Atmosphère normalisée

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Cet article traite de l'atmosphère normalisée. La température et la pression de l'air varient d'un point à l'autre de la Terre, et en fonction du temps. Or, ces valeurs ont une grande importance dans de nombreux processus chimiques et physiques, notamment en ce qui concerne les mesures. Il faut donc définir des « conditions normales de température et de pression » (CNTP), le terme « normal » renvoyant à « norme » (valeur arbitraire de référence acceptée par consensus), et non pas « habituel ». On parle aussi de « température et pression normales » (TPN). De nombreuses valeurs sont données pour ces conditions.

On parle aussi de « conditions ambiantes ». Le terme « ambiant » est ambigu, puisque la température « habituelle » dépend du climat et de la saison. Il faut donc aussi définir la notion de « condition ambiante de température et de pression ».

Ceci amène à la définition plus générale d'« atmosphère normalisée ». En effet, la température et la pression de l'atmosphère varient en fonction de la position sur le globe, de l'altitude et du moment (saison, heure de la journée, conditions locales de météorologie,…). Il est donc utile de définir des valeurs « normales » de pression et de température en fonction de l'altitude.

Sommaire

[modifier] Chimie

En chimie, on rencontre deux pressions de référence :

la pression standard, notée p° : 1 bar = 10⁵ Pa ≈ 750 mm Hg ≈ 14,504 psi, recommandée par l'IUPAC ;
la pression normale : 1 atm = 760 mm Hg = 1,013 25·10⁵ Pa ≈ 14,696 psi.

Il n'y a pas de température standard. Il convient donc de toujours préciser la température considérée.

L'expression « Conditions normales de température et de pression » (CNTP) spécifie une température de 0°C (273,15 K) et une pression de 1 atm (définie comme étant 1 013,25 hPa, ou 1,013 25 bar). On peut alors déterminer le volume qu'occupera une mole d'un gaz parfait dans les conditions CNTP en utilisant la loi des gaz parfaits : 22,4 ℓ/mol.

L'expression « Conditions ambiantes de température et de pression » (CATP) spécifie une température de 25°C (298,15 K) et une pression de 1 000 hPa (1 bar). La « température ambiante » est de 25°C ; si la pression n'est pas précisée, on suppose implicitement une pression de 1 000 hPa. Bien qu'il existe des variations à cette définition, la plus commune est la température et la pression auxquelles la constante d'équilibre d'auto-ionisation de l'eau est 1,0·10^-14.

[modifier] Atmosphères normalisées

Lorsque l'on s'intéresse à des variations notables d'altitude, il faut définir des valeurs normalisées selon l'altitude ; ce sont les atmosphères normalisées.

L'atmosphère terrestre est soumise à de nombreuses variations de température et de pression. Bien que les valeurs varient en fonction du moment et de la position sur le globe de manière extrêmement complexe (en raison de nombreux paramètres, comme le relief, l'ensoleillement, l'humidité, les vents, la température des courants marins…), on définit toutefois des valeurs typiques de référence qui ne dépendent que de l'altitude.

De manière globale :

il s'établit un gradient thermique entre le sol, dont la température est gouvernée par la géothermie et l'ensoleillement (effet de corps noir, effet de serre, effet albédo), et l'espace ;
il s'établit un gradient de pression : la pression est créée par le poids de l'air situé au-dessus du lieu considéré ; il faut prendre en compte la compressibilité de l'air ainsi que la variation de la gravité avec l'altitude.

À faible altitude, la pression atmosphérique baisse de 1 hPa chaque fois que l'on s'élève de 8 mètres, et la température baisse d'environ 1 °C chaque fois que l'on s'élève de 150 m (valeur ISA : perte de 6.5°C par kilomètre, soit 1°C pour 154 m).

