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title: "L’atmosphère"
book: "Sciences de la Terre et de l’Univers du primaire et du collège"
subject: earth
language: fr
chapter: 23
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/23-latmosphere
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Earth and Space Sciences Book, One Course (one-course.com)"
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# Chapitre 23 — L’atmosphère

Dans une station [météorologique](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/1-observer-le-temps-quil-fait#def-g1-watching-the-weather-weather), juste avant l’heure convenue, une météorologue sort sur la pelouse en tenant un ballon gonflé à l’hydrogène ou à l’hélium, d’environ $1.5\,\mathrm{m}$ de diamètre. Au-dessous, au bout d’une longue ficelle, pendent un petit parachute orange et un boîtier d’instruments de 60 à 80 grammes : une *radiosonde*. Elle lâche le ballon. Le ballon monte d’environ $300\,\mathrm{m}$ chaque minute, et chaque seconde la radiosonde transmet par radio la pression, la température, l’humidité et sa position. En montant, le ballon gonfle, jusqu’à atteindre 6 à $8\,\mathrm{m}$ de diamètre et éclater, souvent à plus de $30\,\mathrm{km}$ d’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude), deux heures après le lâcher. Aux mêmes heures, chaque jour, la même scène se déroule dans plus de 800 stations à travers le monde.

![Lâcher d’un ballon-sonde à Topeka, au Kansas (États-Unis) : le parachute (rouge) et la radiosonde pendent sous le ballon. Photographie de Stephen Corfidi, NOAA/National Weather Service (domaine public, via Wikimedia Commons).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-1/g8-the-atmosphere/img-285d5cf97bae.jpg)

*Lâcher d’un ballon-sonde à Topeka, au Kansas (États-Unis) : le parachute (rouge) et la radiosonde pendent sous le ballon. Photographie de Stephen Corfidi, NOAA/National Weather Service (domaine public, via Wikimedia Commons).*

Pourquoi le ballon gonfle-t-il en montant ? Que mesure la radiosonde pendant sa montée, et pourquoi la température ne baisse-t-elle pas simplement de plus en plus ? Où l’air s’arrête-t-il ?

**Tu sais déjà.**

L’*atmosphère* est la couche d’air qui entoure la Terre. L’air appuie sur tout ce qu’il touche : c’est la *pression atmosphérique*, que l’on mesure avec un baromètre (les livres de physique). Les services [météorologiques](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/1-observer-le-temps-quil-fait#def-g1-watching-the-weather-weather) la donnent en hectopascals (hPa) ; au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude), elle vaut environ $1013\,\mathrm{hPa}$. L’air sec est fait d’environ 78 % d’azote et 21 % d’oxygène, avec un peu d’argon, de dioxyde de carbone et d’autres gaz (les livres de chimie). Les [nuages](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#def-g4-clouds-rain-snow-cloud) sont faits de minuscules gouttelettes d’eau ou de cristaux de glace ([Chapitre 7](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#ch-g4-clouds-rain-snow)).

## 23.1 Une mince enveloppe

Vue depuis la Station spatiale internationale, l’atmosphère est une mince ligne lumineuse le long du bord de la Terre. La plus grande partie de l’air, et presque tous les [nuages](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#def-g4-clouds-rain-snow-cloud), se trouvent dans ses quelques kilomètres les plus bas.

