L'air au milieu duquel nous naissons et vivons nous paraît sans odeur ni saveur; vu sous une faible épaisseur, il est incolore, mais en masse il est bleu, du fait de la diffusion de la lumière par les molécules qu'il contient; c'est lui qui donne au ciel sa couleur, et qui nous fait voir avec la même teinte les objets éloignés. Il est vital à la plupart des formes de vie, notamment par son apport en oxygène pour la respiration et en dioxyde de carbone pour la photosynthèse. Contrairement à une substance pure, l'air n'a pas de composition chimique fixe, mais ses principaux constituants sont bien connus et relativement constants dans la basse atmosphère.

La composition volumique moyenne de l'air sec est dominée par l'azote (N2), qui représente environ 78 %, suivi de l'oxygène (O2) à environ 21 %. Le reste est constitué de gaz rares comme l'argon (Ar, environ 0,93 %), le néon, l'hélium, le krypton et le xénon.Le dioxyde de carbone (CO2) est présent sous forme de traces avec environ 0,04 % en 2025, avec des variations croissantes . La vapeur d'eau est également un constituant important mais variable de l'air : selon la température et l'humidité, elle peut représenter entre 0,1 % et 4 % du volume. Cette variabilité a un impact majeur sur la météorologie, le climat et les propriétés thermodynamiques de l'air.

L'air est également porteur de particules solides ou liquides en suspension, appelées aérosols : poussières, pollens, suies, polluants industriels ou gouttelettes d'eau. Ces éléments n'ont pas d'influence directe sur la composition chimique mais peuvent avoir des effets physiques (réflexion de la lumière, absorption de chaleur) et sanitaires. L'étude de la qualité de l'air prend en compte ces constituants mineurs, souvent à l'origine de problèmes respiratoires ou environnementaux.

Du point de vue thermodynamique, l'air se comporte comme un gaz quasi parfait à pression et température modérées. Sa masse volumique dépend de la pression atmosphérique, de la température et de l'humidité. Il est compressible et expansible, ce qui explique son rôle central dans les phénomènes atmosphériques tels que le vent, les courants-jets, ou les systèmes de pression. L'air transporte la chaleur par convection, conduction et rayonnement, et participe ainsi à l'équilibre thermique de la planète.

Chimiquement, l'air peut interagir avec d'autres éléments par des réactions d'oxydation, de combustion ou de photolyse. L'oxygène moléculaire est indispensable à la combustion, aux réactions métaboliques cellulaires, et à la formation de l'ozone (O3) dans la stratosphère. L'azote, bien que peu réactif à température ambiante, entre dans des cycles biologiques complexes après avoir été fixé par des bactéries ou des procédés industriels comme le procédé Haber-Bosch. Le dioxyde de carbone, en augmentation constante en raison des activités humaines, joue un rôle déterminant dans l'effet de serre et les équilibres acido-basiques des milieux aquatiques.

L'air change de composition selon l'altitude. Dans la troposphère (jusqu'à 12 km), les gaz sont bien mélangés. Au-dessus, dans la stratosphère, la concentration d'ozone augmente, formant une couche protectrice qui absorbe les rayons UV. À mesure que l'altitude augmente, la pression diminue rapidement, ce qui rend la respiration difficile sans assistance au-delà de certaines altitudes. Dans les couches les plus élevées, les gaz se raréfient et s'ionisent sous l'effet du rayonnement solaire, formant l'ionosphère.

La découverte de l'air.
L'histoire de l'air illustre le passage d'une substance mythique et philosophique à un objet d'étude scientifique rigoureux, disséqué en ses composants, analysé dans ses interactions et désormais au cœur des enjeux environnementaux contemporains.

Dans l'Antiquité, l'air n'était pas conçu comme une substance matérielle distincte, mais plutôt comme un des quatre éléments fondamentaux, selon la théorie d'Empédocle et d'Aristote. L'air était alors associé à des qualités philosophiques comme la légèreté, le chaud ou l'humide, mais son existence en tant que substance dotée de propriétés mesurables restait insaisissable. Pendant des siècles, cette conception qui a prédominé dans le monde occidental, a empêché une investigation rigoureuse de sa nature physique ou chimique.

