La troposphère : Qu`a-t-elle de particulier? Tout d`abord, la

La troposphère : Qu'a-t-elle de particulier?
Tout d'abord, la troposphère est en contact
avec la surface terrestre. Elle est donc
particulièrement sensible aux processus de
surface, comme l'évaporation des océans,
la photosynthèse, respiration des êtres
vivants et bien sûr les activités humaines.
Ensuite, la troposphère diffère de la stratosphère qui la surplombe par un mélange
beaucoup plus rapide de l'air: on dit souvent que la troposphère est turbulente.
Cette turbulence est en partie liée au "profil thermique" de la troposphère: la
température y décroît avec l'altitude, de 6° C par kilomètre en moyenne.
Ceci favorise la convection rapide de l'air des basses couches vers les plus hautes
altitudes. La convection est souvent accompagnée de formation de nuages, les
nuages convectifs .
Finalement, la troposphère est protégée des rayons ultraviolets les plus durs du
Soleil par les couches plus élevées de l'atmosphère, en particulier la couche
d'ozone stratosphérique. Grâce à cette protection, beaucoup de molécules sont
plus stables dans la troposphère qu'ailleurs. C'est aussi grâce à cette protection
que la vie sur Terre est possible.
Les gaz dominants
De même que dans les couches plus élevées de l'atmosphère, les composés les
plus importants sur le plan chimique ou pour le climat sont des composés existant
seulement à l'état de traces.
Le tableau suivant indique les concentrations typiques de ces gaz au voisinage de
la surface terrestre (rapport de mélange volumiques, c'est à dire, fraction du
volume d'air occupé par ce gaz):
H2O
CO2
CH4
N2O
CO
O3
SO4
NO2
OH
vapeur d'eau
gaz carbonique
méthane
oxyde nitreux
monoxyde de carbone
ozone
sulfates
dioxyde d'azote
radical hydroxyle
(1 ppm = une partie par million = 10-6;
1 ppb = une partie par milliard = 10-9;
1 ppt = une partie par trillion = 10-12)
0.0001 - 0.01
360 ppm
1.7 ppm
310 ppb
50-500 ppb
10-80 ppb
20 ppt - 2 ppb
1 ppt - 10 ppb
0.01-0.1 ppt
Les plus connus (et abondants) parmi ces gaz sont la vapeur d'eau et le gaz
carbonique.
Le cycle de l'eau est bien connu: évaporation de l'eau liquide à la surface terrestre,
condensation et formation de nuages, précipitations. Le temps de résidence
moyen de la vapeur d'eau dans l'atmosphère est d'une dizaine de jours, donc
assez court. Ceci explique la grande variabilité de la vapeur d'eau d'un endroit à
un autre. Bien qu'elle soit elle-même très peu influencée par la chimie
atmosphérique, l'eau joue un grand rôle dans l'oxydation de nombreux composés
atmosphériques.
Le gaz carbonique (CO2) a un très long temps de vie dans l'atmosphère (plusieurs
siècles). Il est réparti de façon presque uniforme dans la troposphère et la
stratosphère. La présence de gaz carbonique est étroitement liée à la vie sur
Terre: elle est en effet essentielle à la croissance des plantes. Le carbone
constitutif du monde vivant provient exclusivement du CO2 atmosphérique. La
principale source de CO2 atmosphérique est la décomposition de la matière
organique. Les activités humaines modifient cependant graduellement sa
concentration. Le CO2 est essentiellement inerte chimiquement.
L'oxyde nitreux (N2O) et les chlorofluorocarbures (CFCs) sont d'autres exemples
de gaz relativement abondants car très peu réactifs dans la troposphère. Ils jouent
cependant un rôle majeur en chimie stratosphérique.
Ce sont d'autres gaz, moins abondants mais plus réactifs, qui font l'objet d'études
troposphériques à l'IASB. Comprendre leur comportement et leur distribution est
une tâche importante mais difficile, car elle met en jeu un grand nombre de
processus chimiques et physiques complexes.
Le moteur principal de cette chimie troposphérique est le rayonnement solaire,
dans l'ultraviolet proche (UV-B et UV-A), et dans une moindre mesure dans le
domaine visible. La radiation solaire peut en effet "casser" (photodissocier) les
molécules chimiques. La troposphère est cependant protégée des ultraviolets les
plus durs par l'atmosphère supérieure, et en particulier la couche d'ozone
stratosphérique. Le rayonnement solaire ainsi "filtré" par la stratosphère est malgré
tout suffisant pour dissocier par exemple, l'ozone et le dioxyde d'azote. Ces
processus très importants initient des chaînes de réactions complexes menant par
exemple, à la production de radicaux comme le radical hydroxyle OH. Celui-ci joue
un rôle déterminant: il est responsable de l'oxydation d'un grand nombre de gaz
émis à la surface, qui autrement ne seraient pas détruits dans la troposphère et
donc s'y accumuleraient. On dit que OH joue le rôle de "détergent" de
l'atmosphère.