Couches de l'atmosphère (diagramme interactif)
Explorez les couches de l'atmosphère terrestre (troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère, exosphère) dans un diagramme vertical cliquable, du sol jusqu'à l'espace, avec la couche d'ozone, la ligne de Kármán et l'orbite de l'ISS.
Liste des couches et repères
| Nom | Type | Altitude approximative | Description |
|---|---|---|---|
| Troposphère | Couche atmosphérique | 0–12km | La couche la plus proche du sol, où se produit presque tout le temps qu'il fait : nuages, pluie et neige. La température baisse avec l'altitude, jusqu'à environ -50 °C près de sa limite supérieure. |
| Altitude de croisière des avions de ligne | Repère (altitude de référence) | 10–12km | L'altitude typique à laquelle volent les avions de ligne long-courrier. Voler près de la limite entre troposphère et stratosphère concilie économie de carburant et vol plus stable. |
| Stratosphère | Couche atmosphérique | 12–50km | Elle contient la couche d'ozone, dont l'absorption des UV fait remonter la température avec l'altitude. Les avions de ligne volent souvent dans sa partie basse, où l'air est stable. |
| Couche d'ozone | Repère (altitude de référence) | 15–35km | Une bande de la stratosphère à forte concentration d'ozone. Elle absorbe la majeure partie des rayons ultraviolets nocifs du Soleil, protégeant ainsi la vie à la surface. |
| Mésosphère | Couche atmosphérique | 50–85km | La couche la plus froide de l'atmosphère, avec des températures proches de -90 °C près de sa limite supérieure. La plupart des météores (étoiles filantes) s'y consument. |
| Thermosphère | Couche atmosphérique | 85–600km | Elle absorbe les rayons ultraviolets et X du Soleil, ce qui fait fortement monter la température. Les aurores s'y produisent, et la Station spatiale internationale (ISS) y orbite. |
| Ligne de Kármán | Repère (altitude de référence) | 100km | L'altitude que la Fédération aéronautique internationale (FAI) définit comme la limite de l'espace. Voler au-delà de cette ligne est généralement considéré comme un « vol spatial ». |
| Altitude des aurores | Repère (altitude de référence) | 100–300km | Les aurores apparaissent quand le vent solaire percute le champ magnétique et l'atmosphère terrestres ; elles sont surtout observées dans cette tranche d'altitude, aux hautes latitudes. |
| Orbite de la Station spatiale internationale (ISS) | Repère (altitude de référence) | 400km | L'altitude approximative à laquelle l'ISS orbite autour de la Terre avec ses astronautes à bord. Une atmosphère résiduelle y freine peu à peu la station, qui a besoin de corrections régulières. |
| Exosphère | Couche atmosphérique | 600–10000km | La couche la plus externe, où l'air extrêmement ténu se fond peu à peu dans l'espace, sans limite supérieure nette. La plupart des satellites orbitent en dessous, dans la thermosphère. |
Ce que sont les couches de l'atmosphère
Cet outil présente l'atmosphère, du sol jusqu'à l'espace, sous la forme d'un unique diagramme vertical divisé en troposphère, stratosphère, mésosphère, thermosphère et exosphère. Des altitudes repères — la couche d'ozone, la ligne de Kármán, l'orbite de la Station spatiale internationale — figurent à la même échelle.
Le premier point à établir est que ces cinq couches ne sont pas des tranches découpées à des hauteurs arbitraires : elles se définissent par la manière dont la température se comporte à mesure que l'on monte. Elle décroît avec l'altitude dans la troposphère, croît dans la stratosphère, décroît de nouveau dans la mésosphère et croît encore dans la thermosphère. Les limites — tropopause, stratopause, mésopause — se situent exactement là où cette tendance s'inverse. Ni la densité ni la composition ne tracent ces lignes.
La stratosphère se réchauffe avec l'altitude parce que l'ozone qui s'y trouve absorbe le rayonnement ultraviolet et le convertit en chaleur. La couche d'ozone n'est donc pas seulement l'écran qui protège la surface des ultraviolets nocifs : elle est ce qui donne à l'atmosphère sa structure thermique. De l'air froid en bas et de l'air chaud en haut forme un agencement stable, rétif au brassage, et c'est pourquoi la stratosphère se mélange fort peu verticalement et ne connaît presque pas de nuages. Les avions de ligne croisent près du sommet de la troposphère précisément pour laisser sous eux la convection qui engendre les turbulences.