![Le bord de la Terre au coucher du Soleil, photographié depuis la Station spatiale internationale au-dessus de l’océan Indien, le 14 juin 2010. La bande orange et jaune est la couche la plus basse de l’atmosphère, avec ses nuages sombres ; au-dessus viennent des couches plus pâles, puis bleues, qui se fondent dans le noir de l’espace. Photographie de la NASA, ISS Expedition 23 (domaine public, via Wikimedia Commons).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-1/g8-the-atmosphere/img-3b0eebe350c9.jpg)

*Le bord de la Terre au coucher du Soleil, photographié depuis la Station spatiale internationale au-dessus de l’[océan](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/3-leau-sur-la-terre#def-g2-water-on-earth-ocean) Indien, le 14 juin 2010. La bande orange et jaune est la couche la plus basse de l’atmosphère, avec ses [nuages](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#def-g4-clouds-rain-snow-cloud) sombres ; au-dessus viennent des couches plus pâles, puis bleues, qui se fondent dans le noir de l’espace. Photographie de la NASA, ISS Expedition 23 (domaine public, via Wikimedia Commons).*

L’atmosphère n’a pas de sommet net : l’air devient de plus en plus rare avec l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). Par convention, l’espace commence vers $100\,\mathrm{km}$. Comparé au rayon de la Terre, $6371\,\mathrm{km}$, c’est très peu : $100 \div
6371 \approx 0.016$, moins de 2 % du rayon. Sur un [globe](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-globe) de $30\,\mathrm{cm}$ de diamètre, toute l’atmosphère serait une pellicule d’environ $2\,\mathrm{mm}$ d’épaisseur.

![Une tranche de la Terre et de son atmosphère dessinée à l’échelle (1\, cm pour 100\, km), jusqu’à 100\, km, la limite de l’espace (en tirets). Les lignes de couleur sont les limites des couches rencontrées plus loin dans ce chapitre ; la couche la plus basse, où se produit toute la météo, a à peine un millimètre d’épaisseur.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-1/g8-the-atmosphere/fig-b09c6fd2abc0.svg)

*Une tranche de la Terre et de son atmosphère dessinée à l’échelle ($1\,\mathrm{cm}$ pour $100\,\mathrm{km}$), jusqu’à $100\,\mathrm{km}$, la limite de l’espace (en tirets). Les lignes de couleur sont les limites des couches rencontrées plus loin dans ce chapitre ; la couche la plus basse, où se produit toute la [météo](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/1-observer-le-temps-quil-fait#def-g1-watching-the-weather-weather), a à peine un millimètre d’épaisseur.*

## 23.2 La pression baisse avec l’altitude

L’air du bas de l’atmosphère porte le poids de tout l’air situé au-dessus. Plus on monte, moins il reste d’air au-dessus de soi, et plus la pression est faible. Dans le modèle standard de l’atmosphère qu’utilisent les météorologues et les ingénieurs, la pression vaut $1013\,\mathrm{hPa}$ au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude), la moitié vers $5.5\,\mathrm{km}$, et le quart vers $10.3\,\mathrm{km}$.

Puisque la pression mesure le poids de l’air situé au-dessus, le niveau de la demi-pression est aussi l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) au-dessous de laquelle se trouve la moitié de tout l’air : la moitié de l’atmosphère est tassée dans ses $5.5\,\mathrm{km}$ les plus bas. Au-dessous de $11\,\mathrm{km}$ se trouve environ 78 % de l’air, au-dessous de $30\,\mathrm{km}$ environ 99 %.

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-1/g8-the-atmosphere/fig-3453f9572a3b.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-1/g8-the-atmosphere/fig-67f14c86f429.svg)

*La pression en fonction de l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). La pression vaut la moitié de sa valeur au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) vers $5.5\,\mathrm{km}$, le quart vers $10.3\,\mathrm{km}$.*

*Le ballon gonfle en montant, parce que l’air qui l’entoure appuie de moins en moins (ballons et parachutes à la même échelle, la ficelle raccourcie).*

Plus haut, la pression continue de baisser, d’environ moitié encore tous les quelques kilomètres : elle devient vite minuscule. Les puissances de dix sont la meilleure façon de l’écrire. À $30\,\mathrm{km}$, la pression vaut environ $12\,\mathrm{hPa}$, à peu près $10^{-2}$ de sa valeur au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) (un centième) ; à $50\,\mathrm{km}$, environ $0.8\,\mathrm{hPa}$, à peu près $10^{-3}$ ; à $80\,\mathrm{km}$, environ $0.01\,\mathrm{hPa}$, à peu près $10^{-5}$ de la pression au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude).

