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L'air : un mélange de gaz

Découvrir la composition de l'air et ses propriétés.

Chimie 6ème Chapitre 6 / 7 ⏱ 4 h

Ce que tu sauras faire à la fin

  • Citer la composition de l'air
  • Mettre en évidence le dioxygène
  • Identifier des sources de pollution de l'air

Ferme la bouche, respire par le nez : tu sens l’air entrer, non ? Pourtant tu ne le vois pas, tu ne le sens presque pas, et il n’a ni goût ni couleur. Beaucoup d’élèves pensent que l’air, c’est « rien du tout », juste du vide. En réalité, l’air est une matière, exactement comme l’eau ou le sable : il a une masse, il occupe de la place, et il est fait de plusieurs gaz mélangés. C’est ce que tu vas découvrir dans ce chapitre.

Tu croises l’air à chaque instant : quand tu gonfles un ballon de baudruche, quand le vent soulève la poussière sur la route, quand tu gonfles ton pneu de vélo, ou quand une bougie d’anniversaire s’éteint sous une cloche en verre. Ce chapitre te donne les outils du chimiste pour comprendre tout cela.

Tu vas apprendre de quoi l’air est fait, comment prouver la présence du dioxygène et du dioxyde de carbone grâce à de vraies expériences, pourquoi l’air peut être comprimé dans un pneu ou une seringue, et enfin pourquoi il faut protéger la qualité de l’air que nous respirons, ici en Afrique comme ailleurs.

1Composition de l’air

Quand tu regardes le ciel, tu ne vois qu’une seule couleur : le bleu. On pourrait croire que l’air est une seule substance. En réalité, l’air est un mélange : plusieurs gaz différents sont mêlés ensemble, sans qu’on puisse les distinguer à l’œil nu.

1.1  L’air, un mélange invisible

Définition

Un mélange est une matière formée de plusieurs substances réunies, sans qu’elles aient réagi entre elles. L’air est le mélange gazeux qui compose l’atmosphère terrestre, celui que nous respirons.

On dit que l’air est un mélange homogène : où que tu prennes un échantillon d’air, à Dakar comme à Abéché, en haut d’un immeuble ou au bord d’un puits, ses gaz sont mélangés de façon uniforme. Impossible de voir, à l’œil, les différents gaz qui le composent : il faut des expériences de chimiste pour les séparer et les identifier.

Attention

L’air n’est pas du vide ! Un ballon de baudruche gonflé pèse un peu plus lourd qu’un ballon dégonflé : l’air a une masse, même si elle est très petite. Un litre d’air pèse environ 1,21,2 g.

1.2  Les proportions de l’air

Grâce à des expériences précises (tu en verras une bientôt), les chimistes ont mesuré les proportions des gaz de l’air. Elles sont presque les mêmes partout sur Terre, et restent stables depuis des millions d’années.

Propriété — l’air sec, en volume
  • Diazote : environ 78 %
  • Dioxygène : environ 21 %
  • Autres gaz : environ 1 % (argon, dioxyde de carbone, et une quantité variable de vapeur d’eau)
Composition de l’air (en volume) 78 % 21 % 1 % Diazote (N₂) — 78 % Dioxygène (O₂) — 21 % Autres gaz — 1 % (argon, CO₂, vapeur d’eau)
Figure 1 — La composition de l’air en volume : il est fait presque uniquement de diazote et de dioxygène.
Exemple — le diazote dans un ballon

Un ballon de baudruche contient 22 L d’air. Quel volume de diazote contient-il ?

  1. V(air)=2V(\text{air}) = 2 L
  2. V(N2)≈2×0,78V(\text{N}_2) \approx 2 \times 0{,}7878 % de l’air est du diazote
  3. ≈\approx1,561{,}56 L

Le ballon contient donc environ 1,561{,}56 L de diazote, et le reste (0,440{,}44 L) est surtout du dioxygène.

Exemple — d’où vient la vapeur d’eau ?

La quantité de vapeur d’eau dans l’air varie beaucoup : elle est forte près d’un fleuve ou d’une lagune (comme à Abidjan), et très faible dans l’air sec et poussiéreux de l’harmattan (comme à Ndjamena en saison sèche). C’est elle qui forme la buée sur un verre d’eau bien froid, un jour humide.

