Les couches de l atmosphère (Travaux Personnels Encadrés – Géographie - Enseignements Pratiques Interdisciplinaires)

« l'ozone.

Cette réaction se produit sous l'effet des rayonnements ultraviolets contenus dans la lumière solaire.

Elle est amplifiée par la présence d'hydrocarbures, issus des véhicules~ essence ou contenus dans le gaz naturel.

l'ozone produit dans la troposphère contribue ~ la formation de « smogs », brouillards épais composés de fumées et de gaz, apparaissant parfois au-dessus des zones urbaines , et qui contribuent au réchauffement climatique.

Un dixième de l'ozone atmosphérique, polluant toxique pour l'homme ~ forte concentration, est présent dans la troposphère.

La formation d'ozone peut être stoppée par d'autres réactions chimiques.

En réagissant avec une molécule d 'eau (H,O), elle produit du dioxygène et un composé particulier, le radical hydroxyle (OH) ; ce dernier réagit alors avec le dioxyde d'azote, pour former de l'acide nitrique,~ l'origine des pluies nddes (aux conséquences désastreuses sur la nature).

Les oxydes d'azote peuvent directement réagir avec les gouttes de pluie , formant de l'acide nitreux , conduisant également~ la formation de pluies acides.

le sommet de la troposphère est marqué par une zone de transition, appelée la tropopause , où la température recommence ~ croître.

la hauteur de cette zone est différente aux pôles et ~ l'équateur et varie selon les saisons .

1 hi! /1 !.tU: IV 1 la stratosphère , seconde couche atmosphérique en partant de la surface terrestre, s'étend jusqu '~ cinquante kilomètres d'altitude environ.

Elle est plus épaisse au-dessus des pôles et plus mince ~ l'équateur .

la pression continue de diminuer, mais la température augmente graduellement jusqu '~ zéro degré .

Dans la partie supérieure de la stratosphère, appelée stratopause , la température redescend une fois de plus.

le plus remarquable dans cette strate est la présence d'une couche d'ozone de plusieurs kilomètres, dont l'épaisseur est variable sur toute sa surface, et qui représente 90% de l'ozone atmosphérique.

Au sein de cette couche stratosphérique , l ' ozone n'est pas formée sous action des polluants .

les ultraviolets du rayonnement solaire cassent les molécules de dioxygène, libérant des atomes d'oxygène qui s'associent~ d 'autres molécules de dioxygène , formant des molécules d'ozone, composées de trois atomes d'oxygène.

l'ozone ainsi formé absorbe~ son tour se dissocie e n dioxygène et oxygène atomique .

l'oxygène atomi que réagit~ son tour avec l'ozo ne pour former du dioxygè ne.

Il résulte de ces réactions de formation et de destruction de l'ozone une situation d'équi libre telle que la concentration de ce gaz est relativement importante entre quinze et soixante kilomètres d'altitude, avec un maximum ~ trente kilomèt res.

l'absorption de rayons ultraviolets par la couche d 'ozone permet l'épano uissement de la vie sur Terre .

l'ozone est apparu dans l'atmosphère conjointement ~ l'apparition du dioxygène, il y a deux milliards d'années.

Grace ~ cette barrière filtrante, les êtres vivants, qui étaient auparavant confinés dans l'océan protecteur , ont pu partir ~ la conquête des territoires émergés .

De nombreuses études expérimentales, réalisées sur des plantes et des animaux , et des études cliniques sur des êtres humains ont montré l'effet néfaste d 'une exposition excessive au rayonnement ultraviolet.

Il crée des mutations , des modifications de la structure de l'ADN, support de l'hérédité et composant essentiel des cellules vivan tes.

l ' absorption du rayonnement ultraviolet par l'ozone crée une source de chaleur qui explique l'augmentation de la température au sein de cette couche .

l'ozone joue donc un rôle essentiel dans la structure de l'atmosphère terrestre .

Depuis une quinzaine d 'années, les instruments de mesure utilisés par les scientifiques pour étudier la stratosphère ont montré une réduction de ln quantité d 'ozone .

