LA CLIMATOLOGIE

LA CLIMATOLOGIE

La climatologie est la science qui étudie le climat. Elle permet de suivre et de comprendre les variations climatiques sur de longues périodes (30 ans minimum) et sur toute la planète. Les climatologues cherchent donc à connaître les climats du passé (paléoclimatologie), dans le but de modéliser le climat du présent et de prévoir le climat du futur. Les études climatologiques sont essentielles car les hommes dépendent des conditions climatiques dans lesquelles ils vivent.

COMMENT LES CLIMATOLOGUES ÉTUDIENT-ILS LES CLIMATS DU PASSÉ ?

Les climatologues cherchent à connaître l’évolution naturelle des climats du passé (appelés paléoclimats) entre les périodes froides (glaciations) et les périodes plus chaudes (périodes interglaciaires). Pour cela, ils utilisent différentes méthodes et techniques :
– les récits historiques facilement datables (sécheresses, inondations, éruptions volcaniques) ;
– l’étude des cernes de croissance annuelle des arbres (dendroclimatologie), qui permet de remonter de plusieurs siècles dans le passé. Cette technique se base sur le taux de croissance des arbres, qui est directement lié aux variations successives du climat ;
– l’étude des carottes de glace (glaciologie), qui permet de déterminer les températures du passé (ou paléotempératures) et les composants de l’atmosphère du passé (ou paléoatmosphère). Un forage de plus de 3 000 m, réalisé en 2004 à la base franco-italienne de Concordia (en Antarctique), a notamment permis d’extraire une carotte de glace retraçant le climat des 740 000 dernières années.
– l’étude des couches géologiques (formation du relief, répartition des fossiles) et des sédiments marins (carottes océaniques) renseigne sur les événements cruciaux de l’évolution de la planète, à une échelle géologique de plusieurs millions d’années.

COMMENT MODÉLISE-T-ON LE CLIMAT DE LA TERRE ?

Les modélisations du climat sont basées sur les lois de la physique. Ces lois reposent sur des équations mathématiques qui font intervenir plusieurs variables, en particulier la température, la pression, la vitesse et la direction des vents. Ces équations sont résolues environ tous les 10 km à la surface de la Terre. On obtient ainsi des grilles de 100 km2 où chaque variable est estimée : l’ensemble de ces grilles forme un maillage du climat de la Terre entière.
La Terre peut être représentée globalement par les trois éléments suivants : l’atmosphère (plusieurs couches verticales), la surface (plusieurs types de sol et de végétation sur tous les continents), et les océans (qui diffèrent en fonction de leur température, de leur profondeur et de leur salinité). Les données des satellites artificiels permettent d’obtenir des informations de chaque point de la planète. La rapidité de résolution des équations de ces modélisations dépend de la puissance des ordinateurs. En France, le modèle ARPEGE de Météo France permet de modéliser le climat avec une précision de 20 km (sur la France) à 250 km (aux pôles).

COMMENT PRÉVOIR LE CLIMAT FUTUR ?

Les climatologues observent actuellement une modification rapide du climat en raison des activités de l’homme (pollution atmosphérique accentuant le phénomène de l’effet de serre). Le Groupement intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) recense les connaissances sur le climat et prévoit de grands changements climatiques dans un futur proche. La température devrait augmenter de 1,4 à 5,8 °C d’ici la fin du xxie siècle, ce qui entraînerait une élévation du niveau des mers de 9 à 88 cm. Ces prévisions sont basées sur des simulations faisant intervenir différents paramètres : démographique, social, économique, politique, etc. Les décisions politiques internationales (en particulier le protocole de Kyoto, entré en vigueur en février 2005, qui vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre) s’appuient sur les rapports des experts du GIEC pour voter les lois qui doivent protéger notre planète.

QUELLES SONT LES PRINCIPALES DIFFICULTÉS DE LA CLIMATOLOGIE ?

L’une des principales difficultés de la climatologie est le nombre et la complexité des phénomènes de la machine climatique terrestre. Ainsi, la climatologie requiert la connaissance de la lithosphère (étude des mouvements de la Terre), de l’hydrosphère (étude du cycle de l’eau), de la cryosphère (étude des calottes polaires et des zones englacées), de la biosphère (étude des êtres vivants), du Soleil (étude de l’influence du Soleil à travers son intensité et ses variations), des océans (étude du fonctionnement et de l’impact de la circulation océanique), de l’atmosphère (étude et rôle de l’atmosphère terrestre et de sa circulation), du cycle du carbone, des activités et de l’influence humaines (taux de pollution que font les hommes), etc.
La difficulté est donc de faire travailler ensemble la totalité des scientifiques qui doivent mettre en commun leurs connaissances pour comprendre le climat de manière globale.

