Atmosphère normalisée
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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 (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) et de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) (CNTP), le terme normal signifiant norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus...) (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 (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) pour ces conditions.

On parle aussi souvent de " conditions ambiantes ". Le terme " ambiant " est ambigu, puisque la température " habituelle " dépend du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la...) et de la saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau Solstice et Équinoxe ci-dessous),...). Il faut donc aussi définir la notion de condition ambiante de température et de pression.

Ceci amène à la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) plus générale d'atmosphère normalisée (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...). En effet, la température et la pression de l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) varient en fonction de la position sur le globe, de l'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la répartition...) et du moment (saison, heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« 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 (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces...)

En chimie, on rencontre deux pressions de référence :

  • la pression standard, notée p° : 1 bar = 105 Pa ≈ 14,504 psi (Pour les articles homonymes, voir Psi et Psy.), 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 (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) qu'occupera une mole d'un gaz parfait (Le gaz parfait est un modèle thermodynamique décrivant le comportement de tous les gaz réels à basse pression p.) dans les conditions CNTP en utilisant la loi des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la...) 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 (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) 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 (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé pour caractériser la forme de la surface de la Terre.), l'ensoleillement, l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).), 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 (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts...) entre le sol, dont la température est gouvernée par la géothermie (La géothermie, du grec géo (la terre) et thermie (la chaleur), est la science qui étudie les phénomènes thermiques internes du globe terrestre et la technique qui vise à l'exploiter. Par extension,...) et l'ensoleillement (effet de corps noir (En physique, un corps noir désigne un objet idéal dont le spectre électromagnétique ne dépend que de sa température. En pratique, un tel objet matériel n'existe...), effet de serre (L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas...), effet albédo), et l'espace ;
  • il s'établit un gradient de pression : la pression est créée par le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la...) de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de...) situé au-dessus du lieu considéré ; il faut prendre en compte la compressibilité (La compressibilité est une caractéristique d'un corps, définissant sa variation relative de volume sous l'effet d'une pression appliquée. C'est une valeur très grande pour les gaz, faible pour les...) de l'air ainsi que la variation de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) avec l'altitude.

À faible altitude, la pression atmosphérique (La pression atmosphérique est la pression de l'air en un point quelconque d'une atmosphère.) 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 (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,...)

L'Organisation (Une organisation est) de l'aviation civile (L'aviation civile désigne tout ce qui est relatif à l'aviation non militaire. Cela englobe donc le transport civil de passagers et de marchandises.) 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 (L'aéronautique inclut les sciences et les technologies ayant pour but de construire et de faire évoluer un aéronef dans l'atmosphère terrestre.), telles que l'endurance (L'endurance est la capacité de maintenir dans le temps un certain niveau d'intensité exigée.), le rayon d'action, la vitesse (On distingue :) aérienne et la consommation de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique.). Pour se reporter à une altitude barométrique autre que le niveau de la mer (Le niveau de la mer est la hauteur moyenne de la surface de la mer, par rapport à un niveau de référence adéquat.), la température est ajustée selon le gradient thermique adiabatique (Le gradient thermique adiabatique est, dans l'atmosphère terrestre, la variation (gradient) de température de l'air avec l'altitude qui ne dépend que de la pression atmosphérique, c'est-à-dire :) prescrit (qui est de -6,5°C/km pour les premiers 11 km). [1]

Donc :

  • au niveau de la mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.), l'air est à 15 °C et à 1 013 hPa ;
  • la troposphère (La troposphère est la partie de l'atmosphère terrestre située entre la surface du globe et une altitude d'environ 8 à 15 kilomètres, selon la latitude et la saison. Elle est plus épaisse à l'équateur qu'aux pôles. La frontière...) 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 (La tropopause est la limite supérieure de la troposphère et la limite inférieure de la stratosphère. Elle constitue aussi la limite de la biosphère et est la partie la plus froide de la basse...) et à la basse stratosphère (La stratosphère est la seconde couche de l'atmosphère terrestre, se situant au-dessus de la troposphère et sous la mésosphère. Les températures atteintes dans l'atmosphère sont stratifiées, c'est-à-dire que les...), entre 11 et 20 km d'altitude, la température est constante et vaut -56,5 °C ;
  • dans la moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient...) 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 (La météorologie a pour objet l'étude des phénomènes atmosphériques tels que les nuages, les précipitations ou le vent dans le but de comprendre comment ils se forment et évoluent en fonction des...), 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 (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) 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

Atmosphère Army Standard Metro (METRo est un logiciel libre qui fait la prévision de la température et des conditions de la route.)

L'atmosphère Army Standard Metro, qui n'est plus utilisée qu'en balistique (La balistique est la science qui a pour objet l'étude du mouvement des projectiles.), 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]

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