Un trou se forme au-dessus de certaines régions, notamment en Antarctique , où plus de 60% de la quantité d'ozone sont détruits pendant l'hiver et le printemps , et depuis peu, au-dessus de l'Arctique .

la diminution de la quantité d 'ozone résulte de l'action de polluants .

le monoxyde d 'azote détruit l'ozone en réagissant avec lui pour donner naissance ~ du dioxygène et du dioxyde d 'azote .

l'émission de chlorofluorocarbures (CFC) depuis la Terre contribue également ~ la destruction de l'ozone .

les CFC sont des molécules composées de carbone , de fluor et de chlore, qui ont été largement utilisées dans un grand nombre de processus industriels et de produits de consommation, comme gaz propulseurs des bombes aérosols .

En se décomposant sous l'action de la lumière, ces composés libèrent du chlore , qui casse les molé - fortement le rayonnement ultraviolet et lions particulières , au sein des nuages polaires stratosphériques.

Ceux-ci se forment aux pôles qua nd les températures baissent sensib le ment.

Ils abritent des réactio n s particulières, et notamment la libération des atomes de chlore, qui étaient neutralisés par inclusion au sein de molécules.

Ils deviennent a lors actifs et s'attaquen t~ l'ozone .

les atomes de brome peuvent également détruire ce gaz.

LA MÉSOSPHÈRE ET LA THERMOSPHÈRE la mésosphère s'éte nd de 50 km ~ 90 km de la surface terrestre.

C'est la couche la plus froide de l'atmosphère, où la temp érature diminue rapidement avec l'altitude .

Dans la couche supérieu r e de la mésosphère, appelée la mésopause , la température atteint son min imum -90 •c.

À partir de 1~.

la tempé rature recommence ~ augmenter en montant.

Dan s la thermosphère , qui s 'étend de 90 km ~ environ 500 km d'altitude , la tempé rature s'élève jusqu'~ 1 200 •c environ.

Comme il n 'y a que très peu de gaz dans cette couche, il suffit qu'ils absorbent des quantités minimes d 'énergie pour que la température augmente fortement.

Au sein de ces deux couches , la pression continue ~ baisser , et~ l 'extrémité de la thermosphère, les conditions sont proches du vide .

Dans la mésosphère , les corps étrangers entrant dans l'atmosphère comme les vaisseaux spat iaux commencent~ s 'échauffer .

lors de leur descente ~ grande vitesse dans la mésosphère et dans les couches inférieures , le frottement des molécules d'air sur l'objet fournit beaucoup de chaleur , car la densité de ces molécules devient non négligeable.

la majorité des météorites est détruite dans cette couche atmosphérique ; le phénomène est visible depuis la Terre sous forme d'étoiles filantes .

Tous les ans, un essaim de météor ites, les Perséides, rencontre l'atmosphère terrestre et donne naissance ~ une pluie d'étoiles filantes .

la mésosphère et la thermosphère sont remarquables car elles abritent une zone aux propriétés particulières, l'ionosphère, qui débute ~ 60 km et s'étend jusqu '~ 500 km de la surface environ .

Au sein de cette zone , les rayonnements X et ultraviolets émis par le Solei l sont très intenses , car ils sont absorbés avant d'atteindre les couches plus basses .

lorsqu'ils rencontrent les molécules de gaz, les électrons de ces molécules sont arrachés sous l'effet d 'une telle énergie.

Deux entités portant des charges électriques apparaissent alors, un électron , de charge négat ive, et un ion, de charge positive .

Aprés avoir été dissociés par la lumière , ces éléments peuvent se réassocier lorsqu 'ils entrent en collision au hasard de leur déplacement.

Ce phénomène d'ionisation s'accomplit la journée , son intensité varie d 'une saison ~ l'autre et en fonction des cycles solaires, au cours desquels la quantité d 'ultraviolets émis fluctue.

l'ionosphère est divisée en trois parties , désignées par les lettres D , E, et F.

Les deux premières parties , les plus basses de l'ionosphère , n'apparaissent que la journée, quand la lumière du soleil génère l'ionisation des molécules.

