Lorsque l’on regarde des photographies de la Terre depuis l’espace, la planète ressemble à une boule bleue, avec des motifs de nuages à sa surface. On a l’impression que l’atmosphère terrestre est incroyablement fine et qu’elle s’enroule étroitement autour de notre planète.

En fait, l’atmosphère se compose de plusieurs couches, certains scientifiques estimant qu’elle s’étend jusqu’à mi-chemin de la Lune.

Les couches de l’atmosphère terrestre

Il est facile d’imaginer l’atmosphère terrestre comme une bulle d’air entourant la planète et se terminant brusquement par le vide de l’espace. La réalité est bien plus complexe que cela. L’atmosphère de notre planète est constituée d’une série de couches, chacune ayant ses propres caractéristiques.

Troposphère (épaisseur de 8 à 14 km)

La troposphère est la couche la plus proche de la surface de la Terre et c’est ce que la plupart d’entre nous imaginent probablement lorsque nous parlons de l’atmosphère. Tropos signifie « changement » en grec, ce qui veut dire littéralement « sphère du changement », ce qui est une description exacte.

Dans cette couche, des changements atmosphériques se produisent constamment, y compris la quasi-totalité des conditions météorologiques de notre planète.

Bien qu’il s’agisse de la plus petite couche, la quasi-totalité de la vapeur d’eau de notre atmosphère se trouve dans la troposphère. Si vous vous êtes déjà demandé pourquoi il fait toujours beau lorsque vous voyagez en altitude dans un avion, c’est parce que vous avez laissé la troposphère derrière vous, ainsi que la plupart des nuages.

Dans la troposphère, l’air se raréfie au fur et à mesure que l’on s’élève. Plus la pression atmosphérique est faible, plus la température baisse. Par conséquent, plus on monte dans la troposphère, plus il fait froid.

Stratosphère (35 km de haut)

Des expressions telles que  »des niveaux stratosphériques) donnent l’impression qu’il s’agit du niveau le plus élevé de l’atmosphère, alors qu’il s’agit en fait du deuxième niveau le plus bas. Stratum signifie « couche » en latin. Il s’agit donc littéralement de la sphère des couches. Elle doit son nom aux couches de température présentes dans cette zone.

L’ozone présent dans la stratosphère absorbe l’énergie du soleil sous forme de rayons ultraviolets (UV), qui sont ensuite diffusés sous forme de chaleur. Contrairement à la troposphère, où la température diminue au fur et à mesure que l’on s’élève, la température augmente régulièrement au fur et à mesure que l’on s’élève dans la stratosphère, passant d’environ -51 degrés juste au-dessus de la troposphère à environ -15 degrés à l’approche de la mésosphère.

Comme il y a très peu de vapeur d’eau dans la stratosphère, il y a peu de nuages, qui ne se forment que près des pôles pendant l’hiver. Les cristaux de glace présents dans ces nuages stratosphériques polaires peuvent interagir avec la lumière du soleil et créer d’étonnantes vagues de couleurs visibles depuis le sol.

Mésosphère (35 km d’épaisseur)

Méso signifie « milieu » en grec, il s’agit donc littéralement de la sphère du milieu. Bien qu’elle soit située au milieu, la mésosphère est la couche la plus froide de l’atmosphère terrestre, avec des températures aussi basses que -90 degrés au sommet de la mésosphère. Cela s’explique par le fait que la densité des gaz dans la mésosphère est inférieure à celle des deux couches situées en dessous, ce qui permet d’absorber davantage d’énergie solaire. Cependant, la mésosphère n’est pas aussi exposée au rayonnement solaire de haute énergie que la thermosphère et l’exosphère situées au-dessus d’elle.

Comme dans la troposphère, la température de la mésosphère diminue au fur et à mesure que l’on s’élève, car l’air devient moins dense et il y a moins d’ozone pour absorber les rayons UV. Une autre raison pour laquelle la mésosphère est si froide est que le dioxyde de carbone, qui a un effet réchauffant dans la troposphère, a un effet refroidissant dans la mésosphère. De même que l’augmentation des niveaux de dioxyde de carbone provoque un réchauffement spectaculaire dans la troposphère, elle entraîne un refroidissement tout aussi spectaculaire de la mésosphère.

