Atmosphère terrestre

LModèle:'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse, entourant la Terre, que l'on appelle air. L'air sec se compose à 78,087 % de diazote, à 20,95 % de dioxygène, à 0,93 % d'argon, à 0,042 % de dioxyde de carbone, et de traces d'autres gaz. L'atmosphère protège la vie sur Terre en filtrant le rayonnement solaire ultraviolet, en réchauffant la surface par la rétention de chaleur (effet de serre) et en réduisant partiellement les écarts de température entre le jour et la nuit.

Les nuages, constitués de particules liquides ou solides en suspension dans l'air, ne sont pas considérés comme des constituants de l'atmosphère. En revanche, la vapeur d'eau contenue dans l'air humide représente, en moyenne, 0,25 % de la masse totale de l'atmosphère. La vapeur d'eau est le seul fluide de l'atmosphère terrestre susceptible de changer rapidement de phase (solide, liquide, gaz), essentiellement en fonction de la température, et dont la concentration est très variable dans le temps et dans l'espace. La chaleur a tendance à faire monter l'air et son humidité, alors que la pression de l’atmosphère et Modèle:Lien diminuent avec l'altitude dans la troposphère.

Description

Il n'y a pas de limite précise entre l'atmosphère et l'espace, car elle devient de plus en plus ténue avant de s’évanouir, dans l'espace, de manière continue. Cependant, à partir de l'observation de la variation de la densité des gaz terrestres, on peut établir que l'épaisseur de l'atmosphère terrestre varie entre Modèle:Unité (selon l'activité solaire), l'épaisseur moyenne étant d'environ Modèle:Unité. Cette limite correspond à la frontière entre thermosphère et exosphère.

La littérature scientifique fait mention d'autres définitions de la limite de l'atmosphère terrestre selon différents paramètres. Par exemple, Modèle:Unité : seuil en dessous duquel se trouve 99 % de la masse de l'atmosphère ; Modèle:Unité : base de l'ionosphère ; Modèle:Unité : limite à partir de laquelle la densité des gaz n'est plus distinguable de celle issue des vents solaires ; Modèle:Unité : limite de l'exosphèreModèle:,.

La ligne de Kármán, à Modèle:Unité, est considérée par la Fédération aéronautique internationale comme la frontière entre l'atmosphère, en tant que soumise à l’attraction terrestre, et l'espace, en tant que ne permettant plus la sustentation purement aérodynamique d'engins plus lourds que l’air.

L'altitude de Modèle:Unité marque la limite où les effets atmosphériques deviennent notables durant la rentrée atmosphérique de tout objet solide de taille notable. Cette valeur est plus élevée pour des objets à forte traînée et de grande taille (décélérateur supersonique) ou de très petite taille (étoile filante).

La limite entre l'atmosphère terrestre et l'atmosphère solaire n'est pas définie précisément : la limite externe de l'atmosphère correspond à la distance où les molécules de gaz atmosphérique ne subissent presque plus l'attraction terrestre et les interactions de son champ magnétique. Ces conditions se vérifient à une altitude qui varie avec la latitude Modèle:Incise. Ces valeurs ne sont toutefois qu'indicatives : le champ magnétique terrestre est continuellement déformé par le vent solaire. L'épaisseur de l'atmosphère varie donc notablement. En outre, comme l'eau des océans, l'atmosphère subit l'influence de l’attraction lunaire dans le système Terre-Lune, ainsi que les interférences gravitationnelle du Soleil. Comme les molécules de gaz, plus légères et moins liées entre elles que les molécules de l'eau de mer, ont de grandes possibilités de mouvement, les marées atmosphériques sont des phénomènes beaucoup plus considérables que les marées océaniques.

La plus grande partie de la masse atmosphérique est proche de la surface : l'air se raréfie en altitude et la pression diminue ; celle-ci peut être mesurée au moyen d'un altimètre ou d'un baromètre.

