La composition et la structure thermique de l'atmosphère - Maxicours

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La composition et la structure thermique de l'atmosphère

Objectif
La Terre est entourée d'une couche de gaz maintenue par la gravité, son atmosphère.
Quelles sont la composition et la structure de l'atmosphère ?
1. Une stratification verticale de l'atmosphère

Les satellites et les ballons-sondes ont permis d'obtenir des données physico-chimiques sur l'atmosphère terrestre.

Les mesures effectuées montrent que la pression atmosphérique diminue rapidement et régulièrement avec l'altitude : de 1 000 hPa à la surface terrestre, elle n'est que de 3 hPa à 40 km d'altitude. Cette altitude marque une première limite correspondant à l'essentiel de la masse atmosphérique.

La température et la composition chimique révèlent quant à elles des variations plus complexes en interaction les unes avec les autres. Ainsi, les mesures effectuées indiquent une température qui décroît avec l'altitude entre le sol et environ 12 km d'altitude et une modification de composition en certains gaz mineurs. C'est notamment le cas pour l'eau, essentiellement présente dans les douze premiers kilomètres, et l'ozone, dont la faible concentration est stable, puis augmente à partir de 12 km.

Ces données physico-chimiques permettent d'accéder à des profils de l'atmosphère montrant une structure verticale en couche.

2. La troposphère et la stratosphère, couches principales

La troposphère est la première couche atmosphérique au niveau de la surface : elle correspond à l'air que l'on respire. Elle contient l'essentiel de la vapeur d'eau et se caractérise par une diminution progressive de la température jusqu'à sa limite supérieure, la tropopause, située entre 10 et 15 km d'altitude.
La présence d'eau et de dioxyde de carbone entraînent l'absorption du rayonnement infrarouge émis par la Terre et contribue à l'effet de serre.

La stratosphère, seconde couche principale, se situe au-dessus de la troposphère jusqu'à une altitude d'environ 50 km.
Elle se caractérise par une augmentation de la température et de la concentration en ozone. C'est le comportement de l'ozone vis-à-vis de la lumière qui explique cette hausse de température, l'ozone ayant la propriété d'absorber les rayons solaires ultraviolets.
La présence de l'ozone est essentielle pour la vie puisqu'elle a permis aux êtres vivants de coloniser les milieux continentaux, car elle protège contre l'action mutagène des rayons solaires ultraviolets.

3. Les autres couches de l'atmosphère
Au-dessus de la stratosphère, se trouve la mésosphère jusqu'à une altitude d'environ 80 km, où la température diminue pour augmenter à nouveau dans la thermosphère, couche supérieure de l'atmosphère terrestre. Cette augmentation de température, variable avec l'activité du Soleil, est liée à l'absorption d'une partie du rayonnement solaire (rayonnements X et UV ) par le dioxygène.

L'essentiel

L'étude des profils de températures et la présence de certaines espèces chimiques montrent une structure verticale de l'atmosphère dont les deux couches principales sont la troposphère et la stratosphère.

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