La mésosphère joue un rôle très important dans notre vie quotidienne ; c’est la couche atmosphérique où la plupart des météores se consument. Bien que l’air de la mésosphère soit fin, il est suffisamment dense pour provoquer la friction des météores à grande vitesse ou d’autres débris spatiaux qui y pénètrent, lesquels peuvent traverser la thermosphère presque sans encombre.

Thermosphère (515 km d’épaisseur)

En grec, thermosphère signifie littéralement sphère de chaleur. C’est là que les choses deviennent un peu étranges, car la thermosphère est la couche la plus chaude de l’atmosphère. Les températures augmentent avec l’altitude et peuvent atteindre 2 500 degrés vers le haut de la thermosphère.

Ces températures sont dues à l’absorption du rayonnement solaire de haute énergie par les particules de gaz de la thermosphère. Comme il y a très peu de particules, chacune d’entre elles absorbe une grande quantité d’énergie du Soleil. Cependant, si vous vous trouviez dans la thermosphère, vous ne sentiriez pas la chaleur, car l’air est si fin qu’il n’y a pas assez de particules pour transférer la chaleur à votre corps.

La densité de la thermosphère diminuant avec l’altitude, l’air est trop fin pour transmettre le son dans les régions les plus élevées de la thermosphère. Le film de science-fiction Alien, sorti en 1979, avait pour slogan « Dans l’espace, personne ne peut vous entendre crier », mais il en va de même dans certaines parties de l’atmosphère terrestre.

Exosphère (d’une épaisseur de 1 000 à 190 000 km d’épaisseur)

La couche supérieure de l’atmosphère est appelée exosphère, ce qui signifie littéralement sphère extérieure. L’exosphère n’est pas seulement la couche extérieure de l’atmosphère terrestre, c’est aussi, et de loin, la plus grande. Elle s’étend sur au moins 1 000 km à partir de la thermosphère et certains scientifiques considèrent que la limite supérieure se situe à quelque 190 000 km de la surface de la Terre.

L’exosphère contient très peu de choses. Il s’agit essentiellement d’hydrogène, avec un peu d’hélium et de petites quantités d’autres gaz tels que l’oxygène, l’azote et le dioxyde de carbone. Les particules sont tellement dispersées qu’elles se rencontrent rarement, et il est difficile de définir où se termine l’exosphère et où commence le vide spatial.

Ionosphère

Ionosphère signifie sphère d’ions, bien qu’une traduction littérale du grec pourrait également être quelque chose comme sphère errante, ce qui est également une description assez appropriée. En effet, l’ionosphère n’est pas vraiment une couche de l’atmosphère terrestre, mais une région de l’atmosphère qui a été ionisée par le rayonnement solaire.

L’ionosphère englobe l’ensemble de la thermosphère ainsi que des parties de la mésosphère et de l’exosphère, et peut se contracter ou s’étendre en fonction de la quantité de rayonnement solaire qu’elle absorbe. C’est là que se produisent principalement les aurores.

L’ionosphère peut être utile, car elle peut réfléchir les ondes radio, ce qui permet de transmettre la radio à des parties de la planète qui ne pourraient pas être atteintes autrement. Toutefois, elle peut également retarder ou déformer les signaux GPS émis par les satellites, de sorte que ces systèmes doivent corriger les décalages causés par l’ionosphère.

De quoi est consisté l’atmosphère terrestre ?

L’atmosphère terrestre est un mélange de gaz maintenus en place par la gravité. L’azote, qui constitue près de 80 % de l’atmosphère, est de loin le composant le plus important. C’est un gaz non réactif, qui ne se mélange donc pas facilement avec d’autres éléments.

Le deuxième composant le plus courant est l’oxygène, qui représente environ 20 % du mélange. D’autres gaz tels que l’argon, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau, sont présents en quantités beaucoup plus faibles.

