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Comment Calcule-t-on la pression ?

Quelle force aérienne exerce-t-elle sur nous ? Définition

La pression atmosphérique est la force exercée par les composants de l’air sur les éléments environnants. Par exemple, la pression atmosphérique exerce une pression sur l’homme à la surface de la Terre.

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La pression atmosphérique est mesurée en Pascal selon le Système international.

Le système international d’unités, abrégé en SI, est le système décimal d’unités de mesure le plus utilisé dans le monde. L’ensemble des unités associées aux dimensions fondamentales constitue le système international des unités. C’est le système MkSA (mètre, kilogramme, seconde, ampere), mais Kelvin, taupe et candela font également partie de ce système. Ces unités sont appelées unités légales. Ils sont universels et connus dans le monde entier. Vous pouvez consulter notre article sur les unités de mesure pour en savoir plus.

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Il y a un lien entre l’altitude et la pression. En effet, plus l’altitude augmente et plus la pression diminue. La pression est considérée comme diminuant d’un facteur de 10 tous les 16 km de plus.

Le baromètre est un outil de mesure de la pression atmosphérique. Il est utilisé depuis des décennies en météorologie pour prédire le temps qu’il fera.

Formules de pression atmosphérique

Il existe une formule qui permet de calculer la pression atmosphérique d’une manière simple. Ça s’appelle la loi barométrique.

La loi barométrique

La loi barométrique est définie comme suit : 

avec :

  • pH (Pa) : pression à l’altitude lh ;
  • p0 (Pa) : pression normale à zéro altitude de 0 m et à une température de 0 °C, c’est-à-dire 1013 hPa ;
  • K (m-1) : constante de nivellement barométrique avec une valeur de 4p.10-5m-1

Valeurs moyennes de la pression de l’air

Selon l’altitude, la pression atmosphérique varie. Il existe également d’autres paramètres qui prennent en compte tels que la température et la densité de l’air.

Vous pouvez trouver certaines de ces valeurs dans le tableau suivant :

Mesure de la pression atmosphérique

À l’origine, la pression atmosphérique était mesurée en millimètres de mercure, abrégé en mmHg. Des baromètres à colonne de mercure ont été utilisés à cette fin.

La pression atmosphérique est mesurée à l’aide de plusieurs dispositifs tels que le baromètre, l’altimètre ou l’hypsomètre. Son unité est le Pascal dans le système international, même si la barre est couramment utilisée.

En moyenne, la pression atmosphérique de base est de 1013 hPa au niveau de la mer, soit 1,013 bar.

Le baromètre

L’outil le plus fréquemment utilisé pour mesurer la pression atmosphérique est le baromètre. Il existe plusieurs types d’entre eux :

  • baromètre du mercure ;
  • baromètre de l’eau ;
  • Le baromètre du gaz ;
  • baromètre anéroïde ;
  • Le baromètre électronique.

Le baromètre du mercure

Le baromètre à colonne de mercure est le premier baromètre à être inventé. Son créateur, Evangelista Torricelli, l’a développé en 1643. Le niveau de mercure est équilibré dans une colonne fermée dans laquelle l’espace est vide. Selon les variations de la pression atmosphérique, le niveau de mercure se déplace à l’intérieur de la colonne.

Ces derniers fonctionnent selon un système d’équilibre des forces. Lorsque la pression de l’air augmente, elle pousse sur le mercure dans la colonne qui augmente ensuite en niveau. Inversement, si la pression de l’air ambiant est moins forte et augmente moins sur le mercure. L’air au-dessus du mercure exerce donc sa pression et « écrase » le mercure, abaissant le niveau rapidement. Il suffit donc d’observer le niveau de la colonne de mercure, sur laquelle une échelle a été précédemment dessinée.

Le mercure a longtemps été choisi comme fluide dans les appareils de mesure tels que les thermomètres et les baromètres. Cependant, ils sont maintenant interdits de nos jours, comme la toxicité du mercure est connue, il est trop risqué d’être exposé au mercure en cas de rupture d’appareils de mesure contenant du mercure.

Le mercure a été interdit à la population en raison de ses propriétés très toxiques. En effet, peut causer des blessures graves aux hommes et il a également un pouvoir écotoxique élevé. Il est donc nécessaire d’éviter à tout prix son rejet dans l’environnement. Le baromètre de l’eau

Leur production a commencé en 1792. La plupart du temps, ils sont utilisés dans la décoration, leurs mesures étant peu précises.

Le baromètre du gaz

Créé en 1818 par Alexandre Adie, ce baromètre utilise des changements dans le volume de certains gaz soumis à la pression atmosphérique.

Le baromètre anéroïde

Ce type de baromètre a été créé en 1844 par Lucien Vdie. La pression est calculée à l’aide d’une enceinte métallique hermétique et dépourvue d’air. Il se déforme en fonction de la pression atmosphérique qui l’entoure. Ce changement est ensuite amplifié par un système mécanique permettant de déplacer une aiguille sur le cadran ou d’enregistrer les données sur des bandes de papier.

