d`oxygène (~20 %). CO2. La troposphère va du sol

CHAPITRE 7
Science et technologie de l'e nvironnement
CHAPITRE 7 L’ATMOSPHÈRE ET L’ESPACE
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L’ATMOSPHÈRE
1.1 Sa composition:
L'atmosphère terrestre, en
partie l'air que nous respirons,
est constituée des gaz
suivants :
L'air est essentiellement
constitué d'azote (~80 %) et
d'oxygène (~20 %).
Cette couche de différents gaz
empêche plusieurs rayons
néfastes, comme les UV, de se
rendre jusqu’à nous; ils
empêchent les grands écarts de
température à la surface de notre planète; les êtres vivants s’y sont adaptés, surtout pour l’O2 et le
CO2.
1.2 Ses couches:
L'atmosphère est constituée de
couches se succédant depuis le
sol vers l'espace.
La troposphère va du sol
jusqu'à une altitude d'environ 8
km aux pôles et 15 km à
l'équateur. C'est dans cette
couche, la plus dense, que la
majorité des phénomènes météo
se produisent. La température
diminue à un rythme d'environ
6 oC par kilomètre au fur et à
mesure que l'on monte dans la
troposphère.
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La stratosphère va jusqu'à 50 km. La température dans cette partie
de l'atmosphère est constante et croît même légèrement pour atteindre
-3 oC en altitude. Ce phénomène est dû à l'absorption des rayons
ultraviolets par la couche d'ozone qui se situe dans cette zone.
La troposphère et la stratosphère contiennent 90 %
de l'air constituant l'atmosphère terrestre.
La mésosphère s'étend jusqu'à 85 km. Comme dans le cas de la
troposphère, la température décroît avec l'altitude pour atteindre
-93 oC.
La thermosphère s'étend jusqu'à 500 ou 600 km du sol. À cette
altitude, les gaz constituants de l'atmosphère sont extrêmement
raréfiés et les températures peuvent atteindre des valeurs avoisinant
les 1 700 oC dans sa partie supérieure, notamment en raison du
rayonnement intense émis par le Soleil qui y est converti en chaleur.
C'est dans cette couche qu'évoluent les orbiteurs, comme la navette
spatiale, ainsi que les stations orbitales.
1.3 Sa pression:
Au niveau de la mer, la pression atmosphérique (le poids de l'air « au-
dessus ») rapportée par un baromètre est d'environ 101 kPa. Au
sommet du mont Everest, à 8 850 mètres d'altitude, le même baromètre
indiquerait environ 31 kPa.
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Cette chute radicale de pression s'explique par le fait que la portion d'atmosphère au-dessus de
nous diminue avec l'altitude et que la densité de l'air diminue en altitude. Puisque la gravité « tire »
l'atmosphère vers le bas et que celle-ci est composée de gaz compressibles, l'air au niveau du sol est
plus comprimé que celui qu'on retrouve seulement quelques milliers de mètres plus haut. À la limite
supérieure de l'atmosphère, la pression tend vers zéro.
1.4 Sa circulation:
L’air chaud des régions tropicales (zones de
basse pression ou de masse volumique faible)
s’élève en altitude et vers les pôles; cet air se
refroidit et sa masse volumique augmente: l’air
froid redescend (zone de haute pression). Par
l’effet de Coriolis, ces courants aériens sont
déviés vers la droite au Nord et vers la gauche au
Sud.
Ces vents forment des boucles de circulation, ou
cellules:
Nous ne sentons pas vraiment la pression de
l'atmosphère sur nous parce que nous y sommes
habitués. En revanche, notre corps est sensible aux
changements subits de pression, notamment lors des
décollages et des atterrissages en avion ou même lors
de voyages rapides en ascenseur (on sent alors nos
oreilles se boucher).
Cette pression à laquelle nous sommes habitués est
nécessaire au bon fonctionnement de notre organisme.
Les alpinistes le savent et, pour atteindre le sommet de
l'Everest, ils prennent soin d'apporter l'équipement
nécessaire pour contrecarrer la raréfaction de l'air et
la baisse de pression.
la cellule de Hadley entre l’équateur et le 30e
parallèle avec ses vents dominants, les alizés; la cellule de Ferrel, entre le 30e et le 60e avec ses
vents dominants d’ouest; puis la cellule polaire, avec ses vents dominants d’est.