L'atmosphère est le siège d'un effet de serre qui réchauffe la surface de la Terre. Sans elle, la température moyenne sur Terre serait beaucoup plus basse, estimée à Modèle:Tmp en moyenne, contre une température moyenne estimée à Modèle:Tmp actuellement. Cet effet de serre découle des propriétés des gaz à effet de serre vis-à-vis des ondes électromagnétiques, qui sont opaques aux radiations thermiques.

Composition chimique détaillée

Évolution des teneurs connues de Modèle:CO2 de l'atmosphère terrestre. Pour rendre ces variations plus visibles, l'échelle temporelle n'est pas linéaire.

Proportion actuelle des gaz atmosphériques (moyennes variant régionalement et saisonnièrement).

La composition chimique de l’atmosphère terrestre a beaucoup varié selon les époques, dans les âges géologiques, et plus récemment mais à moindre titre du fait de l’activité humaine.

Même si les gaz de l'atmosphère sont continuellement brassés, dans les temps modernes, l'atmosphère n'est pas homogène, tant par sa composition que par ses caractéristiques physiques. La concentration des composants minoritaires, et en particulier les polluants, est très hétérogène sur la surface du globe, car des sources d'émission très locales existent, soit liées à l'activité humaine (usines, air intérieur ou extérieurModèle:Etc.) soit à des processus naturels (géothermie, décomposition de matières organiquesModèle:Etc.).

Principaux constituants

Au niveau de la mer, l'air sec est principalement composé de 78,1 % de diazote, 20,9 % de dioxygène. Le 1 % restant est dominé par 0,93 % d'argon et 0,04 % de dioxyde de carbone. Il comporte aussi des traces d'autres éléments chimiques, les gaz mineurs, dont la proportion varie avec l'altitude. Ceux-ci constituent moins de 0,03 % de l'atmosphère. Ce sont en majorité les gaz rares : néon, hélium, krypton, xénon et radon. Parmi ces constituants, les gaz à effet de serre sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, l'oxyde d'azote et l'ozone.

Composition de l'atmosphère « sèche » ppmv : partie par million en volume ppmm : partie par million en masse Gaz Volume Diazote (N2) Modèle:Unité (78,084 %), soit Modèle:Unité, sachant que la masse molaire du diazote est de Modèle:Unité et celle moyenne de l'air est de Modèle:Unité. Dioxygène (O2) Modèle:Unité (20,946 %), (valeur qui diminue de Modèle:Unité par an), soit Modèle:Unité, sachant que la masse molaire du dioxygène est de Modèle:Unité. Argon (Ar) Modèle:Unité (Modèle:Unité), soit Modèle:Unité, sachant que la masse molaire de l'argon est de Modèle:Unité. Dioxyde de carbone (Modèle:CO2) Modèle:Unité (Modèle:Unité) (valeur qui croît de Modèle:Unité par an), soit Modèle:Unité (en Modèle:Date-), sachant que la masse molaire du dioxyde de carbone est de Modèle:Unité. Néon (Ne) Modèle:Unité Hélium (He) Modèle:Unité Méthane (CH4) Modèle:Unité Krypton (Kr) Modèle:Unité Dihydrogène (H2) Modèle:Unité À rajouter à l'atmosphère sèche : Vapeur d'eau (H2O) de < 1 % à ~5 % (très variable)

Composants mineurs de l'atmosphère Gaz Volume Monoxyde d'azote (NO) Modèle:Unité Protoxyde d'azote (N2O) Modèle:Unité Xénon (Xe) Modèle:Unité Ozone (O3) ≤ Modèle:Unité Dioxyde d'azote (NO2) Modèle:Unité Diiode (I2) Modèle:Unité Monoxyde de carbone (CO) Modèle:Unité Ammoniac (NH3) traces