  POUR ALLER PLUS LOIN  

→ la météo et le climat  → l’atmosphère 
→ le cycle de l’eau 
→ les changements climatiques  → l’effet de serre 
→ la pollution de l’air

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LE CIEL ET LES CONSTELLATIONS

LE CIEL ET LES CONSTELLATIONS

Les étoiles nous apparaissent comme de petits points lumineux qui parsèment la voûte céleste la nuit. En réalité, ce sont de gigantesques boules de gaz, très éloignées de la Terre.

LES ÉTOILES À L’ŒIL NU

Dès l’Antiquité, les savants grecs s’interrogent sur le ciel, le Soleil, la Lune, les planètes visibles à l’œil nu et les points lumineux que l’on voit sur la voûte céleste la nuit. Ainsi, au iie siècle avant J.-C., l’astronome grec Hipparque dresse le tout premier catalogue stellaire, qui comporte environ 850 étoiles visibles à l’œil nu.
Mais ce n’est qu’en 1989 qu’un satellite d’astronomie dénombre pour la première fois les étoiles. Il s’agit du satellite européen Hipparcos, ainsi nommé en l’honneur du savant grec. Grâce à lui, on connaît un peu plus d’un million d’étoiles (1 058 332 étoiles exactement), dont 4 553 sont visibles à l’œil nu.
Une étoile est visible à l’œil nu quand sa magnitude visuelle est inférieure à 6. La magnitude visuelle est une mesure de la brillance (ou éclat apparent) d’un objet céleste. La valeur de cette magnitude (appelée aussi magnitude relative) dépend de la brillance de l’étoile (magnitude absolue) et de la distance à laquelle elle est située par rapport à la Terre. La magnitude visuelle absolue d’une étoile faiblement brillante est élevée et positive. Plus une étoile est brillante, plus sa magnitude visuelle est petite. Plus une étoile est éloignée, moins elle est brillante et plus sa magnitude est élevée.
Ainsi, les objets célestes les plus brillants ont des magnitudes visuelles négatives ; par exemple, la magnitude visuelle du Soleil est égale à - 26,8, et celle de la Lune à - 12,5.

LES CONSTELLATIONS

Lorsque l’on observe le ciel, certaines étoiles nous paraissent proches les unes des autres (même si elles sont en réalité très éloignées les unes des autres). Elles forment des « dessins » dans le ciel, des groupes : ce sont les constellations.
Dès l’Antiquité, les savants décrivent le ciel en termes de constellations, en repérant certains groupements particuliers formés par les étoiles brillantes. S’inspirant des travaux d’Hipparque, l’astronome grec Ptolémée énumère 48 constellations dans le ciel de l’hémisphère Nord (le ciel boréal) — le ciel de l’hémisphère Sud (le ciel austral) est très peu connu à cette époque.
À la fin du xixe siècle, 108 constellations sont dénombrées, avec certaines répétitions, ce qui conduit en 1927 à une révision de la découpe du ciel : les astronomes subdivisent de façon officielle le ciel en 88 constellations. Chaque constellation correspond ainsi à une découpe du ciel. Les délimitations de chaque constellation sont calculées en arcs de parallèles et de méridiens.
Les douze constellations du zodiaque, par exemple, correspondent à une découpe régulière du ciel en arcs de 30 °de longitude. Leurs noms (les « signes du zodiaque ») correspondent à l’emplacement des constellations il y a 2 000 ans.

  POUR ALLER PLUS LOIN  

→ l’Univers 
→ les galaxies 
→ la Voie lactée 
→ les étoiles 
→ le Système solaire 
→ le Soleil  → Ptolémée 
→ Nicolas Copernic 
→ Galilée 
→ Johannes Kepler

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LES CHANGEMENTS CLIMATIQUES

LES CHANGEMENTS CLIMATIQUES

Les changements du climat sont dus à deux facteurs naturels : les variations de la quantité d’énergie solaire reçue à la surface de la Terre et les variations de la trajectoire (orbite) de la Terre autour du Soleil.
Mais en plus de cette évolution naturelle, le climat est de plus en plus influencé par les activités polluantes des hommes.

