré leur découverte de l’oxygène, Scheele et Priestley étaient demeurés des partisans du phlogistique. Lavoisier, en s’occupant à son tour des phénomènes de combustion, de calcination et de respiration, devait poser les bases d’une chimie scientifique par l’introduction de la mesure des masses et d’une étude quantitative. Il établit le principe de la conservation de la matière et détermina le premier la nature du « principe » (substance) qui se combine aux métaux au cours de la calcination en augmentant leur poids. Il opéra avec le mercure, mais aussi interpréta la combustion du diamant et du soufre.

La composition complexe de l’« azote atmosphérique » fut expliquée en 1894 par la découverte de l’argon par lord Rayleigh (1842-1919) et William Ramsay (1852-1916), suivie par celle du krypton, du xénon et du néon. Enfin Ramsay et Morris Travers découvraient l’hélium (décelé dans une lave puis une pechblende après avoir été observé par Jules Janssen dans la chromosphère solaire, d’où son nom).


La composition de l’air

L’air est un mélange. Si l’on fait abstraction de la vapeur d’eau et si l’on opère loin des causes de pollution, la composition de l’air au voisinage du sol est d’une remarquable constance, probablement sous l’effet d’un brassage dû aux vents. On a trouvé les valeurs suivantes :

Pour l’oxygène, ce pourcentage n’a varié que de 20,88 à 20,96 p. 100 en volume au cours d’une année, mais par très grands froids on est arrivé à en trouver seulement 20,25 p. 100.

La pression partielle de la vapeur d’eau dépasse rarement 75 p. 100 de la pression saturante à la température de cet air.

À côté des constituants déjà indiqués, il existe des constituants occasionnels ; il y a ainsi des substances en suspension formant des aérosols ou retombant au sol, des poussières, des micro-organismes et certains composés, tels que l’ammoniac et l’hydrogène sulfuré, en très faible quantité et souvent liés à des causes locales. Enfin la pollution de l’air par les usines et les gaz provenant des moteurs pose des problèmes de plus en plus complexes avec l’industrialisation de l’activité humaine.

Les mesures faites récemment à l’aide de fusées ont prouvé que la composition de l’air variait beaucoup moins qu’on ne le croyait lorsqu’on s’élève en altitude. Cela est montré par la très faible variation de la masse d’un litre d’air, mesurée dans les conditions normales.


Propriétés physiques

À 0 °C et sous 1 atmosphère, on observe les propriétés suivantes :
masse d’un litre d’air : 1,2932 g ;
conductivité thermique : 58.10–6 petite calorie par centimètre cube, degré et seconde ;
chaleur massique sous pression constante : 0,24 ;
rapport des chaleurs massiques γ (à pression constante et à volume constant) : γ = 1,40 ;
vitesse du son : 331,48 m/s.

L’air est peu soluble dans l’eau ; à 0 °C et sous 1 atmosphère, un litre d’eau en dissout 29 cm3. Ainsi un peu d’air est dissous dans le sang, ce qui peut provoquer des troubles de la circulation lors de la remontée des plongeurs vers la surface. L’air peut être liquéfié et cette opération est devenue industrielle. C’est par liquéfaction fractionnée de l’air que sont fabriqués l’azote et l’oxygène. Pour une pression de 1 atmosphère, le diagramme d’équilibre entre gaz et liquide correspondant à l’air considéré en première approximation comme un mélange binaire d’oxygène et d’azote est reproduit par la figure de la page 297. Le liquide en équilibre avec un gaz à 21 p. 100 d’oxygène contient 48 p. 100 d’oxygène.

H. B.

 G. Claude, Air liquide, oxygène, azote, gaz rares (Dunod, 1926). / C. Duval, l’Air (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1963 ; 2e éd., 1972).