Rappel… En 3è secondaire, j’ai appris que…

L’atmosphère

L’atmosphère est la couche de matière gazeuse 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. Le dioxygène (O2) pour la respiration. Le dioxyde de carbone (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 C’est la force gravitationnelle qui est responsable de la rétention des gaz à la surface de la Terre. Lorsque l’altitude augmente, la concentration en gaz diminue (il en est de même pour 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 de l’atmosphère Elle contient majoritairement 4 gaz. 78 % de diazote 21 % de dioxygène 0,93 % d’argon 0,04 % de dioxyde de carbone De la vapeur d’eau. Des particules solides (poussières, pollen, suie, fumées…)

Les couches de l’atmosphère

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.

Une aurore polaire

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

Évolution de la température avec l’altitude

Le vent est une manifestation du déplacement des molécules gazeuses de l’atmosphère. Ces molécules se déplacent d’une zone de haute pression vers une zone de basse pression. Les rayons solaires chauffent inégalement les différentes régions de la surface terrestre et causent le déplacement de masses d’air: c’est le vent. Le vent

Le spectre électromagnétique Il est constitué de l’ensemble de tous les rayonnements émis par le Soleil.

La lumière Elle constitue la partie du rayonnement solaire qui est perceptible par l’œil humain. Les rayons infrarouges sont perceptible par l’énergie thermique qu’ils transportent. Les infrarouges, la lumière visible et une partie des ultraviolets sont les seuls rayons qui parviennent à la surface du globe.

Le spectre électromagnétique

http://www.ostralo.net/3_animations/swf/ondesEM_frise.swf http://www.cnes.fr/automne_modules_files/standard/public/p5298_614d36ac76be6c1abe82710f5996449aspectre-electromagnetique_fr.swf

La gravitation universelle C’est une force responsable de l'attraction entre des corps ayant une masse. Elle cause la chute des corps à la surface de la Terre. De façon générale, elle est responsable du mouvement des corps célestes.

L’espace

Le soleil Composé de 75 % d’hydrogène et 25 % d’hélium. Sa température centrale atteint 15 millions de oC. C’est un énorme réacteur où se produit la fusion nucléaire : 2 atomes d’hydrogène fusionnent pour former un atome d’hélium. Cette réaction libère une quantité phénoménale d’énergie rayonnante.

Une étoile essentielle Le soleil réchauffe et éclaire la Terre : en 1 heure, toute l’énergie solaire reçue sous forme de chaleur et de lumière par la terre suffirait à combler les besoins énergétiques de la planète pour 1 an. Le soleil est âgé d’environ 5 milliards d’années et il est au « mi-temps » de sa vie. Il est essentiel à la vie sur terre: son énergie rayonnante constitue le moteur de la photosynthèse, phénomène à la base de la production végétale sur Terre.

Le flux d’énergie solaire Les ondes électromagnétiques émises par le Soleil voyagent à la vitesse de 300 000 km/s et ne mettent que 8 minutes pour atteindre la Terre, située à 150 millions de km. Le flux d’énergie solaire est l’ensemble du rayonnement électromagnétique qui s’échappe de sa surface et se dirige vers l’espace

L’insolation L’Insolation est la quantité de rayonnement solaire qui atteint la surface de la Terre. L’insolation varie selon… la latitude : à cause de la courbure de la terre, les rayons solaires sont plus concentrés aux régions équatoriales qu’aux pôles. Les régions tropicales reçoivent donc plus d’énergie que les pôles (c’est la raison qui explique les grands écarts de température entre l’équateur et les pôles). L’heure de la journée. La saison. l’épaisseur de la couche d’ozone. le contenu atmosphérique en particules solides (ex. poussières volcaniques).

Facteurs influant sur l’insolation Latitude Saisons Épaisseur de la couche d’ozone Importance de la pollution atmosphérique Présence de surface réfléchissantes

Le système Terre-Lune

La Lune La Lune a un diamètre moyen de 3476 km. La Lune proviendrait des débris d’une collision entre la Terre et un météorite de la taille de Mars, il y a 4,6 milliards d’années. Sous l’impact, les morceaux se sont éparpillés dans l’espace et se sont ensuite regroupés pour former la Lune. Elle tourne sur elle-même (rotation) en 27,3 jours et prend exactement le même temps pour faire le tour de la Terre (révolution), d’où sa face cachée.

Les marées La marée est le mouvement montant puis descendant (le flux et le reflux) des eaux des océans causé par l'effet conjugué des forces gravitationnelles de la Lune (et du Soleil, dans une moindre mesure) sur la Terre. La surface des masses d’eau du globe subissent une déformation lorsqu’elles sont face à la Lune. Cela provoque un gonflement des eaux qui se déplace en suivant la Lune.

http://www.youtube.com/watch?v=h3mcc1sXUN4

Fréquences des marées En un endroit donné sur Terre, il y a quotidiennement 2 marées hautes et 2 marées basses. Chaque marée haute - de même que chaque marée basse - se produit environ toutes les 12 heures. Au même moment, sur Terre, il y a 2 endroits diamétralement opposés qui subissent une marée haute; la marée haute opposée à la lune est due à la force centrifuge générée par la rotation du couple Terre-Lune.