Y A-T-IL DÉJÀ EU DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES DANS LE PASSÉ ?

Le climat a toujours évolué depuis la formation de la Terre, il y a 4,5 milliards d’années. Les fluctuations du climat passé (appelé paléoclimat) sont donc normales et naturelles. Il y a eu des périodes glaciaires très froides et très longues (d’une durée de 80 000 à 100 000 ans), suivies par des périodes interglaciaires plus chaudes mais plus courtes (durée de 10 000 ans environ).

QUAND SE SONT PASSÉES LES DERNIÈRES PÉRIODES GLACIAIRES ET INTERGLACIAIRES ?

La dernière période interglaciaire a eu lieu il y a 120 000 ans. La dernière période glaciaire s’est déroulée il y a 18 000 ans. La température était alors 5 °C plus basse qu’au début des années 2000 (température moyenne actuelle de 15 °C). Le niveau de la mer était de 120 mètres inférieur à celui d’aujourd’hui.
Puis, il y a environ 12 000 ans, a débuté l’holocène, une époque marquée par un réchauffement climatique qui se poursuit encore en ce début du xxie siècle. Ce réchauffement a entraîné la fonte des énormes calottes de glace aux pôles et la disparition des mammouths (il y a environ 10 000 ans).
Il y a également eu une période très courte (du xve au xixe siècle) appelée le « petit âge de glace ». Durant cette période, la température a diminué de 1 °C en moyenne en Europe du Nord.

COMMENT LES HOMMES INFLUENT-ILS SUR LE CLIMAT ?

Les hommes influencent le climat par leurs activités polluantes : pollution atmosphérique due aux industries et aux transports (surtout les voitures).
Ces activités rejettent dans l’atmosphère des gaz appelés gaz à effet de serre. Ces gaz provoquent un effet de serre sur l’ensemble de la planète, ce qui fait augmenter la température moyenne de la Terre. Cette influence des hommes a commencé au début du xxe siècle (début de la période industrielle) et ne cesse d’augmenter.

QUELLES SONT LES CONSÉQUENCES DE L’ACTION DES HOMMES SUR LE CLIMAT ?

Au cours du xxe siècle, les observations des scientifiques ont indiqué une augmentation de 0,6 °C de la température moyenne de la planète. Le niveau des mers a également augmenté de 10 à 20 cm. Ces évolutions sont si rapides et si importantes qu’elles n’ont pu être causées que par les gaz à effet de serre rejetés par les industries et les véhicules.
Les années 1990 ont été les plus chaudes du xxe siècle. Et c’est l’année 1998 qui a été l’année la plus chaude de toutes.

QUELS SERONT LES CHANGEMENTS CLIMATIQUES DANS LE FUTUR ?

Les scientifiques pensent que la température moyenne de la planète va augmenter de 1,8 à 4 °C d’ici la fin du xxie siècle (données les plus optimistes, issues d’un rapport réalisé en 2007 par le Groupe intergouvernemental sur l’évolution du climat — GIEC).
Si cela se vérifie, le niveau des mers va monter de 18 à 59 cm. Les phénomènes extrêmes (inondations, sécheresses, tornades) seront plus nombreux et plus puissants.
Même si les pollutions industrielles s’arrêtaient rapidement, le changement climatique en cours continuerait encore plusieurs dizaines d’années.

QUELLES LOIS ONT ÉTÉ ADOPTÉES POUR LIMITER CE CHANGEMENT DU CLIMAT ?

La conférence de Kyoto, qui s’est déroulée au Japon en 1997, a fixé une loi pour lutter contre le réchauffement climatique en cours. Cette loi impose une réduction des émissions des gaz à effet de serre dans l’atmosphère. Cette réduction devrait être de 5,2 % d’ici 2008-2012 (par rapport au taux de 1990).
Grâce à la signature de 141 pays, le texte de loi du traité de Kyoto est applicable depuis le 16 février 2005. Toutefois, les États-Unis n’ont toujours pas voté cette loi, alors qu’ils sont les premiers pollueurs de la planète.

  POUR ALLER PLUS LOIN  

→ le climat et la météo 
→ l’atmosphère  → l’effet de serre
→ la couche d’ozone
→ la pollution de l’air

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LE CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE

LE CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE

La Terre possède un champ magnétique que l’on appelle aussi champ géomagnétique. Il est dû aux mouvements de roches en fusion (le magma) à l’intérieur du noyau terrestre, qui se trouve au centre de la Terre.
Ces mouvements font que le globe terrestre se comporte comme un énorme aimant.