Le baromètre électronique

Ce type d’appareil traduit la pression en suivant les déformations d’une cloche sous vide contenue en elle.

L’hypsomètre

L’hypsomètre est l’instrument utilisé pour mesurer l’altitude. Pour cela, il permet d’observer la température de l’eau bouillante ou d’autres liquides tels que le méthanol ou l’éthanol. En effet, plus la pression diminue et donc l’altitude augmente, plus la température d’ébullition diminue.

Par exemple, si vous voulez faire bouillir l’eau au niveau de la mer, à une pression atmosphérique de 1 bar, l’eau bout à 100°C. D’autre part, si vous voulez faire bouillir l’eau au sommet du Mont Blanc à une altitude d’environ 4000 m, la pression n’est que de 0,5 bar et l’eau commencera à bouillir 85°C.

C’est ce phénomène qui explique comment des sources chaudes supérieures à 300°C ont été trouvées dans des fosses marines à une profondeur de 3000 m, sans que cette eau soit gazéifiée.

L’hypsomètre utilise donc ces méthodes physiques pour mesurer l’altitude. Il se compose d’un tube rempli avec le liquide que l’on veut porter à ébullition. Un thermocouple est ensuite utilisé pour surveiller la température du liquide pendant le temps de chauffage. Cela nous permet de connaître la relation entre l’altitude et la température d’ébullition. Cependant, pour des mesures efficaces, il est nécessaire d’être très rigoureux dans les mesures de température, surtout en cas de basse altitude.

Un thermocouple est un couple de matériaux utilisés pour mesurer une température. Il utilise l’effet Seebeck à cette fin. Cet effet explique qu’il existe un champ magnétique entre deux matériaux de températures différentes.

Altimètre

L’altimètre est un outil souvent utilisé dans l’aviation, la cartographie ou l’alpinisme. Il vous permet de mesurer la progression de l’altitude par rapport à une référence ointe. Son utilisation suppose qu’au préalable il a été étalonné. Cette calibration est appelée réglage altimètre. Il est souvent réalisé avec se réfère au niveau de la mer.

Il existe des altimètres barométriques qui mesurent la différence entre un niveau de référence défini par l’utilisateur et l’altitude. Si le niveau de la mer est considéré comme une norme, le formule internationale pour le nivellement barométrique peut être utilisée, à savoir : 

Il existe également d’autres formes d’altimètres électroniques ou laser. Ces derniers envoient des rayonnements à la surface de la Terre et calculent l’altitude en utilisant le temps nécessaire au signal réfléchi pour revenir à l’émetteur.

Applications de pression

A pneu de remorque comme celui qui se gonfle à une pression comprise entre 1 et 2 bar. C’est environ la moitié moins qu’un pneu de vélo alors qu’il est 3 fois plus grand ! Nous utilisons des mesures de pression atmosphérique chaque jour dans les actions les plus simples de notre vie. En effet, que ce soit pour gonfler un pneu, regarder le temps qu’il fera ou même pratiquer la plongée sous-marine, les mesures de pression sont partout.

Les pneus

Quels que soient les véhicules, les pneus qui leur permettent de conduire sont gonflés avec du gaz. La plupart du temps, de l’air pur est utilisé, mais il est également possible de les gonfler avec de l’azote, ce qui maintient mieux l’inflation face aux changements de température. En moyenne, une voiture pneu est mis sous une pression de 2-3 bar. La pression du gaz contenu dans un pneu devient de plus en plus importante le pneu est plus petit. Par exemple, un pneu de vélo sera gonflé à 5 bar lorsqu’un pneu de tracteur est gonflé entre 1 et 2 bar.

Les machines

De nombreuses machines dans les environnements industriels utilisent la pression de l’air pour fonctionner. C’est le cas des clés à chocs, par exemple, ou des presses hydrauliques.

Météorologie

La pression atmosphérique joue un rôle clé dans la météorologie et les prévisions qui en résultent. En effet, c’est la pression atmosphérique qui est à l’origine des dépressions et des anticyclones à la surface de la Terre.

Les vents sont également les conséquences de la pression atmosphérique et des mouvements de l’air de différentes températures.

Dans les ouragans et les typhons, la pression est anormalement basse et est d’environ 900 hPa au lieu de 1013 hPa en temps normal.

Sport

La pression atmosphérique a de grandes répercussions sur la communauté sportive.

En effet, dans de nombreuses disciplines telles que le trekking ou l’alpinisme, il est indispensable pour l’athlète de comprendre comment fonctionne la pression atmosphérique.

De plus, les athlètes de haut niveau feront souvent un séjour en haute altitude avant un tournoi ou un match important parce que la pression atmosphérique est moins importante. Il en résulte une diminution de la concentration d’oxygène dans l’air ambiant. Cela est dû au fait que les joueurs sont habitués à opérer avec moins d’oxygène. Quand ils reviennent à une altitude normale, leur corps a beaucoup plus d’oxygène que nécessaire pour fonctionner. En général, ils se rendent dans des stations de sports d’hiver de haute altitude pour s’entraîner. Pour que ce type de séjour soit efficace, il faut environ 3 semaines.

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