Le mélange de gaz change d’une couche à l’autre, la stratosphère contenant une zone de forte concentration d’ozone, connue sous le nom de couche d’ozone, qui est vitale pour protéger la vie sur Terre des rayons UV nocifs du soleil. Lorsque vous atteignez l’exosphère, l’atmosphère est devenue très fine et contient principalement de l’hydrogène et de l’hélium.

Où finit l’atmosphère terrestre et où commence l’espace ?

Cette question est plus difficile qu’il n’y paraît. L’exosphère devient moins dense à mesure que l’on s’éloigne de la surface de la Terre, mais il n’y a pas de frontière distincte où l’espace commence soudainement.

Certains considèrent que l’exosphère s’étend jusqu’à environ 10 000 km au-dessus de la surface de la Terre, tandis que d’autres fixent la limite supérieure à 190 000 km, soit la moitié de la distance qui sépare la Terre de la Lune. Il s’agit du point où la pression de radiation exercée par le soleil sur les atomes d’hydrogène dépasse l’attraction gravitationnelle de la Terre, ce qui en fait la distance théorique à laquelle ces atomes devraient s’échapper de l’atmosphère.

Une autre limite est la ligne de Kármán. Il s’agit d’une limite située à environ 100 km au-dessus de la surface de la Terre et qui correspond au point où l’atmosphère est trop fine pour permettre les vols aéronautiques. Elle est souvent considérée comme le point de départ de l’espace, bien qu’elle soit située dans l’exosphère.

L’importance de l’atmosphère terrestre

L’atmosphère terrestre est beaucoup plus étendue que nous ne le pensons à première vue. Selon certaines définitions, elle s’étendrait jusqu’à mi-chemin de la Lune. Nous avons tendance à la considérer comme acquise, mais notre atmosphère joue de nombreux rôles vitaux dans la protection de la vie sur notre planète.

La couche d’ozone de la stratosphère nous protège des rayons UV nocifs du soleil. Sans cette protection solaire naturelle, notre planète serait soumise à des niveaux élevés de rayonnement UV, qui peuvent augmenter le risque de cancer et endommager les écosystèmes.

L’atmosphère nous protège également des objets physiques provenant de l’espace. Il suffit de regarder la surface cratérisée de la Lune pour voir la différence que peut faire l’absence d’atmosphère.

L’atmosphère terrestre retient également la chaleur du soleil, dans ce que l’on appelle l’effet de serre. Sans ce phénomène, la Terre serait beaucoup plus froide, ce qui la rendrait beaucoup plus hostile à la vie. Malheureusement, les émissions d’origine humaine renforcent cet effet, provoquant le réchauffement de la troposphère et le refroidissement de la mésosphère, ce qui peut avoir des conséquences catastrophiques.

Le rôle le plus vital de l’atmosphère est cependant de nous fournir de l’air respirable. Elle contient l’oxygène dont les hommes et les animaux ont besoin pour respirer et le dioxyde de carbone dont les plantes ont besoin pour réaliser la photosynthèse. Même si nous pouvions survivre aux rayons UV et au bombardement de météorites, sans notre atmosphère, la vie sur Terre ne serait pas possible.

Conclusion

Nous pensons rarement à l’air qui nous entoure, ou aux kilomètres d’atmosphère au-dessus de nous qui nous protègent des conditions difficiles de l’espace. On pourrait penser que l’atmosphère est une mince bulle d’air autour de la Terre où se produisent tous les phénomènes météorologiques, mais elle est bien plus complexe que cela. Il existe de nombreuses régions aux propriétés radicalement différentes, chacune d’entre elles ayant son rôle à jouer.

La prochaine fois que vous verrez une étoile filante, prenez peut-être le temps de penser qu’il s’agit en fait d’un météore qui brûle dans la mésosphère. La prochaine fois que vous prendrez l’avion et que vous vous voyagerez au soleil au-dessus des nuages, faites comprendre à votre voisin que vous êtes entré dans la stratosphère et qu’en fait, c’est loin d’être la couche la plus élevée de notre atmosphère.