![Des alpinistes sur une très haute montagne portent des bouteilles d’oxygène. À 9\, km, la pression est inférieure au tiers de sa valeur au niveau de la mer : l’air contient toujours 21 % d’oxygène, mais chaque inspiration en apporte bien moins (illustration générée par IA d’une scène générique).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-1/g8-the-atmosphere/img-382fb3e938cf.jpg)

*Des alpinistes sur une très haute [montagne](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/2-les-paysages-autour-de-nous#def-g1-landscapes-around-us-landform) portent des bouteilles d’oxygène. À $9\,\mathrm{km}$, la pression est inférieure au tiers de sa valeur au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) : l’air contient toujours 21 % d’oxygène, mais chaque inspiration en apporte bien moins (illustration générée par IA d’une scène générique).*

## 23.3 La température et les couches

Quiconque a gravi une [montagne](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/2-les-paysages-autour-de-nous#def-g1-landscapes-around-us-landform) sait que l’air se refroidit avec l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). Les radiosondes montrent que ce n’est vrai que dans la partie la plus basse de l’atmosphère. Plus haut, la température cesse de baisser, puis monte, puis baisse de nouveau, puis monte encore. Ces changements partagent l’atmosphère en couches.

![La température de l’air en fonction de l’altitude, du sol jusqu’à 100\, km, dans l’atmosphère standard (une moyenne pour les latitudes moyennes). Les quatre couches sont colorées ; la barre verte marque l’altitude de la couche d’ozone.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/earth-1/g8-the-atmosphere/fig-f520af2b0317.svg)

*La température de l’air en fonction de l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude), du sol jusqu’à $100\,\mathrm{km}$, dans l’atmosphère standard (une moyenne pour les [latitudes](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/14-latitude-longitude-et-fuseaux-horaires#def-g6-latitude-longitude-latitude) moyennes). Les quatre couches sont colorées ; la barre verte marque l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) de la [couche d’ozone](#def-g8-the-atmosphere-ozone-layer).*

**Définition 23.1 (Les couches de l’atmosphère).**

Du sol vers le haut, l’atmosphère est partagée en quatre couches selon la façon dont sa température varie avec l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) :

- la *troposphère* , où la température baisse avec l’ [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) et où se produit presque toute la [météo](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/1-observer-le-temps-quil-fait#def-g1-watching-the-weather-weather) ; son sommet est la *tropopause* ;
- la *stratosphère* , où la température monte avec l’ [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) , jusque vers $50\,\mathrm{km}$ ;
- la *mésosphère* , où la température baisse de nouveau, jusque vers $85\,\mathrm{km}$ ;
- la *thermosphère* , où l’air, très rare, devient de plus en plus chaud avec l’ [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) .

La [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) contient environ 99 % de la vapeur d’eau de l’atmosphère : presque tous les [nuages](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#def-g4-clouds-rain-snow-cloud), la [pluie](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#def-g4-clouds-rain-snow-precipitation) et la [neige](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#def-g4-clouds-rain-snow-precipitation) s’y forment. Son air est brassé en permanence. Le sommet de la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) n’est pas à la même [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) partout : la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) est la plus haute au-dessus de l’[équateur](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-equator), où elle peut atteindre $20\,\mathrm{km}$, et la plus basse au-dessus des [pôles](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-poles), où elle peut descendre à $7\,\mathrm{km}$ en hiver. Elle est aussi plus haute en été qu’en hiver. Dans l’atmosphère standard, une moyenne pour les [latitudes](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/14-latitude-longitude-et-fuseaux-horaires#def-g6-latitude-longitude-latitude) moyennes, elle se trouve à $11\,\mathrm{km}$.

