Quelle est l'épaisseur de l'atmosphère terrestre ?

[_sb]

Parlerait-on de géopotentiel ?  La hauteur maximale serait-elle à 0.01 hPa ?

Ou la solution est-elle en kilomètres ? 100, 1 000, 100 000 ?

 

Le CNRS donne la réponse ici !

[Julien42]

La limite de l'atmosphère a été fixée arbitrairement à 100 km d'altitude (la limite de Karman). Cette limite correspond à la raréfaction des molécules d'air qui se font pratiquement inexistantes.

En ce qui concerne ton article il est très intéressant et il est donc possible que l'influence de l'atmosphère terrestre se fasse bien au delà de la Lune mais quand on regarde les proportions de molécules d'air, euh.... ben il y a quasiment pas... 

[_sb]

Effectivement, cela dépend totalement de la définition que l'on donne à l'atmosphère.
De ce fait, il existe plusieurs limites supérieures.

 

La ligne de Karman que tu cites est une ligne purement arbitraire basée sur une notion aérodynamique, la portance. La portance ici est l'appui d'un avion en mouvement sur l'air (force perpendiculaire au mouvement d'un objet produite par le fluide traversé). Pour pouvoir se maintenir en vol à des altitudes de plus en plus élevées, l'avion doit voler plus vite pour compenser la raréfaction de l'air (et donc, en conéquence, d'une portance de plus en plus faible s'il gardait la même vitesse). L'altitude de la ligne de Karman est atteinte lorsque cette vitesse égale la vitesse orbitale. Sa hauteur varie entre 80 et 120 km, et est souvent donnée à 100 km par facilité.

 

C'est une définition tout à fait valide. Mais on peut en définir d'autres.

 

Un point important est que l'épaisseur de l'atmosphère, quelle que soit la définition employée, varie énormément d'un observateur à un autre.

 

La ligne de Karman par exemple, dépend de la latitude, surtout à cause de la rotation de la Terre, la valeur du champ gravitationnel intervenant ici marginalement. À altitude égale, la pression n'est pas la même au-dessus du pôle et au-dessus de l'équateur.

 

Certains auteurs définissent la limite haute de l'atmosphère comme l'altitude à laquelle l'influence gravitationnelle et magnétique de la Terre devient négligeable pour une molécule. Là encore, selon la latitude, elle varie entre 30/35 km et 60/70km. Elle varie aussi en fonction du vent solaire qui déforme le champ magnétique terrestre.

 

D'autres auteurs proposent comme limite haute la valeur de pression de 1/1000 de la valeur nominale au niveau de la mer, ce qui correspond grosso modo à la stratopause dont l'altitude diffère selon le lieu.

 

On pourrait aussi la définir comme l'épaisseur où se produit des phénomènes météorologiques.

 

On pourrait encore la définir comme la zone où les marées atmosphériques sont présentes. Au passage, contrairement aux marées océaniques et terrestres, ces marées ont une cause essentiellement thermique (« chauffage » solaire). La convection profonde en zone intertropicale qui nous influence via la MJO, en est une manifestation. Mais ces marées, si elles se déplacent pour certaines horizontalement (en suivant la surface terrestre), elles s'élèvent aussi jusqu'à de très hautes altitudes. La conversation de la densité d'énergie cinétique fait que la vitesse de chaque molécule pris dans la marée augmente en fonction de la raréfaction de l'air, jusqu'aux limites de la thermosphère. Les interactions gravitationnelles solaire et lunaire existent aussi dans ces marées mais elles possèdent une influence plus faible que l'origine thermique.

 

Aux altitudes décrites dans l'article, hors rayonnements, l'espace est surtout rempli d'hydrogène et d'héluim ionisés. Les rares molécules d'origine terrestre (non forcément anthropique) qui s'y trouvent interagissent avec le vent solaire. Définir l'atmosphère terrestre comme étant l'épaisseur autour de laquelle on trouve des constituants d'origine terrestre est une énième définition.