Chimie & Co — Lavoisier pèse l’air

Pendant longtemps, on a cru que l’air était une substance unique, impossible à diviser. C’est le savant français Antoine Lavoisier qui, en 1777, prouve le contraire. Il enferme du mercure liquide dans un vase clos, avec un volume d’air connu, et chauffe pendant plusieurs jours.

Peu à peu, le mercure se couvre d’une poudre rouge, et le volume d’air restant dans le vase diminue d’environ un cinquième. Lavoisier en déduit que l’air est un mélange d’au moins deux gaz : l’un se combine au mercure (il le nommera plus tard oxygène), l’autre ne réagit pas du tout. Cette expérience, restée célèbre, marque la naissance de la chimie moderne.

2Le dioxygène et le diazote

L’air est donc surtout fait de deux gaz. Ils portent des noms proches, mais ils ont des rôles très différents : l’un nous fait vivre, l’autre est presque un figurant.

2.1  Le diazote, le gaz discret

Définition

Le diazote, noté N2\text{N}_2, est le gaz le plus abondant de l’air (7878 %). C’est un gaz incolore, inodore (sans odeur), qui n’entretient ni la respiration ni les combustions.

Le diazote est presque un « figurant » chimique : il occupe de la place dans l’air, mais il ne réagit presque avec rien. C’est justement pour cela qu’il est utile ! Les industries alimentaires l’utilisent pour remplir certains sachets de chips ou de biscuits, à la place de l’air normal : sans dioxygène pour les faire rancir, les aliments se conservent plus longtemps.

2.2  Le dioxygène, le gaz de la vie

Définition

Le dioxygène, noté O2\text{O}_2, représente environ 2121 % de l’air. C’est le gaz indispensable à la respiration des êtres vivants et il est nécessaire à toute combustion.

Propriété

Sans dioxygène : pas de respiration, pas de flamme, pas de combustion. Le dioxygène est consommé par ces deux phénomènes, et il est peu à peu remplacé par du dioxyde de carbone.

Exemple — la respiration

Quand tu inspires, tes poumons prélèvent une partie du dioxygène de l’air. Quand tu expires, l’air que tu rejettes contient moins de dioxygène et plus de dioxyde de carbone que l’air que tu as inspiré. C’est pour cela qu’une pièce fermée, pleine de monde, sans aération, devient vite étouffante.

Exemple — la combustion

Un feu de bois, la flamme d’une bougie, le moteur d’une voiture : toutes ces combustions consomment du dioxygène. C’est pourquoi un feu s’éteint si on l’enferme hermétiquement : il finit par manquer d’air neuf, donc de dioxygène.

Attention

Ne confonds jamais « air » et « dioxygène » ! Tu ne respires pas de l’oxygène pur : tu respires de l’air, un mélange où le dioxygène n’est qu’un gaz parmi d’autres. Respirer du dioxygène pur trop longtemps est même dangereux : à l’hôpital, il n’est utilisé qu’en petite quantité, mélangé, et sous contrôle médical.

3Mise en évidence du dioxygène

Le dioxygène est invisible. Comment être sûr qu’il est vraiment présent dans l’air, et qu’une flamme le consomme réellement ? Les chimistes utilisent deux expériences simples, que tu peux refaire en classe avec ton professeur.

3.1  La bougie sous le bocal

Méthode — mettre en évidence la consommation du dioxygène

On allume une bougie fixée sur une coupelle. On la recouvre d’un bocal en verre renversé, sans laisser d’air neuf entrer. On observe, chronomètre en main.

Après quelques secondes seulement, la flamme faiblit, puis s’éteint complètement. Ce n’est pas un hasard : le bocal enferme une quantité d’air limitée, qui ne peut plus être renouvelée depuis l’extérieur.

Avant Après quelques secondes La flamme brûle : elle consomme le dioxygène. Le dioxygène manque : la flamme s’éteint.
Figure 2 — La bougie sous le bocal : la flamme consomme peu à peu le dioxygène enfermé, puis s’éteint quand il vient à manquer.
Idée de l’explication

Une combustion a besoin de dioxygène pour continuer à brûler. Dans un bocal fermé, ce dioxygène ne peut pas être renouvelé depuis l’extérieur. Au fil des secondes, il y a donc de moins en moins de dioxygène disponible, et de plus en plus de dioxyde de carbone (produit par la combustion). Quand il ne reste presque plus de dioxygène, la combustion ne peut plus continuer : la flamme s’éteint.

