Activité 8 – L'air que nous respirons et l'effet de serre TRANSVERSAL · DEVOIR MAISON

Chapitre 7 – Structure de la matière | 2nde Bac Pro | Physique-Chimie | ⏱ 30 min

Dernière mise à jour : 15 août 2026, 13:10

Objectifs :

Identifier les principales molécules qui composent l'air (N₂, O₂, CO₂, Ar)
Lire et interpréter une formule brute (nature et nombre d'atomes)
Relier l'état gazeux de l'air à l'organisation microscopique des molécules
Comprendre, à l'échelle de la molécule, pourquoi le CO₂ est au cœur de l'effet de serre

💡 Rappel de leçon : Une molécule est un assemblage de plusieurs atomes liés entre eux ; elle est électriquement neutre. Sa formule brute indique la nature des éléments (symboles) et le nombre d'atomes de chacun (indices en bas). À l'état gazeux, les molécules sont très espacées, désordonnées et en mouvement rapide.

Situation – De quoi est fait l'air ?

En cours de SVT, Léa a appris que la planète se réchauffe à cause des « gaz à effet de serre ». Elle se demande de quoi est vraiment fait l'air qu'elle respire, et pourquoi un gaz aussi rare que le dioxyde de carbone — moins de 1 molécule sur 2 000 ! — peut avoir un effet aussi important sur le climat. Pour comprendre, il faut descendre à l'échelle des molécules.

Document 1 — Les molécules de l'air (échelle microscopique)

Les particules de l'air, représentées par leurs modèles moléculaires. Un trait épais entre deux atomes symbolise une liaison chimique.

Document 2 — Composition de l'air sec (pourcentages en nombre de molécules)

Gaz	Formule	Proportion dans l'air
Diazote	N₂	78,0 %
Dioxygène	O₂	21,0 %
Argon	Ar	0,9 %
Dioxyde de carbone	CO₂	0,04 %

Document 3 — Teneur en CO₂ de l'atmosphère depuis 1850

Avant l'ère industrielle (vers 1850) : environ 280 ppm de CO₂ (ppm = parties par million, c'est-à-dire « molécules pour un million de molécules d'air »).
Aujourd'hui (années 2020) : environ 420 ppm de CO₂.
Le CO₂ est l'un des principaux gaz à effet de serre : il piège une partie de la chaleur émise par la Terre, ce qui réchauffe le climat.
Il est produit notamment par la combustion du bois, du charbon, du pétrole et du gaz.

Problématique :

À l'échelle des molécules, de quoi l'air est-il fait, et comment une molécule aussi rare que le CO₂ peut-elle influencer le climat de toute la planète ?

Question 1 APP

À l'aide du Document 1, citer les trois molécules représentées par l'assemblage de plusieurs atomes liés. Indiquer pour chacune sa formule brute.

Les trois molécules (plusieurs atomes liés) sont :
• le diazote N₂ (2 atomes d'azote liés) ;
• le dioxygène O₂ (2 atomes d'oxygène liés) ;
• le dioxyde de carbone CO₂ (1 atome de carbone + 2 atomes d'oxygène).
L'argon Ar n'est pas une molécule : c'est un atome seul (gaz noble), il ne forme pas de liaison.

Question 2 APP

Pour la molécule de dioxyde de carbone CO₂ : préciser quels éléments chimiques la composent, puis le nombre d'atomes de chaque élément et le nombre total d'atomes.

La molécule de CO₂ contient deux éléments : le carbone (C) et l'oxygène (O).
• Carbone : 1 atome (pas d'indice = 1).
• Oxygène : 2 atomes (indice 2).
Nombre total d'atomes : \(1 + 2 = \mathbf{3}\) atomes par molécule de CO₂.

Question 3 REA

Recopier et compléter le tableau suivant à partir des Documents 1 et 2.

Particule	Formule	Nombre total d'atomes	Molécule ou atome ?
Diazote	N₂	…	…
Dioxygène	O₂	…	…
Dioxyde de carbone	CO₂	…	…
Argon	Ar	…	…

Particule	Formule	Nombre total d'atomes	Molécule ou atome ?
Diazote	N₂	2	Molécule
Dioxygène	O₂	2	Molécule
Dioxyde de carbone	CO₂	3	Molécule
Argon	Ar	1	Atome (seul)

Question 4 REA

Imaginons un échantillon de 1 000 molécules d'air. En utilisant les proportions du Document 2, calculer combien de molécules de diazote N₂, de dioxygène O₂ et de dioxyde de carbone CO₂ il contient.

On calcule chaque proportion de 1 000 molécules :
• N₂ : \(78{,}0\,\% \times 1\,000 = 0{,}78 \times 1\,000 = \mathbf{780}\) molécules.
• O₂ : \(21{,}0\,\% \times 1\,000 = 0{,}21 \times 1\,000 = \mathbf{210}\) molécules.
• CO₂ : \(0{,}04\,\% \times 1\,000 = 0{,}0004 \times 1\,000 = \mathbf{0{,}4}\) molécule.
Autrement dit, sur 1 000 molécules d'air, il y a en moyenne moins d'une seule molécule de CO₂ : il faut environ 2 500 molécules d'air pour trouver 1 molécule de CO₂.