COMMENT LE CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE SE FORME-T-IL ?

Le magnétisme terrestre est lié au noyau qui se situe au centre de la Terre. Le champ magnétique n’est pourtant pas dû au fer qui compose le noyau, car le fer ne se comporte plus comme un aimant à la température où il se trouve au cœur de la Terre (jusqu’à 6 650 °C). Le magnétisme est provoqué par le mouvement du magma métallique dans le noyau externe (liquide) qui tourne autour du noyau interne (solide).
L’intensité du champ magnétique varie en fonction de l’endroit où l’on se trouve à la surface de la Terre. Il est par exemple plus faible au niveau de l’équateur. Le champ géomagnétique se mesure avec un instrument appelé magnétomètre ; son intensité moyenne est de 0,00005 T (teslas).

COMMENT PEUT-ON OBSERVER LE CHAMP MAGNÉTIQUE À LA SURFACE DE LA TERRE ?

Les hommes utilisent depuis longtemps des boussoles pour s’orienter à la surface du globe. Une boussole indique la direction des pôles magnétiques, qui ne correspondent pas aux pôles géographiques. Par exemple, le pôle nord magnétique est actuellement situé dans le nord du Canada, à plus de 1 500 km du pôle Nord géographique.
Une autre technique d’observation du champ magnétique terrestre consiste à observer les aurores polaires (phénomène lumineux spectaculaire dû aux collisions entre des particules très énergétiques provenant du Soleil et les molécules de gaz de l’atmosphère). Les aurores polaires se produisent aux pôles (Sud et Nord), où elles prennent la forme de vagues colorées qui suivent les lignes du champ magnétique terrestre.

COMMENT LE CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE A-T-IL ÉVOLUÉ DANS LE PASSÉ ?

Le champ magnétique du passé (ou paléomagnétisme) a beaucoup changé au cours des temps géologiques. La position des pôles magnétiques bouge en permanence, en fonction des variations du champ magnétique terrestre.
Il y a 500 millions d’années, le pôle nord magnétique était proche de l’île d’Hawaii dans l’océan Pacifique. Les géologues étudient ce phénomène grâce aux roches volcaniques qui conservent la trace du champ magnétique terrestre du passé.

LE CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE PEUT-IL S’INVERSER ?

Le champ magnétique terrestre s’est souvent inversé dans le passé. Cela veut donc dire que le pôle nord magnétique est passé au sud magnétique, et inversement. Ces inversions se produisent environ 5 fois par million d’années.
La connaissance de ces inversions a eu une grande influence sur les théories de la tectonique des plaques et de la dérive des continents qui expliquent la formation des montagnes, des volcans et des tremblements de terre.

À QUOI SERT LE CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE ?

Le champ magnétique se fait ressentir jusqu’à une très haute altitude, dans une région appelée magnétosphère (altitude supérieure à 1 000 km).
La magnétosphère protège la Terre du vent solaire (particules très énergétiques émises par le Soleil) puisqu’elle oriente le rayonnement solaire le long des lignes du champ magnétique terrestre. L’arrêt des particules solaires est plus efficace à l’équateur qu’au niveau des pôles (comme en témoigne l’existence des aurores polaires).
Le champ géomagnétique sert donc de bouclier naturel à la Terre.

  POUR ALLER PLUS LOIN  

→ la structure interne de la Terre  → les aimants et le magnétisme 
→ la tectonique des plaques 
→ la Terre 
→ l’atmosphère

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LE CÉNOZOÏQUE

LE CÉNOZOÏQUE

Le cénozoïque est une division des temps géologiques qui a commencé il y a 65 millions d’années et qui se poursuit encore de nos jours. Le cénozoïque est une ère. Dans l’échelle des temps géologiques, il suit l’ère secondaire.
Le cénozoïque rassemble deux périodes : le tertiaire et le quaternaire (dans laquelle nous nous trouvons). C’est une division choisie par les scientifiques assez récemment. En effet, auparavant, le tertiaire et le quaternaire étaient considérés comme deux ères distinctes, et non comme les deux périodes d’une même ère.