 

Pour éclaircir la définition qui sous-tend l'article, j'ai écrit à Jean-Loup Bertaux dont j'avais pu lire plusieurs de ces travaux.

[Thundik81]

il y a 16 minutes, _sb a dit :

Effectivement, cela dépend totalement de la définition que l'on donne à l'atmosphère.
De ce fait, il existe plusieurs limites supérieures.

 

Ça c'est vrai ça !

 

Citation

Pour éclaircir la définition qui sous-tend l'article, j'ai écrit à Jean-Loup Bertaux dont j'avais pu lire plusieurs de ces travaux.

 

Tu ne peux pas savoir comme cela me fait plaisir. Osez communiquer avec les chercheurs ! [Je ne parle pas pour toi mais démarche en général.]

Modifié 26 février 2019 par Thundik81
coquille

[_sb]

il y a 29 minutes, Thundik81 a dit :

Tu ne peux pas savoir comme cela me fait plaisir. Osez communiquer avec les chercheurs ! [Je ne parle pas pour toi mais démarche en général.]

 

Et ils sont souvent en demande (du moment qu'on soit poli et pas invasif !)

Et rien de tel pour continuer à apprendre et à comprendre ...

Et puis surtout c'est une démarche source de plaisirs !

D'ailleurs les rencontres publiques sont toujous des francs succès

 

Pour qui n'a pas la culture du monde de la recherche, je peux comprendre que la démarche peut sembler inadaptée. Mais oui, faut oser !

[Damien49]

Comme je l'avais fait remarqué sur le forum Futura où on avait parlé de cette actualité scientifique, il y a quelques temps, tout dépend en effet de la définition que l'on donne au mot "atmosphère".

Dire que l'atmosphère terrestre dépasse la distance terre-lune, comme on peut le voir un peu partout dans les médias mainstream relatant cette info, me parait une définition quelques peu surévalué de ce qu'est une atmosphère.

 

Par exemple la définition de Karman n'est pas que arbitraire, puisqu'elle permet précisément de définir ce qui distingue l'influence de l'espace terrestre de l'espace extraterrestre de tout objet rentrant ou sortant dans l'atmosphère.

 

On parle plutôt d'exosphère en fait à ces altitudes qui n'ont plus rien à voir avec l'atmosphère terrestre proprement dites (à partir de 500km environ d'altitude). La vrai information serait donc plutôt de dire que la limite supérieure de l'exosphère a été découverte allant au-delà de la lune. Là ok, on met tout le monde d'accord.

 

Il existe aussi une autre définition en fonction de la conductibilité électrique de l'atmosphère, avec la ionosphère qui correspond selon ce critère à la limite supérieur de l’atmosphère. La ionosphère va de 60 à 800km environ le jour et de 100 à 800km la nuit, donc à peu près à la limite de Karman.

 

Parce qu'à la limite si on considère que 0.2 atomes par centimètre cube ça correspond encore à une atmosphère,  on peut aller plus loin encore et dire que l'influence gravitationnelle de la terre dans l'espace (graviton) ça correspond à son atmosphère. Qu'on vienne me démontrer le contraire avec une définition du mot atmosphère aussi ouverte.

 

EDIT :

J'suis assez d'accord avec _sb en fait, je confirme juste un peu sa réponse.

 

 

 

 

[Météodu37]

La Terre et son atmosphère évoluent dans un espace qui constitue l'atmosphère du soleil. On a un milieu intermédiaire, l'exosphère, qui assure la continuité entre les atmosphères terrestre et solaire. La forme de l'exosphère est fuselée, ce qui rend difficile une évaluation de sont sommet qui se site aux environs de 50 000 kilomètres. Sa base se trouve à environ 600 kilomètres d'altitude. Les forces magnétiques y jouent un rôle équivalent à celui des forces de gravité. L'exosphère est considérée comme un milieu interplanétaire.