D'autres éléments d'origine naturelle sont présents en plus faible quantité, dont la poussière (apportées par exemple par la couche d'air saharien), le pollen et les spores ainsi que des virus, bactéries. De très nombreux aérosols d'origine naturelle ou anthropique sont aussi présents dans l'air, ainsi que des polluants. Ce sont notamment le CO (contrairement à une idée reçue, le Modèle:Dioxyde de carbone n'est pas un polluant de l'air mais un gaz à effet de serre, qui a peu d'effet direct sur la santé), les matières particulaires, les oxydes d'azote, le chlore (élémentaire ou surtout composés), le fluor (composés), le mercure et le soufre (en composé tel que le SO₂). Les régions agricoles sont aussi sources de méthane (fermentation des lisiers, rizières), de pesticides (plus ou moins solubles dans l'air ou dans l'humidité de l'air selon leur tension de vapeur), d'azote (issu des engrais). Fusées et avions polluent aussi l'atmosphère par la combustion de leur carburant.

Quantité moyenne de vapeur d'eau.

Évolution du taux de Modèle:CO2

Modèle:Article détaillé La concentration en dioxyde de carbone dans l'atmosphère a oscillé entre Modèle:Unité entre Modèle:Unité dans le passé et le début de la révolution industrielle, ces valeurs minimales et maximales correspondant respectivement aux périodes glaciaires et interglaciaires. Depuis, principalement en raison de la combustion de grandes quantités de carbone fossile, la concentration en Modèle:CO2 dans l’atmosphère augmente régulièrement, elle atteint Modèle:Unité en 2023. La concentration de Modèle:CO2 augmenterait actuellement cent fois plus rapidement qu'à la sortie du dernier âge glaciaire il y a Modèle:Nombre, avec une variation d'environ Modèle:Unité par an contre environ Modèle:Unité (Modèle:Unité) de moyenne à l'époqueModèle:Refsou.

Des concentrations supérieures à l'actuelle ont certainement existé il y a environ cinquante millions d'années ; cependant, d'après ce qui a pu être déterminé, la variation annuelle n'a jamais dans l'histoire récente atteint le niveau actuel.

Modèle:Section à actualiser En mai 2013, l'observatoire du Mauna Loa à Hawaï annonce que la teneur atmosphérique en Modèle:CO2 a franchi, sur ce site, le cap symbolique des Modèle:Unité (Modèle:Unité de moyenne relevé le Modèle:Date-), niveau le plus élevé depuis Modèle:Nobr de mesures en ce lieu et certainement depuis deux à trois millions d'annéesModèle:,Modèle:,, c'est-à-dire depuis le Pliocène. Il est important de noter que des concentrations supérieures ont déjà été mesurées par le passé, mais en d'autres lieux, par exemple en avril 2012, au Canada, en Norvège (début 2013), en Équateur et aux îles Canaries, ainsi que par les mesures indépendantes de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) (en Arctique en 2012 par exemple) et du Scripps Institution of Oceanography (seuil aussi franchi le 10 mai 2013 pour ces deux derniers). Les spécialistes estiment que l'hémisphère sud devrait franchir ce cap symbolique courant 2014, différence de quelques mois qui serait en partie liée au fait que les gaz à effet de serre sont majoritairement émis au nord de l'équateur. Par ailleurs, à cause des fluctuations saisonnières principalement dues à la végétation, des pics sont atteints en mai et en automne alors que le niveau diminue légèrement en été ; en conséquence, le niveau annuel moyen actuel reste légèrement en deçà de ce seuil symbolique, autour de Modèle:Unité (taux moyen entre septembre 2012 et septembre 2013, période durant laquelle le niveau a varié entre Modèle:Unité), mais le seuil devrait être franchi à toute date de l'année entre 2015 et 2016. Aucun niveau inférieur à Modèle:Nobr n'a été mesuré à Hawaï depuis octobre 1988.

La fraction molaire en dioxyde de carbone s'élève, en janvier 2017, à Modèle:Nombre, soit Modèle:Nobr alors qu'en 1998, elle n'était que de Modèle:Nobr.

