CHAPITRE 1 • L’atmosphère et l’océan
■ Gérard
Mégie
(1946-2004), professeur à l’université
Pierre-et-Marie-Curie,
enseignant apprécié,
était un expert mondialement reconnu en
physico-chimie de l’atmosphère et combinait
approches expérimentale et théorique. Il fut
président du CNRS.
Définitions
Le temps de résidence d’une molécule dans un réservoir correspond à la quantité volumique
de cette molécule divisée par la quantité de molécules entrant ou sortant du réservoir par unité
de temps (flux entrant ou sortant).
Les aérosols sont de fines particules en suspension dans l’air, solides ou liquides, ayant un
diamètre de 0,001 à 10 microns. Ils peuvent être d’origine naturelle (poussières volcaniques
et sahariennes, suies d’incendies de forêt, bactéries, virus) ou anthropiques (produits de la
combustion des énergies fossiles, gaz d’échappement des véhicules, composés organiques
volatiles). Il ne faut pas confondre ce terme avec l’usage commun qui, par métonymie, fait
référence au récipient contenant un gaz propulseur.
Les aérosols d’origine anthropique, des polluants sous surveillance
Le développement régulier de smog (de l’anglais smoke, fumée et fog, brouillard) en
domaine urbain et périurbain, comme à Tokyo ci-contre, nous permet d’appréhender
les conséquences directes des activités humaines sur la qualité de l’air et l’opacité de la
troposphère. Chauffage urbain, climatisation des grands immeubles et circulation automobile sont les principaux responsables de la consommation de combustibles fossiles
et émettent des aérosols. En France, la qualité de l’air est suivie quotidiennement par
un réseau de plus de 600 stations de mesures. En fonction des résultats, certaines villes
comme Paris, prennent parfois des mesures de restriction relatives à la circulation des
automobiles. Cela ne semble pas suffisant car la Commission européenne a introduit un
recours en manquement à l’encontre de six états dont la France devant la Cour de Justice
de ('Union Européenne en 2017, pour « dépassement des valeurs limites de qualité de l’air
fixées et manquement à l’obligation de prendre des mesures appropriées pour écourter
le plus possible les périodes de dépassement ».
Définitions
L’albédo est le rapport entre l’énergie réfléchie par un corps et l’énergie incidente qu'il reçoit.
L’albédo est fort lorsque la surface est de couleur claire et faible pour une surface foncée. La
chaleur latente est la quantité d’énergie thermique transmise lors d’un changement d’état
(solide/liquide/gaz). La chaleur sensible est la quantité d’énergie thermique émise ou absorbée
par un milieu, sans changement de phase. Dans les deux cas, le transfert de chaleur latente
ou sensible concourt à modifier la température du milieu.
Les gaz à effet de serre et le bilan radiatif de la Terre
En l’absence d’atmosphère et donc de gaz à effet de serre, si on considère la constante solaire qui vaut
1368 W ■ rrr2 pour la Terre et l’albédo moyen terrestre de 30 %, on obtient une température moyenne de la
surface terrestre de -18 °C. Or la température réelle est de +15 °C. Cela incite à regarder le rôle de l’atmosphère. Le bilan radiatif au sommet de l’atmosphère est nul, c’est-à-dire que tous les flux d’énergie lumineuse
dans le spectre ultraviolet, visible ou infrarouge se compensent entre l’atmosphère et la surface terrestre
(figure 1.5). De plus, un tiers de l’énergie du Soleil qui arrive est réfléchi vers l’espace en grande partie par
les nuages mais également par les surfaces de couleur claire présentant un fort albédo (déserts, neige).
Les mesures satellitaires indiquent qu’au sommet de l’atmosphère, la Terre reçoit autant d’énergie solaire
qu’elle n’en perd par rayonnement infrarouge (239 W - m-2). Or d’autres mesures permettent de montrer
que la Terre émet plus d’infrarouges (392 W • m-2) qu’il n’en sort du sommet de l’atmosphère (207 W • m~2).