On décrit souvent la thermosphère comme dépassant 1 000 °C, et pourtant on n'y ressentirait aucune chaleur. La température mesure la vigueur du mouvement de chaque molécule, non la quantité de chaleur qui parvient. La thermosphère est si peu peuplée que fort peu de molécules vous atteignent et que presque aucune chaleur n'est transmise. C'est l'une des illustrations les plus nettes du fait qu'une température élevée et une sensation de chaleur sont deux choses distinctes.
Comment s'en servir
- Cliquer une couche du diagramme Sa plage d'altitude et ses caractéristiques s'affichent.
- Suivre l'évolution de la température Chaque couche inverse le sens de celle du dessous. Les points de retournement se voient.
- Comparer avec les altitudes repères Couche d'ozone, ligne de Kármán et orbite de l'ISS sont tracées à la même échelle.
- Aller et venir entre le diagramme et le tableau Saisir d'abord la position visuellement rend les chiffres du tableau plus faciles à retenir.
Astuces pour en tirer le meilleur parti
- Cliquez sur chacune des cinq couches colorées pour comparer l'évolution de la température entre elles.
- Des repères comme la ligne de Kármán ou l'orbite de l'ISS indiquent une altitude précise à l'intérieur d'une couche ; cliquez dessus également pour plus de détails.
- Comparer l'altitude de croisière d'un avion de ligne avec la limite troposphère-stratosphère aide à comprendre intuitivement pourquoi les avions volent à cette hauteur.
- Le diagramme utilise une échelle logarithmique (l'espace visuel par kilomètre se réduit à mesure que l'altitude augmente) afin d'afficher en un seul coup d'œil toute la plage, du sol jusqu'à des milliers de kilomètres d'altitude.
Cas d'usage
Apprendre l'ordre des couches pour l'école
Empilées verticalement, la suite se retient bien mieux que les seuls noms.
Se demander à quelle hauteur vole un avion
L'altitude de croisière se situe près du sommet de la troposphère. Cela explique aussi pourquoi l'on vole au-dessus des nuages.
Chercher où commence l'espace
La ligne de Kármán est une convention tracée vers 100 km, non un mur physique.
Vérifier la hauteur des aurores et des étoiles filantes
L'une et l'autre se produisent dans le haut du diagramme et se rapportent à leur couche.
Termes employés
- Troposphère
- La couche qui va du sol à une dizaine de kilomètres. Presque tous les phénomènes météorologiques s'y produisent et la température décroît avec l'altitude.
- Stratosphère
- La couche située au-dessus. L'ozone y absorbe l'ultraviolet, si bien que la température croît avec l'altitude.
- Mésosphère
- La couche au-dessus de la stratosphère, où la température décroît de nouveau. Les étoiles filantes se consument à peu près à cette hauteur.
- Thermosphère
- La couche au-dessus de la mésosphère. Sa température est très élevée, mais les molécules y sont si rares que presque aucune chaleur n'est transportée.
- Couche d'ozone
- La région de la stratosphère où l'ozone se concentre. Elle absorbe l'ultraviolet et façonne la structure thermique de la stratosphère.
- Ligne de Kármán
- La frontière conventionnelle avec l'espace, tracée vers 100 km. Elle consigne un accord, non une limite naturelle.
Questions fréquentes
Anecdote — pourquoi le ciel est bleu et l'espace paraît noir
Le ciel paraît bleu le jour à cause d'un phénomène appelé diffusion de Rayleigh : la lumière du soleil percute les molécules d'air de la troposphère, et la lumière bleue, de longueur d'onde plus courte, est diffusée bien plus fortement que les autres couleurs. À mesure que l'altitude augmente et que l'air se raréfie, cette diffusion s'affaiblit, si bien que la couleur du ciel passe progressivement du bleu à un ton presque noir au-delà de la stratosphère.
Les limites entre les couches atmosphériques sont définies par l'altitude à laquelle le sens de variation de la température s'inverse. Dans la troposphère, la température baisse avec l'altitude ; mais en entrant dans la stratosphère, l'absorption des rayons ultraviolets par l'ozone fait remonter la température. Ce point d'inflexion est appelé « pause » (tropopause entre troposphère et stratosphère, stratopause entre stratosphère et mésosphère, et ainsi de suite).
Une étoile filante est un minuscule fragment de poussière ou de roche venu de l'espace, qui pénètre dans l'atmosphère terrestre à grande vitesse et s'échauffe jusqu'à briller sous l'effet du frottement avec l'air. Cela se produit principalement dans la mésosphère (entre environ 50 et 85 km d'altitude), où la plupart de ces fragments se consument entièrement. Dans les rares cas où un fragment atteint le sol sans se consumer complètement, on parle de météorite.