Historique des mesures

• Pliocène (Modèle:Nb d'années) : Modèle:UnitéModèle:Refsou, Modèle:Unité (moyenne de 400 ppm)
• Stage 11 (Modèle:Nombre) : Modèle:Unité
• avant la révolution industrielle (avant le Modèle:S-) : Modèle:UnitéModèle:Refsou
• 1958 : 315 ppm
• 1974 : 330 ppmModèle:Refsou
• 2001 : 370 ppmModèle:Refsou
• juin 2005 : 382 ppm
• 2013 : 395 ppm
• 2015 : 400 ppm
• 2020 : 415 ppm

Structure verticale

Profil vertical de la température dans les couches de l'atmosphère.

Schéma des couches de l'atmosphère.

L'atmosphère est divisée en plusieurs couches d'importance variable, délimitées par les discontinuités dans la variation de la température en fonction de l'altitude. De bas en haut :

• la troposphère (de la surface du globe à Modèle:Unité d'altitude), où la température décroît avec l'altitude. L'épaisseur de cette couche varie entre Modèle:Unité à l'équateur, entre Modèle:Unité aux pôles. Elle contient 80 à 90 % de la masse totale de l'air et la quasi-totalité de la vapeur d'eau. C'est la couche où se produisent les phénomènes météorologiques (nuages, pluiesModèle:Etc.) et les mouvements atmosphériques horizontaux et verticaux (convection thermique, vents) ;
• la stratosphère (de 8–15 à Modèle:Unité d'altitude), où la température croît avec l'altitude jusqu'à Modèle:Tmp. Elle abrite une majeure partie de la couche d'ozone ;
• la mésosphère (de Modèle:Unité d'altitude), où la température décroît avec l'altitude jusqu'à Modèle:Tmp ;
• la thermosphère (de 80 à Modèle:Unité d'altitude), où la température croît avec l'altitude ;
• l'exosphère (de 350–800 à Modèle:Unité d'altitude).

Troposphère

La troposphère (du mot grec τρέπω signifiant « changement ») est la partie la plus basse de l'atmosphère ; elle commence à la surface et s'étend entre Modèle:Unité aux pôles et de Modèle:Unité à l'équateur, avec des variations dues aux conditions climatiques. Le mélange vertical de la troposphère est assuré par le réchauffement solaire. Ce réchauffement rend l'air moins dense, ce qui le fait remonter. Quand l'air monte, la pression au-dessus de lui décroît, par conséquent, il s'étend, s'opposant à la pression de l'air environnant. Or, pour s'étendre, de l'énergie est nécessaire, donc la température et la masse de l'air décroissent. Comme la température diminue, la vapeur d'eau dans la masse d'air peut se condenser ou se solidifier, relâchant la chaleur latente permettant une nouvelle élévation de la masse d'air. Ce processus détermine le gradient maximal de baisse de la température avec l'altitude, appelé gradient thermique adiabatique. La troposphère contient grossièrement 80 % de la masse totale de l'atmosphère. 50 % de la masse de l'atmosphère se trouvent en dessous d'environ Modèle:Unité d'altitude.

À noter que la partie la plus basse de la Troposphère est aussi appelée Peplos. Cette couche qui trouve sa limite vers Modèle:Unité est aussi qualifiée de couche sale en raison de son taux d'impureté très important (aérosol ou nucléus) qui sont des noyaux auxquels viennent se former les gouttes d'eau dans le cas d'un air ayant atteint 100 % d'humidité relative. Cette couche se termine par la péplopause. La présence de cette couche sale explique la quasi-absence d'air sur-saturé dans la couche supérieure de la troposphère.

Tropopause

La tropopause est la frontière entre la troposphère et la stratosphère.