Marée de vive-eau À la nouvelle Lune et à la pleine Lune, on retrouve la Terre, la Lune et le Soleil dans un même axe. Les forces d’attraction conjuguées des 2 astres provoquent des marées de grande amplitude : ce sont des marées de vives-eaux. Lors d’une marée de vive-eau, le marnage (différence de niveau entre la marée haute et la marée basse) est beaucoup plus important; la mer recouvre et découvre plus.

Marée de morte-eau Au premier quartier et au dernier quartier, alors que la Lune et le Soleil forment un angle droit avec la Terre, il se produit des marées de mortes-eaux, des marées de moins grande amplitude que les marées de vive-eau; le marnage est moins important. http://www.pc.gc.ca/fra/pn-np/nb/fundy/natcul/marees-tides/vivesmortes-springneap.aspx

nouvelle Lune premier quartier pleine Lune dernier quartier

http://www. linternaute. com/science/espace/pourquoi/06/marees/marees http://www.linternaute.com/science/espace/pourquoi/06/marees/marees.shtml http://www.je-comprends-enfin.fr/index.php?/Eau-ondes-et-mouvement/eau-terre-lune-soleil-et-marees/id-menu-14.html http://www.cea.fr/jeunes/mediatheque/animations-flash/terre-et-univers/les-etoiles-le-soleil-les-planetes-la-lune-l https://www.youtube.com/watch?v=Vh_yixZfFIU 19 min excellent!

http://www.youtube.com/watch?v=h3mcc1sXUN4 film 1 min 33 http://www.relais-sciences.org/anim/anim_jeu/phenomene_maree.php animation http://www.youtube.com/watch?v=h3mcc1sXUN4 film 1 min 33 Pour en savoir plus http://www.linternaute.com/science/espace/pourquoi/06/marees/marees.shtml http://www.je-comprends-enfin.fr/index.php?/Eau-ondes-et-mouvement/eau-terre-lune-soleil-et-marees/id-menu-14.html

Les masses d’air Grandes étendues d’atmosphère dont la température, l’humidité et la pression sont relativement homogènes. Poussées par le vent, elles amènent des changements de température et de conditions climatiques.

Air réchauffé (contenant hermétique) À volume fixe, l’air qu’on chauffe gagne de l’énergie, ses molécules se déplacent plus vite et le nombre de collisions augmente; conséquemment , la pression augmente.

Air réchauffé (dans l’atmosphère) Cependant, dans l’atmosphère, si l’air se réchauffe, les molécules de gaz gagnent également de l’énergie et s’éloignent les unes des autres. La masse d’air occupe un plus grand espace. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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=G7Ewqm0YHUI vidéo anglais 5 min Royaume-Uni

Symbolisme

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

Les cellules de convection http://eduscol.education.fr/obter/appliped/circula/theme/atmos32.htm http://eduscol.education.fr/obter/appliped/circula/theme/atmo325.htm

Effet de Coriolis et vents dominants STE

STE L’effet de Coriolis 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

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

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

Cyclones et Anticyclones 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, les molécules de l’atmosphère qui se refroidissent sont moins agitées, se rapprochent et provoquent du coup une augmentation de masse volumique de l’air. Cet air descend vers le sol en suivant une trajectoire en spirale dans le sens horaire (hémisphère nord) et comprime l’air situé en dessous; il se crée alors une zone de haute pression nommée « anticyclone ». Au sol, l’air va donc fuir ce centre de haute pression en tournant .Rotation horaire dans; 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.

L’anticyclone

Le cyclone La cyclone est une zone de circulation atmosphérique qui se déploie autour d’un centre de basse pression. Au sol, l’air qui se réchauffe voit sa masse volumique diminuer, devient plus léger et monte en altitude. Il se crée un « vide » sous cette masse d’air : c’est une zone de dépression, un cyclone. Cette montée en spirale de l’air se fait en tournant dans le sens antihoraire dans l’hémisphère nord; au sol, l’air se dirige vers le centre de basse pression en déviant vers la droite. À l’approche d’un cyclone, la pression atmosphérique diminue.

