L'épaisseur de l'atmosphère terrestre est de 1 500 km, les 50 premiers kilomètres contenant 99,9 % de son volume global.
Les phénomènes météorologiques qui se produisent sur Terre dépendent uniquement d'une épaisseur d'une dizaine de kilomètres ! Si la Terre avait un diamètre de 1 m, la surface de cette couche représenterait 1,5 mm...on peut alors facilement comprendre pourquoi il est si difficile de prévoir le temps.
Où se termine l'atmosphère ? Il est bien difficile d'en situer exactement les limites. En fonction des variations que la température y subit, les météorologues partagent l'atmosphère en quatre couches qui sont, à partir du sol :
- La troposphère ou basse atmosphère : riche en vapeur d'eau et en nuages, son épaisseur est d'une dizaine de kilomètres et la température y décroît régulièrement ( en moyenne de + 15 °C à - 56 °C )
- La stratosphère ou moyenne atmosphère: jusqu'à une cinquantaine de kilomètres d'altitude. Les réactions photochimiques induites par la présence de l'ozone fournissent à l'air un apport de chaleur de sorte que la température augmente jusqu'à des températures proches du zéro.
- La mésosphère : épaisse d'une trentaine de kilomètres, la température décroît de nouveau jusqu'à - 90 °C.
- La thermosphère ou la haute atmosphère : des transformations physiques et chimiques affectent un air raréfié et soumis à des températures croissantes ( jusqu'à + 500 °C à 500 km d'altitude ).
| Le schéma issu du livre de la collection Nathan (4ème)
résume les différentes couches de l'atmosphère terrestre en fonction de
la température.
On constate aussi que plus on monte en altitude moins la pression qu'exercent les gaz est forte. |
.jpg) |
3. Importance de l'atmosphère pour la Terre.
Que se passerait-il si la Terre n'avait pas d'atmosphère ?
- Il n'y aurait pas de dioxygène et nous ne pourrions pas respirer.
- Il n'y aurait pas d'effet de serre.
- Nous ne serions pas protégés des effets néfastes des rayons du soleil.
- Nous recevrions sans cesse des pluies de petites météorites qui ne se désintégreraient plus en traversant notre atmosphère.
Lorsque les rayons du Soleil parviennent dans notre atmosphère, une partie est réfléchie dans l'espace et l'autre partie atteint la Terre. Ces rayons sont composés de rayons UV (qui favorisent la pigmentation de la peau), de rayons visibles (voir le cours sur la lumière) et de rayons infra-rouges. Ce sont ces derniers qui chauffent le sol qui lui même, va réfléchir une partie de cette chaleur vers l'atmosphère, qui, à son tour les renvoie vers le sol : c'est l'effet de serre. Les rayons IR sont donc emprisonnés par la couche de gaz et d'eau qui entourent notre planète (l'eau est responsable à 50 % de l'effet de serre).
L'effet de serre est donc un phénomène naturel qui permet de garder une température moyenne sur Terre de 14 °C. Sans lui, la température ne serait que de - 18 °C ! Soit 32 °C de moins. La vie ne se serait sans doute pas développée.
Les deux schémas ci-dessous permettent de comparer les températures des autres planètes du système solaire en fonction de leur distance par rapport au Soleil et de l'existence ou non d'une atmosphère autour de la planète.(Schémas tirés du livre de la collection Nathan)
.jpg)
On peut y remarquer deux choses :
- La température sur Vénus est bien plus importante que sur Mercure alors qu'elle est plus éloignée du Soleil. Les rayons qui arrivent sur Mercure sont tous renvoyés dans l'univers alors qu'ils sont en totalité piégés par l'atmosphère de Vénus. Cette planète est recouverte d'une épaisse couche de gaz essentiellement composée de dioxyde de carbone. C'est la raison pour laquelle la température y est si élevée. Ceci devrait être un avertissement sérieux pour les citoyens que nous sommes tous ! Continuer à produire autant de gaz qui augmentent l'effet de serre ne sera pas sans risque pour les générations à venir.....C'est maintenant que nous devons collectivement réagir avant que nous ne puissions plus revenir en arrière.
- La température sur notre satellite naturel est de - 20 °C. La Lune n'est pas très éloignée de nous et son absence d'atmosphère montre bien l'importance de cette dernière sur la température moyenne en surface d'une planète.
4. La pression atmosphérique.
4.1 Mise en évidence.
L'atmosphère est une couche de gaz : sous son propre poids, l'atmosphère se tasse, se comprime.
Avez vous déjà essayé de retenir de l'eau contenue dans un verre renversé avec une feuille de papier ? Faites le, c'est possible !
L'atmosphère terrestre exerce une pression si importante sur la feuille que celle de l'eau sur la feuille ne suffit pas à l'enlever ! Ce phénomène, nous l'avons déjà rencontré avec des flans au caramel ou des médicaments conditionnés en ampoule. Que faut-il faire alors pour réussir à verser le médicament, le flan et l'eau ? Réaliser un trou sur le dessus du récipient ! L'air pénètre dans le verre et le liquide peut s'écouler.
4.2 Mesure de la pression atmosphérique.
La pression atmosphérique se mesure avec un baromètre (le manomètre sert à mesurer la pression d'un gaz dans une enceinte fermée comme un pneumatique par exemple).
L'unité de la pression atmosphérique est l'hectoPascal ou le bar. 1 000 hPa = 1 bar.
La pression atmosphérique moyenne sur terre au niveau de la mer est de 1015 hPa ce qui représente une pression de 1 kg par centimètre carré !
4.3 Dépression et anticyclone.
Si la pression atmosphérique baisse en dessous de 1015 hPa, on est en présence d'une dépression (les valeurs peuvent descendres jusqu'à 950 hPa). C'est souvent l'annonce d'un temps nuageux et pluvieux. Il fait alors moins chaud en été car les rayons du Soleil pénètrent moins facilement jusqu'au sol et moins froid en hiver car les nuages chargés d'eau augmentent l'effet de serre.
Si la pression atmosphérique augmente au dessus de 1015 hPa, on parle d'un anticyclone (les valeurs peuvent atteindre 1050 à 1060 hPa). C'est souvent l'annonce d'un temps clair et ensoleillé. Il fait alors plus chaud en été mais plus froid en hiver car le ciel est dégagé et les nuages ne sont plus là pour accentuer l'effet de serre.
5. La pression d'un gaz dans une enceinte fermée.
Prenez un feuille puis démarrer l'animation sur la pression d'un gaz dans une enceinte fermée (ici une seringue). Modifiez les différents paramètres (température, quantité de gaz et volume de l'enceinte) en notant à chque fois la variation de pression quand elle existe.
Vous constatez que la pression exercée par le gaz sur les parois de la seringue dépend :
- de la quantité de gaz introduit : plus il y a de particules de gaz, plus la pression est importante.
- du volume de l'enceinte qui contient le gaz : plus le volume est important, plus les particules de gaz peuvent se déplacer librement et moins elles exercent de pression sur les parois de la seringue.
- de la température : plus la température est importante, plus les particules s'agitent et viennent plus souvent frapper les parois de la seringue. La pression est donc plus forte lorsque la température est plus importante.