Il reste alors, dans le bocal, surtout du diazote (qui n’a pas réagi) et du dioxyde de carbone (formé par la combustion).

Exemple — un bocal plus grand

Si on refait l’expérience avec un bocal deux fois plus grand, la bougie brûle plus longtemps avant de s’éteindre. Explication : un grand bocal contient, au départ, une plus grande quantité de dioxygène.

Attention

Il ne reste pas « plus d’air du tout » dans le bocal après l’expérience ! Il reste du diazote (qui ne brûle jamais) et du dioxyde de carbone. C’est seulement le dioxygène qui a été consommé.

3.2  Le test à l’eau de chaux

Définition

L’eau de chaux est une solution transparente utilisée en chimie pour reconnaître le dioxyde de carbone. Elle devient trouble (blanchâtre) au contact de ce gaz.

Méthode — reconnaître le dioxyde de carbone

On verse un peu d’eau de chaux limpide dans un tube. On y fait passer, en petites bulles, le gaz à tester : par exemple en soufflant dedans avec une paille, ou en y faisant barboter l’air prélevé dans le bocal de la bougie éteinte.

Avant Après on souffle : + CO₂ (dioxyde de carbone) Eau de chaux limpide Eau de chaux trouble (présence de CO₂ confirmée)
Figure 3 — Le test à l’eau de chaux : limpide au départ, elle se trouble dès qu’elle est mise en contact avec du dioxyde de carbone.
Propriété

Si l’eau de chaux se trouble, c’est que le gaz testé contient du dioxyde de carbone. Si elle reste limpide, il n’y en a pas, ou presque pas.

Exemple — relier les deux expériences

Si on récupère le gaz du bocal juste après l’extinction de la bougie, et qu’on le fait barboter dans l’eau de chaux, elle se trouble. Cela confirme que la combustion de la bougie a bien produit du dioxyde de carbone, en plus de consommer du dioxygène. Les chimistes notent cette transformation ainsi (tu la retrouveras plus tard) : dioxyde de carbone + eau de chaux →\rightarrow carbonate de calcium (le trouble blanc) + eau, soit CO2+Ca(OH)2→CaCO3+H2O\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}.

Chimie & Co — Joseph Black et « l’air fixé » (1754)

En 1754, à Édimbourg, le chimiste écossais Joseph Black chauffe du calcaire (une roche riche en carbonate de calcium) et récupère un gaz étrange. Il l’appelle « l’air fixé », car il pense qu’il était resté prisonnier, « fixé », à l’intérieur de la roche.

Black montre que ce gaz trouble l’eau de chaux, tout comme l’air que nous expirons. C’est notre dioxyde de carbone actuel. Cette découverte est l’une des toutes premières fois qu’un gaz différent de l’air ordinaire est étudié avec méthode : elle ouvre la voie à la chimie des gaz.

4Compressibilité de l’air

As-tu déjà gonflé un pneu de vélo à la pompe ? Plus tu pompes, plus tu sens une résistance forte : tu es en train de comprimer l’air à l’intérieur. Voyons ce que cela signifie vraiment.

4.1  L’air peut être comprimé

Définition

La compressibilité est la capacité d’une matière à voir son volume diminuer sous l’effet d’une pression, sans que sa masse ne change.

Dans un gaz, les particules qui le composent sont très espacées : il y a beaucoup de vide entre elles. Quand on comprime le gaz, on rapproche ces particules les unes des autres. Le volume diminue, mais la quantité de gaz (donc sa masse) reste exactement la même : rien n’a disparu.

Propriété

Un gaz, comme l’air, est très compressible : son volume peut diminuer fortement. Un liquide, comme l’eau, est (presque) incompressible : impossible de réduire notablement son volume en le comprimant.

Avant : grand volume Après : volume réduit V₁ = 60 mL 9 particules d’air, espacées F on pousse V₂ = 20 mL les 9 mêmes particules, resserrées
Figure 4 — La seringue bouchée : en poussant le piston, on rapproche les particules d’air ; leur nombre ne change pas, seul le volume qu’elles occupent diminue.
Exemple — comprimer une seringue

Une seringue bouchée contient 6060 mL d’air, piston tiré. On pousse le piston jusqu’à ce que le volume affiché soit 2020 mL.

