La densité est la mesure de la masse d’un matériau dans un volume d’espace donné. Pour un solide, la densité reste constante même lorsque son environnement change. La densité d’un lingot d’or est la même au niveau de la mer, sous l’océan et au sommet du mont Everest. Pour un gaz comme l’air, la densité est influencée par les changements de pression, de température et d’humidité. Les changements de densité de l’air peuvent modifier la facilité avec laquelle un objet se déplace et même causer des problèmes de santé.
L’air est un mélange d’azote, d’oxygène et d’autres gaz traces. Les molécules de ces gaz se déplacent généralement rapidement, rebondissant les unes sur les autres. Lorsque l’environnement est constant sans changements de température, de pression ou d’humidité, la masse d’air dans un volume d’espace donné restera stable. La valeur de la densité de l’air, généralement donnée en kilogrammes par mètre cube, est calculée plutôt que mesurée directement.
Les augmentations ou les diminutions de la pression atmosphérique peuvent avoir un impact sur la densité de l’air. Les deux principales raisons des changements de pression atmosphérique sont l’altitude et les systèmes météorologiques. Parmi ceux-ci, l’altitude est la plus importante.
Pour la plupart, l’air devient plus dense à mesure que la pression atmosphérique augmente. La pression supplémentaire force les molécules d’air à se rapprocher, ce qui entraîne une plus grande masse dans le volume donné. Au fur et à mesure que l’altitude augmente, la pression atmosphérique diminue : il y a moins de pression poussant les molécules d’air ensemble. Cette diminution de la densité de l’air signifie qu’un alpiniste à haute altitude reçoit moins d’oxygène lorsqu’il respire. Les poumons contiennent le même volume, mais la densité de l’air plus faible signifie qu’il y a moins d’oxygène dans l’espace.
La température est l’autre facteur majeur qui peut avoir un effet sur la densité de l’air. Lorsque la température augmente, les molécules d’air se déplacent plus rapidement et rebondissent davantage ; par conséquent, des températures plus élevées entraînent une densité de l’air plus faible. Lorsque l’air est plus dense, il crée une traînée sur les objets qui le traversent. Par exemple, une balle de golf frappée par une journée chaude sur un terrain de golf au sommet d’une montagne ira plus loin qu’une frappe par une journée froide au niveau de la mer. La température élevée et la pression atmosphérique plus faible trouvées à haute altitude se combinent pour abaisser la densité de l’air.
Bien qu’il s’agisse d’un effet relativement mineur, l’humidité ou la quantité d’humidité dans l’atmosphère peut également modifier la densité de l’air. Étonnamment, plus il y a d’humidité dans l’air, plus la densité de l’air est faible. Puisque le nombre de molécules est constant, lorsque le nombre de molécules d’eau augmente, le nombre de molécules d’azote et d’oxygène doit diminuer. Le poids moléculaire de l’eau est bien inférieur à celui de l’air sec dont le poids est dominé par l’azote et l’oxygène. Par conséquent, à forte humidité, la densité de l’air diminue en raison de la masse réduite dans un volume donné.