Qu’est-ce qu’une atmosphère ?
Une atmosphère est une couche gazeuse qui entoure un astre.
Exemples d’astres qui ont une atmosphère : la Terre, Mars, Venus, Jupiter, le Soleil, Titan.
Exemples d’astres dépourvus d’atmosphère : la Lune, mercure, pluton.
Remarque : La présence d’une atmosphère autour d’un astre ne garantit pas que celle-ci puisse abriter la vie.
La composition chimique de l’atmosphère et la structure thermique qui en résulte permettent de distinguer cinq ou six enveloppes atmosphériques, de bas en haut : troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère, l’ionosphère et éventuellement l’exosphère.
Caractéristiques et couches de l’atmosphère terrestre.
L’atmosphère terrestre correspond à la couche d’air qui entoure la Terre.
On estime qu’elle a une épaisseur d’environ 500 km.
Les variations de température dans l’atmosphère terrestre ne sont pas régulières. Dans certaines zones, elle diminue et dans d’autres elle augmente, ce qui a conduit distinguer plusieurs couches :
Couches atmosphériques
L’atmosphère peut être découpée en cinq couches qui sont :
- La troposphère : la plus basse couche de l’atmosphère
De 0 à (en moyenne) 12 km d’altitude. La température y diminue avec l’altitude. C’est dans cette couche que se déroulent les principaux phénomènes météorologiques. La troposphère concentre 90% de l’air contenue dans l’atmosphère.
Les caractéristiques physico-chimiques de cette enveloppe sont connues grâce à l’utilisation de sondes attachées à un ballon. Ces sondes transmettent des informations radio sur les changements verticaux de pression, de température, d’humidité et de caractéristiques des vents. L’épaisseur de cette enveloppe atmosphérique va de 8 km dans les hautes latitudes à 18 km au-dessus de l’équateur. Son épaisseur varie également en fonction des saisons (maximale en été, minimale en hiver).
Une bande étroite sépare la troposphère de la stratosphère : c’est la tropopause dans laquelle la température de l’air reste constante lorsque l’altitude augmente. La troposphère représente la plus grande partie de la masse de l’atmosphère. Sa densité est caractéristique, tout comme son gradient thermique de -6,5°C par km.
La quantité de vapeur d’eau y décroit avec l’altitude et varie en fonction de la latitude, quantité plus grande à l’équateur (3%) qu’aux pôles. La vapeur d’eau absorbant l’énergie solaire, elle joue un rôle majeur dans la régulation de la température de l’air. Environ 99% de la vapeur d’eau atmosphérique est contenue dans la troposphère. Tous les phénomènes météorologiques s’y déroulent, les turbulences pouvant néanmoins s’étendre jusqu’à la basse stratosphère. Les courants de convection sont vigoureux dans la troposphère, ce qui conduit à des brassages d’air considérables. Littéralement, il s’agit de l’enveloppe dans laquelle l’air « tourne ».
- La stratosphère
Elle s’étend en moyenne de 12 à 50 km d’altitude. La température y augmente régulièrement.
C’est la deuxième strate de l’atmosphère, entre 10 et 50 km d’altitude. La température de l’air y est relativement constante jusqu’à 20 km d’altitude, puis augmente régulièrement jusqu’à 220 K à 50 km d’altitude (stratopause). À cause de cette augmentation de la température avec l’altitude, il n’y a pas de convection, ce qui stabilise les conditions atmosphériques dans cette enveloppe.
L’ozone atteint ici une concentration moyenne de 10 ppmv (0,04 ppmv dans la troposphère). Cette molécule absorbe le rayonnement solaire UV de 290 à 320 nm (longueurs d’onde néfastes pour la structure des acides nucléiques cellulaires). Il y a ainsi réchauffement de la stratosphère. La production et la destruction de l’ozone se produit essentiellement dans les hautes altitudes de la stratosphère tropicale, là où le rayonnement UV est intense. Cependant la dissociation de la molécule se produit dans la basse stratosphère, à des latitudes plus hautes que celles où est produit l’ozone.
- La mésosphère,
Elle s’étend en moyenne de 50 à 80 km d’altitude. Elle est caractérisée par une décroissance de la température de l’air, qui atteint 190 K à 80 km d’altitude (mésopause). Elle est séparée de la stratosphère par la stratopause et de la thermosphère par la mésopause. Les températures dans la mésosphère chutent avec l’augmentation de l’altitude jusqu’à environ -100°C. La mésosphère est la plus froide des couches atmosphériques.
Les concentrations en ozone et en vapeur d’eau sont ici négligeables. Lorsqu’on s’éloigne de la surface terrestre, la composition chimique de l’atmosphère dépend uniquement de l’altitude et s’enrichit en gaz légers. À très haute altitude, la composition en gaz résiduels montre une stratification en fonction de la masse moléculaire (séparation gravitaire).
4) La thermosphère
Elle s’étend en moyenne de 80 à 500 km.La mésopause sépare la thermosphère de la mésosphère sous-jacente. La température augmente ici avec l’altitude et atteint jusqu’à 1.000 – 1.500 K. Ces températures s’expliquent par l’absorption de l’intense rayonnement solaire (courtes longueurs d’onde) par les molécules d’oxygène et d’azote résiduelles. À 100 – 200 km d’altitude, ce sont les composants chimiques majeurs de l’atmosphère.
De telles températures ne sont pas comparables à celles que l’on peut détecter à la surface de la Terre. La température correspond à la vitesse moyenne d’agitation des molécules. Dans la thermosphère, les gaz s’agitent donc à très grande vitesse. Mais ces gaz étant très peu concentrés dans cette enveloppe, la quantité de chaleur de l’ensemble est insignifiante. C’est pour cette raison que la température d’un satellite en orbite dans la thermosphère dépend principalement de la quantité de radiations solaires qu’il absorbe et non des fortes températures de l’air environnant quasiment inexistant. Si un astronaute plaçait sa main dans la thermosphère, il n’aurait pas une sensation de chaleur.
- L’ionosphère. …
La météorologie et la climatologie s’intéressent cependant plus spécialement aux événements qui se produisent dans la couche la plus basse,
L’exosphère,
Elle permet la transition vers le vide interplanétaire. Elle est une zone de transition entre l’atmosphère terrestre et l’espace interplanétaire. Cette couche est encore protégée des particules émises par le Soleil grâce au champ magnétique terrestre.
La frontière supérieure, relativement floue, pourrait s’étendre jusqu’à 1.000 km.