  1. V1=60V_1 = 60 mL (avant)
  2. V2=20V_2 = 20 mL (après)
  3. ⇒\Rightarrowle volume a été divisé par 3360÷20=360 \div 20 = 3

La quantité d’air (donc sa masse) n’a pas changé : seul le volume qu’elle occupe a diminué.

4.2  Des applications autour de toi

La compressibilité de l’air est utilisée partout : dans le pneu de vélo ou de voiture, le ballon de basket, la bombe aérosol (déodorant, peinture), le coussin gonflable de sécurité d’une voiture, ou la bouteille d’un plongeur.

Exemple — la bouteille du plongeur

Une bouteille de plongée contient de l’air très comprimé : plus de 200200 fois plus qu’à l’air libre, dans le même volume. Cela permet de transporter une grande quantité d’air respirable dans une bouteille de taille raisonnable, pratique pour nager sous l’eau.

Attention

Ne jamais chauffer ni jeter au feu une bombe aérosol (déodorant, peinture, insecticide) ! Le gaz comprimé à l’intérieur se dilate fortement sous la chaleur et peut faire exploser le récipient.

5Pollution atmosphérique

L’air que nous respirons n’est pas toujours aussi pur qu’on le voudrait. En ville comme à la campagne, certaines activités — humaines ou naturelles — le chargent de substances gênantes, parfois dangereuses pour la santé.

5.1  Les sources de pollution de l’air

Définition

La pollution de l’air est la présence, dans l’air, de substances gênantes ou dangereuses pour la santé, en quantité anormalement élevée.

Certaines sources sont naturelles, d’autres sont humaines. Regarde autour de toi : la pollution de l’air a souvent plusieurs origines qui se combinent.

D’où vient la pollution de l’air, chez toi ? Fumée de cuisine (bois, charbon) Poussières de l’harmattan (vent chargé de sable) Gaz d’échappement des véhicules Bon geste : aérer la maison chaque jour.
Figure 5 — Trois sources de pollution de l’air très présentes en Afrique de l’Ouest et du Centre, et le geste simple qui limite leurs effets : aérer.
Exemple — les poussières de l’harmattan

De décembre à février, un vent sec chargé de sable souffle depuis le Sahara vers Ndjamena, Bamako, Abéché ou Ouagadougou. Le ciel devient brumeux et l’air se charge de très fines particules, qui peuvent irriter les yeux et les voies respiratoires.

Exemple — la fumée de cuisine

Beaucoup de familles cuisinent au bois ou au charbon de bois, parfois dans un espace peu ventilé. Ces fumées contiennent de fines particules et des gaz gênants. Bien aérer la cuisine, ou cuisiner sous un auvent ouvert, réduit fortement ce risque.

Attention

Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz invisible, inodore et très dangereux, produit par une combustion incomplète (poêle, groupe électrogène, brasero) dans un endroit fermé. Il faut toujours aérer une pièce où brûle un feu ou tourne un moteur.

5.2  Protéger la qualité de l’air

Propriété — bien aérer

Ouvrir portes et fenêtres quelques minutes chaque jour renouvelle l’air intérieur : il chasse les polluants accumulés et fait entrer de l’air neuf, riche en dioxygène.

Quelques gestes simples limitent la pollution de l’air : aérer son logement chaque jour, éviter de brûler les déchets à l’air libre, entretenir régulièrement les moteurs, préférer, quand c’est possible, un foyer de cuisson économe en bois.

Pour finir, un mot sur un phénomène que tu approfondiras plus tard : l’effet de serre. Certains gaz de l’air, comme le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau, retiennent une partie de la chaleur du Soleil renvoyée par la Terre, un peu comme les vitres d’une serre de jardinier. En petite quantité, c’est utile : sans cet effet, la Terre serait beaucoup trop froide. Mais si les activités humaines ajoutent trop de dioxyde de carbone dans l’air (en brûlant du charbon, du pétrole ou du gaz), la Terre se réchauffe davantage que prévu : c’est ce qu’on appelle le changement climatique.

Chimie & Co — Fourier et la chaleur retenue par l’air

En 1824, le savant français Joseph Fourier s’interroge sur la température de la Terre. Il remarque que l’atmosphère laisse bien passer la lumière du Soleil, mais retient une partie de la chaleur que la Terre renvoie ensuite vers l’espace — un peu comme les vitres d’une serre de jardinier retiennent la chaleur à l’intérieur.

