Atmosphère, mélange de gaz qui enveloppe tout corps céleste

Atmosphère, mélange de gaz qui enveloppe tout corps céleste (la Terre, par
exemple) possédant un champ de gravitation suffisamment fort pour empêcher les
gaz de s’échapper.
Origine de l’atmosphère terrestre
Les principaux constituants de l’atmosphère terrestre sont l’azote (78 p. 100) et
l’oxygène (21 p. 100). Les gaz atmosphériques contenus dans le 1 p. 100 restant
sont l’argon (0,9 p. 100), le dioxyde de carbone (0,03 p. 100), de la vapeur d’eau en
quantité variable et des traces d’hydrogène, d’ozone, de méthane, de monoxyde de
carbone, d’hélium, de néon, de krypton et de xénon.
Le mélange des gaz présents dans l’air de l’actuelle atmosphère terrestre est le
résultat d’une évolution de 4,5 milliards d’années. On suppose que l’atmosphère la
plus ancienne était constituée uniquement d’émanations volcaniques. Or, les gaz
dégagés par les actuelles éruptions volcaniques sont essentiellement un mélange
de vapeur d’eau, de dioxyde de carbone, de dioxyde de soufre et d’azote; la
proportion d’oxygène y est infime. Si l’atmosphère la plus ancienne était composée
d’un mélange identique à celui-ci, de nombreux processus ont dû s’y dérouler
depuis pour aboutir au mélange observé aujourd’hui. L’un de ces processus a été
la condensation. Lorsqu’elle s’est refroidie, une grande partie de la vapeur d’eau
volcanique s’est condensée pour former les premiers océans. Il est probable que
des réactions chimiques aient également eu lieu. Une partie du dioxyde de carbone
a dû réagir avec les roches de l’écorce terrestre pour former des carbonates, et une
autre partie a dû être dissoute dans les océans nouvellement constitués. Plus tard,
lorsque les premières formes de vie recourant à la photosynthèse se sont
développées dans les océans, de nouveaux organismes marins ont commencé à
produire de l’oxygène. La quasi-totalité de l’oxygène présent dans l’air aujourd’hui
est supposée avoir été formée par combinaison photosynthétique du dioxyde de
carbone et de l’eau. Il y a 570 millions d’années environ, c’est-à-dire au tout début
de l’ère primaire, le volume d’oxygène contenu dans l’atmosphère et dans les
océans a atteint un niveau suffisant pour permettre le développement d’organismes
marins capables de respirer. Plus tard, environ 400 millions d’années avant notre
ère, l’atmosphère renfermait suffisamment d’oxygène pour permettre l’évolution
d’animaux terrestres aérobies.
Composants mineurs et polluants
La proportion de vapeur d’eau contenue dans l’air peut varier sensiblement en
fonction de la température et de l’humidité relative. Pour une humidité relative de
cent pour cent, la teneur de l’air en vapeur d’eau oscille entre 190 parties par
million (ppm) à -40°C et 42 000 ppm à 30°C. D’autres gaz en quantités minimes
tels que l’ammoniac, l’hydrogène sulfuré, et les oxydes de soufre et d’azote sont
des constituants temporaires de l’atmosphère à proximité des volcans; ces gaz
sont éliminés de l’air par la pluie ou la neige. Les oxydes et autres polluants rejetés
dans l’atmosphère par les usines, le chauffage domestique et les véhicules sont
cependant devenus un réel sujet de préoccupation compte tenu de leurs effets
dévastateurs sous la forme de pluies acides. De plus, il est tout à fait probable que
l’augmentation constante de dioxyde de carbone dans l’atmosphère — provenant
essentiellement de la combustion de combustibles fossiles — aura des
conséquences climatiques en raison du phénomène d’effet de serre.

