I. La pression d’un gaz
Un gaz appuie, pousse sur toutes les surfaces avec lesquelles il est en contact. Cette action se nomme la pression. Un gaz enfermé dans un récipient exerce une pression sur les parois de ce récipient ; on mesure cette pression à l’aide d’un manomètre.
Le volume d’un gaz peut varier : lors d’une compression, le volume du gaz diminue et sa pression augmente ; lors d’une détente (expansion), le volume du gaz augmente et sa pression diminue. Un gaz est donc à la fois compressible et expansible, contrairement à un liquide ou un solide.
II. La pression atmosphérique
L’air qui nous entoure exerce lui aussi une pression sur tous les corps avec lesquels il est en contact : c’est la pression atmosphérique. On la mesure à l’aide d’un baromètre.
L’expérience historique du physicien italien Torricelli a permis de mesurer la pression atmosphérique : un tube rempli de mercure et retourné dans une cuve de mercure laisse une colonne de mercure soutenue par la pression atmosphérique, d’une hauteur d’environ 76 cm.
III. Les unités de pression
L’unité internationale de pression est le pascal, de symbole Pa. Comme cette unité est petite, on utilise souvent des unités plus grandes :
1 hPa (hectopascal) = 100 Pa 1 bar = 100 000 Pa = 1 000 hPa
On utilise aussi, pour la pression atmosphérique, le centimètre de mercure (cm Hg). La pression atmosphérique normale, mesurée au niveau de la mer, vaut environ :
101 300 Pa ≈ 1 013 hPa ≈ 1 bar ≈ 76 cm Hg
IV. Variation de la pression atmosphérique et applications
La pression atmosphérique n’est pas constante : elle diminue lorsque l’altitude augmente, car la couche d’air au-dessus de nous devient plus fine. C’est pourquoi, en montagne, la pression atmosphérique est plus faible qu’au niveau de la mer.
De nombreux phénomènes et objets de la vie courante s’expliquent par la pression atmosphérique : une ventouse reste collée car la pression atmosphérique extérieure la plaque contre la surface ; en aspirant dans une paille, on diminue la pression à l’intérieur, et la pression atmosphérique pousse le liquide vers le haut ; le vent résulte d’un déplacement d’air des zones de haute pression vers les zones de basse pression.
V. Méthode : convertir et interpréter une pression
Pour convertir et interpréter une valeur de pression, il faut suivre une démarche précise :
1. Identifier l’unité de départ (Pa, hPa, bar ou cm Hg) et l’unité demandée.
2. Utiliser les relations de conversion : 1 hPa = 100 Pa ; 1 bar = 100 000 Pa = 1 000 hPa.
3. Comparer la valeur obtenue à la pression atmosphérique normale (≈ 1 013 hPa) pour l’interpréter : une valeur plus faible peut indiquer une altitude plus élevée ou une perturbation météorologique.
Exercice d’application
Exercice 1. Convertis 100 hPa en Pa, puis en bar.
Exercice 2. Un baromètre indique 2,3 bar. Exprime cette pression en Pa puis en hPa.
Exercice 3. Explique, à l’aide du modèle de la pression atmosphérique, pourquoi une ventouse reste collée sur une surface lisse.
Exercice 4. Un randonneur relève une pression de 850 hPa au sommet d’une montagne, alors que la pression au niveau de la mer est de 1 013 hPa. Que peux-tu en déduire ?
Exercice 5. On pousse le piston d’une seringue dont l’extrémité est fermée. Que deviennent le volume et la pression du gaz enfermé à l’intérieur ?
Corrigés
Corrigé 1. 100 hPa = 100 × 100 = 10 000 Pa. Et 10 000 Pa = 0,1 bar (car 1 bar = 100 000 Pa).
Corrigé 2. 2,3 bar = 2,3 × 100 000 = 230 000 Pa, soit 2 300 hPa.
Corrigé 3. En pressant la ventouse contre la surface, on chasse l’air qu’elle contenait : la pression à l’intérieur devient plus faible que la pression atmosphérique extérieure, qui plaque alors la ventouse contre la surface.
Corrigé 4. La pression au sommet (850 hPa) est inférieure à la pression au niveau de la mer (1 013 hPa) : ceci confirme que la pression atmosphérique diminue lorsque l’altitude augmente.
Corrigé 5. En poussant le piston, on comprime le gaz : son volume diminue et sa pression augmente.