Cette intuition de Fourier est la toute première pierre de ce qui deviendra, bien plus tard, la science du climat. Aujourd’hui, les climatologues du monde entier mesurent précisément ce phénomène pour comprendre le réchauffement de la planète.

Fiche mémo

  • L’air est un mélange invisible et homogène de plusieurs gaz.
  • Composition en volume : diazote N2\text{N}_2 7878 % — dioxygène O2\text{O}_2 2121 % — autres gaz 11 % (argon, CO₂, vapeur d’eau).
  • Le diazote n’entretient ni la respiration ni les combustions.
  • Le dioxygène est indispensable à la respiration et à toute combustion.
  • Une bougie sous un bocal fermé s’éteint quand le dioxygène disponible est épuisé.
  • Il reste alors surtout du diazote et du dioxyde de carbone dans le bocal.
  • L’eau de chaux limpide devient trouble en présence de dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2.
  • Une combustion consomme du dioxygène et produit du dioxyde de carbone.
  • Un gaz est très compressible (particules espacées) ; un liquide est presque incompressible.
  • Comprimer un gaz rapproche ses particules, sans changer leur nombre ni sa masse.
  • La pollution de l’air a des sources naturelles (poussières de l’harmattan) et humaines (fumées de cuisine, gaz d’échappement).
  • Le monoxyde de carbone (CO), invisible et inodore, est dangereux en espace fermé mal aéré : il faut toujours aérer.
  • Certains gaz de l’air retiennent la chaleur du Soleil : c’est l’effet de serre, utile en petite quantité, dangereux en excès.

6Exercices corrigés

Niveau 1 — Application directe
1

Cite les deux gaz principaux qui composent l’air, et donne leur proportion approximative (en pourcentage).

Voir le corrigé détaillé

Les deux gaz principaux de l’air sont le diazote N2\text{N}_2, qui représente environ 7878 % du volume, et le dioxygène O2\text{O}_2, qui en représente environ 2121 %. Ensemble, ils forment donc environ 9999 % de l’air ; le dernier pourcent est partagé entre l’argon, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau.

2

Dis si chaque affirmation est vraie ou fausse, et corrige celles qui sont fausses.

  1. L’air est un mélange homogène de plusieurs gaz.
  2. Le diazote entretient très bien les combustions.
  3. Le dioxygène représente environ 2121 % du volume de l’air.
  4. L’eau de chaux se trouble en présence de dioxygène.
Voir le corrigé détaillé

1. Vrai.

2. Faux — c’est le dioxygène qui entretient les combustions ; le diazote ne les entretient pas.

3. Vrai.

4. Faux — l’eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone, pas de dioxygène.

3

Un ballon de baudruche contient 55 L d’air. Calcule le volume de dioxygène qu’il contient (on prendra 2121 % pour la proportion de dioxygène).

Voir le corrigé détaillé
  1. V(O2)=5×0,21V(\text{O}_2) = 5 \times 0{,}21
  2. ==1,051{,}05 L
4

Une bougie allumée est recouverte d’un bocal en verre fermé. Décris en deux phrases ce qui se passe, et explique pourquoi.

Voir le corrigé détaillé

Après quelques secondes, la flamme faiblit puis s’éteint complètement. Cela se produit car le dioxygène enfermé dans le bocal est peu à peu consommé par la combustion, sans pouvoir être renouvelé depuis l’extérieur ; quand il n’en reste plus assez, la flamme ne peut plus brûler.

5

Complète la phrase : « L’eau de chaux ______ devient ______ en présence de ______. »

Voir le corrigé détaillé

« L’eau de chaux limpide devient trouble en présence de dioxyde de carbone. »

6

Classe ces trois matières de la plus compressible à la moins compressible : l’eau, l’air, une pierre.

Voir le corrigé détaillé

L’air (un gaz) est très compressible. L’eau (un liquide) est presque incompressible. Une pierre (un solide) n’est pas compressible du tout.

Ordre, du plus au moins compressible : air > eau > pierre.

Niveau 2 — Approfondissement
7

Un bocal fermé contient 1010 L d’air. On y brûle une bougie jusqu’à son extinction. On considère qu’environ un tiers du dioxygène initialement présent a été consommé au moment où la flamme s’éteint.

  1. Calcule le volume de dioxygène initialement présent dans le bocal.
  2. Calcule le volume de dioxygène consommé par la combustion.
  3. Déduis-en le volume de dioxygène restant dans le bocal après l’extinction.
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. V(O2 initial)=10×0,21V(\text{O}_2 \text{ initial}) = 10 \times 0{,}21
  2. ==2,12{,}1 L

2.

