Composition et structure de l'atmosphère
Les couches de l'atmosphère
L'atmosphère n'est pas homogène ; elle est structurée en plusieurs couches distinctes, caractérisées par des variations de température et de composition.
- Troposphère : C'est la couche la plus basse, s'étendant du sol jusqu'à environ 8-15 km d'altitude (plus épaisse à l'équateur, plus fine aux pôles). C'est là que se produisent la plupart des phénomènes météorologiques (nuages, pluie, vent). La température y diminue avec l'altitude (environ par km). C'est la couche où nous vivons et respirons.
- Stratosphère : Située au-dessus de la troposphère, de 15 à 50 km d'altitude. La température y augmente avec l'altitude, principalement grâce à la présence de la couche d'ozone () qui absorbe une grande partie du rayonnement ultraviolet (UV) solaire. Cette absorption chauffe la stratosphère.
- Mésosphère : De 50 à 85 km d'altitude. La température y diminue de nouveau avec l'altitude, atteignant les valeurs les plus basses de l'atmosphère (jusqu'à ). C'est dans cette couche que la plupart des météores brûlent en entrant dans l'atmosphère, créant des "étoiles filantes".
- Thermosphère : S'étend de 85 km jusqu'à environ 600 km d'altitude. La température y augmente fortement avec l'altitude, pouvant atteindre plus de en raison de l'absorption des rayonnements X et UV extrêmes par les rares molécules d'air. Cependant, l'air y est si ténu que cette température élevée ne signifie pas une chaleur ressentie. C'est dans la thermosphère que se produisent les aurores boréales et australes.
- Exosphère : La couche la plus externe, au-delà de 600 km, où les molécules de gaz sont si dispersées qu'elles peuvent s'échapper dans l'espace. Il n'y a pas de limite supérieure claire.
Composition chimique actuelle
L'air que nous respirons est un mélange de plusieurs gaz, dont la proportion est relativement stable dans la basse atmosphère.
| Gaz | Symbole | Pourcentage en volume (air sec) |
|---|---|---|
| Azote | Environ | |
| Oxygène | Environ | |
| Argon | Environ | |
| Dioxyde de carbone | Environ | |
| Néon, Hélium, Krypton, Xénon | Traces (< 0,002%) |
- Azote () : C'est le gaz le plus abondant. Il est relativement inerte chimiquement, mais il est essentiel à la vie car il est un composant clé des protéines et des acides nucléiques. Il est fixé par certaines bactéries pour être rendu disponible aux plantes.
- Oxygène () : Le deuxième gaz le plus abondant, vital pour la respiration de la plupart des organismes vivants. Il est produit principalement par la photosynthèse.
- Gaz rares (Argon, Néon, Hélium, etc.) : Présents en faibles quantités, ils sont chimiquement inertes.
- Vapeur d'eau () et dioxyde de carbone () : Bien que présents en concentrations variables et souvent faibles (surtout la vapeur d'eau, qui varie de à selon les lieux et le temps), ce sont des gaz dits "à effet de serre". Ils jouent un rôle crucial dans la régulation thermique de la Terre. La vapeur d'eau est aussi essentielle au cycle de l'eau.
Pression et température en fonction de l'altitude
La pression et la température sont deux paramètres fondamentaux qui caractérisent l'atmosphère et varient significativement avec l'altitude.
- Pression atmosphérique : C'est le poids de la colonne d'air au-dessus d'un point donné. Elle est maximale au niveau de la mer et diminue exponentiellement avec l'altitude. À haute altitude, il y a moins d'air au-dessus, donc la pression est plus faible.
- Au niveau de la mer, la pression moyenne est d'environ (hectopascals).
- À , elle est divisée par deux (environ ).
- La densité de l'air suit la même tendance : elle diminue fortement avec l'altitude, ce qui explique pourquoi il est plus difficile de respirer en montagne.
- Température : Sa variation est plus complexe et définit les différentes couches atmosphériques.
- Dans la troposphère, la température diminue avec l'altitude (on parle de gradient thermique négatif). Le sol absorbe l'énergie solaire et la réémet, chauffant l'air par le bas.
- Dans la stratosphère, la température augmente avec l'altitude grâce à la couche d'ozone (inversion de température).
- Dans la mésosphère, elle diminue à nouveau.
- Dans la thermosphère, elle augmente très fortement.
- Une inversion de température se produit lorsqu'une couche d'air plus chaude se trouve au-dessus d'une couche d'air plus froide, ce qui est inhabituel et peut piéger la pollution près du sol.