L’interaction entre les cellules crée les courants-jets, en haute altitude: le courant-jet polaire, le
courant-jet subtropical, tous les deux d’ouest en est.
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1.5
Ses
masses
d’air:
Pour l’Amérique du Nord, 6 grandes masses
d’air influences les conditions
météorologiques:
les 3 masses maritimes sont plutôt
chargées d’humidité, contrairement aux 3
masses continentales.
continentale polaire
maritime polaire
maritime polaire
maritime tropicale
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continentale
tropicale
maritime
tropicale
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Ses masses voyagent,
poussées par les vents
dominants et lorsqu’elles se
rencontrent, elles forment
un front , ou zone de
transition entre ses deux
masses.
C’est un front chaud
lorsque l'air chaud
progresse vers une zone
d'air froid. Comme l'air
chaud est moins dense, il
glisse au-dessus de l'air
froid et provoque la
formation des nuages en
s'élevant. Souvent, des
pluies prolongées précèdent
(devancent) le déplacement
d'un front chaud.
C’est un front froid ,
lorsque l'air froid s'avance
vers une masse d'air chaud.
Plus dense, l'air froid glisse
sous la masse d'air chaud. Il
y a encore formation de
nuages, suivie de fortes
pluies de courte durée,
voire d'orage, puis le temps
se dégage, avec alternance
d'averses et d'éclaircies.
C'est ce que l'on appelle un
ciel de traîne.
On parle d'occlusion
lorsqu'un front froid
rattrappe un front chaud. La
masse d'air froid soulève la
masse d'air chaud qui finit
par ne plus être en contact
avec le sol. Il se produit
alors des chutes de pluies
régulières suivies en général
d'éclaircies.
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1.6 Ses anticyclones et ses dépressions:
Avec l’air froid, l’agitation des
particules d’air diminue, donc la
distance entre ces particules
diminue et de ce fait, masse
volumique augmente: l’air froid
est plus lourd, ce qui crée une
zone de haute pression: c’est
D
A
l’anticyclone.
L’air descendant ne génère pas
de nuages.
Avec l’air chaud, l’agitation des particules d’air augmente, donc la distance entre ces particules
augmente et de ce fait, masse volumique diminue: l’air chaud est plus léger, ce qui crée une zone de
basse pression: c’est
la dépression.
L’air ascendant génère des nuages.
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1.7 L’effet de serre:
C’est le lien entre l'atmosphère terrestre et une serre destinée à abriter des plantes. Les parois
vitrées de la serre laissent entrer les rayonnements visible et UV du soleil mais réfléchissent les
rayonnements infrarouges, cause importante des pertes thermiques de tout corps. Le verre de la
serre joue donc un rôle semblable à celui de l'atmosphère, qui contient les gaz à effet de serre.
Ce n'est donc pas l'effet de serre qui pose problème mais son augmentation. Lorsque le rayonnement solaire atteint l'atmosphère
terrestre, environ 28,3 % est directement réfléchi, c'està-dire renvoyé vers l'espace, par l'air, les nuages blancs
et la surface claire de la Terre, en particulier les régions
blanches et glacées comme l'Arctique et l'Antarctique.
Les rayons incidents qui n'ont pas été réfléchis vers
l'espace sont absorbés par l'atmosphère (20,7 %) et/ou la
surface terrestre (51 %).
Cette dernière partie du rayonnement absorbée par
la surface du sol lui apporte de la chaleur, qu'elle
restitue à son tour, le jour comme la nuit, en
direction de l'atmosphère sous forme de rayons
infrarouges. Ce rayonnement est alors absorbé en
partie par les gaz à effet de serre, ce qui réchauffe
l'atmosphère. Puis dans un troisième temps, cette
chaleur est réémise dans toutes les directions, notamment vers la Terre.