  1. V(consommeˊ)=2,1÷3V(\text{consommé}) = 2{,}1 \div 3
  2. ==0,70{,}7 L

3.

  1. V(restant)=2,1−0,7V(\text{restant}) = 2{,}1 - 0{,}7
  2. ==1,41{,}4 L
8

Une seringue, bouchée à son extrémité, contient 9090 mL d’air. On pousse le piston jusqu’à ce que le volume affiché soit 3030 mL, puis on relâche jusqu’à revenir à 9090 mL.

  1. Que se passe-t-il, au niveau des particules d’air, lors de la compression (90→3090 \to 30 mL) ?
  2. Que se passe-t-il lors du relâchement (30→9030 \to 90 mL) ?
  3. La masse d’air contenue dans la seringue a-t-elle changé au cours de l’expérience ?
Voir le corrigé détaillé

1. Les particules d’air, initialement espacées, se rapprochent les unes des autres : le volume qu’elles occupent diminue, mais leur nombre reste identique.

2. Les particules s’éloignent de nouveau les unes des autres : le volume augmente et reprend sa valeur initiale.

3. Non, la masse d’air n’a pas changé : aucune particule n’est entrée ni sortie de la seringue bouchée. Seul le volume qu’elles occupent a varié.

9

On teste deux gaz A et B. Le gaz A trouble l’eau de chaux. Le gaz B ne la trouble pas, mais une bûchette incandescente approchée de ce gaz se rallume en flammant vivement. Identifie les gaz A et B, en justifiant chaque réponse.

Voir le corrigé détaillé

Le gaz A trouble l’eau de chaux : c’est donc le dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2, puisque c’est la propriété caractéristique de l’eau de chaux.

Le gaz B fait se rallumer une bûchette incandescente : c’est le test caractéristique du dioxygène O2\text{O}_2, qui entretient vivement les combustions.

10

Un camarade affirme : « Après l’expérience de la bougie sous le bocal, il n’y a plus du tout d’air dans le bocal. » A-t-il raison ? Corrige son erreur avec tes propres mots.

Voir le corrigé détaillé

Non, il a tort. Il reste bien de l’air dans le bocal après l’expérience, mais sa composition a changé : il contient toujours le diazote initial (qui n’a pas réagi), et il contient en plus le dioxyde de carbone produit par la combustion. C’est seulement le dioxygène qui a été, en grande partie, consommé.

Niveau 3 — Défi
11

Un bocal fermé contient exactement 11 L d’air.

  1. Calcule le volume de dioxygène initialement présent dans ce litre d’air.
  2. On admet que la combustion de la bougie s’arrête dès que le volume de dioxygène restant descend en dessous de 0,080{,}08 L (en dessous de ce seuil, la combustion ne peut plus s’entretenir). Calcule le volume de dioxygène consommé par la bougie au moment où elle s’éteint.
  3. Calcule le pourcentage du dioxygène initial qui a été consommé, arrondi à l’unité.
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. V(O2 initial)=1×0,21V(\text{O}_2 \text{ initial}) = 1 \times 0{,}21
  2. ==0,210{,}21 L

2.

  1. V(consommeˊ)=0,21−0,08V(\text{consommé}) = 0{,}21 - 0{,}08
  2. ==0,130{,}13 L

3.

  1. pourcentage=0,130,21×100\text{pourcentage} = \dfrac{0{,}13}{0{,}21} \times 100
  2. ≈\approx61,961{,}9 %
  3. ≈\approx6262 %arrondi à l’unité
Volume de dioxygène dans le bocal (1 L d’air) 0,21 L O₂ initial 0,08 L O₂ restant (limite)
Figure 6 — Le volume de dioxygène chute de 0,210{,}21 L à 0,080{,}08 L, seuil en dessous duquel la bougie s’éteint : environ 6262 % du dioxygène initial a été consommé.
12

Une bouteille de plongée, de volume 1212 L, est remplie d’air comprimé. Elle contient en réalité l’équivalent de 2 4002\,400 L d’air « normal » (non comprimé).