La forte augmentation du volume de méthane dans l’atmosphère est une autre
cause d’inquiétude. Les quantités de méthane ont augmenté de 11 p. 100 depuis
1978. Environ 80 p. 100 de ce gaz provient de phénomènes de décomposition
dans les rizières, les marais, les intestins des ruminants, ou sont produits par les
termites tropicaux. Outre le fait qu’il accentue l’effet de serre, le méthane réduit le
nombre d’ions hydroxyles (radical OH) dans l’atmosphère, diminuant par là même
la capacité de l’atmosphère à éliminer elle-même les polluants.
La couche d’ozone
L’étude d’échantillons d’air montre que, jusqu’à au moins 90 km d’altitude, la
composition de l’atmosphère est sensiblement identique à celle que l’on trouve au
niveau du sol, les mouvements incessants provoqués par les courants
atmosphériques neutralisant la tendance des gaz lourds à rester en-dessous des
gaz légers. Dans les basses couches de l’atmosphère, l’ozone, molécule formée de
trois atomes (O3), est en général présent en de très faibles concentrations. La
couche de l’atmosphère située entre 20 et 50 km renferme davantage d’ozone,
produit par l’action des rayonnements ultraviolets du Soleil. Pourtant, même dans
cette couche, le pourcentage d’ozone ne dépasse pas 0,001 en volume. Les
perturbations atmosphériques et les courants d’air descendants transportent des
quantités variables de cet ozone vers la surface de la Terre. L’activité humaine
accroît la quantité d’ozone dans la basse atmosphère où constitue un agent de
pollution pouvant porter atteinte à la santé des personnes et causer de graves
dommages aux cultures.
Au début des années soixante-dix, la couche d’ozone est devenue un autre sujet
de préoccupation lorsque des études semblèrent montrer que d’importantes
quantités de chlorofluorocarbures (CFC) ou chlorofluorométhanes, utilisés comme
agents réfrigérants ou comme propulseurs dans les bombes aérosol, se
répandaient en grande quantité dans l’atmosphère, y provoquant, sous l’action du
Soleil, une attaque photochimique et détruisant l’ozone stratosphérique qui protège
la surface de la Terre des rayonnements ultraviolets. En réaction à ce constat, les
industriels des pays industrialisés ont dû remplacer les chlorofluorocarbures partout
où leur utilisation n’était pas indispensable.
Structure de l’atmosphère
L’atmosphère peut être divisée en plusieurs couches. Dans la couche la plus
basse, la troposphère, la température diminue en général de 5,5°C par tranche de
1 000 m. C’est dans cette couche que se forment la plupart des nuages. La
troposphère s’étend sur environ 16 km dans les régions tropicales (jusqu’à une
température de -80°C environ) et sur environ 9,7 km sous les latitudes tempérées
(jusqu’à une température de -50°C environ). Au-dessus de la troposphère se
trouve la stratosphère. Dans la basse stratosphère, la température est
pratiquement constante ou augmente légèrement avec l’altitude, notamment dans
les régions tropicales. À l’intérieur de la couche d’ozone, la température augmente
plus rapidement, et la température observée à la limite supérieure de la
stratosphère, à près de 50 km au-dessus du niveau de la mer, est
approximativement identique à celle de la surface de la Terre. La couche située
entre 50 et 80 km au-dessus du niveau de la mer est appelée la mésosphère et se
caractérise par une baisse sensible de la température allant de pair avec l’élévation
de l’altitude.

On sait, grâce à des recherches effectuées sur la propagation et la réflexion des
ondes hertziennes, qu’à partir d’une altitude de 80 km, les ultraviolets, les rayons X
et les gerbes d’électrons provenant du Soleil ionisent plusieurs couches de
l’atmosphère, les rendant ainsi conductrices de l’électricité; ces couches renvoient
vers la Terre les ondes hertziennes de certaines fréquences. En raison de la
concentration relativement forte des ions dans l’air au-delà de 80 km, cette couche,
qui s’étend jusqu’à une altitude de 640 km, est appelée ionosphère. Elle est aussi
appelée thermosphère par suite des températures élevées qui y règnent (elles
peuvent atteindre 1 200°C à 400 km environ). La région située au-delà de
l’ionosphère est appelée exosphère; elle se prolonge jusqu’à environ 9 600 km,
limite ultime de l’atmosphère.
Pression atmosphérique
La densité de l’air sec au niveau de la mer représente 1/800 de la densité de l’eau;
à des altitudes plus élevées, elle décroît rapidement, restant proportionnelle à la
pression et inversement proportionnelle à la température. La pression
atmosphérique est mesurée au moyen d’un baromètre. Sous sa forme classique,
celui-ci met en rapport les forces exercées par le poids de l’air d’une part, et par le
poids d’une colonne de mercure, d’autre part. Au niveau de la mer, la colonne de
mercure se stabilise à une hauteur de 760 mm, valeur qui correspond à 1 015 hPa
(hectopascals). L’hectopascal, unité standard de pression correspondant à une
force de 100 newtons s’exerçant par mètre carré (N/m2), remplace, depuis 1986, le
millibar (mbar) dont la valeur était la même.
À 5,6 km d’altitude, la pression n’est plus que de moitié (380 mm de mercure); la
moitié du volume total d’air présent dans l’atmosphère se situe en dessous de ce
niveau. La pression diminue à nouveau de moitié environ à chaque fois que l’on
s’élève de 5,6 km supplémentaires. À 80 km, la pression ne correspond plus qu’à
0,007 mm de mercure.
Étude de l’atmosphère
La troposphère et la majeure partie de la stratosphère peuvent être directement
explorées par le biais de ballons-sondes équipés d’instruments qui mesurent la
pression et la température de l’air, et d’un émetteur radio servant à transmettre les
données à une station réceptrice au sol. Des fusées transportant des dispositifs
radio qui transmettent les données relevées par des instruments météorologiques
explorent l’atmosphère jusqu’à plus de 400 km d’altitude. L’observation des aurores
polaires fournit des informations sur la partie allant jusqu’à une altitude de 800 km.
Voir Baromètre; Espace, exploration de l’.
Voir aussi Climat; Météorologie; Vent.
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"Atmosphère", Encyclopédie Microsoft® Encarta® 99. © 1993-1998
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