C'est ce rayonnement qui retourne vers la Terre qui constitue l'effet de serre, il est à l'origine
d'un apport supplémentaire de chaleur à la surface terrestre. Sans ce phénomène, la température
moyenne sur Terre chuterait d'abord à -18 °C. Puis, la glace s'étendant sur le globe, l'albédo
augmenterait et la température se stabiliserait vraisemblablement à -100 °C. L'effet de serre est
absolument indispensable à la vie sur terre, il nous permet une température moyenne de 15°C.
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1.8 La couche d’ozone:
O3
est plus concentré dans la stratosphère,
formant une sorte de couche. Ce gaz réagit
fortement en présence de rayons UV provenant
du soleil: les molécules se chargent de l’énergie
de ces rayons, qui ne rejoignent plus la surface
terrestre.
Certains produits, comme les CFC, peuvent
atteindre la stratosphère et changer les
molécules d’ozone, qui ne réagissent plus avec les UV, laissant ces derniers pénétrer l’atmosphère.
L’amincissement de la couche d’ozone (et non pas un «trou»), principalement au niveau des pôles, a
amené le protocole
de Montréal, en 1987, visant la fin de l’utilisation mondiale des CFC.
1.9 Le smog:
Le terme smog («smoke» et «fog») décrit le
mélange de brouillard et de fumée qui est le
résultat de la condensation de l'eau (le
brouillard) sur des poussières en suspension
et de la présence d'ozone dans la
troposphère. La fumée est produite en grande
partie par la combustion des combustbles
fossiles et est composée de gaz sulfureux
(comme le SO2)) en plus de poussières sur
lesquelles se condense la vapeur d'eau
contenue dans le brouillard.
La combustion, comme le chauffage au bois
résidentiel et les feux de toutes sortes, se
rajoute à celle des combustibles fossiles dans
la formation du smog
hivernal.
Dans le cas de l'ozone, il s'agit plutôt d'une
réaction photochimique, impliquant les rayons
solaires, formant le
smog
photochimique, très toxique.
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CHAPITRE 7
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L’ACTION DU SOLEIL ET
DE LA LUNE SUR LA
TERRE:
2.1 L’énergie venant du Soleil:
Le Soleil est l’étoile centrale du système
solaire et dans la classification, c’est une
étoile de type naine jaune (à T° au-dessus
de la moyenne) et composée d’hydrogène
(74 % de la masse ou 92,1 % du volume)
et d’hélium (24 % de la masse ou 7,8 % du volume). Le Soleil représente à lui seul 99,86 % de la masse
du système solaire (Jupiter représente plus des deux tiers de tout le reste).
Les réactions de
fusion
nucléaire (et
non pas de la
combustion)
produite les
ondes
électromagnétiques
(tout le spectres).
Toutefois, la lumière
visible, les
infrarouges et les
ultraviolets sont les
ondes qui nous
atteignent le plus à la
surface de la Terre.
L’énergie solaire
est illimitée et il suffit
de la capter pour la
transférer et la
transformer. Les
systèmes de chauffage
passifs,
l’écoconstruction, les
cellules photovoltaïques et les capteurs solaires sont de bons exemples d’une technologie à développer.
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2.2 Le système Terre-Lune:
La marée est le mouvement montant (flux) puis descendant
(reflux) des eaux causé par l'effet des forces de gravitation
de la Lune et du Soleil.
Le niveau le plus élevé atteint par la mer au cours d'un cycle de
marée est appelé « marée haute » et le niveau le plus bas se
nomme « marée basse ».
Selon l'endroit de la Terre, le cycle du flux et du reflux peut
avoir lieu une fois (marée diurne) ou deux fois par jour (marée
semi-diurne). Lors de la pleine Lune et de la nouvelle Lune,
c'est-à-dire lorsque la Terre, la Lune et le Soleil sont
sensiblement dans le même axe (on parle de syzygie), ils
agissent ensemble et les marées sont de plus grande amplitude
(vives-eaux). Au contraire, lors du premier et du dernier
quartier, l'amplitude est plus faible (mortes-eaux).
Ce mouvement de marée n'est pas limité aux eaux, mais affecte
toute la croute terrestre (« marées crustales »), bien que dans
une moindre mesure.
L’énergie produite par ces mouvements journaliers peut être
captée; c’est l’énergie marémotrice.
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