L'atmosphère, c'est quoi ?

L'atmosphère terrestre... et au-delà

L'atmosphère terrestre désigne l'enveloppe gazeuse qui entoure notre planète. Les gaz sont maintenus autour de la Terre par la force gravitationnelle qui les retient et les empêche de s'échapper vers l'espace.

Les gaz y sont donc concentrés près du sol. 99 % de la masse de l'atmosphère se situe entre 0 et 30 km. La pression atmosphérique décroit rapidement avec l'altitude. 

L'épaisseur moyenne de notre atmosphère est d'environ 600 km. Elle fluctue, selon l'activité solaire notamment, entre 350 et 800 km.

Au-delà de cette altitude, on est dans l'exosphère : ce n'est pas le vide qui y règne, on y rencontre encore quelques très rares particules gazeuses. Ces particules ne sont plus retenues par la gravité terrestre et peuvent s'échapper vers l'espace. 

La structure de l'atmosphère

L'atmosphère est divisée en plusieurs couches caractérisées entre autres par leur profil thermique, c'est-à-dire par la façon dont la température de l'air y varie.

La basse atmosphère s'identifie à la troposphère, riche en vapeur d'eau et en nuages.  C'est dans cette couche que se déroule l'essentiel des phénomènes météorologiques. La température y décroît assez régulièrement avec l'altitude. La limite supérieure de la troposphère s'appelle la tropopause. Son altitude varie en fonction de la latitude, ainsi que de la situation météorologique. On la trouve en moyenne vers 6 à 8 km aux pôles, 11 km aux latitudes tempérées et vers 16-18 km aux latitudes équatoriales.

La moyenne atmosphère superpose la stratosphère, jusqu'à une cinquantaine de kilomètres d'altitude, et la mésosphère. La composition gazeuse de la stratosphère (et notamment la présence d'ozone stratosphérique) fournit à l'air de la chaleur. La température y croît avec l'altitude, d'abord faiblement, puis devenant plus nette à partir de 30 km. 
La limite supérieure de la stratosphère s'appelle la stratopause, avec une température moyenne de 0 °C. Plus haut, dans la mésosphère, la température décroit à nouveau.

On entre ensuite dans la haute atmosphère, au-delà de 85 km environ. C'est la thermosphère : la température y augmente rapidement avec l'altitude. L'air se raréfie et est soumis à une température considérablement croissante. La thermosphère est prolongée par l'exosphère où l'altitude est désormais suffisante pour qu'une part notable des particules échappe à l'attraction terrestre.

La composition de l'atmosphère

L’atmosphère est composée à 99 % d’azote et d’oxygène (78 % pour l’azote et 21 % pour l’oxygène) ; pour le reste de gaz dit rares (comme l’argon, l’hélium, le krypton et le xénon) et de vapeur d’eau (même en l’absence de tout nuage) en quantité très variable selon la température. La vapeur d’eau est un gaz dit “à effet de serre”. C’est l’augmentation de la concentration de ce gaz, notamment sous la forme du dioxyde de carbone (CO2), qui est à l’origine du réchauffement de la planète depuis le début de l'ère industrielle.

Autre gaz présent en faible quantité mais qui joue un rôle important : l’ozone (O3). Celui-ci est toxique dans les basses couches de l’atmosphère lorsqu’il est produit par la circulation automobile interagissant avec le soleil et des températures élevées. En revanche, l’ozone stratosphérique (présent entre 20 et 40 kilomètres d’altitude) est bénéfique car il agit comme un filtre stoppant certains rayons ultraviolets nocifs venant du soleil.

Pourquoi observer l'atmosphère ?

De tout temps, l’homme s’est passionné pour l’observation de son environnement atmosphérique et des différents phénomènes s’y déroulant. Les premiers développements de la science météorologique moderne au 17e siècle, notamment la découverte du poids de l’atmosphère avec les expériences de Blaise Pascal, la mise au point d’échelles de mesure de la température (Celsius, Fahrenheit) ont permis d’étudier puis de prévoir les mouvements atmosphériques, science qui s’est développée conjointement avec les progrès des techniques de transmission et de calcul.