Question 5 ANA

L'air est un gaz. En t'appuyant sur la leçon, décrire comment ses molécules sont organisées à l'échelle microscopique (distances, ordre, agitation). Expliquer pourquoi, contrairement à un solide, l'air n'a pas de forme propre.

Dans un gaz, les molécules (N₂, O₂, CO₂…) sont très espacées, désordonnées et animées d'une forte agitation thermique : elles se déplacent rapidement dans toutes les directions. Comme elles ne sont pas liées les unes aux autres dans une structure fixe (au contraire d'un solide où elles sont rangées et vibrent sur place), l'air occupe tout le volume disponible et n'a donc ni forme propre ni volume propre : il prend la forme du récipient qui le contient.

Question 6 ANA

À partir du Document 3, calculer l'augmentation de la teneur en CO₂ entre 1850 (≈ 280 ppm) et aujourd'hui (≈ 420 ppm). Cette teneur a-t-elle augmenté ou diminué ?

Augmentation : \(420 - 280 = \mathbf{140 \text{ ppm}}\).
La teneur en CO₂ a donc augmenté. En proportion, elle est passée de 280 à 420 ppm, soit une hausse d'environ \(\dfrac{140}{280} = 0{,}50 = 50\,\%\) (la quantité de CO₂ dans l'air a augmenté de moitié depuis l'ère industrielle).

Question 7 VAL

Le CO₂ représente seulement 0,04 % de l'air, alors que le diazote en représente 78 %. Pourtant, c'est le CO₂ que l'on accuse de réchauffer le climat, et non le diazote. En utilisant le Document 3, expliquer pourquoi une molécule aussi rare peut avoir un effet important.

Même en très faible proportion, le CO₂ est un gaz à effet de serre : sa molécule a la propriété de piéger une partie de la chaleur émise par la Terre, ce que ne font pratiquement pas N₂ ni O₂. Ce n'est donc pas la quantité qui compte, mais le rôle de la molécule. De plus, l'activité humaine (combustion du bois, du charbon, du pétrole, du gaz) a fait augmenter cette teneur de 280 à 420 ppm : plus il y a de molécules de CO₂, plus l'effet de serre s'intensifie, et plus le climat se réchauffe.

Question 8 COM

Rédiger en quelques phrases une réponse à la problématique : de quoi l'air est-il fait à l'échelle des molécules, et pourquoi une molécule rare comme le CO₂ influence-t-elle le climat ?

Exemple de rédaction attendue :
« À l'échelle microscopique, l'air est essentiellement constitué de molécules de diazote N₂ (≈ 78 %) et de dioxygène O₂ (≈ 21 %), avec un peu d'argon (atome seul) et une très faible quantité de dioxyde de carbone CO₂ (≈ 0,04 %). Ces molécules, à l'état gazeux, sont très espacées et en mouvement rapide. Bien qu'il soit rare, le CO₂ est un gaz à effet de serre : sa molécule piège la chaleur émise par la Terre. Comme sa teneur a augmenté de 280 à 420 ppm à cause des combustions, l'effet de serre s'intensifie et le climat se réchauffe. »

🌟 Bonus

Lors de la combustion du bois, les molécules ne disparaissent pas : leurs atomes se réorganisent. Du carbone (C) du bois et du dioxygène (O₂) de l'air se combinent pour former du dioxyde de carbone (CO₂). Repérer dans la formule de CO₂ d'où viennent l'atome de carbone et les atomes d'oxygène.

Dans la molécule de CO₂ : l'atome de carbone (C) provient du bois (matière organique riche en carbone), et les deux atomes d'oxygène (O) proviennent du dioxygène O₂ de l'air. Les atomes ne sont ni créés ni détruits : ils se réorganisent simplement en de nouvelles molécules. C'est pour cela que brûler du bois ou des combustibles rejette du CO₂ dans l'atmosphère.

À retenir

Réponse à la problématique : l'air est principalement composé de molécules de diazote N₂ (78 %) et de dioxygène O₂ (21 %), plus un peu d'argon et de CO₂. Même très rare (0,04 %), le CO₂ influence le climat car c'est un gaz à effet de serre dont la teneur augmente à cause des combustions.

Une molécule est un assemblage de plusieurs atomes liés ; elle est neutre.
La formule brute donne la nature et le nombre d'atomes (indices) : CO₂ = 1 C + 2 O = 3 atomes.
L'argon Ar est un atome seul (gaz noble), pas une molécule.
À l'état gazeux, les molécules sont très espacées, désordonnées et rapides : l'air n'a ni forme ni volume propres.

📚 Cette activité s'appuie sur la leçon Ch07 « Structure de la matière », § 4 — Les molécules (formule brute) et § 5 — États de la matière à l'échelle microscopique.

Sources : composition de l'air sec (≈ 78 % N₂, 21 % O₂, 0,9 % Ar, 0,04 % CO₂) — valeurs standard. Teneur en CO₂ atmosphérique : ≈ 280 ppm avant l'ère industrielle, ≈ 420 ppm dans les années 2020 (NOAA / observatoire de Mauna Loa). Valeurs arrondies pour rester accessibles.