  POUR ALLER PLUS LOIN  

→ les temps géologiques 
→ les périodes du cénozoïque : le tertiaire – le quaternaire 
→ avant le cénozoïque : l’ère secondaire

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LE CARBONIFÈRE

LE CARBONIFÈRE

Le carbonifère est une division des temps géologiques qui s’étend de - 365 à - 290 millions d’années. C’est la cinquième période de l’ère primaire.
Dans l’échelle des temps géologiques, elle suit le dévonien et précède le permien.

LES FORÊTS SE TRANSFORMENT EN CHARBON

Au cours du carbonifère, les forêts sont périodiquement recouvertes par les eaux. Les plantes se décomposent et se transforment progressivement en charbon. C’est pour cette raison que les scientifiques ont baptisé cette période le carbonifère.

COMMENT LES CONTINENTS SE DISPOSENT-ILS AU CARBONIFÈRE ?

Au début du carbonifère, la plupart des continents se trouvent dans l’hémisphère Sud, sous l’équateur. Seule la Sibérie se trouve dans l’hémisphère Nord. Un vaste supercontinent, le Gondwana, couvre une vaste superficie centrée sur le pôle Sud.
Au cours du carbonifère, toutes les plaques continentales dérivent les unes vers les autres (elles se trouveront soudées ensemble à la période suivante, le permien). Ces mouvements provoquent la collision de certaines plaques entre elles. Elles sont à l’origine de la formation du Massif central et du début du soulèvement des Appalaches.

QUEL EST LE CLIMAT DU CARBONIFÈRE ?

Pendant la seconde moitié du carbonifère, le climat devient plus froid et plus sec. Les terres du Gondwana sont soumises à un cycle de glaciation.
En revanche, le climat des régions proches de l’équateur est chaud et humide. C’est le cas sur les terres qui correspondent aujourd’hui à l’Europe et à l’Amérique du Nord. Une végétation luxuriante se développe sous ce climat tropical.

QUELLES SONT LES PLANTES DU CARBONIFÈRE ?

Au carbonifère, la végétation est très uniforme sur la planète : on trouve les mêmes espèces à de nombreux endroits différents du monde. Les fougères, plantes terrestres sans fleurs ni graines, forment l’essentiel de la végétation. Elles forment de vastes forêts avec des prêles géantes et les premiers conifères, dont certains dépassent 30 mètres de haut.

QUELS SONT LES ANIMAUX DU CARBONIFÈRE ?

Les vastes forêts du carbonifère offrent un habitat propice à toutes sortes d’invertébrés. Sur le sol court une grande diversité d’insectes rampants. Les insectes volants sont aussi nombreux. Certaines libellules géantes mesurent jusqu’à 70 cm d’envergure ! Les forêts abritent aussi des araignées, des scorpions et des mille-pattes, dont certains atteignent 2 mètres de long. Les premiers mollusques terrestres, lointains parents de nos escargots actuels, font leur apparition.
Les amphibiens, apparus à la période précédente (le dévonien), continuent de se diversifier. Alors que nos crapauds actuels ne dépassent pas 20 cm de long, certains de ces amphibiens primitifs mesurent plusieurs mètres ! Cependant, ils ne sont plus les seuls vertébrés à habiter la terre ferme : dans les souches des arbres se cachent les premiers reptiles, à l’allure de petits lézards.

  POUR ALLER PLUS LOIN 

→ les temps géologiques
→ l’ère secondaire 
→ avant le carbonifère : le dévonien  → après le carbonifère : le permien

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LE CAMBRIEN

LE CAMBRIEN

Le cambrien est une division des temps géologiques qui s’étend de - 545 millions d’années à - 510 millions d’années. C’est la première période de l’ère primaire.
Dans l’échelle des temps géologiques, le cambrien suit le précambrien (un très vaste intervalle de temps qui commence avec la formation de la Terre, il y a 4,6 milliards d’années) et précède l’ordovicien.

COMMENT LES CONTINENTS SE DISPOSENT-ILS AU CAMBRIEN ?

Au début du cambrien, il existe un gigantesque supercontinent, la Pannotia. Ce continent se fragmente progressivement en trois blocs principaux :
→ le plus grand, appelé Gondwana, regroupe ce qui deviendra l’Amérique du Sud, l’Afrique, l’Antarctique, l’Australie, l’Inde et le sud de l’Europe ;
→ la Laurentia réunit les territoires correspondant à l'Amérique du Nord, à l’Écosse et au Groenland ;
→ la Sibéria correspond à la partie nord de l’Asie.
À la fin du cambrien, la majorité de ces terres émergées est située sous les tropiques ou dans l’hémisphère Sud. Les territoires qui correspondent à l’Espagne et au Portugal actuels se trouvent à 13 000 km de la position qu’ils occupent aujourd’hui !

