DESCRIPTEURS PHYSIQUES ET CHIMIQUES

DESCRIPTEURS PHYSIQUES ET CHIMIQUES
DE L'ATMOSPHERE
1) Généralités
La masse de l'atmosphère est estimée à 5,13 x 1018Kg dont la moitié est située en dessous de
5,5 Kms d'altitude. L'air atmosphérique est un mélange de vapeur d'eau et d'air sec.
Les deux principaux constituants de l'atmosphère sont le C02 et l'02. Il y a beaucoup d'autres
éléments à prendre en compte, N, N2, méthane, O3…
2) Composition théorique de l'atmosphère à proximité de la terre
N2: 78%
02: 21%
Ar: 0,934%
CO2: 0,037%
Les autres composants sont considérés comme étant des "gaz rares", He, Kr, Xe, H2, CH4,
C3H8, NOx, O3, H2O…
Les pollutions atmosphériques peuvent être de 2 types:
→ Dérèglement des proportions, ex: augmentation de l'O3
→ Apport d'autres molécules de gaz, ex: CFC
En plus du mélange air sec + vapeur d'eau, il y a des particules microscopiques en suspension
dans l'air = les aérosols.
→ Pollens
→ Sables et poussières volcaniques (particules minérales)
→ Cristaux de sels provenant de l'évaporation des embruns
→ Spores et bactéries
L'eau peut aussi constituer un support matériel, noyau de condensation, siège de synergie
entre les aérosols.
Dans les basses couches atmosphériques, présence d'eau sous forme gazeuse dont la quantité
peut varier de 0 à 4% du volume de l'air sec.
En plus, il y a des aérosols dus à l'activité humaine.
3) La machine atmosphérique
a. Apport solaire
La distance entre le soleil et la Terre est de 150 000 000 Km. Cet astre rayonne de l'énergie
dans toutes les directions. La Terre intercepte une faible partie du flux énergétique en fonction
de l'obstacle qu'elle constitue.
Si la terre avait la forme d'un disque orthogonal au rayonnement avec un diamètre de 12 730
Km (et donc une surface de 127 Km2) → l'énergie solaire interceptée serait de 1370 W.m2.

Mais la surface terrestre est une sphère, ce qui augmente la surface d'interception du
rayonnement d'un facteur 4 (510 millions de Km), l'apport est donc de 342 W.m2. C'est la
constante solaire.
La Terre présente en fait une forme subsphérique, aplatie aux pôles.
L'énergie solaire joue un rôle dans la circulation des masses d'air entraînant des phénomènes
climatiques (conditionne l'ensemble des climats terrestres).
L'apport solaire est variable en un même point en fonction de la période de l'année.
On observe en fait une inégalité dans la quantité d'ensoleillement entre l'été austral et boréal,
due à l'angle d'incidence des rayonnements solaires différant en différents points du globe. Le
flux varie en fonction de la latitude.
Schéma
b. Rayonnement
Le rayonnement se décompose en spectre des ondes électromagnétiques.
Une onde électromagnétique est un flux de photons qui se déplacent à la vitesse de la lumière.
La lumière est une onde électromagnétique.
Comme toutes ondes, elle est caractérisée par la distance qu'elle parcourt lors de chaque
ondulation. C'est la longueur d'onde.
Plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie transportée est importante.
Dans l'ordre, le la longueur d'onde la plus courte à la longueur d'onde la plus importante, on
distingue:
Les rayons cosmiques, les rayons gamma, les rayons X, les U.V, la fenêtre visible, I.R, radio.
Le rayonnement solaire dépend en grande partie de sa température, 5377°c.
99% de l'énergie solaire est émise entre 0,2µm et 4µm. 42% du rayonnement solaire est émis
dans le visible (de 0,4 et 0,7µm).
c. Devenir de la radiation solaire lors de la traversée d'atmosphère
Une partie est absorbée par l'atmosphère. Cas favorable: atmosphère limpide et sèche des
déserts tropicaux → la radiation solaire peut atteindre ¾ de la constante solaire.
En moyenne la radiation solaire directe est comprise entre ¼ et 1/3 de la constante solaire.
Donc la phase absorbée par l'atmosphère est importante.
Diverses composantes de l'atmosphère jouent le rôle de filtres inégalement efficaces selon les
longueurs d'ondes qui nous parviennent. Au cours de la traversée de l'atmosphère, le flux
énergétique s'amenuise progressivement.
L'albédo du sol est très variable en fonction de la nature du sol (neige, terre, herbe, sable).
L'absorption est due à la vapeur d'eau atmosphérique. La vapeur d'eau est capable d'absorber
6x plus d'énergie que les autres gaz → importance de l'humidité et de la nébulosité dans les
basses couches atmosphériques (3-4 premiers kilomètres).

NUAGES
ABSORPTION
DANS
L'ATMOSPHERE
100
DIFFUSION SUR LES
GOUTTELETTES ET LES
POUSSIERES
-6
REFLEXION PAR
NUAGES
-23
RADIATIONS
DIFFUSES
1
GAINS =17
RADIATIONS SOLAIRES
DIRECTES
31
REFLEXION DU
SOL = ALBEDO
-7
ABSORPTION = 16 + 31 = 47
GAINS = 47
PERTES = 23 + 7 + 6 = 36
POUR LES ONDES COURTES

d. la surface Bilan radiatif de la surface terrestre
La terre émet un rayonnement. La température moyenne de la terre est 15°c, donc l'émission
se fait dans l'infrarouge entre 5 et 20µm.
Schéma pour les grandes longueurs d'ondes.
e. Bilan global
Pour la surface de la Terre:
→ Gains: 47 + 78 = 125
→ Pertes: 98 + 22 + 5 = 125
Pour l'atmosphère:
→ Gains: 17 + 91 + 22 + 5 = 135
→ Pertes: 78 + 57 = 135
Attention: ceci est très théorique, et bien différent du modèle réel.
4) Effet de serre
Processus naturel d'échauffement de l'air par des gaz et des particules atmosphériques qui ont
la propriété de piéger ces radiations de grandes longueurs d'ondes émises par la surface du
globe (absorption dans l'infrarouge).
Ils provoquent la réexpédition de l'IRJ vers la terre, phénomène de va et vient provoquant un
échauffement de l'atmosphère.
Sans ça, les experts estiment que sur terre la température serait de -18°c.
C'est un mécanisme naturel:
→ Il ne modifie par les pertes vers l'atmosphère
→ Commande étroitement l'ambiance à la surface
En son absence:
→ Baisse de la température
→ Ecarts nycthéméraux

5) Bilans réels
Fraction échappant à
l'absorption atmosphérique
Rayonnement terrestre Retour vers la Terre Transfert par
évaporation Turbulence
Rayonnement vers
l'espace
Absorption par l'atmosphère variable
en fonction des particules aérosols
VA ET VIENT
POUR LES GRANDES LONGUEURS
D'ONDES
-57
-7
98
-98
+78
78
22 5
-22
7
57
-5
Echauffement de l'atmosphère
terrestre par effet de serre
91
PERTES= 57 + 7 = 64