Une gueule d'atmosphère!
La planète Terre est entourée d'une enveloppe gazeuse, il s'agit de l'atmosphère!
Il n'y a pas de frontière définie entre l'atmosphère terrestre et l'atmosphère solaire si ce n'est le constat du comportement des molécules gazeuses.
Plus ces molécules gazeuses sont éloignées de la Terre et de moins en moins elles subissent son attraction!
L'atmosphère est donc divisée en différentes couches qui sont classées en fonction de leur altitude et du comportement de la température!
Une enveloppe et quelques couches....
L'atmosphère terrestre est l'enveloppe gazeuse entourant la Terre que l'on appelle "air".
L'air sec se compose de 78,087 % de diazote, 20,95 % de dioxygene, 0,93 % d'argon, 0,04 % de dioxyde de carbone et des traces d'autres gaz.
L'atmosphère protège la vie sur Terre en absorbant le rayonnement solaire ultraviolet,
en réchauffant la surface par la rétention de chaleur avec l'effet de serre
et en réduisant les écarts de température entre le jour et nuit!
Notre première bulle!
La plus basse couche de l'atmosphère s'appelle la troposphère.
Elle s'élève entre 8 km aux pôles et 16 km au dessus de l'Equateur.
La frontière entre la troposphère et la stratosphère est la tropopause.
La tropopause est délimitée par des températures qui se stabilisent.
La température diminue avec l'augmentation de l'altitude de 0,60 degré C tous les 100 m, en moyenne, par suite de la raréfaction
de l'air et de l'éloignement progressif du substrat!
La troposphère est la plus dense des quatre couches de l'atmosphère et elle contient jusqu'à 75% de la masse de l'atmosphère terrestre!
Elle se composerait principalement d'azote(78%) et d'oxygène(21%) avec seulement de petites concentration d'autres gaz.
Presque toute la vapeur d'eau ou d'humidité atmosphérique se trouverait dans la troposphère.
La troposphère est recouverte de la tropopause, une région où la température est stable.
La température de l'air commence alors à s'élever dans la stratosphère.
Une telle augmentation de la température empêcherai la convection massive d'air au delà de la tropopause, et par conséquent la plupart des phénomènes climatiques.
Les nuages porteurs d'orages, les cumulonimbus, sont confinés à la troposphère.
C'est la couche la plus troublée, agitée sans cesse de mouvements verticaux et horizontaux.
La turbulence verticale est due au voisinage de la surface du globe, qui détermine d'une part des ascendances mécaniques(par frottement) et d'autre part des ascendances thermiques, par instabilité et thermoconvection.
La circulation de l'atmosphère dépend de différents facteurs.
Des facteurs cosmiques avec les radiations solaires.
Des facteurs planétaires liés aux états de l'atmosphère, à la rotation de la Terre autour de son axe, mais aussi lié à la température et à la salinité des océans.
Des facteurs géographiques liés à la répartition des continents et des mers, mais lié aussi au couvert végétal et à l'englacement.
La circulation de l'atmosphère se traduit par des mouvements en longitude, latitude, ascendant et descendant!
Concernant la pression atmosphérique....
L'air est un gaz qui a du poids.
La pression atmosphérique est le poids d'une colonne d'air qui s'étend d'une altitude donnée jusqu'au sommet de l'atmosphère et ce poids s'applique sur tous les objets à la surface de la Terre.
Elle se mesure avec un
baromètre en contrebalançant le poids de l'air avec du mercure.
Cette méthode c'est tellement répandue qu'on exprime souvent la pression par la hauteur d'une colonne de mercure.
La pression peut donc être mesurée en millimetres ou en pouces de mercure, ou en kilopascal ou hectopascal ou enfin en millibar.
Au niveau de la mer, la pression est de 101,32 kPa soit 1013,20 hPa ou 1013,20mb.
Quand la pression est supérieure à 1013 hPa cela correspond à un anticyclone mais quand la pression est inférieure à 1013 hPa c'est une dépression et plus elle est basse plus il y a du vent.