À QUOI RESSEMBLE LE CLIMAT ?

La fin du précambrien (il y a environ 600 millions d’années) a été marquée par une terrible glaciation. Au cambrien au contraire, le climat se réchauffe progressivement.
À la fin du cambrien, les températures moyennes sont très supérieures aux valeurs actuelles. Les glaces fondent, ce qui provoque une montée générale du niveau des eaux. Une grande partie des continents est recouverte par des mers chaudes et peu profondes, très favorables au développement de la vie.

QUELS SONT LES ANIMAUX DU CAMBRIEN ?

Au cambrien, la vie n’a pas encore commencé à coloniser la terre ferme. En revanche, la présence d’oxygène et le réchauffement du climat conduisent à une véritable explosion de la vie marine. Des organismes dotés d’un squelette externe rigide (carapace ou coquille) apparaissent.
Les grands groupes d'animaux marins, comme les arthropodes (animaux à pattes articulées), les mollusques (animaux à corps mous) ou les échinodermes (ancêtres des oursins et des étoiles de mer) continuent de se développer.

Les arthropodes

Chez les arthropodes (invertébrés à carapace et à pattes articulées), les espèces les plus diversifiées et les plus nombreuses sont les trilobites. Ces invertébrés doivent leur nom à leur corps divisé en trois parties bien distinctes. Les crustacés, ancêtres des crabes et des homards que nous connaissons aujourd'hui, sont également présents dans toutes les mers.

Les mollusques

De nombreux mollusques existant encore de nos jours apparaissent au cambrien. C’est le cas des gastéropodes (ancêtres des escargots actuels) et des bivalves, encore très répandus aujourd’hui (les huîtres, par exemple).

Les premiers poissons

Les premiers poissons qui apparaissent à la fin du cambrien sont considérés comme les ancêtres des vertébrés. Ils sont dotés d’un squelette interne (la colonne vertébrale) qui leur permet de se déplacer plus facilement, mais ils n’ont pas de mâchoire. Pour se nourrir, ils avalent de l’eau et filtrent le plancton grâce à leurs branchies.

  POUR ALLER PLUS LOIN

→ les temps géologiques 
→ l’ère primaire 
→ avant le cambrien : le précambrien 
→ après le cambrien : l’ordovicien

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L'ATMOSPHÈRE

L'ATMOSPHÈRE

L’atmosphère est une immense couche de gaz et de poussières qui enveloppe le globe terrestre.

LA COMPOSITION DE L’ATMOSPHÈRE TERRESTRE

Les trois principaux gaz de l’atmosphère (sans tenir compte de la vapeur d’eau) sont l’azote (78,1 %), l’oxygène (20,9 %) et l’argon (0,9 %). Beaucoup d’autres gaz sont présents dans l’atmosphère, mais en quantités extrêmement faibles : le dioxyde de carbone, le néon, l’hélium, le krypton, l’hydrogène, le xénon et l’ozone. Il y a aussi de la vapeur d’eau dans l’atmosphère : entre 1 % (vers les pôles) et 4 % (vers l’équateur).
Par ailleurs, différents types de fines particules (appelées aérosols) sont aussi en suspension dans l’air : poussières provenant de volcans, grains de sable et de sel, pollens, gaz polluants rejetés par les industries, etc. Ces aérosols circulent dans les basses couches de l’atmosphère.

LES DIFFÉRENTES COUCHES DE L’ATMOSPHÈRE TERRESTRE

L’atmosphère est épaisse d’environ 10 000 km. Mais 99 % de sa masse se trouve dans les 30 premiers kilomètres. L’atmosphère est divisée en 5 couches superposées. Chacune de ces couches a des propriétés différentes (épaisseur, température, pression). Depuis la surface de la Terre, ces couches sont :
La troposphère

La troposphère est la couche la plus proche de la surface de la Terre. Sa température diminue de 6,5 °C par km d’altitude. Son épaisseur moyenne est de 13 km. Sa limite supérieure s’appelle la tropopause (température d’environ - 60 °C).
La masse de la troposphère représente 80 % de la masse totale de l’atmosphère, alors que son volume ne représente que 1,5 % du volume total. C’est dans la troposphère que les phénomènes météorologiques (précipitations, tornades, éclairs, etc.) se déroulent.
C’est également là que s’accumulent les gaz polluants issus des activités humaines (industries, transports). Lorsqu’on parle de pollution atmosphérique, il s’agit donc principalement de la pollution de l’air de la troposphère.

