La pression atmosphérique diminue avec l'altitude car l'atmosphère est plus dense près de la surface terrestre, où la gravité agit plus fortement, et devient plus rare au fur et à mesure que l'on s'élève, ce qui entraîne une diminution de la pression.
La pression atmosphérique est simplement le poids exercé par l'air présent dans l'atmosphère sur une surface donnée. Imagine simplement une énorme colonne d'air, superposée au-dessus de ta tête : tout cet air a un poids et c'est ce poids qui crée une force appuyant de haut en bas. Cette force appliquée sur une surface précise (comme la paume de ta main ou la toiture d'une maison) porte justement le nom de pression atmosphérique, souvent mesurée avec un baromètre. Plus tu montes en altitude, moins il y a d'air au-dessus et donc moins la pression est élevée. À l'inverse, plus tu te rapproches du sol (donc au niveau de la mer), plus l'air accumulé au-dessus de toi est important, et plus la pression atmosphérique augmente.
Autour de notre planète, l'air forme une enveloppe gazeuse maintenue grâce à l'attraction gravitationnelle. Concrètement, la gravité tire constamment les molécules d'air vers le bas, les concentrant ainsi près du sol. Plus tu montes, plus cette attraction faiblit légèrement, et surtout, moins tu as de molécules d'air au-dessus de toi qui appuient vers le bas : résultat, la pression devient plus faible avec l'altitude. En gros, en plaine, tu portes sur tes épaules toute la masse d'air qui se trouve au-dessus ; au sommet d'une montagne, cette couche d'air est nettement plus fine, donc moins lourde et tu sens cette différence de pression. C'est pour cette raison qu'en haute altitude, il devient plus difficile de respirer : l'air y est simplement plus rare, car moins comprimé par l'effet direct de la gravité.
L'air est constitué de molécules, et plus on gagne en altitude, moins ces molécules sont nombreuses dans un volume donné. En bas, près du niveau de la mer, elles sont entassées à cause du poids des couches d'air situées au-dessus. En montant, la pression atmosphérique baisse, donc les molécules d'air s'espacent les unes des autres : résultat, la densité de l'air diminue au fur et à mesure que tu grimpes. C'est pour ça qu'en montagne, tu as parfois la sensation d'avoir moins d'air : chaque bouffée contient moins de molécules d'oxygène qu'à basse altitude.
L'air chaud est moins dense que l'air froid : il se dilate, s'allège et a tendance à monter. Du coup, à altitude égale, une colonne d'air chaud exerce une pression plus faible qu'une colonne d'air froid. En pratique, cela signifie qu'à altitude constante, lorsqu'il fait chaud, la pression atmosphérique décroît plus lentement avec l'altitude que lorsqu'il fait froid. C'est pourquoi, à altitude similaire, une journée chaude affiche souvent une pression légèrement différente d'une journée froide. Cette différence de pression influencée par la température est d'ailleurs ce qui provoque souvent les mouvements d'air, à l'origine des vents et des différentes conditions météo.
L'équation barométrique exprime comment la pression atmosphérique diminue lorsqu'on monte en altitude, basée sur le fait que plus on monte, moins il reste d'air au-dessus de notre tête. Ce modèle mathématique s'appuie principalement sur la gravité, la température moyenne de l'air et la densité de l'air, pour calculer comment la pression descend de manière exponentielle au fur et à mesure qu'on grimpe. Concrètement, chaque fois qu'on gagne en altitude, la pression chute plus vite d'abord, puis de moins en moins rapidement. On appelle ça une décroissance exponentielle. Ce modèle utilise souvent des hypothèses simplifiées, genre considérer que la température est constante sur des couches d'air, pour faciliter les calculs et avoir une estimation assez fiable. On obtient ainsi une équation simple, accessible et plutôt efficace, qu'on appelle souvent loi barométrique, très employée en météorologie et aéronautique pour prévoir ce qu'on ressentira en altitude ou comment régler certains instruments comme les altimètres.
Le mal aigu des montagnes provient de l'incapacité de notre corps à s'adapter rapidement à la diminution brutale de la pression atmosphérique et à la baisse consécutive de la quantité d'oxygène disponible.
Saviez-vous que la cuisson des aliments diffère avec l'altitude ? Par exemple, sur les montagnes, comme la pression atmosphérique est plus faible, l'eau bout à une température inférieure à 100°C, prolongeant ainsi le temps nécessaire pour cuire des pâtes ou du riz !
Des sportifs s'entraînent en altitude pour augmenter naturellement leur quantité de globules rouges, favorisant de meilleures performances lorsqu'ils retournent au niveau de la mer. Ce phénomène est lié à la diminution de la pression atmosphérique et du taux d'oxygène disponible en altitude.
Les avions commerciaux assurent une pression artificielle dans leurs cabines afin d'offrir aux passagers une sensation proche d'une altitude située entre 1 800 et 2 400 m. Sans cette pressurisation, les passagers pourraient rapidement ressentir un manque d’oxygène !
En théorie, la pression diminue progressivement en montant en altitude et tend asymptotiquement vers zéro dans le vide spatial. Cependant, elle n'atteint jamais parfaitement zéro car il existe toujours des molécules d'air, même en quantité infinitésimale, à très grande altitude.
La pressurisation permet de maintenir une pression suffisamment élevée dans la cabine pour assurer un apport en oxygène adéquat et le confort des passagers et du personnel. À haute altitude, la pression atmosphérique étant très faible, il serait autrement impossible de respirer correctement.
À mesure que la pression diminue, le corps humain reçoit moins d'oxygène car la densité de l'air riche en oxygène baisse. Cela peut entraîner des maux de tête, des malaises ou des difficultés respiratoires, phénomène appelé maladie de l'altitude.
Oui, les variations météorologiques peuvent affecter la pression atmosphérique. Les masses d'air chaudes ou froides ainsi que les fronts de haute ou basse pression influencent les changements de pression mesurés au niveau du sol.
Le principal instrument utilisé est le baromètre, qui existe sous plusieurs formes notamment le baromètre à mercure et le baromètre anéroïde (numérique). Ils permettent de mesurer précisément les variations de pression en fonction de l'altitude et du climat.
Plus on monte en altitude, moins la colonne d'air au-dessus est importante. C'est parce que la densité de l'air diminue avec l'altitude, réduisant le poids des couches atmosphériques supérieures sur les couches inférieures.
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Question 1/6
