C3-ATMOSPHÈRE - école Samuel

1
L’atmosphère

L’atmosphère est la couche d’air qui entoure la
terre.
2
Épaisseur relative de
l’atmosphère vs rayon terrestre
3
L’atmosphère
 Elle contient les gaz essentiels à la vie
sur notre planète
○ O2 pour la respiration
○ CO2 pour la photosynthèse
 Elle bloque en partie certaines ondes
électromagnétiques dangereuses
comme les UV
 Elle assure une stabilité climatique
terrestre en retenant la chaleur sur Terre
4
L’atmosphère
La force gravitationnelle est responsable
de la rétention des gaz à la surface de
la Terre.
 Lorsque l’altitude augmente, la
concentration en gaz diminue (de même
que la pression atmosphérique).
 99% de la masse totale des gaz de
l’atmosphère se trouve dans les 50
premiers km mais elle s’étire jusqu’à
10 000 km.

5
Composition
 Elle
contient majoritairement 3 gaz
 78 % de diazote
 21 % de dioxygène
 0,038 % de dioxyde de carbone
 0,93 % d’argon
De la vapeur d’eau
 Des particules solides (poussières,
pollen, suie, fumées…)

6
Composition

Grosso modo, l’air est un mélange de 3
gaz simples: le diazote, le dioxygène, et le
dioxyde de carbone.
7
Les 5 couches
8
 Troposphère: 0
à 15 km
 Siège des phénomènes météorologiques reliés
à la formation des nuages et des tempêtes.
 Baisse de 6,5o à chaque km d’élévation.
 Stratosphère:
15 à 50 km
 On y trouve l’ozone (O3).
 ↑ de température à cause de cet ozone.
 Air se raréfie beaucoup (la pression devient
100 fois plus petite qu’au niveau du sol).
9
 Mésosphère: 50
à 80 km
 Couche qui refroidit et devient la plus froide
(-80o).
 Air pratiquement absent.
 Thermosphère:
80 à 500 km
 Couche la plus chaude (1800o) parce qu’elle
absorbe la plupart des rayons solaires.
 Lieu de la désintégration des météorites
(étoiles filantes).
 Siège des aurores polaires.
10
11
 Exosphère: plus
de 500 km
 Présence de satellites artificiels.
 C’est le vide absolu.
12
La pression atmosphérique

C’est la pression exercée par les gaz qui composent
l’air.
13
La pression atmosphérique
Elle diminue avec l’altitude
 Au niveau de la mer, la pression
atmosphérique normale est de 101,3 kPa

 Étant donné que P = F/A, une pression de 1 Pa
équivaut à la pression exercée par un poids de 1
N qui repose sur une surface de 1m2
 La pression atmosphérique normale équivaut
donc à un poids de 101 300 N reposant sur une
surface de 1 m2, soit l’équivalent de la masse de
161 professeurs de science (64 kg chacun)
empilés sur une surface de 1 m2.
14
Pression des gaz
Causée par les collisions des molécules
présentes dans l’air.
 On l’exprime en Pascals (Pa)

 . 1 Pa = 1 Newton ∕ m2.
15
16
unités de mesure
17
La pression
Elle diminue en altitude parce ce que le nombre
de particules gazeuses se fait plus rare,
diminuant du coup le nombre de collisions.
18
 Dans
un contenant hermétique , à volume
fixe, l’air qu’on chauffe gagne de l’énergie,
ses particules se déplacent plus vite et le
nombre de collisions augmente; la
pression augmente.

http://sciences-physiques.acdijon.fr/archives/documents/Flash/pression/pression.swf
 Cependant,
dans l’atmosphère, si l’air se
réchauffe, les particules de gaz gagnent
également de l’énergie et s’éloignent les
unes des autres. En conséquence, un
volume donné d’air chaud contient moins
de particules gazeuses et possède une
masse volumique plus petite. Cet air tend
alors à s’élever en altitude.
19
La température
20
Les masses d’air
Grandes étendues d’atmosphère dont la
température et l’humidité sont
relativement homogènes.
 Poussées par le vent, elles amènent des
changements de température et de
conditions climatiques.