La stratosphère

La stratosphère est une couche qui monte jusqu’à une altitude de 50 km (appelée stratopause), où la température est proche de celle de la surface terrestre. La température augmente progressivement dans la stratosphère car la couche d’ozone absorbe le rayonnement solaire (entre 20 et 30 km d’altitude). Le célèbre trou de la couche d’ozone se situe également dans cette couche.

La mésosphère

La mésosphère se situe entre 50 et 80 km d’altitude. La température diminue jusqu’à – 140 °C au niveau de la cime de la mésosphère (appelée mésopause). C’est dans cette couche que les météores brûlent et forment les étoiles filantes.

La thermosphère

La thermosphère s’étend entre 80 et 600 km d’altitude. Les molécules d’air deviennent très rares. Les températures sont très élevées (jusqu’à 1 200 °C). C’est dans la thermosphère que se produisent les aurores polaires (les aurores boréales dans l’hémisphère Nord et les aurores australes dans l’hémisphère Sud).

L’exosphère

L’exosphère s’étend jusqu’à 10 000 km d’altitude, là où s’arrête l’atmosphère et où commence l’espace. C’est dans cette zone que gravitent les satellites artificiels.

LES MOUVEMENTS DE L’AIR DANS L’ATMOSPHÈRE

Le mouvement global de l’air sur la Terre est appelé circulation générale de l’atmosphère. Ces mouvements de masses d’air se déroulent dans la troposphère (altitude inférieure à 13 km). Ils sont dus aux différences de température qui existent entre les pôles et l’équateur. L’air (chaud et humide) monte à l’équateur, puis se dirige vers les pôles à très haute altitude. Aux pôles, l’air (devenu froid et sec) descend et revient à l’équateur à plus basse altitude. Ce cycle forme une cellule de Hadley. Ce mouvement global de l’air est toutefois influencé par la circulation générale des océans et par le relief.
Les mouvements de l’air peuvent être connus en mesurant la pression atmosphérique, c’est-à-dire le poids de l’atmosphère en un lieu donné. Ces variations permettent de savoir le temps qu’il fait chaque jour. Cette mesure se fait avec un baromètre. La pression de référence, mesurée au niveau de la mer, est égale à 1 013 hPa (hectopascals). Les régions où la pression est plus forte (proche de 1 040 hPa) sont des zones de haute pression (appelées anticyclones), qui correspondent à du beau temps. Les régions où la pression est plus faible (proche de 970 hPa) sont des zones de basse pression (appelées dépressions), qui correspondent à du mauvais temps.

L’ORIGINE ET L’ÉVOLUTION DE L’ATMOSPHÈRE TERRESTRE

L’atmosphère terrestre a évolué de manière continue depuis la naissance de la Terre (il y a environ 4,6 milliards d’années). L’atmosphère était d’abord constituée d’hydrogène et d’hélium ; mais ces gaz très légers se sont rapidement échappés dans l’espace en raison de la faible gravité (force d’attraction) de la Terre.
La première véritable atmosphère (composée principalement de dioxyde de carbone, d’azote et de vapeur d’eau) s’est formée grâce aux éruptions volcaniques. À cette époque en effet, la Terre était recouverte de volcans très actifs, qui ont éjecté d’énormes quantités de gaz de l’intérieur de la Terre. Plus de 80 % de cette atmosphère se sont constitués durant les 150 premiers millions d’années après la formation de la Terre.
La Terre s’est ensuite refroidie et une grande partie de la vapeur d’eau de l’atmosphère s’est condensée (passage de l’état de gaz à l’état liquide) : des pluies diluviennes se sont alors abattues sur Terre et ont formé les océans.
Au cours des deux milliards d’années suivants, de l’oxygène est apparu dans l’atmosphère grâce à l’activité d’organismes marins (bactéries et algues) pratiquant la photosynthèse (en effet, au cours de la photosynthèse, de l’oxygène est produit et rejeté dans le milieu). Il a encore fallu deux milliards d’années avant que l’oxygène se trouve en quantité suffisante dans l’atmosphère pour former une couche d’ozone en mesure de protéger la Terre des rayons ultraviolets du Soleil. Cela a permis aux êtres vivants de sortir des océans, il y a environ 440 millions d’années.