[modifier] Atmosphère type OACI

L'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) définit l'« atmosphère type OACI » (ISA pour (en) International Standard Atmosphere) comme étant (au niveau de la mer) 101,325 kPa, 15°C et 0 % d'humidité. Ces valeurs sont utilisées pour calculer diverses caractéristiques de performance aéronautique, telles que l'endurance, le rayon d'action, la vitesse aérienne et la consommation de carburant. Pour se reporter à une altitude barométrique autre que le niveau de la mer, la température est ajustée selon le gradient thermique adiabatique prescrit (qui est de -6,5°C/km pour les premiers 11 km).^[1]

En ce qui concerne l'aéronautique :

Au niveau de la mer, l'air est à 15 °C et à 101,325 kPa ;
La troposphère s'étend de 0 à 11 km ; la température décroît linéairement de 6,5°C par km, elle a donc une température de -56,5 °C à la tropopause ;
À la tropopause et à la basse stratosphère, entre 11 et 20 km d'altitude, la température est constante et vaut -56,5 °C ;
Dans la moyenne stratosphère, entre 20 et 32 km, l'air se réchauffe linéairement de +1°C par km, sa température atteint donc -44,5 °C à 32 km d'altitude.

Pour la météorologie, on extrapole ce modèle pour des altitudes plus élevées :

Dans la haute stratosphère, entre 32 et 47 km d'altitude, la température croît linéairement de +2,8°C par km, atteignant -2,5°C à 47 km ;
Dans la stratopause, de 47 à 51 km, la température reste constante à -2,5°C.

Pour l'aéronomie, on étend ce modèle jusqu'à la mésopause, à 85 km d'altitude : la température décroît linéairement et atteint -90°C à cette altitude.

[modifier] Tableau de valeurs

On obtient les valeurs suivantes :

altitude (km)	pression (hPa)	température (°C)
0	1013	15
0,5	955	12
1	900	8,5
1,5	845	5,5
2	794	2
2,5	746	-1
3	700	-4,5
3,5	658	-7,5
4	617	-11
5	541	-17,5
6	471	-24
7	411	-30,5
8	357	-37
9	307	-43,5
10	265	-50
11	227	-56,5
12	194	-56,5
13	165	-56,5
14	141	-56,5
15	119	-56,5
20	55	-46
30	11	-38
40	3	-5
50	0,9	+1
60	2,5 10^-2	-20
100	4,0 10^-4	-64
200	1,3 10^-6	822
300	2,0 10^-7	953
400	4,4 10^-8	973
500	1,1 10^-8	977

[modifier] Atmosphère Army Standard Metro

L'atmosphère Army Standard Metro, utilisée en balistique, définit les conditions au niveau de la mer comme étant 29,5275 in Hg (749,9985 mm Hg) de pression (99,9916 kPa), 59°F (15°C), et 78 % d'humidité.^[2]

[modifier] Voir aussi

[modifier] Articles connexes

[modifier] Sources

↑ Manuel de l'atmosphère type OACI (élargie jusqu'à 80 kilomètres (262 500 pieds)), Doc 7488/3^e édition, 1993
↑ U.S. Army Ballistic Research Laboratory, U.S. Army Aberdeen Proving Ground

v · d · m Données et variables météorologiques
Données de mesure	Albédo • Foudre • Isotherme zéro degré (Niveau de congélation) • Nébulosité • Point de rosée • Point de givrage • Précipitation • Pression atmosphérique • Réflectivité radar • Température • Température de surface de la mer • Température du thermomètre mouillé • Vent • Visibilité (Profondeur optique)
Variables	EIC • EPCD • Indice humidex • Gradient thermique adiabatique • Hélicité • Humidité relative • Humidité absolue • Instabilité latente • Instabilité potentielle • Niveau de condensation par ascension • Niveau de convection libre • Rapport de mélange • Refroidissement éolien • Température équivalente • Température potentielle • Theta-e • Température virtuelle • Tourbillon
Concepts	Convection • Hygrométrie • Évapotranspiration • Indice d'aridité
Diagrammes	Diagramme climatique • Diagramme de Stüve • Émagramme • Hodographe • Skew-T • Téphigramme
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