Une hausse de pression de l'air favorise généralement du beau temps tandis qu'une baisse de pression est souvent associée à du mauvais temps.
Enfin si la pression de l'air descend très vite soit 4hPa ou plus au cours des 6 dernières heures, un orage voir une tempête approche.
En France, la pression la plus élevée mesurées est de 1050 hPa à Paris le 6 février 1821.
La pression la plus basse mesurée est de 947 hPa à Boulogne-sur-Mer le 25 décembre 1821.
Dans le monde, la pression la plus élevée mesurée est de 1086,8 hPa à Tosontsengel, Khöusgöl(Mongolie) le 20 janvier 2010.
La pression la plus basse mesurée est de 870 hPa au centre du typhon Juan aux Philippines le 14 octobre 1970 et aussi le 12 octobre 1979 au coeur du Typhon Tip, dans le Pacifique.
La pression atmosphérique est l'élément vital pour prévoir le temps; même si la pression atmosphérique "prévoit" le temps à 80%, il reste 20% consacrés aux autres éléments de la météorologie!
La Stratosphère
La stratosphère est la deuxième couche principale de l'atmosphère.
Elle se trouve au-dessus de la troposphere et est séparée d'elle par la tropopause.
Elle occupe la région de l'atmosphère d'environ 12 à 50 km, bien que sa limite inférieure est plus haute à l'équateur et plus basse aux pôles!
La stratosphère définit une couche dans laquelle les températures s'élèvent avec l'augmentation de l'altitude.
En haut de la stratosphère, l'air mince peut atteindre des températures près de 0 degré C.
Cette élévation de la température est provoquée par l'absorption des rayons ultraviolets(UV) du Soleil par la couche d'ozone.
Un tel profil de température cré des conditions atmosphériques très stables.
La stratosphère possède beaucoup moins de turbulence de l'air, turbulences si répandue dans la troposphère.
En conséquence, la stratosphère est presque totalement exempte de nuages!
La stratosphère fournit quelques avantages pour le vol de longue distance parce qu'elle est au-dessus des temps orageux et a des vents forts, réguliers et horizontaux.
La stratosphère est séparée de la mésosphère, qui se trouve au-dessus d'elle, par la stratopause.
Et l'ozone?
La couche d'ozone est une couche de particules d'ozone dispersées entre 19 et 30 km d'altitude dans la stratosphère.
La couche d'ozone est indispensable pour la vie sur Terre car elle absorbe le rayonnement ultraviolet(UV) emit par le Soleil.
Les propriétés physiques uniques de l'ozone permettent à la couche d'ozone d'agir en tant que crème solaire de notre planète, fournissant un filtre invisible pour aider à protéger toutes les formes de vie contre les rayons ultraviolets(UV) emit par le Soleil.
La plupart des rayonnements UV entrant dans l'atmosphère, sont absorbés par l'ozone qui les empêchent d'atteindre la surface de la Terre.
L'ozone est créé dans la stratosphère au-dessus des tropiques puis les vents stratosphériques le véhicule autour de la Terre.
L'ozone(O3) est composé de trois atomes d'oxygène O.
Les molécules d'ozone sont capables d'absorber les rayons ultraviolets et elles se décomposent en dioxygene O2 et en un atome d'oxygène libre O.
Puis quand le rayonnement solaire fortement énergétique frappe une molécule d'oxygène O2, celle-ci absorbe les rayons UV et crée deux atomes d'oxygène O en se divisant en deux.
Si ce dernier entre en contact avec une autre molécule d'oxygène O2, alors ils peuvent régénérer une molécule d'ozone O3.
Ce processus est connu sous le nom de photolyse.
L'ozone est également naturellement décomposée dans la stratosphère par la lumière du Soleil et par une réaction chimique avec divers composés contenant de l'azote, de l'hydrogène et du chlore.
Ces produits chimiques se trouvent tous naturellement dans l'atmosphère en très petite quantités!