Couche d'ozone

Bien que faisant partie de la stratosphère, la couche d'ozone est considérée comme une couche en soi parce que sa composition chimique et physique est différente de celle de la stratosphère. L'ozone (O₃) de la stratosphère terrestre est créé par les ultraviolets frappant les molécules de dioxygène (O₂), les séparant en deux atomes distincts ; ce dernier se combine ensuite avec une molécule de dioxygène (O₂) pour former l'ozone (O₃). L'O₃ est instable (bien que, dans la stratosphère, sa durée de vie est plus longue) et quand les ultraviolets le frappent, ils le séparent en O₂ et en O. Ce processus continu s'appelle le cycle ozone-oxygène. Il se produit dans la couche d'ozone, une région comprise entre 10 et Modèle:Unité au-dessus de la surface. Près de 90 % de l'ozone de l'atmosphère se trouve dans la stratosphère. Les concentrations d'ozone sont plus élevées entre Modèle:Unité d'altitude, où elle est de Modèle:Unité.

Stratosphère

La stratosphère s'étend de la tropopause, entre Modèle:Unité et environ Modèle:Unité. La température y augmente avec l'altitude. La stratosphère contient la majeure partie de la couche d'ozone.

Stratopause

La stratopause est la limite entre la stratosphère et la mésosphère. Elle se situe vers Modèle:Unité d'altitude. La pression représente environ Modèle:Frac de la pression atmosphérique au niveau de la mer.

Mésosphère

La mésosphère (du mot grec μέσος signifiant « milieu ») s'étend de Modèle:Unité à environ Modèle:Unité. La température décroît à nouveau avec l'altitude, atteignant Modèle:Unité (Modèle:Unité) dans la haute mésosphère. C'est dans la mésosphère que la plupart des météoroïdes se consument en entrant dans l'atmosphère. C'est aussi cette même couche qui peut dévier les bolides rasants et affecter leurs caractéristiques (masse, orbite) comme cela a été observé lors de l'évènement du 13 octobre 1990.

Mésopause

La température minimale se rencontre à la mésopause, frontière entre la mésosphère et la thermosphère. C'est le lieu le plus froid de la Terre, avec une température de Modèle:Unité (Modèle:Unité).

Thermosphère

La thermosphère est la couche atmosphérique commençant vers Modèle:Unité et allant jusqu'à Modèle:Unité d'altitude, la température y augmente avec l'altitude. Bien que la température puisse atteindre les Modèle:Unité, un individu ne la ressentirait pas à cause de la très faible pression. La station spatiale internationale orbite dans cette couche à une altitude maintenue autour de Modèle:Unité. Comme description moyenne le modèle MSIS-86 est recommandé par le Modèle:Lang.

Thermopause

La thermopause est la limite supérieure de la thermosphère. Elle varie entre Modèle:Unité d'altitude.

Ionosphère

L'ionosphère, la partie de l'atmosphère ionisée par les radiations solaires, s'étire de Modèle:Unité et se constitue de trois couches :

1. La couche D (Modèle:Unité) ;
2. La couche E (Modèle:Unité) ;
3. La couche F (Modèle:Unité) qui chevauche à la fois la thermosphère et l'exosphère. Elle joue un rôle important dans l'électricité atmosphérique et forme le bord intérieur de la magnétosphère. Grâce à ses particules chargées, elle a une importance pratique car elle influence, par exemple, la propagation des ondes radio sur la Terre. Elle est le lieu où se déroulent les aurores et les phénomènes lumineux transitoires liés aux orages.

Exosphère

L'atmosphère vue terrestre depuis l'espace.

L'exosphère commence avec l'exobase, qui est aussi connue comme le « niveau critique », vers 500–Modèle:Unité et s'étire jusqu'à plus de Modèle:Unité d'altitude. Elle contient des particules circulant librement et qui migrent ou proviennent de la magnétosphère ou du vent solaire.

Pression et épaisseur

La pression atmosphérique moyenne, au niveau de la mer, est de Modèle:Unité ; la masse atmosphérique totale est de Modèle:Unité.