Après l e coucher du soleil, la quantité d'lons et d'électrons décroît rapidement car ils se réassocient.

Au contraire , la couche F , située ~ une altitude très é levée, reste présente la nuit.

Cette zone de l'atmosphère étant pauvre en gaz, les é lectrons doivent parcourir une plus g rande distance pour rencontrer un ion avec lequel se recombiner .

l'IONOSPHÈRE ET LES ONDES RADIO les électrons présents dans l'ionosphère exercent une action sur les ondes radio, permettant leur propagation.

Les ondes radio , comme toutes les ondes lumineuses , sont de nature électromagnétique.

Elles sont caractérisées par deux valeurs, leurs fréquences et leurs longueurs d'onde, entre un mètre et cent kilomètres .

la fréquence d' un phénomène est le nombre de cycles qui se produisent durant une seconde .

L'unité de la fréque nce est le hertz (Hz) .

la longueur d'onde est la distance entre deux cycles consécutifs de l'onde .

Les ondes radio transmises d 'un émetteur vers un récepteur peuvent se propager ~ la surface de la Terre ou dans l'ionosphère .

Dans le second cas, l ' onde s'élève vers les hautes altitudes de l'atmosphère , traverse les premières couches, atteint l'ionosphère qui la réfléchit vers la surface terrestre .

l'onde peut être réfléchie ~ plusieurs reprises, avant d'atteindre le récepteur , ce qui permet d'établir des communications radio sur de très longues distances dans le monde entier.

Ce phénomène concerne les ondes de fréquences inférieures~ environ 30 MHz ; les fréquences plus élevées, supérieures ~ 30 MHz , traversent cette zone .

les couches D, E, F réfléchissent respectivement les basses fréquences (30 KHz ~ 300 KHz) , les moyennes fréquences (300KHz~ 3 MHz) et les hautes fréquences radio {3 MHz ~ 30 MHz ).

l'onde radioélectrique est propagée au sein de l'ionosphère par l'intermédiaire des électrons .

En elfe~ sous l'action du champ électrique de l'onde , qui passe du négati f au positif, les électrons entrent en vibration car ils sont alternativeme nt attirés puis repoussés.

De cette façon, ils captent une partie de l'énergie de l'onde.

Ces électrons oscillants jou ent alors le rôle de petits relais radio ; diffusant~ la même fréquence que l'onde , ils restituent ainsi l'énergie empruntée .

l'onde radio peut être atténuée dans l 'ionosphère, lorsque des électrons entrent en collision avec les molécules atmosph ériques.

leur mouvement d 'oscillat ion est amorti, une partie de l'énergie de vibration est perdue .

IU!ofü#li l'exosphère est la zone de transition entre l'atmosphère terrestre et l'espace interp lanétaire, elle s 'étend jusqu'~ 10 000 kilomètres environ.

les atomes et les molécules d 'air s'échappent constamment dans l'espace depuis l'exosphère .

l'hydrogène et l'hélium sont les composants principaux et sont seulement présents ~ des densités extremement faibles.

C'est la zone où de nombreux sntellltes gravitent autour de la Terre .

LES BALLONS-SONDES l'étude de l'atmosph ère fait fréquemme nt appel ~ des ballons­ sondes .

Ce sont des ballons , captifs ou dérivants, équipés d'instruments de mesures .

Certains effectuent des sondages météorologiques verticaux (direction et vitesse du vent).

Une fois leur mission terminée, ils se déchirent quand la pression intérieure devient plus forte que la pression extérieure.

D'autr es sont destinés~ emporter des instruments scientifiques ~ des altitudes données .

Une fois l'altitude désirée attei nte, ils relachent du gaz afin de se maint enir ~ ce niveau .

Quand le soleil se couche , le gaz refroidi~ se contracte et le ballon redescend .

Chaque jour, ce sont plus de 1 000 sondages de la haut e a tmo sphère qui sont réalisés de la sorte, la plupart du temps ~ partir de stations continentales (l'atmo sphère au-dessus des océans est donc très peu sondée).. »