Un tournant décisif se produit à la Renaissance avec le développement de l'expérimentation scientifique. Evangelista Torricelli, au XVII^e siècle, met en évidence le poids de l'air en inventant le baromètre à mercure en 1643. Cette expérience révolutionnaire démontre que l'air exerce une pression et qu'il est donc bien matériel. Blaise Pascal confirme cette hypothèse en mesurant la pression atmosphérique à différentes altitudes : il montre que l'air diminue avec l'altitude, ce qui renforce sa compréhension comme un fluide physique.

La véritable révolution chimique commence avec la remise en cause de la théorie du phlogistique au XVIII^e siècle. Plusieurs savants réalisent alors que « l'air » n'est pas une substance unique mais un mélange de gaz distincts. Joseph Black, en 1754, découvre ce qu'il nomme "air fixe", aujourd'hui identifié comme le dioxyde de carbone (CO2). Il observe que ce gaz est libéré lors de la réaction entre un acide et un carbonate, et qu'il ne permet pas la combustion.

Joseph Priestley joue un rôle clé en 1774 lorsqu'il isole un gaz qu'il qualifie d'« air déphlogistiqué », produit par la décomposition thermique de l'oxyde de mercure. Ce gaz, qui favorise la combustion plus que l'air ordinaire, sera plus tard identifié comme l'oxygène. Parallèlement, Carl Wilhelm Scheele en Suède parvient aussi à obtenir ce gaz, indépendamment et probablement plus tôt, mais publie ses résultats après Priestley.

La compréhension réelle de ces découvertes vient avec Antoine Lavoisier, considéré comme le père de la chimie moderne. En s'opposant à la théorie du phlogistique, Lavoisier démontre que la combustion et la respiration ne libèrent pas un "principe igné", mais consistent plutôt en une combinaison avec l'oxygène. Il identifie l'oxygène comme un constituant fondamental de l'air, aux côtés de l'azote, qu'il nomme d'abord "azote" (du grec a-zoos, sans vie), en raison de son incapacité à soutenir la combustion ou la respiration. Lavoisier propose alors une composition de l'air comme un mélange de gaz, ce qui constitue une rupture majeure avec les théories antiques.

John Dalton, au début du XIX^e siècle, développe la théorie atomique et la loi des pressions partielles dans les gaz. Il montre que chaque gaz d'un mélange, comme l'air, exerce une pression indépendante, ce qui renforce l'idée que l'air est une combinaison de gaz coexistant sans se transformer chimiquement entre eux.

Durant le XIX^e siècle, les progrès de la physique permettent d'analyser l'air plus finement. Lord Rayleigh et William Ramsay découvrent en 1894 l'argon, un gaz rare présent dans l'air mais chimiquement inerte. Cette découverte mènera ensuite à l'identification d'autres gaz nobles comme le néon, le krypton et le xénon. L'étude spectroscopique, la liquéfaction des gaz, et la mise au point de techniques de séparation par distillation fractionnée permettent d'isoler tous les composants de l'air à l'échelle industrielle.

Parallèlement, la compréhension des rôles biologiques de l'oxygène et du dioxyde de carbone s'affine. L'oxygène est reconnu comme essentiel au métabolisme cellulaire, tandis que le CO2 est vu comme un déchet respiratoire mais aussi un acteur majeur dans la régulation du pH sanguin et de l'effet de serre. Au XX^e siècle, la chimie de l'atmosphère devient un champ à part entière avec l'étude des polluants, de la couche d'ozone et des gaz à effet de serre. La mesure de la concentration en CO2 dans l'atmosphère, amorcée en 1958 par Charles Keeling, marque le début d'une prise de conscience globale sur le changement climatique induit par les activités humaines.

Bernard Tyburce, Une étrange histoire de l'air, Ellipses Marketing, 2010. -