L’atmosphère

L’atmosphère L’atmosphère est la couche d’air qui entoure la terre.

Épaisseur relative de l’atmosphère vs rayon terrestre

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

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.

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…)

Composition Grosso modo, l’air est un mélange de 3 gaz simples: le diazote, le dioxygène, et le dioxyde de carbone.

Les 5 couches

Troposphère: 0 à 15 km Stratosphère: 15 à 50 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).

Mésosphère: 50 à 80 km Thermosphère: 80 à 500 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.

Exosphère: plus de 500 km Présence de satellites artificiels. C’est le vide absolu.

La pression atmosphérique C’est la pression exercée par les gaz qui composent l’air.

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.

Pression des gaz Causée par les collisions des molécules présentes dans l’air. On l’exprime en Pascals (Pa) . 1 Pa = 1 Newton ∕ m2.

unités de mesure

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.

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.ac-dijon.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.

La température

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.

Les 5 masses d’air nord-américaines

Les masses d’air au Canada http://www.canadiangeographic.ca/atlas/themes.aspx?id=weather&sub=weather_basics_begins&lang=Fr Anatomie d’un orage…

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.

Phénomène de convection

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 chands, des fronts froids et des nuages formés par leur rencontre. http://galileo.cyberscol.qc.ca/InterMet/vent/p_vent2_corio.htm

Animations effet de Coriolis http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=49JwbrXcPjc#! http://www.youtube.com/watch?v=7TjOy56-x8Q&NR=1&feature=endscreen http://www.youtube.com/watch?v=mcPs_OdQOYU&list=PL752F937C0F9F5662

STE 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. STE

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 transition, la température, le taux d’humidité et la direction des vents changent rapidement.

Le front froid Il s’agit d’une masse d’air froid qui rencontre une masse d’air chaud. La masse d’air chaud est soulevée vers le haut en suivant une pente raide. Cet air chaud monte rapidement, se refroidit 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. http://www.canadiangeographic.ca/atlas/themes.aspx?id=weather&sub=weather_phenomena_thunderstorm&lang=Fr

Le front chaud 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.

Animation les fronts http://www.phschool.com/atschool/phsciexp/active_art/weather_fronts/ 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=2CsOetTVwVw vidéo sans son 1 min http://www.youtube.com/watch?v=G7Ewqm0YHUI vidéo anglais 5 min Royaume-Uni

Symbolisme

Anticyclones et dépressions Ce sont des mouvements verticaux de masses d’air.

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.

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.

Le cyclone Une tempête tropicale caractérisée par des vents violents des précipitations abondantes et qui tourne autour d’une zone de basse pression.

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.

1 min 30 http://www.youtube.com/watch?v=MGgIWVJ66eQ&feature=player_embedded

Le courant jet (Jet Stream) Animation 30 sec http://www.youtube.com/watch?v=KdXphX6Frn4&feature=player_embedded

Contamination atmosphérique Elle se produit lorsque des substances comportant un risque pour la santé s’ajoutent à la composition de l’air. K 287

SO2 et NOx Proviennent en grande partie de la combustion des combustibles fossiles. Responsables des précipitations acides.

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

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.

Le CO2 Sources naturelles Sources supplémentaires Feux de forêt Éruptions volcaniques Respiration cellulaire Sources supplémentaires Combustion des combustibles fossiles http://www.youtube.com/watch?v=UBW2xHIMc38&feature=fvsr effet de serre H Reeves 4 min 33

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

Oxyde de diazote Provenance Épandage d’engrais contenant de l’azote. Certains procédés industriels.

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…?

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

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.

Le smog (OBS 237) Le smog, de l’anglais « smoke » (fumée) et « fog » (brouillard), peut causer de sérieux troubles respiratoires. Smog à New York

http://www.tou.tv/decouverte/S2013E03 http://www.tou.tv/decouverte/S2013E04 2 épisodes sur le réchauffement climatique https://www.youtube.com/watch?v=gZ1KerGbZRs 6:39 (F) atm + pollution