Le cyclone

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 mouvements 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. Voir p 269 STE

Les COV STE Contiennent au moins un atome de carbone et d’hydrogène. Liste: http://www.mddelcc.gouv.qc.ca/air/cov/liste.htm La famille des composés organiques volatils (COV) regroupe plusieurs milliers de composés (hydrocarbures, solvants, ...) aux caractéristiques très variables. Ils ont un impact direct sur la santé (certains sont toxiques ou cancérigènes).Les composés organiques volatils (COV) sont des gaz et des vapeurs qui contiennent du carbone, comme les vapeurs d'essence et des solvants. Ils interviennent dans le processus de formation d'ozone dans la basse atmosphère et participent donc au réchauffement de la planète. Les COV entrent dans la composition des carburants mais aussi de nombreux produits courants: peintures, encres, colles, détachants, cosmétiques, solvants...pour des usages ménagers, professionnels ou industriels. Ils sont émis lors de la combustion de combustibles (notamment dans les gaz d'échappement), ou par évaporation lors de leur fabrication, de leur stockage ou de leur utilisation. Les effets de COV sont très variables selon la nature du polluant envisagé. Ils vont d'une certaine gène olfactive à des effets mutagènes et cancérigènes (benzène, certains HAP), en passant par des irritations diverses et une diminution de la capacité respiratoire. Source: http://www.dictionnaire-environnement.com/compose_organique_volatil_cov_ID2396.html

Effet de serre Phénomène naturel 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

L’effet de serre en image

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.

H2O La vapeur d’eau de l’atmosphère est le gaz qui contribue le plus largement à l’effet de serre naturel.

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

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. Hausse du niveau des océans. Accroissement de la fréquence et de l’intensité de phénomènes climatiques extrêmes (sécheresses, inondation…). Perturbation de nombreux écosystèmes. Fonte du pergélisol.

Couche d’ozone L’ozone est une molécule formée de 3 atomes d’oxygène (O3). On la trouve 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

LES RESSOURCES ÉNERGÉTIQUES DE L’ATMOSPHÈRE

L’énergie solaire C’est l’énergie que dispense le soleil par son rayonnement à travers l’atmosphère. En 1 heure, toute l’énergie solaire reçue sous forme de chaleur et de lumière par la Terre suffirait à combler les besoins énergétiques de tous les humains pendant 1 an.

1.Panneau solaire thermique Utilisés essentiellement pour chauffer l’air des bâtiments, l’eau des résidences ou l’eau des piscines. Ce sont de grands panneaux de verre sous lesquels se trouvent des conduites de cuivre remplies d’eau en circulation et qui captent la chaleur solaire. Cette eau chaude alimente le système de chauffage ou le réservoir d’eau chaude d’une maison.

Chauffage passif des maisons (1) Pour maximiser l’utilisation de l’énergie solaire… On installe de grandes fenêtres aux maison. On oriente les maison vers le sud de façon à capter le maximum d’énergie solaire. On installe des solariums ou des verrières aux maisons. On augmente l’importance de l’isolation des maison. À l’intérieur de la maison, n utilise des matériaux qui absorbent la chaleur (béton, pierre, brique par exemple) , pour la restituer plus tard lorsque le soleil disparait.

Chauffage passif des maisons (2) Avantage de ce mode de chauffage: Aucun cout relié au fonctionnement. Aucune substance polluante ou dommageable pour l’environnement n’est émise. http://www.ecohabitation.com/guide/fiches/maison-solaire-passive

2. Panneau solaire à cellules photovoltaïques Les matériaux qui composent ces cellules, principalement du silicium, mettent en mouvement des électrons lorsqu’ils sont frappés par la lumière. Ce mouvement d’électrons crée un courant électrique. On relie plusieurs cellules ensemble pour former de grands panneaux (des panneaux solaires photovoltaïques), tels qu’on les voit sur certaines maisons ou sur des satellites dans l’espace.

La station spatiale internationale avec ses panneaux solaires photovoltaïques

3. L’énergie éolienne C’est l’énergie mécanique associée au mouvement de l’air (le vent). Les éoliennes sont des constructions qui permettent de transformer l’énergie éolienne en énergie électrique. Fonctionnement: le vent frappe les pales de l’éolienne et provoque leur rotation. Ces dernières sont couplées à une génératrice (un alternateur) d’électricité logée dans la nacelle.

Avantages et inconvénients de l’énergie solaire L’utilisation de l’énergie solaire est peu répandue… Les couts des systèmes de captage et de transformation sont élevés. La quantité d’énergie est fluctuante (position du soleil dans le ciel, présence de nuages…) Elle est pourtant avantageuse… Énergie renouvelable. Sans émission de GES. Utile dans les endroits isolés, inaccessibles par route.

Avantages et inconvénients de l’énergie éolienne Énergie renouvelable. Ne produit aucun GES. Désavantages Nuisent à la beauté du paysage. Production fluctuante (imprévisibilité du vent). On ne peut l’emmagasiner. Des régions venteuses sont nécessaires.

Des éoliennes

L’intérieur d’une éolienne