21
Les 5 masses d’air nord-américaines
22
Les masses d’air au Canada
http://www.canadiangeographic.ca/atlas/
themes.aspx?id=weather&sub=weather_b
asics_begins&lang=Fr
 Anatomie d’un orage…

23
La circulation atmosphérique
C’est le mouvement à l’échelle planétaire
de la couche d’air entourant la terre.
 Le phénomène de convection…

 L’air chaud et humide de l’équateur (zone de
basse pression) s’élève et se dirige vers les
pôles en altitude tout en se refroidissant. Il
redescend ensuite au-dessus des régions
polaires froides et sèches. L’air froid des pôles
se dirige vers l’équateur.
24
Phénomène de convection
25
Effet de Coriolis (EDC)



Le déplacement des masses d’air ne se fait pas
en ligne droite de l’équateur vers les pôles à
cause de la rotation de la terre autour de son
axe.
Cette rotation provoque une déviation des vents
vers la droite dans l’hémisphère nord et vers la
gauche dans l’hémisphère sud.
Ce phénomène se passe dans la troposphère et
est responsable de la formation des fronts
chauds, des fronts froids et des nuages formés
par leur rencontre.
 http://meteocentre.com/intermet/vent/p_vent2_corio.
htm
26
Animations effet de Coriolis
http://www.youtube.com/watch?feature=
player_embedded&v=49JwbrXcPjc#!
 http://www.youtube.com/watch?v=7TjOy
56-x8Q&NR=1&feature=endscreen
 http://www.youtube.com/watch?v=mcPs
_OdQOYU&list=PL752F937C0F9F5662

27
Les vents dominants
Dans la partie de l’hémisphère nord où
se trouve le Québec, les vents
dominants soufflent d’ouest en est.
 La majorité des systèmes
météorologiques qui touchent le Québec
passent d’abord par l’Ontario.

28
Le front
C’est une ligne de rencontre entre deux
masses d’air qui ne se mélangent pas.
 L’air froid et dense se glisse sous l’air
chaud moins dense.
 Dans cette zone de contact, la
température, le taux d’humidité et la
direction des vents changent rapidement.

29
Le front froid (1)




Il s’agit d’une masse d’air froid qui rencontre une masse
d’air chaud.
La masse d’air chaud est soulevée violemment vers le
haut en suivant une pente raide.
Cet air chaud se refroidit en montant et l’humidité qu’il
contient se condense et forme de la pluie.
Les fronts froids se développent rapidement, avec de gros
cumulus et déclenchent de fortes précipitations, des
orages et des vents forts.
30
Front froid (2)
Puisque la pente de la zone frontale d’un
front froid est raide, le front froid couvrira
donc une plus petite région que le front
chaud. Un front froid circule plus
rapidement qu’un front chaud, c’est
pourquoi des précipitations d’une moins
longue durée se produisent.
 La température diminuera au passage d’un
front froid.
 Il y aura une hausse soudaine de la
pression atmosphérique à l’approche d'un
front froid.

31
32
Le front chaud (1)
Il se forme lorsqu’une masse d’air chaud
s’avance vers une masse d’air froid sur
laquelle il s’élève en pente douce et donne
naissance à des nuages légers (des
nimbostratus).
 Les changements reliés au front chaud sont
moins brusques que ceux associés au front
froid. Il se caractérise par l'étendue de son
système de nuages et de précipitations, soit
de plusieurs milliers de kilomètres carrés.
 Le front chaud donne du temps nuageux et
des averses qui durent un certain temps.

33
Front chaud (2)




Au fur et à mesure que l’air chaud s’élève, il se
refroidit et la vapeur d’eau qu’il contient se
condense. La pente de la zone frontale d’un front
chaud est une pente douce. L’air chaud s’élève donc
de façon régulière.
La température augmente au passage d’un front
chaud.
La pression atmosphérique baisse continuellement à
l’approche de front chaud.
Puisque la pente de la zone frontale d’un front chaud
est faible, le front chaud couvrira donc une plus
grande région que le front froid. Un front chaud ne
circule pas très vite, c’est pourquoi les précipitations
se produiront sur une plus longue période de temps.
34
35
Animation les fronts

http://www.phschool.com/atschool/phsciexp/active_art/weather_fron
ts/

animation fronts
http://www.weather.com/video/creating-a-weather-front-19179
en
anglais, vidéo, 1 min 58, fronts

http://www.youtube.com/watch?v=G7Ewqm0YHUI vidéo
anglais 5 min Royaume-Uni
36
Symbolisme
37
Anticyclones et dépressions

Ce sont des mouvements verticaux de
masses d’air.
38
L’anticyclone


Il s’agit d’une zone de circulation atmosphérique qui se
déploie autour d’un centre de haute pression.
En altitude
 le moins grand nombre de collisions entre les particules d’air
froid provoque leur rapprochement et, du coup, l’augmentation
de la masse volumique de cet air.
 Cet air descend vers le sol et comprime l’air situé en dessous; il
se crée alors une zone de haute pression nommée
« anticyclone ».