 

Mais en fait, l'atmosphère s'arrêterait à une altitude de 100 km avec la ligne de Karman puisqu'en effet, on ne retrouve quasiment voir pas du tout de traces de molécules d'air, seul les particules ionisées, les protons, les électrons.... circulent au-delà ( c'est d'ailleurs à cette altitude qu'on observe les aurores boréales... ). L'atmosphère se définit par la présence de molécules d'air, dés qu'il y en a plus, on ne peut se retrouver que dans l'espace, mais ce n'est pas pour autant qu'il n'y a pas d'autres couches. Déjà à partir de la Mésopshère, qui s'étire jusqu'à 80-85 km, les molécules d'air sont vraiment très rares, l'Ozone peut encore se produire, malgré un taux d'humidité très très bas, des nuages de type " nuages noctulescents " qui sont formés de cristaux de glace et de vapeur d'eau congelée. 

 

Mais je tiens à allonger un peu plus l'idée de la Ionosphère proposée par @Damien49

 

Il y a 13 heures, Damien49 a dit :

 

Il existe aussi une autre définition en fonction de la conductibilité électrique de l'atmosphère, avec la ionosphère qui correspond selon ce critère à la limite supérieur de l’atmosphère. La ionosphère va de 60 à 800km environ le jour et de 100 à 800km la nuit, donc à peu près à la limite de Karman.

 

La densité de l'air qui constitue l'atmosphère diminue à mesure que l'on s'éloigne de la surface du sol. À 60 km d'altitude, la pression de l'air n'est plus que de 2 Pa. L’atmosphère au-delà de 60 km agit comme filtre absorbant du rayonnement solaire, des rayons ultraviolets et X dont l’énergie est complètement absorbée dans la thermosphère. Ainsi la surface terrestre est protégée de ces rayons agressifs dont l’énergie se perd dans des réactions déchirant des molécules (dissociation) ou leur arrachant un électron (ionisation). La dissociation des molécules fait apparaître des atomes O (provenant de Dioxygène O2) d’une part et N (de Diazote N2) d’autre part. Dans la partie basse de l'ionosphère, la densité de molécules d'air est encore élevée, les collisions entre électrons et ions sont fréquentes ; un électron peut retrouver rapidement un ion positif : la recombinaison est rapide. Dans les couches les plus hautes, la recombinaison est plus lente et l'ionisation ne diminue que lentement après que le rayonnement solaire s'interrompt avec le coucher du Soleil.

 

 

 

Couche D : altitude de 60 km à 90 km, pression 2 Pa, température −76 °C, densité électronique 104. Constituée d'ions polyatomiques. Absorbante pour les ondes de fréquence inférieure à quelques MHz, elle apparaît avec le lever du Soleil et disparaît immédiatement après le coucher de celui-ci.

 

Couche E, ou couche de Kennely-Heaviside : altitude de 90 km à 120 km, pression 0,01 Pa, température −50 °C, densité électronique 105. Constituée d'Oxygène et Monoxyde d'Azote moléculaires ionisés et d'ions météoritiques. Diurne et présente tout au long du cycle solaire. Elle réfléchit les ondes de quelques MHz jusqu'à une fréquence limite qui dépend de l'angle d'incidence de l'onde sur la couche et de la densité de celle-ci. Au cours de l'été, en moyennes latitudes, apparaissent parfois pendant quelques dizaines de minutes, voire quelques heures, des « nuages » fortement ionisés dans la couche E (on parle de sporadique E ou Es).

 

Couche F : altitude de 120 km à 800 km, pression 1×10-4 Pa, température 1 000 °C, densité électronique 106. Constituée d'atomes d'Oxygène, d'Azote et d'Hydrogène. Très dépendante de l'activité solaire, elle présente un niveau d'ionisation très important pendant les maxima du cycle solaire. Son altitude fluctue en fonction du rayonnement solaire ; la couche F se décompose pendant la journée en deux sous-couches F1 et F2. Comme pour la couche E, le rôle de la couche F est essentiel pour la propagation des ondes courtes.

