L'ATMOSPHÈRE - GÉNÉRALITÉS - PHÉNOMÈNES REMARQUABLES

<= Notes sur les pratiques techniques


La plupart des phénomènes atmosphériques se passent dans la première couche de l’atmosphère, appelée troposphère. L’état de l’atmosphère peut être décrit par trois variables d’état: la pression, la température et l’humidité. Naturellement les origines des mouvements de l’air se trouvent dans les transferts d’énergie, dont la principale est l’énergie solaire. On distingue trois échelles d’étude des phénomènes atmosphériques 

les transferts d’énergie: Ils sont le moteur météorologique. On distingue deux formes d’énergie importantes :

L'atmosphère agit comme un filtre laissant essentiellement passer le rayonnement visible, bloquant les UV et les infrarouges. La terre réémet cette énergie par rayonnement infrarouge:

L’énergie solaire reçue en chaque lieu est différente, car différemment absorbée:

La terre est globalement en équilibre thermique. Elle reçoit donc autant d’énergie qu’elle n’en émet. Les échanges d’énergie se font par convection, grâce à l’eau (courants marins, évaporation, condensation) et à l’air. En effet les échanges de chaleur ne se font ni par conduction, le sol étant un mauvais conducteur de chaleur, ni par rayonnement terrestre, car celui ci se perd presque entièrement dans l’espace (seule une petite partie est réfléchie par les nuages).


Mesure de l'énergie solaire: On mesure l'intensité du rayonnement solaire grâce à un pyranomètre. La durée quotidienne d'ensoleillement se mesure grâce à un héliographe. 


Composition: 80% de la masse d’air est contenue dans les 10 premiers kilomètres d’altitude, 99% dans les trente premiers kilomètres. Sa composition est à peu prés constante jusqu’à vers 80 Km d’altitude:

Composants

% volume

% en masse

Azote (N2)

78.8

75.52

Oxygène (O2)

20.94

23.14

Argon (Ar)

0.93

1.29

CO2

0.03 (variable)

0.05

Néon

0.0018

0.0012

Hélium, krypton, hydrogène, méthane, etc. sont aussi présents à l’états de traces

Les seuls composants variant notablement dans l’espace et dans le temps étant :

Il existe aussi des particules en suspensions, ou aérosols: sels marins, sables, poussières, etc.


Atmosphère normalisée OACI: Globalement l'atmosphère est en équilibre hydrostatique, la différence de pression entre deux points est égale au poids de la colonne d'air de section unité comprise entre les deux points. Les lois de l'hydrostatique et de la compressibilité montrent que pression et densité décroissent lorsque l'altitude augmente, d'une façon qui dépend de la répartition verticale de la température et de l'humidité. Toutefois les variations verticales de pression et de densité présentent des variations assez faibles en pratique pour que l’on ait créé une atmosphère type internationale, qui représente assez bien la réalité pour las applications aéronautiques courantes. 

La référence habituelle pour l'altitude est l'altitude géopotentielle H qui prends en compte la variation de l'accélération de la pesanteur avec l'altitude:

gs est l'accélération normale de la pesanteur = 9.8m.s^-2

Conditions normales de température et de pression au niveau de la mer:

T=15°C
P=1013,25 hPa

Variation de pression (hPa) avec l'atlitude A en m:

On admet dans les basses couches une baisse de 1hPa tous les 28ft ou 8m

Nota: 1hPa=1mb   1bar=10^5Pa

Variation de la température en °C avec l'altitude A (m):

T(A)=T0-0.0065A

(dans la troposphère la température décroit de 6 à 7°C par Km)

Au delà de la tropopause la température reste constante à - 56°C (i.e. inversion)

Le niveau de la tropopause varie de 6 à 18Km et sa température de -40°C à -85°C. Elle est caractèrisée par le début de l'inversion thermique de la stratopshère:


Effets atmosphériques:

Couleur du ciel: elle dépend de la diffusion de la lumière en fonction de la longueur d'onde. Le rayonnement bleu de courte longueur d'onde est dispersé dans l'atmosphère, et c'est la raison de la couleur bleue du ciel. A l'horizon la lumière bleue est nettement plus diffusée, d'où son appauvrissement, accentué par la présence de poussières, etc.

Arc-en-ciel: Il est du aux réfractions et réflexions subies par la lumière quand elle traverse les gouttes de pluie (supposées sphèriques pour l'explication). Les diffèrentes couleurs n'ayant pas le même indice de réfraction seront déviées de façon différentielle. Le second arc-en-ciel est du à la réflexion des rayons déjà réfractés.

    

Halo: cercle irisée comme l'arc-en-ciel, mais en sens inverse (violet à l'extérieur et rouge à l'intérieur), centré sur le soleil et vu sous un angle constant égal à 22°. Cet effet est caractéristique d'un nuage de glace.

Couronne: étroit anneau coloré rouge à l'extérieur et vert à l'intérieur, de rayon variable mais inférieur à celui du halo. Cet effet est typique d'un nuage d'eau liquide.


Eclairs et tonnerre: Au sein des cumulonimbus peut se produire de brusques décharges électriques dont l'effet visible est l'éclair (300000Km/s vitesse de la lumière) et l'effet sonore le tonnerre (340 km/s vitesse du son). L'éclair peut se produire entre nuages, entre un nuage et le sol, ou dans le nuage. On entend le tonnerre jusqu'à 25km. On peut voir un éclair à plus d'une centaine de km. Le schéma le plus couramment admis est celui d'un tripole:

L'ionosphère (rendue conductrice par les rayons cosmiques) est chargée positivement de 550000 Coulombs, la terre négativement de 550000 Coulombs, l'ensemble constituant un gigantesque condensateur sphèrique. Un courant de beau temps décharge la terre tandis que le phénomène des éclairs la recharge: