Atmosphère normalisée - Définition

La température et la pression de l'air varient d'un point à l'autre de la Terre, et varient aussi en un point 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 signifiant 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 souvent 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.

Chimie

En chimie, on rencontre deux pressions de référence :

• la pression standard, notée p° : 1 bar = 10⁵ Pa ≈ 14,504 psi, recommandée par l'IUPAC ; elle est proche, mais ne doit pas être confondue avec
• la pression normale 1 atm = 1,013 25·10⁵ Pa ≈ 14,696 psi, qui n'est plus beaucoup utilisée.

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 (abréviation CNTP) spécifie une température de 0°C (273,15 K) et une pression de 1 atm (définie comme étant 101,325 kPa, 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, et on trouve : 22,4 l/mol.

L'expression Conditions ambiantes de température et de pression (abréviation CATP), quant à elle, spécifie une température de 25°C (298,15 K) et une pression de 100 kPa (1 bar). Le terme température ambiante désignant une température de 25 °C ; si la pression n'est pas précisée ailleurs dans le texte, on suppose implicitement une pression de 100 kPa. Bien qu'il existe des variations de 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.

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 100 m.

Atmosphère type OACI

L'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) définit l'atmosphère type OACI (ISA, 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]

Donc :

• au niveau de la mer, l'air est à 15 °C et à 1 013 hPa ;
• 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, elle 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.

Tableau de valeurs

On obtient les valeurs suivantes :

Atmosphère Army Standard Metro

L'atmosphère Army Standard Metro, qui n'est plus utilisée qu'en balistique, définit les conditions au niveau de la mer comme étant 29,5275 mmHg de pression (99,9916 kPa), 59°F (15°C), et 78 % d'humidité. [2]