**Définition 23.2 (Gradient thermique vertical).**

Le *gradient thermique vertical* est la vitesse à laquelle la température de l’air baisse avec l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) dans la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), en degrés Celsius par kilomètre. Il change d’un jour à l’autre et d’un lieu à l’autre ; l’atmosphère standard utilise une moyenne de $6.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ par kilomètre.

**Méthode 23.3 (Lire un profil de température).**

1. Repère l’ [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) sur l’axe vertical et va horizontalement jusqu’à la courbe ; lis la température au-dessous.
2. Là où la courbe penche vers la gauche en montant, l’air se refroidit avec l’ [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) ; là où elle penche vers la droite, l’air se réchauffe avec l’ [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) ; là où elle est verticale, la température ne change pas.
3. Les limites entre les couches sont là où la courbe tourne.

**Exemple 23.4 (Un avion de ligne à son altitude de croisière).**

Un avion de ligne vole à $11\,\mathrm{km}$, près de la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers). Sur le profil, la température y est d’environ $-56{}^{\circ}\mathrm{C}$. Avec le gradient : à partir de $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude), l’air se refroidit de $6.5 \times 11 = 71.5$ degrés, ce qui donne $15 - 71.5 =
-56.5{}^{\circ}\mathrm{C}$. Sur la courbe de pression, la pression vaut environ $227\,\mathrm{hPa}$, moins du quart de la pression au sol : la cabine doit être pressurisée.

Au-dessus de la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers), dans la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), les avions de ligne trouvent un vol plus calme : l’air y devient plus chaud avec l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude), il n’est donc pas brassé par le bas. Dans la [mésosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), la plupart des météores se consument, et à son sommet, vers $86\,\mathrm{km}$, se trouve l’air le plus froid de toute l’atmosphère, environ $-86{}^{\circ}\mathrm{C}$. Dans la [thermosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), les rayons X et la lumière ultraviolette du Soleil chauffent l’air très rare à des centaines, parfois des milliers de degrés ; pourtant, il y a si peu d’air qu’il ne paraîtrait pas chaud. De nombreux satellites tournent autour de la Terre à cette [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude).

## 23.4 La couche d’ozone

La [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) devient plus chaude avec l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) parce qu’elle absorbe une partie de la lumière du Soleil. Le gaz qui en absorbe la plus grande part est l’ozone, une forme de l’oxygène (sa chimie est dans les livres de chimie).

**Définition 23.5 (Couche d’ozone).**

La *couche d’ozone* est la partie de la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), entre environ $16\,\mathrm{km}$ et $48\,\mathrm{km}$, où se trouve environ 90 % de l’ozone de l’atmosphère. Elle absorbe la plus grande partie de la lumière ultraviolette nocive du Soleil.

Même dans la [couche d’ozone](#def-g8-the-atmosphere-ozone-layer), l’ozone est rare : seulement 1 à 10 molécules sur un million. Pourtant, avec l’oxygène, il arrête entre 95 % et 99.9 % de la lumière ultraviolette qui atteint la Terre, y compris les sortes les plus nocives. L’énergie qu’il absorbe est changée en chaleur : c’est pourquoi la température monte à travers la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers). Sans la [couche d’ozone](#def-g8-the-atmosphere-ozone-layer), la lumière ultraviolette qui atteindrait le sol nuirait aux êtres vivants.

**Sur le terrain — Suivre les ballons-sondes.**

Les services [météorologiques](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/1-observer-le-temps-quil-fait#def-g1-watching-the-weather-weather) publient les mesures de leurs radiosondes, souvent sous la forme d’un graphique de la température en fonction de l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) pour chaque lâcher. Avec un adulte, cherche les sondages de la station la plus proche de chez toi, faits à 0 h ou à 12 h UTC. Trouve l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) où la température cesse de baisser : c’est la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) ce jour-là. Compare un sondage d’hiver avec un sondage d’été.

