ce qui change quand on monte

La Troposphère - qu'est-ce qui change quand on monte ?

La couche la plus basse de notre atmosphère, la plus proche du sol, s'appelle la troposphère. C'est une couche d'air tout simplement, du sol jusqu'au nuages les plus élevés. En regardant le ciel, on a tendance à croire qu'elle est plus épaisse qu'elle ne l'est en réalité.

L'atmosphère nous protège des rayons du soleil les plus nocifs, nous fournit l'oxygène que nous respirons et c'est donc grâce à elle qu'il y a de la vie sur Terre. Mais elle est en fait très fine.

Dimensions de la troposphère

La troposphère est la couche la plus fine de l'atmosphère, elle fait environ 11 km alors que le diamètre de la Terre fait 12 800 km. Mais elle contient 90% des molécules qui composent l'air. L'épaisseur de la troposphère est de 7 km aux pôles et de 17 km à l'équateur. La couche au-dessus de la troposphère se nomme la stratosphère. La limite entre les deux s'appelle la tropopause. Mais comment savoir où s'arrête la troposphère ? On regarde en fait les variations de la température avec l'altitude.

1. L'atmosphère (en bleu) est faite de plusieurs couches. La couche la plus basse est la troposphère. Cliquez sur l'image pour voir le schéma en entier. Et faites attention qu'en réalité l'atmosphère est beaucoup plus fine que sur le schéma. 
source: photo freeware STRATO, schéma: Univ. of Cambridge
http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/

Les variations de la température et les mouvements de l'air

En montant en altitude, la température diminue. La troposphère devient de plus en plus froide en montant. On peut s'en apercevoir en grimpant sur une montagne. Mais à un moment, ceci n'est plus vrai. Cette limite où la température cesse de diminuer est appelée tropopause - et correspond à un minimum de température dans l'atmosphère.atmosphere. Certains scientifiques l'appellent le piège froid, puisqu'à cet endroit de l'air qui monte ne pourra plus continuer à monter: regardez le schéma de droite, vous voyez que de l'air qui monte (en imaginant qu'il est contenu dans un cube rouge) s'arrête au sommet de la troposphère. Ceci est très important pour comprendre les mouvements de l'atmosphère, les réactions chimiques, la formation des nuages et le temps qu'il fait.
Pour quelle raison l'air s'arrête-t-il de monter à cet endroit? Vous savez que l'air chaud est plus léger que l'air froid. Par exemple quand vous ouvrez la porte en hiver, vous sentez d'abord l'air froid sur les pieds, puisqu'il est plus lourd donc plus proche du sol. C'est pareil à une plus grande échelle: lorsqu'à midi le soleil tape il réchauffe le sol, donc il chauffe aussi l'air proche du sol. Cet air est donc plus chaud que l'air au dessus, et il va se mettre à monter comme le ferait un ballon de foire.

Pour quelle raison l'air s'arrête-t-il de monter à cet endroit? Vous savez que l'air chaud est plus léger que l'air froid. Par exemple quand vous ouvrez la porte en hiver, vous sentez d'abord l'air froid sur les pieds, puisqu'il est plus lourd donc plus proche du sol. C'est pareil à une plus grande échelle: lorsqu'à midi le soleil tape il réchauffe le sol, donc il chauffe aussi l'air proche du sol. Cet air est donc plus chaud que l'air au dessus, et il va se mettre à monter comme le ferait un ballon de foire.

Et il va monter tant qu'il sera plus chaud que l'air autour de lui, jusqu'à la tropopause. Mais au dessus de la tropopause, l'air est plus chaud et plus léger. Donc l'air qui se trouvait au sol au départ (dans le cube rouge imaginaire) va s'arrêter de monter.

C'est pour cette raison que l'eau des nuages ou les composés chimiques restent généralement en dessous, dans la troposphère. Les nuages ne se forment pas dans les couches plus hautes que la troposphère, car ils sont composés d'eau qui elle non plus ne traverse pas cette barrière de température invisible.

L'animation ci-dessus montre les températures moyennes au sol (15°C) et à la tropopause (-50°C) et en trait rouge, la valeur de la température en fonction de l'altitude.

La réalité est un petit peu plus compliquée. Il ne fait pas la même température au sol sur toute la planète, et il n'y a pas partout -50°C à la tropopause. Et en plus la température varie avec les saisons. La figure ci-contre montre comment la température varie avec l'altitude, à différentes latitudes en été et en hiver (qui sont très semblables aux tropiques)

3. Evolution de la température en fonction de l'altitude, dans la troposphère et la basse stratosphère. Les températures sont données en Kelvin, et en Celsius (°C) en dessous. source: inconnue; adapté de la Harvard University par Elmar Uherek
Cliquez pour agrandir (49 K)!
icg.harvard.edu/~eps132/lecture.dir/lecture3a/notes.htm

tropiques: en vert; tropopause > 15 km
zones tempérées: rouge clair= été; rouge foncé= hiver; tropopause > 10 km
zones polaires: bleu clair= été; bleu foncé= hiver; tropopause < 10 km.

Parfois la couche d'air qui est juste au dessus du sol se comporte un peu differemment. Elle s'appelle "couche limite planétaire" (PBL en anglais). Dans cette couche la friction du vent sur le sol, le transport de chaleur, l'évaporation, et la pollution de l'air peuvent changer en quelques heures. L'épaisseur de cette couche va de quelques centaines de mètres à 2 kilomètres. Le processus le plus important dans cette couche limite est le mélange de l'air dû à son élévation matinale. La partie de la troposphère au dessus s'appelle la troposphère libre.

Last modified: Friday, 7 September 2018, 3:23 PM