La pression atmosphérique est le résultat direct du poids total de l'air se trouvant au-dessus du point où la pression est mesurée. La pression de l'air varie en fonction du lieu et du temps, car la quantité et le poids d'air varient suivant les mêmes paramètres. Toutefois, la masse moyenne au-dessus d'un mètre carré de la surface terrestre peut être calculée à partir de la masse totale de l'air et la superficie de la Terre. La masse totale de l'air est de Modèle:Unité et la superficie de Modèle:Unité soit 510 072 giga mètres carrés. Par conséquent Modèle:Nobr. Ceci est environ 2,5 % inférieur à l'unité standardisée officielle de [[atmosphère (unité)|Modèle:Unité]] représentant Modèle:Unité, ce qui correspond à la pression moyenne, non pas au niveau de la mer seul, mais à la base de l'atmosphère à partir de l'élévation moyenne du sol terrestre et du niveau de la mer.

Si la densité de l'atmosphère restait constante avec l'altitude, l'atmosphère se terminerait brusquement vers Modèle:Unité d'altitude. La densité décroît avec l'altitude, ayant déjà diminué de 50 % dès Modèle:Unité. En comparaison, la plus haute montagne, l'Everest, atteint les Modèle:Unité d'altitude, donc l'air est moins de 50 % moins dense à son sommet qu'au niveau de la mer.

Cette chute de pression est presque exponentielle, ainsi la pression diminue de moitié environ tous les Modèle:Unité et de 63,2 % $(1-1/e=1-0.368=0,632)$ tous les Modèle:Unité (hauteur d'échelle moyenne de l'atmosphère terrestre en dessous de Modèle:Unité). Même dans l'exosphère, l'atmosphère est encore présente, comme on peut le constater par la traînée subie par les satellites.

Les équations de pression par altitude peuvent être utilisées afin d'estimer l'épaisseur de l'atmosphère. Les données suivantes sont données pour référence :

• 50 % de la masse de l'atmosphère est en dessous de Modèle:Unité d'altitude ;
• 90 % de la masse de l'atmosphère est en dessous de Modèle:Unité d'altitude. L'altitude courante des transports aériens commerciaux est de Modèle:Unité et le sommet de l'Everest est à Modèle:Unité au-dessus du niveau de la mer. Dans la région supérieure, où les gaz sont raréfiés, se produisent des aurores et d'autres effets atmosphériques. Le vol le plus élevé de l'avion X-15 a atteint, en 1963, une altitude de Modèle:Unité.

Densité et masse

Température et masse volumique par rapport à l'altitude d'après le modèle d'atmosphère standardisé NRLMSISE-00.

La masse volumique de l'air au niveau de la mer est d'environ Modèle:Unité (Modèle:Unité). Les variations naturelles de la pression atmosphérique se produisent à chaque altitude et à chaque changement de temps. Ces variations sont relativement faibles dans les altitudes habitées, mais elles deviennent plus prononcées dans l'atmosphère supérieure puis dans l'espace à cause des variations des radiations solaires.

La densité atmosphérique décroît avec l'altitude. Cette variation peut être modélisée par la formule du nivellement barométrique. Des modèles plus sophistiqués sont utilisés par les météorologues et les agences spatiales pour prédire le temps et l'abaissement progressif de l'orbite des satellites.

D'après le Modèle:Lang, la « masse totale de l'atmosphère est de Modèle:Unité avec une variation annuelle due à la vapeur d'eau de Modèle:Unité en fonction de l'utilisation des données sur la pression de surface et la vapeur d'eau. La masse moyenne de la vapeur d'eau est estimée à Modèle:Unité et la masse de l'air sec est de Modèle:Unité ». Les nuages (liquides parfois solides) ne sont pas pris en compte dans la masse moyenne de la vapeur d'eau.

Opacité

Modèle:Article détaillé Les radiations solaires (ou rayonnement solaire) correspondent à l'énergie que reçoit la Terre du Soleil. La Terre réémet aussi des radiations vers l'espace, mais sur des longueurs d'onde plus importantes invisibles à l'œil humain. Suivant les conditions, l'atmosphère peut empêcher les radiations d'entrer dans l'atmosphère ou d'en sortir. Parmi les exemples les plus importants de ces effets il y a les nuages et l'effet de serre.

