Le rôle de l'atmosphère

Présentation

La planète Terre est une boule de matière en fusion dans l'espace. L'espace étant au zéro absolu (-273°C) la planète est refroidie sur une petite surface, un peu comme un lac qui ne serait que légèrement gelé. La chaleur du dessous perce sans arrêt la mince croûte pour s'échapper vers l'espace, ce sont les réactions tectoniques qui provoquent des séismes et des éruptions volcaniques.
Ces manifestations ne s'arrêteront que lorsque toute la chaleur excédentaire résultant de la formation de la planète sera partie vers le froid, quand la Terre aura trouvé son équilibre interne, à notre échelle temporelle ce ne sera pas de si tôt. La surface sur laquelle nous vivons est la surface de séparation entre la planète et le vide spatial, heureusement pour nous, il y a aussi une atmosphère qui nous isole un peu.

En regard des conditions qui règnent à l'extrême dans la galaxie, nous humains avons besoin d'un environnement très spécialisé :

• Les températures dans la galaxie vont de -273°C à plusieurs millions de degrés et nous ne supportons qu'un écart compris entre -30 et +60°C.
• Les radiations qui traversent la galaxie vont des plus petits rayonnements gamma aux plus larges ondes radio : nous ne supportons que la plus petite partie d'entre elles, celles qui sont au dessus des ultraviolets et encore, pas en trop grande quantité.
• Nous ne supportons au maximum pas plus de dix fois notre pression atmosphérique en plus ou en moins, cela ne nous permet même pas d'aller partout sur notre planète alors à plus fort raison dans l'espace, où la pression est nulle, ou sur des corps très massifs où elle est multipliée par cinquante ou cent.

En fait, pour que notre corps fonctionne normalement, nous avons besoin de réunir ces trois conditions : la chaleur, l'irradiation et la pression ainsi bien sûr qu'une atmosphère respirable. La planète Terre est la seule que nous connaissions à ce jour qui réunisse les conditions nécessaires pour notre forme de vie. Voyons maintenant comment elle fait pour les réunir alors que tout l'espace autour tend à les défaire. Et ne perdons pas de vue que toutes sont profondément liées entre elles.

La chaleur

Une partie de la chaleur vient de l'intérieur de notre planète, cette énergie tendra à baisser continuellement jusqu'à un seuil d'équilibre, à priori rien de ce que nous faisons ne pourra accélérer ou ralentir ce processus.
L'autre partie vient de notre Soleil, cette fois elle tendra à augmenter et nous n'y pouvons absolument rien. Une dernière partie, enfin, infime au regard des deux autres vient des formes de vies, animaux compris, et de leurs activités.

Si la chaleur tend à partir vers l'espace, comment ce fait-il que notre planète ne soit pas gelée du côté de la nuit ? Et pourquoi ne sommes-nous pas complètement brûlés par l'énergie du Soleil le jour ? Pour une raison très simple, notre planète est dotée d'une atmosphère, ce qui n'est pas le cas de toutes les planètes, et sa composition est bien particulière. Notre atmosphère joue le rôle d'effet de serre dont nous avons besoin pour vivre, ah bon, l'effet de serre n'est pas nocif ? Et non, par forcément.
Le Soleil diffuse en permanence dans l'espace un intense rayonnement sur plusieurs fréquences dont certaines sont visibles : la lumière. D'autres ne le sont pas comme les ultraviolets (en-dessous du spectre visible) et les infrarouges (au-dessus).

Ces rayonnements traversent l'espace qui nous sépare du Soleil en à peu près huit minutes, traversent en partie notre atmosphère et viennent bombarder le sol ou la mer. Pendant toute la durée du jour, la surface absorbe de la chaleur, et une fois la nuit venue, cette chaleur tend à repartir vers le froid, vers l'espace. Elle s'exprime en infrarouge, ce rayonnement repart à travers l'atmosphère en sens inverse. Mais contrairement à l'aller, une partie importante se trouve alors absorbée et renvoyée pour une moitié vers l'espace pour l'autre moitié de nouveau vers la surface.

