39 km, c’est où dans l’atmosphère ?

Mosaïques : FocusScience

mercredi 17 octobre 2012

39.045 mètres d’altitude, 4 minutes et 19 secondes de chute libre, vitesse de 1341,9 km/h, Felix Baumgartner. Si ces termes ne te disent rien, c’est que tu es vraiment à la masse côté actualités. Les médias ne parlent que lui depuis le 14 octobre 2012 où il a effectué sa tentative réussie de chute libre au-dessus du Nouveau-Mexique. Loin de moi l’idée d’en rajouter une couche mais m’est venue cette idée : il a sauté à 39 km d’altitude, soit presque 10 fois plus haut que moi qui me contente de « seulement » 4 km pour profiter des plaisirs de la chute libre. Cela paraît énorme mais qu’en est-il une fois ce chiffre rapporté à l’épaisseur de l’atmosphère ?

Saut de Felix Baumgartner depuis la capsule
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Avant tout, qu’est-ce qu’une atmosphère ?

Dans le cas de la Terre, elle désigne l’enveloppe gazeuse qui l’entoure. Elle ne se limite pas aux nuages et aux phénomènes métrologiques qui en découlent. Cependant, il est difficile de tracer nettement une frontière avec l’espace tellement la masse gazeuse se ténue progressivement avec l’altitude. Ainsi, la moitié de la masse totale de l’atmosphère se situe au-dessous de 5 km et 99 % au-dessous de 30 km d’altitude. Mais à 100 km, il reste encore de l’air soumis à l’attraction terrestre et à 1 000 km, quelques atomes légers d’hydrogène ou d’hélium subsistent. D’un point de vue consensuel, la ligne de Kármán, à 100 km, est fréquemment considérée comme la frontière entre l’atmosphère et l’espace mais cela reste une convention théorique.

Atmosphère terrestre vue depuis l'espace
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Et à quoi sert l’atmosphère ?

A respirer ! Ouiiiiii mais aussi à nous protéger en absorbant les rayons de soleil les plus énergétiques et donc les plus dangereux. Selon les saisons et les régions de la terre, les rayons du soleil doivent traverser une couche d’atmosphère plus ou moins grande et sont donc plus ou moins absorbés. Bref, plus la couche d’atmosphère traversée est large plus les rayons nocifs sont arrêtés. Sans ce bouclier protecteur, pas de vie.


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Les différentes couches de l’atmosphère

L’atmosphère, bien que n’ayant pas vraiment de limites, est constituée de plusieurs couches au sein desquelles la température évolue différemment en fonction de l´altitude. Nous distinguons, de bas en haut (les limites supérieures de couches étant approximatives) :

Température de l'atmosphère en fonction de l'altitude
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  • La troposphère (15km) : la température décroît avec l’altitude (jusqu’à -56°C). Elle contient 80 à 90 % de la masse totale de l’air et la quasi-totalité de la vapeur d’eau. C’est la couche où se produisent les phénomènes météorologiques (nuages, pluies…) et les mouvements atmosphériques horizontaux et verticaux (convection thermique, vents).
  • La stratosphère (50km) : la température croît avec l’altitude (jusqu’à 0 °C). Cette élévation de la température est provoquée par l’absorption des rayons ultraviolets (UV) du Soleil par la couche d’ozone.
  • La mésosphère (80km) : la température décroît avec l’altitude (jusqu’à -90°C). C’est à ce niveau que beaucoup de météores se consument lorsqu’ils entrent dans l’atmosphère de la Terre. De la Terre, ils sont vus en tant qu’étoiles filantes.
  • La thermosphère (300 à 800km) : la température croît avec l’altitude, la pression y devient presque nulle et les molécules d’air sont très rares. C’est dans cette couche que que produisent les fameuses aurores boréales et australes, près des pôles.
  • L’exosphère (plus de 10.000 km, sans limite précise) : cette partie de l’atmosphère fusionne avec l’espace. Elle est composée d’atomes d’hydrogène, d’hélium et d’oxygène mais les particules raréfiées ne s’entrechoquent pratiquement plus et se comportent comme des corps indépendants soumis à la seule action de la gravité. C’est dans cette zone où il y a beaucoup de satellites qui gravitent autour de la Terre.

Les frontières atmosphériques entre la surface de la Terre et l'espace
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La stratification de l’atmosphère obéit en fait à une règle peu connue. Les zones sont désignées par le suffixe -sphère dans lesquelles un paramètre (température, etc.) reste constant ou varie de façon monotone avec l’altitude. Ensuite, ces zones sont séparées par des surfaces désignées par le suffixe -pause. Cela permet de différencier une succession de strates en fonction de critères thermiques, chimiques ou électromagnétiques. Ainsi, nous retrouvons, de bas en haut :

  • La tropopause qui sépare la troposphère de la stratosphère.
  • La stratopause qui sépare la stratosphère de la mésosphère.
  • La mésopause qui sépare la mésosphère de la thermosphère.

Et Felix Baumgartner dans tout ça ?

Dans cette optique, nous saisissons plus facilement qu’il a sauté à la limite de la stratosphère, pas loin de la stratopause. Je comprends mieux pourquoi la température était « seulement » de -17°C au moment de son saut, bien que le ballon a traversé des températures bien plus froides pendant l’ascension. Pour se faire une meilleure idée, la Station Spatiale Internationale (en anglais International Space Station ou ISS) orbite à une altitude comprise entre entre 330 et 410 km, soit dans la thermosphère. Ramené à l’épaisseur totale de l’atmosphère, 39 km n’est finalement pas un chiffre très élevé. Cependant, le saut de Felix Baumgartner reste un bel exploit sur les plans humain et symbolique. Je regrette juste qu’il n’y ait pas de véritables retombées scientifiques : il a fait ça pour le plaisir, avec le soutien de Red Bull qui en retire un énorme retour médiatique.

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