  1. Calcule le facteur de compression de l’air dans cette bouteille (combien de fois l’air a été comprimé).
  2. Sachant que l’air normal contient 2121 % de dioxygène en volume, calcule le volume de dioxygène « équivalent » contenu dans la bouteille.
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. facteur=2 400÷12\text{facteur} = 2\,400 \div 12
  2. ==200200l’air a été comprimé environ 200 fois

2.

  1. V(O2 eˊquivalent)=2 400×0,21V(\text{O}_2 \text{ équivalent}) = 2\,400 \times 0{,}21
  2. ==504504 L
13

On sait que l’eau de chaux permet de mettre en évidence le dioxyde de carbone. Explique pourquoi ce test ne permet pas de prouver la présence du dioxygène, puis propose le test qui permet réellement de mettre en évidence le dioxygène.

Voir le corrigé détaillé

L’eau de chaux réagit avec le dioxyde de carbone, pas avec le dioxygène : elle ne se trouble donc jamais à cause du dioxygène, même s’il y en a beaucoup. Ce test est spécifique au dioxyde de carbone ; il ne dit rien sur le dioxygène présent ou non.

Pour mettre en évidence le dioxygène, on utilise un autre test : on approche du gaz à tester une bûchette qui vient d’être soufflée et qui rougeoie encore (incandescente, mais sans flamme). Si le gaz contient du dioxygène en bonne quantité, la bûchette se rallume et se remet à brûler avec une flamme vive.

Niveau 4 — Problèmes de vie courante
14

Les pneus de Fatou (Dakar). À Dakar, Fatou fait gonfler les pneus de ses deux vélos chez un réparateur. Chaque vélo a 22 pneus ; le gonflage coûte 100100 FCFA par pneu.

  1. Calcule le nombre total de pneus à gonfler.
  2. Calcule le prix total payé par Fatou.
  3. Le réparateur explique qu’un pneu bien gonflé est plus rigide qu’un pneu à moitié dégonflé. En utilisant ce que tu sais sur la compressibilité de l’air, explique pourquoi.
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. 2 veˊlos×2 pneus=42 \text{ vélos} \times 2 \text{ pneus} = 4 pneus

2.

  1. 4×1004 \times 100
  2. ==400400 FCFA

3. Dans un pneu bien gonflé, l’air est fortement comprimé : les particules, très rapprochées, poussent fort sur les parois, ce qui rend le pneu rigide. Dans un pneu à moitié dégonflé, l’air pousse moins fort : le pneu s’écrase plus facilement sous le poids du vélo.

15

Les masques de l’harmattan (Ndjamena). Pendant la saison de l’harmattan, une pharmacie de Ndjamena vend des masques anti-poussière à 250250 FCFA l’unité. Une famille de 66 personnes veut s’équiper pour 55 jours, chaque personne changeant de masque chaque jour.

  1. Calcule le nombre total de masques nécessaires.
  2. Calcule le coût total pour la famille.
  3. Explique en une phrase pourquoi ces masques sont utiles pendant l’harmattan.
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. 6×5=306 \times 5 = 30 masques

2.

  1. 30×25030 \times 250
  2. ==7 5007\,500 FCFA

3. L’harmattan charge l’air de fines poussières de sable qui peuvent irriter les voies respiratoires ; un masque filtre une partie de ces poussières avant qu’elles n’entrent dans les poumons.

16

Le foyer amélioré (Abéché). À Abéché, une famille dépense en moyenne 500500 FCFA de bois par jour pour cuisiner sur un foyer traditionnel. Elle envisage d’acheter un foyer amélioré, qui coûte 8 5008\,500 FCFA mais qui consomme deux fois moins de bois et produit moins de fumée dans la maison.

  1. Calcule la dépense quotidienne de bois avec le foyer amélioré.
  2. Calcule l’économie réalisée chaque jour grâce au foyer amélioré.
  3. Calcule au bout de combien de jours cette économie permet de rembourser le prix d’achat du foyer.
  4. Cite un avantage du foyer amélioré pour la qualité de l’air respiré à l’intérieur de la maison.
Voir le corrigé détaillé

1.

  1. 500÷2500 \div 2
  2. ==250250 FCFA/jour

2.

  1. 500−250500 - 250
  2. ==250250 FCFA économisés chaque jour

3.

  1. 8 500÷2508\,500 \div 250
  2. ==3434 jours

4. Le foyer amélioré produit moins de fumée : l’air de la cuisine reste plus respirable, avec moins de particules et moins de monoxyde de carbone.