Les éruptions volcaniques peuvent modifier la quantité d'ozone dans l'atmosphère comme ce fût le cas lors de l'éruption du Pinatubo et de l'Hudson, en 1991.
Enfin, l'activité Solaire a aussi une influence sur la quantité d'ozone stratosphérique!
Perte d'ozone?
Si les régions polaires ont une grande perte d'ozone au printemps, c'est surtout dû au vortex polaire!
La topographie et la forme circulaire de l'Antarctique, est telle, qu'un tourbillon stagnant d'air stratosphérique extrêmement froid, distinct du reste de l'atmosphère, qui se forme au-dessus de la région pendant les longues nuits polaires!
Cette température avoisine les -100 degré C dans la stratosphère de l'Antarctique et elle est de -80 degré C dans la stratosphère de l'Arctique.
Le tourbillon polaire s'établit dans la moyenne et basse stratosphère au-dessus de 16 km d'altitude.
Le vent soufflant autour du tourbillon polaire peut atteindre la vitesse de 100 m/sec!
L'air circule dans ce vortex polaire tout l'hiver, devenant assez froid pour permettre la formation de nuages stratosphériques polaires qui accélèrent et augmentent la destruction stratosphérique de la couche d'ozone quand la lumière du Soleil revient au début du printemps.
Le vortex est généralement très stable au-dessus de l'Antarctique pendant l'hiver austral, car c'est un continent assez homogène, bien centré au niveau du pôle sud.
Un tel vortex existe également dans l'Arctique, mais à un moindre degré.
La région Arctique se compose de nombreuses masses terrestres distinctes et d'îles qui s'étendent tout autour du Pôle Nord, et ainsi l'air ne peut pas circuler aussi facilement qu'en Antarctique.
Cette instabilité de l'air fait que la température y est moins basse qu'au Pôle Sud.
Le vortex polaire est ce qui cause les dépressions hivernales et la rigueur des hivers.
C'est aussi ce tourbillon polaire qui détermine les ondulations du jet polaire!
L'air dans la stratosphère supérieure et la mésosphère inférieure descend dans le tourbillon polaire!
Au-dessus de l'équateur, entre 20 et 50 km d'altitude, les vents stratosphériques font le tour du globe soit en direction Est, soit en direction Ouest.
Tous les 15 à 20 mois la direction s'inverse.
Ce phénomène est connu sous le nom d'Oscillation Quasi Bisannuelle(Q.B.O).
Les vents changent d'abord de direction générale de l'ouest vers l'est, et vice-versa, au sommet de la stratosphère a environ 30 km d'altitude.
Le changement se propage vers le bas à une vitesse de 1 km par mois mais décroît quand il atteint 23 km d'altitude.
Cette propagation est plus régulière avec les vents d'est et l'amplitude de ce changement est le double de celle des vents d'ouest.
En 2015, des scientifiques de l'institut Max Planck ont publié un article sur une anomalie de grande ampleur dans ce cycle,
chose jamais observée depuis que les mesures existent soit depuis environ 60 ans!
La question se pose sur l'influence du réchauffement climatique sur cette oscillation!
Les effets de l'oscillation quasi biennale permet le mélange de certains aérosols, y compris des destructeurs de la couche d'ozone,
des gaz atmosphériques et en particulier de la vapeur d'eau, l'ozone stratosphérique qui nous protege des UV solaires, et la modification des zones de précipitations de la mousson.
Elle influence également la circulation atmosphérique de l'hémisphère nord en hiver, lors d'un réchauffement de la stratosphère par l'inversion soudaine du vortex polaire.
Elle influe sur la composition du vortex antarctique!
La Mésosphère
La mésosphère, littéralement sphère
moyenne est la troisième couche la plus élevée dans notre atmosphère.
La mésosphère occupe la région se situant entre 50 et 80 kilometre au-dessus de la surface de la Terre, au dessus de la troposphère et de la stratosphère, et en dessous de la thermosphère.
