L’air est de la matière
Pour voler, il n’est pas faux de considérer qu’un avion « s’appuie sur l’air ». Mais encore faut-il la densité de gaz soit suffisamment élevée. En s’élevant la masse volumique de l’atmosphère diminue, la portance en fait de même. Et puis, l’avion est également propulsé grâce à des moteurs à combustion qui ont donc besoin de dioxygène pour fonctionner…
La composition de l’atmosphère
L’atmosphère terrestre un mélange de de différents gaz dont les deux principaux représentent 99 %. Il s’agit :
- du diazote (N2) 78 %
- du dioxygène (O2) 21%
Le diazote est peu réactif au contraire du dioxygène qui est un comburant intéressant pour brûler des hydrocarbures. Sa présence est donc essentielle au bon fonctionnement des moteurs à explosion et des réacteurs.
De nombreux autres gaz sont présents en plus petite quantité. Cela ne signifie pas pour autant qu’ils ne jouent aucun rôle. Le dioxyde de carbone, produit de la combustion, est par exemple responsable du réchauffement climatique. La réduction de l’émission de gaz à effet de serre (GES) est une préoccupation des constructeurs aériens.
La vapeur d’eau, responsable de la formation des nuages est un autre gaz minoritaire mais néanmoins important notamment en météorologie. La quantité d’eau présente par m3 d’air est variable. La formation de nuages ou de brouillard est le signe que cette quantité a atteint une limite. On parle alors de saturation.
Par exemple, la saturation peut être atteinte par la production de vapeur d’eau des réacteurs d’avions de ligne ce qui provoque une formation nuageuse dans le sillage de l’avion
La matière est-elle bien répartie dans l’atmosphère ?
L’épaisseur de l’atmosphère est d’environ 400 km. Cependant, il n’existe pas de frontière précise entre l’atmosphère et le vide spatial. L’atmosphère est de moins en moins dense à mesure que l’on s’élève jusqu’à atteindre une densité quasi-nulle. D’ailleurs, dès 300 km d’altitude, l’air est assez rare pour que des satellites puissent être maintenus en orbite. En effet, la traînée (frottements gazeux) y est alors suffisamment faible pour que le ralentissement du satellite par frottement soit négligeable.
En fait, l’air est très mal réparti dans l’atmosphère. Il est très dense dans les bases couches (la moitié de la masse de l’atmosphère est concentrée au dessous de 5000 m d’altitude et 90 % dans les 20 premiers km). C’est pour cette raison que les avions de ligne ne volent pas à beaucoup plus de 10 000 m d’altitude.
Autre conséquence, lorsque l’atmosphère est pauvre en matière, la lumière bleue n’est pas suffisamment diffusée pour que le ciel soit coloré. Cette Photo de la célèbre chute libre de Felix Baumgartner est prise à 35 000 m d’altitude. On observe que le ciel est noir bien que nous soyons loin des limites de l’atmosphère. On distingue le phénomène de diffusion du bleu-ciel sous la forme d’un halo au niveau des basses couches de l’atmosphère.