📝 QCM de fin de leçon — 20 questions

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L'air, qu'est-ce que c'est vraiment ?

Explication : L'air est une matière : c'est un mélange de plusieurs gaz réunis ensemble, surtout du diazote et du dioxygène.

Comment sait-on que l'air a une masse ?

Explication : Un ballon gonflé contient plus d'air, donc il pèse un peu plus lourd. L'air a bien une masse, même si elle est petite.

Quel est le gaz le plus abondant dans l'air ?

Explication : Le diazote représente environ 7878 % de l'air, c'est le gaz le plus abondant.

Quelle est la proportion approximative de dioxygène dans l'air ?

Explication : Le dioxygène représente environ 2121 % du volume de l'air.

Le diazote, dans l'air, permet-il de respirer ou de faire brûler quelque chose ?

Explication : Le diazote est un gaz discret : il n'entretient ni la respiration ni les combustions. C'est le dioxygène qui joue ce rôle.

Quel gaz de l'air est indispensable à la respiration ?

Explication : Le dioxygène est le gaz de la vie : il est indispensable à la respiration et à toute combustion.

Une bougie allumée est recouverte d'un bocal fermé. Que se passe-t-il ?

Explication : Le bocal enferme une quantité limitée de dioxygène. La combustion le consomme peu à peu ; quand il en manque, la flamme s'éteint.

Après l'extinction de la bougie sous le bocal, que reste-t-il à l'intérieur ?

Explication : Le diazote n'a pas réagi, il reste présent. Le dioxyde de carbone a été produit par la combustion. Seul le dioxygène a été consommé.

Quel gaz reconnaît-on avec le test à l'eau de chaux ?

Explication : L'eau de chaux devient trouble en présence de dioxyde de carbone : c'est le test qui permet de le reconnaître.

Que se passe-t-il quand l'eau de chaux limpide entre en contact avec du dioxyde de carbone ?

Explication : L'eau de chaux, transparente au départ, devient trouble (blanchâtre) au contact du dioxyde de carbone.

Une combustion (comme une flamme) fait quoi avec le dioxygène et le dioxyde de carbone ?

Explication : Toute combustion consomme du dioxygène et produit du dioxyde de carbone.

Qu'est-ce que la compressibilité d'un gaz ?

Explication : La compressibilité, c'est la capacité d'une matière à voir son volume diminuer quand on la comprime, sans que sa masse ne change.

Parmi l'air, l'eau et une pierre, lequel est le plus compressible ?

Explication : Un gaz comme l'air est très compressible car ses particules sont espacées. L'eau (liquide) est presque incompressible, et une pierre (solide) ne l'est pas du tout.

Une seringue bouchée contient 8080 mL d'air. On pousse le piston jusqu'à 2020 mL. Que devient la masse d'air dans la seringue ?

Explication : La seringue est bouchée : aucune particule d'air n'entre ni ne sort. Le volume diminue mais la masse d'air reste la même.

Une seringue contient 6060 mL d'air. On pousse le piston jusqu'à 3030 mL. Le volume a été divisé par combien ?

Explication :
60÷30=260 \div 30 = 2
Le volume a donc été divisé par 22.

Un ballon contient 33 L d'air. Combien de litres de diazote contient-il environ (on prend 7878 %) ?

Explication :
3×0,78=2,343 \times 0{,}78 = 2{,}34 L de diazote.

Pourquoi ne faut-il jamais chauffer une bombe aérosol ?

Explication : Chauffé, le gaz comprimé à l'intérieur se dilate fortement : la pression augmente jusqu'à faire exploser le récipient.

Pourquoi le monoxyde de carbone (CO) est-il particulièrement dangereux ?

Explication : Le monoxyde de carbone est invisible et sans odeur : on ne peut pas le sentir arriver, ce qui le rend très dangereux dans une pièce mal aérée.

Quel geste simple permet de limiter la pollution de l'air à l'intérieur d'une maison ?

Explication : Ouvrir portes et fenêtres chaque jour renouvelle l'air intérieur : cela chasse les polluants et fait entrer de l'air neuf riche en dioxygène.

On teste un gaz avec une bûchette qui rougeoie sans flamme (incandescente) : elle se rallume vivement. Quel gaz vient-on de mettre en évidence ?

Explication : Une bûchette incandescente qui se rallume est le test caractéristique du dioxygène, qui entretient vivement les combustions.
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