Elle est séparée de la stratosphère par la stratopause et de la thermosphère par la mésopause.
Les températures dans la mésosphère chutent avec l'augmentation de l'altitude jusqu'à environ -100 degré C.
La mésosphère est la plus froide des couches atmosphériques.
En fait elle est plus froide que la plus basse des températures enregistrées en Antarctique.
Il y fait assez froid pour geler de la vapeur d'eau en nuages de glace.
Vous pouvez voir ces nuages si la lumière du soleil les frappent après son coucher.
Ils s'appellent "Noctilucent Clouds".
La visibilité de ces nuages est accrue lorsque le Soleil est de 4 à 16 degré au-dessous de l'horizon.
La mésosphère est également la couche dans laquelle beaucoup de météores se consumment lorsqu'ils entrent dans l'atmosphère de la Terre.
De la Terre ils sont vus en tant qu'étoile filantes!
La thermosphère
La couche la plus haute de l'atmosphère est la thermosphère.
La thermosphère commence à 90-100 km et va jusqu'à 1280 kilometre d'altitude!
La pression y est presque nulle et les molécules d'air sont très rares.
L'ultraviolet solaire, de très courtes longueurs d'onde(entre 100 et 200 nanometre) est absorbé par l'oxygène moléculaire à entre 100 et 150 km d'altitude.
La température augmente avec l'altitude et se maintient jusqu'à un niveau appelé "thermopause", situé de 250 à 500 km suivant l'activité du soleil.
Apres la thermopause, la température oscille entre 300 et 1600 degré C, suivant l'énergie reçue par le soleil.
Les températures sont élevées, mais comme la densité de matière est extrênenemt faible, il ferait très froid pour nous puisque les quelques molécules d'air ne sont pas assez pour nous transférer une chaleur convenable.
La thermosphère est la région où près des pôles se forment les aurores boréales et australes!
La Partie inférieure de la thermosphère est appelée l'ionosphère.
T'as la radio?
L'ionosphère réfléchie les ondes courtes, les ondes radio.
Ces ondes, émises par un émetteur, rebondissent sur l'ionosphère et sont renvoyées vers la Terre. Si elles sont tournées avec un certain angle, elles peuvent faire presque le tour du globe.
L'ionosphère permet donc de communiquer avec des régions très éloignées.
L'ionosphère est immergée dans la couche supérieure très ténue de notre atmosphère: la thermosphère.
C'est une couche d'air ionisé dans l'atmosphère s'étendant de 50/60 km au dessus de la surface de la Terre à environ 640 km d'altitude!
Au niveau de l'équateur magnétique, on observe un phénomène que l'on appelle electrojet équatorial qui se traduit par des mouvements de convection importants dans la ionosphère.
Les mouvements de l'ionosphère sont complexes et dépendent de nombreux facteurs tels que les conditions atmosphériques, l'activité solaire, la saison...
L'ionosphère est divisée en quatre parties caractérisées par un maximum relatif de densité électronique.
La région D s'étend de 50/60 km à 90 km d'altitude.
Elle se comporte comme une éponge face aux ondes hautes fréquence qui passent à travers elle.
Beaucoup plus présente au cours de la journée, son ionisation est directement proportionnelle au flux solaire, elle se forme au lever du jour et disparait aussitôt le soleil couché.
Elle est constituée essentiellement d'ions lourds, comme les oxydes d'azote.
Comme son absorption est inversement proportionnelle à la fréquence, les bandes des 160 et 80 metres sont complètement absorbées au courts des heures d'ensoleillement.
La region E s'étend de 90 à 140 km d'altitude.
Elle est la région la plus basse utilisée par les ondes radio pour s'y réfléchir.
C'est une sorte de miroir très particulier utilisable sous ses deux faces, réfléchissant vers le haut et vers le bas.
Elle apparait dès l'aube et disparait au coucher.
Cette couche présente, lors d'activité solaire minimum, des phénomènes connus sous le nom de sporadique E que l'on observe à des fréquences supérieures à 21 MhZ.