Ceci montre donc qu’il existe un processus utilisant une partie de l’énergie lumineuse infrarouge au sein
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■ Gérard
Mégie
(1946-2004), professeur à l’université
Pierre-et-Marie-Curie,
enseignant apprécié,
était un expert mondialement reconnu en
physico-chimie de l’atmosphère et combinait
approches expérimentale et théorique. Il fut
président du CNRS.
Définitions
Le temps de résidence d’une molécule dans un réservoir correspond à la quantité volumique
de cette molécule divisée par la quantité de molécules entrant ou sortant du réservoir par unité
de temps (flux entrant ou sortant).
Les aérosols sont de fines particules en suspension dans l’air, solides ou liquides, ayant un
diamètre de 0,001 à 10 microns. Ils peuvent être d’origine naturelle (poussières volcaniques
et sahariennes, suies d’incendies de forêt, bactéries, virus) ou anthropiques (produits de la
combustion des énergies fossiles, gaz d’échappement des véhicules, composés organiques
volatiles). Il ne faut pas confondre ce terme avec l’usage commun qui, par métonymie, fait
référence au récipient contenant un gaz propulseur.
Les aérosols d’origine anthropique, des polluants sous surveillance
Le développement régulier de smog (de l’anglais smoke, fumée et fog, brouillard) en
domaine urbain et périurbain, comme à Tokyo ci-contre, nous permet d’appréhender
les conséquences directes des activités humaines sur la qualité de l’air et l’opacité de la
troposphère. Chauffage urbain, climatisation des grands immeubles et circulation automobile sont les principaux responsables de la consommation de combustibles fossiles
et émettent des aérosols. En France, la qualité de l’air est suivie quotidiennement par
un réseau de plus de 600 stations de mesures. En fonction des résultats, certaines villes
comme Paris, prennent parfois des mesures de restriction relatives à la circulation des
automobiles. Cela ne semble pas suffisant car la Commission européenne a introduit un
recours en manquement à l’encontre de six états dont la France devant la Cour de Justice
de ('Union Européenne en 2017, pour « dépassement des valeurs limites de qualité de l’air
fixées et manquement à l’obligation de prendre des mesures appropriées pour écourter
le plus possible les périodes de dépassement ».
Définitions
L’albédo est le rapport entre l’énergie réfléchie par un corps et l’énergie incidente qu'il reçoit.
L’albédo est fort lorsque la surface est de couleur claire et faible pour une surface foncée. La
chaleur latente est la quantité d’énergie thermique transmise lors d’un changement d’état
(solide/liquide/gaz). La chaleur sensible est la quantité d’énergie thermique émise ou absorbée
par un milieu, sans changement de phase. Dans les deux cas, le transfert de chaleur latente
ou sensible concourt à modifier la température du milieu.
Les gaz à effet de serre et le bilan radiatif de la Terre
En l’absence d’atmosphère et donc de gaz à effet de serre, si on considère la constante solaire qui vaut
1368 W ■ rrr2 pour la Terre et l’albédo moyen terrestre de 30 %, on obtient une température moyenne de la
surface terrestre de -18 °C. Or la température réelle est de +15 °C. Cela incite à regarder le rôle de l’atmosphère. Le bilan radiatif au sommet de l’atmosphère est nul, c’est-à-dire que tous les flux d’énergie lumineuse
dans le spectre ultraviolet, visible ou infrarouge se compensent entre l’atmosphère et la surface terrestre
(figure 1.5). De plus, un tiers de l’énergie du Soleil qui arrive est réfléchi vers l’espace en grande partie par
les nuages mais également par les surfaces de couleur claire présentant un fort albédo (déserts, neige).
Les mesures satellitaires indiquent qu’au sommet de l’atmosphère, la Terre reçoit autant d’énergie solaire
qu’elle n’en perd par rayonnement infrarouge (239 W - m-2). Or d’autres mesures permettent de montrer
que la Terre émet plus d’infrarouges (392 W • m-2) qu’il n’en sort du sommet de l’atmosphère (207 W • m~2).
Ceci montre donc qu’il existe un processus utilisant une partie de l’énergie lumineuse infrarouge au sein
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