L’ATMOSPHÈRE DES AUTRES PLANÈTES DU SYSTÈME SOLAIRE

D’autres planètes du Système solaire possèdent une atmosphère, mais leur composition chimique est très différente de celle de la Terre. Les planètes plus proches du Soleil (Vénus, Mars) ont une faible couche atmosphérique, composée à 90 % de dioxyde de carbone. Les planètes plus éloignées du Soleil (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) ont une atmosphère plus épaisse, composée principalement d’hydrogène et d’hélium.
Pour déterminer la composition chimique de l’atmosphère de ces planètes, deux méthodes sont utilisées : l’analyse depuis la Terre des rayonnements émis par ces planètes ou l’envoi de sondes spatiales directement sur les planètes étudiées.

  POUR ALLER PLUS LOIN  

→ la Terre 
→ la pollution de l’air 
→ la couche d’ozone 
→ l’effet de serre 
→ le cycle de l’eau
→ la météo et le climat

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LES DISTANCES ASTRONOMIQUES

LES DISTANCES ASTRONOMIQUES

Les distances astronomiques sont les distances utilisées en astronomie pour effectuer des mesures (longueur, orbite, dimension) entre les différents corps de l’Univers (étoiles, planètes, astéroïdes, etc.).
Les distances astronomiques sont extrêmement grandes. Par exemple, la distance moyenne entre la Terre et le Soleil est d’environ 150 000 000 km. Les astronomes ont inventé des unités de mesure beaucoup plus simples pour faciliter l’écriture des distances.

QU’EST-CE QUE L’UNITÉ ASTRONOMIQUE ?

L’unité astronomique (notée UA) est l’unité de base qui sert à mesurer les distances au sein du Système solaire. La valeur d’une unité astronomique est égale à la distance entre la Terre et le Soleil : soit 1 UA = 150 millions de km environ. Par exemple, la planète naine Pluton, qui se situe aux confins du Système solaire, se trouve à 39,5 UA du Soleil.

QU’EST-CE QU’UNE ANNÉE-LUMIÈRE ?

Une année-lumière (notée al) est la distance que parcourt la lumière dans le vide en une année. Étant donné que la lumière se déplace dans le vide à la vitesse d’environ 300 000 km/s, 1 année-lumière est égale à environ 10 000 milliards de km. Cette unité est donc utilisée pour mesurer de très grandes distances dans l’Univers, bien au-delà du Système solaire.
Par exemple, l’étoile la plus proche du Soleil (Proxima du Centaure) se trouve à 4,23 al (soit environ 266 490 UA, ou encore 40 000 milliards de km). Les galaxies les plus proches de la nôtre (la Voie lactée) se trouvent à 300 000 al. La dimension de l’Univers est estimée à 15 milliards d’années-lumière, selon la théorie du big bang.

COMMENT MESURE-T-ON LES DISTANCES DES ÉTOILES ?

Les astronomes utilisent principalement trois méthodes pour déterminer les distances des étoiles :
– la mesure de la parallaxe annuelle, qui est l’angle sous lequel on voit une étoile depuis l’orbite terrestre ; la distance entre cette étoile et la Terre est égale à l’inverse de l’angle mesuré ; cette vieille méthode n’est applicable que pour les étoiles proches ; 1 parsec (noté pc) correspond à la distance d’une étoile dont la parallaxe est de 1 seconde de degré ; par ailleurs, 1 pc = 3,26 al ;
– la mesure de l’éclat apparent d’une étoile, qui décroît avec la distance ; par exemple, une étoile située deux fois plus loin qu’une autre a un éclat apparent quatre fois plus faible ; si sa luminosité absolue est connue à partir d’une étoile de référence, les astronomes peuvent alors en déduire sa distance ;
– la mesure du spectre des objets, qui permet d’étudier le signal émis par les étoiles ; par exemple, un décalage du spectre vers le rouge (par effet Doppler) signifie que l’étoile s’éloigne de nous ; cette méthode permet de mesurer la distance d’étoiles très éloignées.

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→ le Système solaire
→ les étoiles 
→ la vitesse de la lumière
→ le spectre électromagnétique

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