La région F est la plus ionisée principalement responsable des communications à longue distance.
Lorsque le cycle solaire est au maximum, ceci cré plus d'ionisation de la couche F, et permet à l'ionosphère de réfracter de plus hautes fréquences(15, 12, 10 et même 6 mètre) vers la Terre pour des contacts DX.
Autour du minimum du cycle, le nombre de tâches solaires est si faible que les plus hautes fréquences passent à travers l'ionosphère et disparaissent dans l'espace.
Le grand nombre d'électrons libres dans l'ionosphère permet la propagation des ondes électromagnétiques.
Les signaux par radio(une forme de rayonnement électromagnétique) peuvent "rebondir" sur l'ionosphère permettant la communication par radio sur de longues distances.
La couche F s'ionise au lever du soleil, atteint très rapidement son maximum pour diminuer progressivement au coucher et atteindre son minimum juste avant le lever du jour.
Au cours de la journée, la région F se divise en deux!
La région F1 qui s'étend de 140 à 200 km d'altitude n'est pas un moyen de propagation important, sa formation est directement dépendante du lever et du coucher du soleil.
Après le coucher, la couche F1 diminue fortement pour laisser la place à la couche F2.
La région F2 s'étend de 200 à 250-600 km en fonction de l'activité solaire.
C'est la première couche qui supporte les communications en haute fréquence.
Au cours de la journée, elle est relativement mince, par contre au cours de la nuit, cette couche double ses dimensions, étant directement sous l'influence des rayonnements solaires.
Cette couche est très dense et permet des communications à plus de 1500 km en un seul bond!
L'énergie et la dynamique de la thermosphère sont fortement couplées à celle de l'ionosphère comme à celle des couches inférieures de l'atmosphère.
L'ionosphère joue également, couplée à la magnétosphère, un rôle particulier dans les mécanismes de perte d'espèces chimiques atmosphériques vers le milieu interplanétaires, et participe à ce titre à l'évolution chimique de notre atmosphère.
Dans cette région de l'atmosphère, l'énergie du soleil est si forte qu'elle casse les molécules et les atomes d'air, laissant les ions(atomes avec des électrons manquants) et les électrons libres à flotter!
L'ionosphère est la région de l'atmosphère où les aurores boréales se produisent suivant l'activité du soleil.
Elles se produisent surtout dans la couche F.
L'ionisation des molécules d'air dans l'ionosphère est produite par les rayonnement ultraviolets du soleil, et à un moindre degré par les particules de grande énergie à partir du soleil et des rayons cosmiques.
L'ionisation de la haute atmosphère terrestre est mesurée en permanence dans le spectre du visible par l'observation du nombre de tâches apparaissant quotidiennement sur le Soleil.
Des mesures sont également effectuée en dehors de la bande du visible dans les bandes UV et X normalement absorbées par l'atmosphère terrestre.
L'indication qui intéresse le radio-amateur et qui indique le degré d'ionisation de la haute atmosphère est la mesure du flux radioélectrique solaire Fs.
F est exprimé en unité de flux.
Elle peut varier de 65/66 dans les années où l'activité solaire est minimum comme en juin 1986, avec une unité de flux de 66.
Cette mesure est de plus de 300 unités lors d'un maximum de l'activité solaire comme le 15 juin 1989 avec 327 Unité de flux!
Et enfin, l'exosphère!
Au dessus de l'ionosphère et jusqu'au plus haut de l'atmosphère se situe l'exosphere.
L'exosphere se trouve de 640 km jusqu'à 10.000 km d'altitude!
C'est la thermosphère externe, où l'atmosphère fusionne avec l'espace dans l'air extrêmement mince.
Elle est composée d'atomes d'hydrogène, d'helium et d'oxygène.
Toutefois, les particules raréfiées ne s'entrechoquent pratiquement plus et se comportent comme des corps indépendants soumis à la seule action de la gravité.
C'est dans cette zone où il y a beaucoup de satellites qui gravitent autour de la Terre!