Diffusion des ondes

Modèle:Article détaillé Quand la lumière traverse l'atmosphère, les photons interagissent avec elle à travers la diffusion des ondes. Si la lumière n'interagit pas avec l'atmosphère, c'est la radiation directe et cela correspond au fait de regarder directement le soleil. Les radiations indirectes concernent la lumière qui est diffusée dans l'atmosphère. Par exemple, lors d'un jour couvert, quand les ombres ne sont pas visibles, il n'y a pas de radiations directes pour la projeter, la lumière a été diffusée. Un autre exemple, dû à un phénomène appelé la diffusion Rayleigh, les longueurs d'onde les plus courtes (bleu) se diffusent plus aisément que les longueurs d'onde les plus longues (rouge). C'est pourquoi le ciel parait bleu car la lumière bleue est diffusée. C'est aussi la raison pour laquelle les couchers de soleil sont rouges. Parce que le soleil est proche de l'horizon, les rayons solaires traversent plus d'atmosphère que la normale avant d'atteindre l'œil par conséquent toute la lumière bleue a été diffusée, ne laissant que le rouge lors du soleil couchant.

• Différentes couleurs au coucher du Soleil
• 
  Couleurs dues à la dispersion de la lumière dans l'atmosphère.
• 
  Un coucher de soleil vu depuis l'ISS.

Absorption optique

Pourcentage d'absorption (ou opacité) atmosphérique de la Terre à diverses longueurs d'onde et radiation électromagnétique, y compris lumière visible.

L'absorption optique est une autre propriété importante de l'atmosphère. Différentes molécules absorbent différentes longueurs d'onde de radiations. Par exemple, le dioxygène et l'ozone absorbent presque toutes les longueurs d'onde inférieures à Modèle:Unité. L'eau absorbe la plupart des longueurs d'onde au-dessus de Modèle:Unité, mais cela dépend de la quantité de vapeur d'eau dans l'atmosphère. Quand une molécule absorbe un photon, cela accroît son énergie.

Quand les spectres d'absorption des gaz de l'atmosphère sont combinés, il reste des « fenêtres » de faible opacité, autorisant le passage de certaines bandes lumineuses. La fenêtre optique va d'environ Modèle:Unité (ultraviolet-C) jusqu'aux longueurs d'onde que les humains peuvent voir, la lumière visible (communément appelé lumière), à environ Modèle:Unité et continue jusqu'aux infrarouges vers environ Modèle:Unité. Il y a aussi des fenêtres atmosphériques et radios qui transmettent certaines ondes infrarouges et radio sur des longueurs d'onde plus importantes. Par exemple, la fenêtre radio s'étend sur des longueurs d'onde allant de un centimètre à environ onze mètres. Le graphe ci-dessus représente 1-T (exprimé en %) (où T est la transmittance).Modèle:Refnec

Émission

Modèle:Article détaillé L'émission est l'opposé de l'absorption, quand un objet émet des radiations. Les objets tendent à émettre certaines quantités de longueurs d'onde suivant les courbes d'émission de leur « corps noir », par conséquent des objets plus chauds tendent à émettre plus de radiations sur des longueurs d'onde plus courtes. Les objets froids émettent moins de radiations sur des longueurs d'onde plus longues. Par exemple, le Soleil est approximativement à Modèle:Unité (Modèle:Tmp), ses pics de radiation approchent les Modèle:Unité et sont visibles par l'œil humain. La Terre est approximativement à Modèle:Unité (Modèle:Tmp), par conséquent ses pics de radiations approchent les Modèle:Unité (Modèle:Unité), ce qui est trop long pour que l'œil humain ne les perçoive.

