Descente dans l’atmosphère terrestre

Imaginons-nous rentrer d’un voyage spatial lointain. Nous sommes à plusieurs centaines de kilomètres de la surface de la Terre. Les instruments scientifiques nous indiquent la présence de molécules de gaz erratiques, les premières traces de l’atmosphère terrestre.

Leur nombre croît au fur et à mesure de notre descente sans que l’on en ressente une manifestation physique. Leur densité est trop faible pour cela.

100 km : Nous rentrons officiellement dans l’atmosphère terrestre. Rien ne change vraiment…

L’on descend encore. L’on croise une aurore boréale en témoin privilégier…
La densité devient plus perceptible au fur et à mesure que la température décroît, jusqu’à marquer un palier.

Vers 80 km, la courbe des températures s’inverse pour s’élever avec la densité atmosphérique, encore ténue.

Une nouvelle inversion thermique annonce l’entrée dans la stratosphère, dans laquelle la densité de l’atmosphère devient significative et croît rapidement avec la descente. Les masses d’air sont organisées en strates homogènes. Cela est particulièrement sensible dans la partie inférieure de la stratosphère où la température est pratiquement constante. Seule la pression atmosphérique varie…

À une dizaine de kilomètres du sol, l’on enregistre une nouvelle inversion thermique. L’atmosphère est beaucoup plus dense, au point que les vents dévient fortement notre navette spatiale. Nous devons même nous dérouter pour éviter une tempête tropicale. Nous sommes secoués comme dans un panier à salade à la frontière de deux masses d’air. Il faut des relevés nombreux pour définir les tendances statistiques, tant les variations de température sont aussi importantes qu’incessantes.

Au sol, l’altimètre barométrique indique 57 m… La pression atmosphérique a changé depuis notre départ. Heureusement que les GPS ont remplacé les instruments de bord de Grand-Papa, nous nous serions écrasés…

1 – Inversions thermiques et couches atmosphériques

Lors de notre descente dans l’atmosphère terrestre nous avons rencontré plusieurs inversions thermiques. Celles-ci ont servi de repère pour décomposer l’atmosphère en différentes couches, suivant que la température y est croissante ou décroissante avec l’altitude.

La première couche que l’on atteint en venant de l’espace lointain est l’Exosphère. Comme il faut bien une exception à toute règle, sa limite inférieure n’est pas due à une inversion thermique, mais à l’altitude fixée conventionnellement à 100 km au-delà de laquelle on considère que commence l’espace. Il faut dire que le gaz atmosphérique y est aussi rare que dans les meilleures machines à vide dans lesquelles on fabrique les composants électroniques…

Y succèdent la Thermosphère et la Mésosphère, séparées, elles, par la première inversion thermique (en venant de l’espace).

Ces trois couches représentent la haute atmosphère, dont la masse représente un millième de la masse totale de l’atmosphère…

Vient ensuite la Stratosphère, couche beaucoup plus dense (20 % de la masse atmosphérique), qui se caractérise par sa structure en strates thermiques stables.

L’on termine par la Troposphère. Cette couche présente la plus faible épaisseur (un peu plus de 10 km) mais la plus forte densité (80 % de la masse atmosphérique). La température y varie régulièrement avec l’altitude suivant un gradient moyen de -6 °C/km (à partir du sol).

2 – La Troposphère ou le règne du déséquilibre

La Troposphère se caractérise donc par sa densité (80 % de la masse d’air pour seulement 10 % du volume). Les collisions intermoléculaires y sont très nombreuses, suffisamment pour donner une cohésion d’entraînement « visqueux » de masses d’air de températures homogènes. Elles se réchauffent au contact du sol. Leur densité diminue. Elles s’élèvent tant qu’elles rencontrent des masses d’air plus denses, qui prennent leur place… Ce mouvement perpétuel forme les courants convectifs.

La structure thermique stable de la Stratosphère interdit l’élévation des masses d’air chaud de la Troposphère, formant une barrière aux courants convectifs. L’air de la Troposphère est alors confiné par la Tropopause (frontière entre la Troposphère et la Stratosphère)… à la façon de l’air d’une serre (mais nous verrons que l’analogie s’arrête là).

La Troposphère n’est en aucun cas une masse d’air en équilibre ! Elle est le siège d’importants courants convectifs entre les zones chaudes de l’équateur et les zones froides des pôles. Ces courants forment une composante tangentielle des transferts thermiques, source des manifestations climatiques comme les tempêtes tropicales ou les tornades, les sécheresses ou des pluies diluviennes…

 3 – Conditions indispensables à la vie

La Troposphère, c’est l’air que nous respirons, mais ce n’est pas que cela. La circulation des masses d’air apporte la pluie qui abreuve la flore et la faune et tempère le climat. Ce rôle modérateur est primordial pour le développement du biotope, pour sa diversité et pour le protéger des perturbations extérieures, comme la couche d’ozone nous protège des dommages des ultra-violets, par exemple. Les déséquilibres thermiques qui caractérisent la Troposphère sont le berceau de la biodiversité que nous devons préserver.

Références :
http://www.meteofrance.fr/prevoir-le-temps/observer-le-temps/parametres-observes/pression
http://www.meteofrance.fr/documents/10192/21101/27465-43.jpg
http://www.meteoslins.be/dossier01.php
http://www.meteo45.com/couches_atmospheriques.html

 

(Climat & Avenir : 4 janvier 2018)

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