Atmosphère

Comme gerard0 l'a déjà dit, c'est la gravitation. La même raison pourquoi toi, tu ne flottes pas dans l'espace, et que tu restes près de la surface de la terre, fait que les molécules qui constituent l'air, font la même chose.

Ce qui te surprend, sans doute, c'est que toi, tu "tombes", alors que l'air, "ça flotte".

Essentiellement, la différence vient du fait que ton corps est bien plus grand et surtout lourd qu'une molécule d'air. Mais c'est une différence de quantité, pas de qualité. Les "degrés de liberté" que tu as, comme une molécule d'oxygène, qui peuvent te "libérer" de la terre, sont les 3 composantes de ta vitesse (vx, vy, et vz). Si tu avais suffisamment de vitesse, tu échapperais de la terre, dans l'espace.

Il y a un principe thermodynamique qui dit que, à une température donnée, chaque degré de liberté aura en moyenne une ENERGIE égale à k.T/2, où k est la constante de Boltzmann, T la température absolue. C'est le théorème d'équipartition. A température ambiante, cela correspond grosso modo à 13 meV (milli-électronvolt), ou 2e-21 J. C'est très peu !

Alors, cette énergie cinétique pour toi, ne représente qu'une vitesse infime ; mais pour une molécule d'azote ou d'oxygène, ça lui fait mouvoir à des dizaines voire centaines de m/s.

Si cette vitesse n'est pas trop élevée, elle ne permet pas d'échapper à la gravitation: la molécule va "retomber" sur terre. Mais si cette vitesse est très élevée, elle permettra à la molécule d'échapper de la terre.

Comme l'énergie est E = 1/2. m . v^2. et cette énergie est donc fixe, la vitesse sera d'autant plus grande, que la particule est légère. Une molécule d'azote étant plus légère que toi, elle pourra "voler bien plus haut" que toi. Mais elle retombera quand-même: ça fait l'atmosphère.

Mais une molécule d'hydrogène est tellement légère qu'elle s'échappe. C'est pourquoi il y a presque pas d'hydrogène dans l'atmosphère: ça s'échappe dans l'espace.

(en réalité c'est un peu plus compliqué, car les molécules se cognent, et redistribuent leur énergie, mais le principe est là).