À cause de sa température, l'atmosphère émet des radiations infrarouges. Par exemple, lors des nuits où le ciel est dégagé la surface de la Terre se rafraîchit plus rapidement que les nuits où le ciel est couvert. Ceci est dû au fait que les nuages (Modèle:Fchim) sont d'importants absorbeurs et émetteurs de radiations infrarouges.

L'effet de serre est directement lié à l'absorption et à l'émission. Certains composants chimiques de l'atmosphère absorbent et émettent des radiations infrarouges, mais n'interagissent pas avec la lumière visible. Des exemples communs de ces composants sont le Modèle:Dioxyde de carbone et l'eau. S'il y a trop de ces gaz à effet de serre, la lumière du soleil chauffe la surface de la Terre, mais les gaz bloquent les radiations infrarouges lors de leur renvoi vers l'espace. Ce déséquilibre fait que la Terre se réchauffe, entrainant ainsi des changements climatiques.

Circulation

Cellules de circulation simplifiées.

Modèle:Article détaillé La circulation atmosphérique est le mouvement à l'échelle planétaire de la couche d'air entourant la Terre qui redistribue la chaleur provenant du Soleil en conjonction avec la circulation océanique. Comme la Terre est un sphéroïde, la radiation solaire incidente au sol varie entre un maximum aux régions faisant face directement au Soleil, situé selon les saisons plus ou moins loin de l'équateur, et un minimum à celles très inclinées par rapport à ce dernier proches des Pôles. La radiation réémise par le sol est liée à la quantité d'énergie reçue.

Il s'ensuit un réchauffement différentiel entre les deux régions. Le déséquilibre ainsi créé a pour conséquence des différences de pression, qui sont à l'origine des circulations atmosphériques. Celle-ci, combinée aux courants marins, est le moyen qui permet de redistribuer la chaleur sur la surface de la Terre. Les détails de la circulation atmosphérique varient continuellement, mais la structure de base reste assez constante.

Phénomènes optiques

Figure montrant différentes bandes spectrales et leurs transmissions au travers de l'atmosphère terrestre.

La composition de l'atmosphère terrestre la rend relativement transparente aux rayonnements électromagnétiques dans le domaine du spectre visible. Elle est cependant relativement opaque aux rayonnements infrarouges émis par le sol, ce qui est à l'origine de l'effet de serre. Il s'y produit aussi différents phénomènes optiques causés par des variations continues ou non de l'indice de réfraction du milieu de propagation des ondes électromagnétiques.

Parmi ces phénomènes, les plus notables sont les arcs-en-ciel et les mirages.

La couleur du ciel diurne, quant à elle, est due à la variation de la diffusion du rayonnement solaire en fonction de la longueur d'onde. Des couleurs inhabituelles s'observent cependant lors des aurores polaires (aurores boréales ou australes), qui résultent de l'interaction entre les particules du vent solaire et la haute atmosphère.

Historique

Les premières mesures de l'atmosphère se sont déroulées au sol, en plaine puis au sommet des montagnes.

Le Modèle:Date-, le beau-frère de Blaise Pascal, Florin Périer, constate au Puy de Dôme que la pression atmosphérique diminue avec l'altitude prouvant ainsi la pesanteur de l'air.

Au Modèle:S-, le progrès scientifique permet de faire des mesures depuis des ballons puis des ballons-sondes permettant de découvrir l'existence de la stratosphère en 1899.

Actuellement, les engins spatiaux permettent d'accéder au-delà de l'atmosphère.

Voir aussi

Bibliographie

• Modèle:Ouvrage
• Modèle:Ouvrage
• Modèle:Ouvrage
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Filmographie

• À la découverte de l'atmosphère terrestre, film de Herb Saperstone, Jeulin, Évreux, 2006, 35 min (DVD et brochure)

Liens externes

• Site explicatif et vidéo, sur alertes-meteo.com.
• Qu'est-ce que l'atmosphère ?, une animation de la Fondation polaire internationale, sur educapoles.org.