Rotation horaire dans l’hémisphère nord; l’air s’éloigne
du centre de haute pression en déviant vers la droite
(EDC).
À l’approche d’un anticyclone, la pression
atmosphérique augmente.
39
La dépression






La dépression est une zone de circulation
atmosphérique qui se déploie autour d’un centre de
basse pression.
Au contraire, l’air qui se réchauffe diminue sa masse
volumique, devient plus léger et monte en altitude.
Il se crée un « vide » sous cette masse d’air : c’est une
zone de dépression.
Rotation antihoraire dans l’hémisphère nord; l’air se
dirige vers le centre de basse pression en déviant vers
la droite (EDC).
.
À l’approche d’une dépression, la pression
atmosphérique diminue.
40
Le cyclone

Une tempête tropicale caractérisée par des
vents violents des précipitations abondantes
et qui tourne autour d’une zone de basse
pression.
41
En résumé
Autour de anticyclones et des dépressions,
l’effet de Coriolis provoque la rotation de l’air
ascendant ou descendant.
 Le mouvement d’air vers le sol dans les
anticyclones empêchent les mouvement s
générateurs de nuages, c’est pourquoi le ciel
est dégagé et le temps est stable: sec et
ensoleillé en été, froid en hiver.
 Au contraire, l’élévation de l’air dans les
dépressions favorise la formation de nuages
et donc de précipitations.

42


1 min 30
http://www.youtube.com/watch?v=MGgIWVJ66eQ&feature=pla
yer_embedded
43
Le courant jet (Jet Stream)
Animation 30 sec
 http://www.youtube.com/watch?v=KdXph
X6Frn4&feature=player_embedded

44
Contamination atmosphérique
Elle se produit lorsque des substances
comportant un risque pour la santé
s’ajoutent à la composition de l’air.
 K 287

45
SO2 et NOx
Proviennent en grande partie de la
combustion des combustibles fossiles.
 Responsables des précipitations
acides.

46
Effet de serre
Phénomène naturel (et artificiel puisque les
activités humaines contribuent à l’amplifier)
par lequel l’atmosphère terrestre retient
partiellement la chaleur produite par le
rayonnement solaire.
 Les gaz impliqués





La vapeur d’eau
Le dioxyde de carbone
Le méthane
L’oxyde de diazote
47
48
Fonctionnement
Pendant le jour, les rayons solaires frappent
le sol et lui transfèrent de l’énergie
thermique.
 Pendant la nuit, le sol émet des rayons
infrarouges porteurs de chaleur vers
l’atmosphère.
 Les GES bloquent partiellement le passage
de ces rayons vers l’espace et les retournent
vers le sol.

49
Le CO2

Sources naturelles
 Feux de forêt
 Éruptions volcaniques
 Respiration cellulaire

Sources supplémentaires
 Combustion des combustibles fossiles
http://www.youtube.com/watch?v=UBW2xHIMc38&feature=f
vsr effet de serre H Reeves 4 min 33
50
Le méthane
GES 21 fois plus puissant que le dioxyde de
carbone.
 Provenance

 Digestion animale
 Entreposage des fumiers
 Culture en rizière
 Décomposition des ordures ménagères
 Distribution du gaz naturel
51
Oxyde de diazote

Provenance
 Épandage d’engrais contenant de l’azote.
 Certains procédés industriels.
52
Changements climatiques

L’augmentation de la concentration des GES
est en train de provoquer une hausse de la
température terrestre moyenne, ayant
plusieurs conséquences désastreuses…
 Fonte des glaciers et banquises provoquant une
hausse du niveau des océans
 Accroissement de la fréquence et de l’intensité de
phénomènes climatiques extrêmes
 Perturbation de nombreux écosystèmes
 Et quoi d’autre…?
53
Couche d’ozone
Molécule formée de 3 atomes d’oxygène (O3)
 Située dans la stratosphère, à une hauteur
de 20 à 30 km, elle forme un couche
protectrice qui absorbe les rayons UV du
Soleil.
 Cette couche s’est amincie en fin de 20ème
siècle suite à la dispersion de CFC dans
l’environnement

54
SMOG



Lorsque les rayons solaires frappent les molécules
d’oxyde de diazote (NOx) provenant des gaz
d’échappement des automobiles ou des usines,
des molécules d’ozone se forment.
Cet ozone troposphérique se combine à de la
fumée, au NO2 et au SO2 pour former le smog, un
brouillard de pollution qui peut causer des troubles
respiratoires.
Le smog est donc un épais brouillard de
pollution composé de particules de fumée et de
polluants atmosphériques (dont le CO et l’O3)
qui stagne au-dessus des centres urbains.
55
Le smog (OBS 237)

Le smog, de l’anglais « smoke »
(fumée) et « fog » (brouillard), peut
causer de sérieux troubles respiratoires.
Smog à
New York
56
http://www.tou.tv/decouverte/S2013E03
 http://www.tou.tv/decouverte/S2013E04
 2 épisodes sur le réchauffement
climatique
 https://www.youtube.com/watch?v=gZ1
KerGbZRs 6:39 (F) atm + pollution

57