L'atmosphère de la Terre est majoritairement composée d’azote. Il s’y trouve aussi de l’oxygène et des gaz rares chimiquement neutres. Dans les basses couches, l’eau est très présente et joue un grand rôle, ainsi que le dioxyde de carbone et quelques polluants.

L’air de l’atmosphère terrestre est constitué essentiellement d’azote moléculaire (N2) — comme celle de Titan, de Triton et de Pluton — et de dioxygène (O2) en proportions respectives d’environ 78 % et 21 %. S’y ajoutent quelques « gaz rares », une appellation chimique justifiée par leurs concentrations très faibles. Ces proportions sont à peu près constantes dans « l’air sec », c’est-à-dire compte non tenu de la vapeur d’eau. Celle-ci est cependant présente en proportions variables, particulièrement élevées dans les basses couches, où se trouvent aussi le dioxyde de carbone, ou gaz carbonique (CO2), ainsi que de nombreux aérosols et d’autres composants.

L’eau joue un rôle particulier. Elle est présente sous forme gazeuse, liquide et solide. Les passages d’un état à l’autre (changements de phase) absorbent ou dégagent de l’énergie, ce qui influe localement sur la dynamique de l’atmosphère. De plus, l’eau transporte facilement la chaleur sur de grandes distances et elle absorbe fortement les rayons infrarouges. C’est même le principal gaz à effet de serre de l’atmosphère terrestre.

Air sec et gaz parfait : deux concepts théoriques

À noter que le terme « saturation » utilisé en météorologie désigne la concentration de vapeur d’eau maximale qu’une masse d’eau peut contenir, et qui dépend de la température et de la pression. Au-delà, l’eau se condense en gouttelettes et il se forme du brouillard ou de la pluie. Ainsi, un air « saturé à 90 % » ne contient pas 90 % d’eau mais sa concentration en vapeur d’eau atteint les neuf dixièmes du maximum, et le brouillard n’est pas loin. C’est pourquoi les concentrations des composants de l’air sont toujours données pour « l’air sec », bien rare dans l’atmosphère terrestre.

Pour étudier le comportement de l’atmosphère, les scientifiques utilisent les lois dites « du gaz parfait ». Les composants sont considérés comme indépendants les uns des autres (ils ne s’attirent ni ne se repoussent). Il existe alors la même relation entre pression, température et volume, quelle que soit la nature du gaz. Toutes choses égales par ailleurs, un certain nombre de molécules d’azote, par exemple, occupera le même volume qu’un même nombre de molécules de dioxygène ou d’un mélange des deux. Ce modèle donne une bonne approximation pour calculer la dynamique de l’atmosphère terrestre.

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