 

Source : Wikipedia

Modifié 19 mars 2019 par Météodu37

[Damien49]

source : wikipedia

https://fr.wikipedia.org/wiki/Ionosphère

[Météodu37]

Oui grosse erreure de ma part en oubliant de préciser la source. C'était surtout le fait de souligner qu'on a des couches de l'atmosphère en mouvement. 

 

Une autre question me vient à l'esprit, l'épaisseur de l'atmosphère ne dépendrait t'elle de certains endroits géographiques ? On sait que l'atmosphère est moins épaisse au niveau des pôles avec une limite Tropopause plus basse (7-8 km ) qu'au niveau de l'équateur ( Jusqu'a 15-16 km ). Si ça se trouve, l'épaisseur s'étire plus loins au niveau de l'équateur contrairement aux pôles.

 

Encore désolé pour l'oublie de la source, je vais le notifier.

[_sb]

Comme expliqué plus haut, l'épaisseur de l'atmosphère varie en fonction de la latitude et de l'orientation Terre-Soleil (marées atmosphériques, champ magnétique, rotation, ...).

 

La limite de Karman est une limite admise par plusieurs secteurs mais qui est loin d'être unanime.

On pourrait élargir la discussion en s'intéressant aux autres coprs célestes : Vénus ou Mars par exemple. La faiblesse de la densité atmosphérique martienne impliquerait-elle une épaisseur ridiculement petite, voire aucune, le vent solaire étant capable d'atteindre la surface et la ligne de Karman n'existant pas ? La structure très différente de l'atmosphère vénusienne modifie l'idée de la ligne de Karman, la structure étant différente ?

Le vent solaire fait-il parti de l'atmosphère du Soleil ? Généralement non, mais tout dépend si ...

La définition de l'atmosphère dépend essentiellement du domaine de recherche (ou du domaine d'activité). Elle est, de plus, trop anthropique à mon goût (bon, je reconnais que ce n'est pas un argument en soi ! mais on peut aussi contester une telle approche pour un objet planétaire).

Bref, c'est une question plus complexe qu'il n'y paraît de prime abord.

 

Perso, je me pose surtout la question de savoir si l'« épaisseur » de l'atmosphère a physiquement un sens.

Ne devrait-on pas parler plutôt de  « zones d'influences » de la Terre ? Zones variant suivant le sujet considéré.

[Damien49]

Citation

Le vent solaire fait-il parti de l'atmosphère du Soleil ?

 

Effectivement selon la définition donné pour la Terre dans l'article dont on fait référence ici, on pourrait presque dire ça en effet et donner la limite de l’atmosphère du soleil jusqu'à la limite du milieu interstellaire, c'est à dire l'héliopause.

 

Mais il ne me semble pas que dans les milieu scientifique d'astrophysique on considère l'héliosphère comme faisant parti de l’atmosphère stellaire. On s'arrête à la couronne solaire, quand l'étoile en est pourvu. Pour les étoiles, au-dessus de la chromosphère, on parle de région transitoire. Rien que le nom explique bien le problème de définir une limite précise. C'est un peu la même chose finalement pour les planètes. Autant s'en tenir donc aux définitions que l'on a toujours gardé, car aucune ne sera jamais parfaite.

[_sb]

Oui, c'est ça, l'exemple du vent solaire montre cette ambiguïté : ce vent est bien un flux émanant et intrinsèque au corps considéré.

 

Pour cela que l'épaisseur ne me paraît pas pertinente.

 

Dommage de n'avoir pas reçu une réponse de Jean Loup Bertaux, cela aurait au moins permis de préciser le sens de l'article.

Quand j'ai vu plus tard que l'article était repris par de nombreux médias, je me suis douté que cela allait être difficile, je suppose qu'il a été sollicité.

Ceci étant dit, j'ai déjà eu des réponses de chercheurs près d'un an après avoir posé la question ... Rien n'est perdu !