La Mésosphère ⁚ Introduction
La mésosphère est une des couches de l’atmosphère terrestre, située entre la stratosphère et la thermosphère, caractérisée par une décroissance de la température avec l’altitude.
Définition et localisation
La mésosphère est définie comme la région de l’atmosphère terrestre s’étendant de 50 à 80 kilomètres d’altitude, où la température décroît avec l’augmentation de l’altitude.
Cette couche est située entre la stratosphère et la thermosphère, deux autres régions de l’atmosphère caractérisées par des propriétés différentes.
La mésosphère est ainsi délimitée par la stratopause en bas et la mésopause en haut, respectivement les limites supérieures de la stratosphère et de la mésosphère.
La localisation de la mésosphère est critique pour comprendre les phénomènes atmosphériques tels que la circulation atmosphérique, la formation des aurores boréales et australes, et l’interaction avec les météores et les étoiles filantes.
Caractéristiques de la Mésosphère
La mésosphère est caractérisée par une décroissance de la température avec l’altitude, une pression et une densité très faibles, et une grande variabilité spatio-temporelle.
Hauteur et étendue
La mésosphère s’étend de 50 à 80 km d’altitude, avec une épaisseur moyenne de 30 km. Cette couche de l’atmosphère terrestre recouvre ainsi la totalité de la planète, depuis les régions polaires jusqu’aux régions équatoriales. La hauteur de la mésosphère varie en fonction de la latitude et de la saison, avec des valeurs minimales aux pôles et maximales à l’équateur. La topographie de la mésosphère est également influencée par les mouvements atmosphériques, tels que les vagues de Rossby et les courants-jets, qui contribuent à créer des régions de haute et de basse pression.
Pression et densité
La pression dans la mésosphère décroît rapidement avec l’altitude, passant de 1 hPa à 50 km à 0,01 hPa à 80 km. Cette baisse de pression est accompagnée d’une diminution de la densité de l’air, qui passe de 10^-3 kg/m³ à 50 km à 10^-5 kg/m³ à 80 km. Cette faible densité est due à la rarefaction de l’air avec l’altitude, entraînant une baisse de la pression et une augmentation de la vitesse des molécules gazeuses. Les variations de pression et de densité dans la mésosphère ont un impact significatif sur la circulation atmosphérique et les phénomènes météorologiques qui s’y produisent.
Composition de la Mésosphère
La mésosphère est principalement composée de diazote (N₂), d’oxygène (O₂), d’argon (Ar) et de gaz nobles, ainsi que de traces de vapeur d’eau et d’ozone.
Gaz nobles et gaz à effet de serre
Les gaz nobles, tels que l’hélium (He) et le néon (Ne), sont présents dans la mésosphère en faibles concentrations. Ces gaz sont inerte et ne réagissent pas avec les autres molécules, ce qui leur permet de rester stables dans cette région de l’atmosphère.
Les gaz à effet de serre, tels que le dioxyde de carbone (CO₂) et le méthane (CH₄), jouent un rôle important dans la régulation du climat terrestre. Ils absorbent les radiations infrarouges émises par la surface terrestre, ce qui contribue à maintenir une température élevée à la surface de la Terre.
Ozone et autres composés
L’ozone (O₃) est présent dans la mésosphère, bien que sa concentration soit moins élevée que dans la stratosphère où se trouve la fameuse couche d’ozone. Cependant, l’ozone joue un rôle important dans la protection de la vie sur Terre en absorbant les radiations ultraviolettes nocives.
D’autres composés, tels que les hydroxyles (OH) et les oxydes d’azote (NOx), sont également présents dans la mésosphère. Ces espèces chimiques réagissent avec d’autres molécules pour former des composés plus complexes, influençant ainsi la chimie de l’atmosphère terrestre.
Température dans la Mésosphère
La température dans la mésosphère décroît avec l’altitude, atteignant des valeurs négatives comprises entre -90°C et -120°C à la limite supérieure de cette couche.
Variations de température avec l’altitude
Les variations de température avec l’altitude dans la mésosphère sont caracterisées par une décroissance régulière. Entre 50 et 60 km d’altitude, la température diminue de manière quasi linéaire, passant de -20°C à -60°C. Au-delà de 60 km, la décroissance s’accélère, atteignant des valeurs négatives comprises entre -90°C et -120°C à la limite supérieure de cette couche. Ces variations sont liées à la diminution de la pression et de la densité de l’air avec l’altitude, ainsi qu’à la variation du taux d’absorption des rayons solaires.
Ces conditions thermiques particulières jouent un rôle crucial dans la formation des aurores boréales et australes, ainsi que dans la trajectoire des météores et des étoiles filantes.
Influence sur la circulation atmosphérique
La mésosphère exerce une influence significative sur la circulation atmosphérique globale. Les mouvements verticaux et horizontaux dans cette couche contribuent à la formation de grandes échelles de mouvement atmosphérique, telles que les vortex polaires et les ondes de Rossby.
Les variations de température et de pression dans la mésosphère influencent également la circulation atmosphérique en altitude, notamment dans la stratosphère et la thermosphère. Les échanges de chaleur et de masse entre ces couches affectent la formation des systèmes météorologiques et la propagation des ondes atmosphériques.
Ces interactions complexes jouent un rôle clé dans la compréhension de la dynamique atmosphérique et de ses implications sur le climat et la météorologie.
Fonctions de la Mésosphère
La mésosphère joue un rôle crucial dans la formation des aurores boréales et australes, la propagation des météores et des étoiles filantes, et la régulation de la circulation atmosphérique.
Rôle dans la formation des aurores boréales et australes
La mésosphère est essentielle pour la formation des aurores boréales et australes, phénomènes spectaculaires qui apparaissent aux hautes latitudes. Les particules solaires chargées interagissent avec les atomes et les molécules de l’atmosphère, en particulier dans la mésosphère, où la densité des atomes d’oxygène et d’azote est élevée. Cette interaction entraîne l’émission de lumière, visible sous forme d’aurores boréales ou australes, selon l’hémisphère où elles apparaissent. La mésosphère agit comme un écran de résonance, amplifiant les oscillations des particules solaires et permettant ainsi la formation de ces phénomènes lumineux.
Influence sur les météores et les étoiles filantes
La mésosphère joue un rôle crucial dans la formation des météores et des étoiles filantes. Les débris spatiaux, tels que les poussières cométaires ou les fragments de météorites, pénètrent dans l’atmosphère terrestre et rencontrent la mésosphère. La friction avec les atomes et les molécules de la mésosphère provoque une augmentation de la température, générant une traînée lumineuse visible depuis le sol. La mésosphère influe également sur la trajectoire des météores, en fonction de sa densité et de sa composition, qui peuvent ralentir ou accélérer les débris spatiaux. Cette interaction complexe entre la mésosphère et les débris spatiaux donne naissance aux spectacles célestes que nous connaissons sous le nom de météores et d’étoiles filantes.