C'est ce que nous appelons l'effet de serre, l'énergie est emprisonnée et réchauffe notre atmosphère, même la nuit. Cette chaleur est nécessaire, sur La Lune qui n'a presque pas d'atmosphère, la nuit la température atteint presque celle du vide spatial, une centaine de degrés Celsius en dessous de zéro : invivable. A l'inverse, sur Vénus dont l'atmosphère contient presque exclusivement des gaz à effet de serre, la températures sont de 400°C à 500°C de nuit comme de jour.

Qu'est ce qui provoque dans l'atmosphère l'effet de serre ?

Ce sont des gaz et des particules, mais pas tous et pas tous de la même manière. Les principaux d'entre eux sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, l'ozone, le protoxyde d'azote (ou oxyde nitreux) et les halocarbures. Beaucoup d'autres gaz ne causent pas directement l'effet de serre mais par réaction entraînent des modifications, parmi ceux-ci le monoxyde de carbone, les particules soufrées et les halocarbures (encore eux !).
Voici un mini-effet de serre dû à la vapeur d'eau qui est sensible par tout le monde : une nuit d'été sans nuages est très fraîche par rapport à une même nuit avec un ciel chargé ou orageux. C'est la vapeur d'eau des nuages qui vous renvoie des infrarouges source de chaleur mais invisibles.

Il faut que l'équilibre de l'effet de serre soit maintenu au niveau qui nous satisfait, si nous augmentons légèrement la proportion de gaz, ce que nous faisons depuis un bon moment, l'équilibre tendra vers une température supérieure à 15°C en moyenne, qui entraînera une évaporation accrue de l'eau, qui entraînera à son tour une augmentation du phénomène... Jusqu'à ce qu'il trouve un nouveau point d'équilibre certainement très loin de l'état actuel.

La pression

Elle est due à l'attraction gravitationnelle de la masse planétaire, corrigée par la force centrifuge ainsi que par la masse atmosphérique. La masse planétaire ne changera pas d'une manière décisive à moins qu'un météore particulièrement gros ne lui tombe dessus ce qui statistiquement peut arriver tous les cent millions d'années environ.

La force centrifuge dépend de la vitesse de rotation, elle-même dirigée par les forces gravitationnelles du système solaire. Ces deux forces ne dépendent absolument pas de nous ou de nos actions.
La masse atmosphérique par contre, est complètement dépendante de l'effet de serre, plus il sera important, plus les gaz seront chauds et nombreux et, par conséquent, lourds. En plus de subir une température insupportable nous serions également écrasés par le poids de l'air, un peu comme le sont les plongeurs par celui de l'eau.

L'irradiation

Elle ne dépend que du bon vouloir du Soleil et de ses caprices plus ou moins périodiques. Tout ce qu'il nous envoie est ensuite filtré par les différentes couches de l'atmosphère notamment l'ozone, comme un gigantesque filtre à café. La composition de celle-ci modifie bien évidemment la nature et la quantité des rayonnements qu'elle laisse passer.
Une chose sûre dans ce domaine concerne la couche d'ozone : elle absorbe les ultraviolets, très énergétiques et très nocifs. En son absence, toutes les formes de vie seraient brûlées vives à part certaines bactéries primitives.

Composition de l'atmosphère

En outre des problèmes purement physiques que poserait une modification de notre atmosphère, il faut remarquer que sa composition actuelle, soit beaucoup d'azote, pas mal d'oxygène, un peu de vapeur d'eau, peu d'argon, très peu de dioxyde de carbone et d'autres gaz à l'état de traces, est due à l'activité des plantes et des animaux, elle-même dépendante du résultat. Tout est lié.

Tout ce qui existe est amené à jouer un rôle éternellement renouvelé en fonction de sa position. Et ce sans limite d'échelle, cela se passe aussi bien au niveau atomique, que moléculaire, planétaire, stellaire ou galactique.

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Auteur

• Christophe MAGDELAINE, responsable du site