L’ATMOSPHÈRE : STRUCTURE ET COMPOSITION
INTRODUCTION
L’atmosphère est la fine couche gazeuse qui entoure notre planète. Bien que très mince en comparaison au rayon terrestre, son rôle de filtre du rayonnement solaire est essentiel à la présence de la vie sur Terre. Elle possède un champ de gravitation suffisamment fort pour empêcher ses constituants de s’échapper. Son état détermine le temps qu’il fait. Elle est composée à 78,09% d’azote, 20,95% d’oxygène, 0,93% d’argon et d’une variété de gaz en traces. Suite à différents mécanismes d’échauffement et de refroidissement, la température de l’atmosphère évolue en fonction de l’altitude.
I. COMPOSITION DE L’ATMOSPHÈRE TERRESTRE
L’atmosphère terrestre est composée principalement de trois constituants : Azote (N2, 78,1 %), Oxygène (O2, 20,9 %) et Argon (Ar, 0,9%). Les autres constituants étant présents en quantités minimes. Leur concentration est généralement exprimée en parties par million (ppm). Il s’agit principalement du dioxyde de carbone (CO2, 350 ppm) et du néon (Ne, 18 ppm). Des traces de nombreux autres gaz sont aussi présentes : Hélium (He), Krypton (Kr), Hydrogène (H2), Xénon (Xe) et Ozone (O3).
À ces concentrations dans l’air sec, s’ajoute un fort taux en Vapeur d’eau (H2O), variant de 1 % dans les régions polaires à 4 % dans les régions équatoriales. Dans la basse atmosphère se concentrent une proportion variable de gaz polluants et de très faibles quantités d’aérosols (poussières d’origine volcanique ou industrielle, grains de sable et de sel, pollens, etc.). Il s’agit du monoxyde de carbone (CO), méthane (CH4), oxydes d’azote (N2O, NO, NO2), ammoniac (NH3), dioxyde de soufre (SO2), chlorofluorocarbures (CFC), etc.
II. STRUCTURE VERTICALE DE L’ATMOSPHÈRE
L’atmosphère terrestre s’étend sur une épaisseur de l’ordre de 10 000 km. Cependant 99% de sa masse se concentrent dans les 50 premiers kilomètres. Ceci est dû au fait qu’au fur et à mesure que l’on s’élève dans l’atmosphère, la pression diminue fortement. Elle est divisée en quatre (4) couches superposées. Chacune d’entre elles a des propriétés bien différentes (température, composition, pression, épaisseur).
a. La troposphère :
12 km aux latitudes moyennes et 6 km aux pôles. La troposphère contient 80% de la masse de l’atmosphère. La température y décroit en moyenne de 6.5° C par kilomètre (croissance verticale des températures ou gradient thermique vertical). Elle est la couche où ont lieu la plupart des phénomènes météorologiques accessibles à l’expérience humaine par exemple, les nuages. La densité de l’air y est élevée.
Cette mince couche gazeuse est le siège des phénomènes météorologiques intéressant la vie sur terre. Elle est limitée par la tropopause
b. La stratosphère :
La stratosphère est située au-dessus de la troposphère. Elle s’étend de la tropopause jusqu’à 50 km d’altitude. La température reste constante dans la stratosphère inférieure. C’est une couche assez calme dont les phénomènes météorologiques sont rares. Contrairement à la troposphère, la stratosphère contient très peu de vapeur d’eau (à cause des températures très basses rencontrées à la tropopause) mais la majorité de l’ozone O3 se concentre entre 20 et 30 km. L’ozone filtre les rayons ultraviolets solaires nocifs à la vie, entraîne une augmentation de la température au sein de la troposphère supérieure. Dans cette couche, le gradient thermique y est donc globalement positif. La stratosphère est limitée par la stratopause
c. La mésosphère :
Elle est située entre 50 et 85 km d’altitude. Elle voit sa température décroître selon la verticale. Le gradient thermique y redevient négatif avec une température de l’ordre de – 110 à – 140 °C au niveau de sa limite supérieure (mésopause). Contrairement aux deux (2) premières couches (troposphères et stratosphère), la mésosphère ne contient pas de vapeur d’eau elle ne contient que peu d’ozone. On note une absence de gaz qui absorbe la chaleur. La densité de l’air y est très faible, mais reste cependant suffisante pour brûler les météores extraterrestres (étoiles filantes).
d. La thermosphère :
Elle s’étende au-delà de 80 km et jusqu’à une altitude de 800 km. L’air se fait extrêmement rare (proche du vide physique). Des températures élevées y règnent (jusqu’à 1 200 °C au maximum). La propagation et l’absorption du rayonnement solaire dans cette couche atmosphérique entraînent son ionisation. Ce phénomène d’ionisation est à l’origine des aurores polaires (phénomène lumineux de la haute atmosphère, dû à l’interaction des molécules de gaz avec le vent solaire)
III. RÔLE DE L'ATMOSPHÈRE DANS LA VIE DES HOMMES
L’atmosphère a joué un rôle essentiel dans la protection et le maintien de la vie sur Terre. Elle nous protège des météorites, filtre les rayons nocifs à l’homme, maintient une température idéale. Son rôle est primordial pour le maintien de la vie terrestre
1. La protection contre les météorites :
L’atmosphère nous protège des météorites qui sont des blocs de glace et de roche provenant de l’espace dans lequel ils se déplacent à des vitesses souvent très élevées. En rentrant dans l’atmosphère elles subissent des frottements très importants qui les portent à haute température et finissent par les faire exploser et les réduire en poussières. Les météorites de grandes tailles peuvent cependant atteindre le sol et provoquer des dégâts qui dépendent de leur taille de leur vitesse.
2. Filtre les rayons nocifs :
Située dans la stratosphère, la couche d’ozone nous protège de rayonnements dangereux car elle se charge d’arrêter les rayons ultraviolets nocifs.
3. Le maintien d’une température idéale pour la vie :
En l’absence de l’atmosphère les températures seraient extrêmes: une centaine de degrés Celsius au-dessus de zéro le jour et une centaine de degrés Celsius au-dessous de zéro la nuit. L’atmosphère réduit ces écarts de température. Elle nous permet également de bénéficier de températures plus élevées grâce à l’effet de serre. Sans lui, les températures sur Terre seraient trop basses. Il permet de piéger une partie de la chaleur reçue du rayonnement solaire, qui sera maintenue dans l’atmosphère.
L’atmosphère protège donc la terre et ses habitants de la chute de la plupart des météorites, du bombardement des particules cosmiques et de l’incidence des dangereux rayonnements solaires ultraviolets. Elle atténue les variations climatiques au niveau global par le déplacement des masses d’air. Elle participe à l’équilibre thermique de la terre par l’effet de serre. Elle apporte les éléments gazeux nécessaires à la vie. Enfin, elle participe aux échanges de matière et d’énergie entre les différents milieux terrestres (lithosphère, biosphère, océans, ruissellements de surface).
CONCLUSION
L’atmosphère est importante dans le fonctionnement du globe. Elle assure l’essentiel des échanges énergétiques entre les zones climatiques. C’est dans cette enveloppe gazeuse que s’élaborent les phénomènes qui produisent le temps par conséquent, le climat