## 23.5 Exercices

**Exercice 23.1 ★.**

Associe chaque couche à sa description : [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) ; [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) ; [mésosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) ; [thermosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers). (a) La température monte avec l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) et la [couche d’ozone](#def-g8-the-atmosphere-ozone-layer) s’y trouve. (b) Presque toute la [météo](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/1-observer-le-temps-quil-fait#def-g1-watching-the-weather-weather) s’y produit. (c) L’air le plus froid de l’atmosphère se trouve à son sommet. (d) L’air, très rare, y est chauffé à des centaines de degrés ; de nombreux satellites y tournent.

**Solution de Exercice 23.1.**

(a) [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) ; (b) [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) ; (c) [mésosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) ; (d) [thermosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers).

**Exercice 23.2 ★.**

Utilise le profil de température de l’atmosphère standard. (a) Quelle est la température au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) ? (b) À $11\,\mathrm{km}$ ? (c) À $50\,\mathrm{km}$ ? (d) À $86\,\mathrm{km}$ ? (e) Entre quelles [altitudes](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) la température ne change-t-elle pas ?

**Solution de Exercice 23.2.**

(a) $15{}^{\circ}\mathrm{C}$. (b) Environ $-56{}^{\circ}\mathrm{C}$. (c) Environ $-3{}^{\circ}\mathrm{C}$. (d) Environ $-86{}^{\circ}\mathrm{C}$. (e) De $11\,\mathrm{km}$ à environ $20\,\mathrm{km}$ (et sur quelques kilomètres vers $50\,\mathrm{km}$ et juste au-dessus de $86\,\mathrm{km}$).

**Exercice 23.3 ★.**

Vrai ou faux ? Corrige les phrases fausses. (a) La température de l’air baisse toujours avec l’[altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). (b) La moitié de tout l’air se trouve au-dessous de $5.5\,\mathrm{km}$ environ. (c) La [couche d’ozone](#def-g8-the-atmosphere-ozone-layer) se trouve dans la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers). (d) La [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) est plus haute au-dessus de l’[équateur](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-equator) qu’au-dessus des [pôles](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-poles).

**Solution de Exercice 23.3.**

(a) Faux : elle baisse dans la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), monte dans la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), baisse dans la [mésosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) et monte de nouveau dans la [thermosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers). (b) Vrai. (c) Faux : elle se trouve dans la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers). (d) Vrai.

**Exercice 23.4 ★.**

Dans quelle couche se trouve chacun de ces objets ? (a) Un [nuage](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#def-g4-clouds-rain-snow-cloud) de [pluie](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/7-les-nuages-la-pluie-et-la-neige#def-g4-clouds-rain-snow-precipitation). (b) Un avion de ligne à $12\,\mathrm{km}$. (c) Un ballon-sonde juste avant d’éclater, à $32\,\mathrm{km}$. (d) Un météore qui se consume à $75\,\mathrm{km}$.

**Solution de Exercice 23.4.**

(a) La [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers). (b) La [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) (dans l’atmosphère standard, la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) est à $11\,\mathrm{km}$). (c) La [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers). (d) La [mésosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers).

**Exercice 23.5 ★★.**

Un jour d’été, il fait $20{}^{\circ}\mathrm{C}$ au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). Suppose que l’air se refroidisse de $6.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ par kilomètre. (a) Quelle est la température à $2\,\mathrm{km}$ ? (b) À $3\,\mathrm{km}$ ? (c) Vers quelle [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) l’air atteint-il $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? Arrondis au dixième.

**Solution de Exercice 23.5.**

(a) $20 - 6.5 \times 2 = 20 - 13 = 7{}^{\circ}\mathrm{C}$. (b) $20 -
6.5 \times 3 = 20 - 19.5 = 0.5{}^{\circ}\mathrm{C}$. (c) L’air doit se refroidir de 20 degrés : $20 \div 6.5 \approx 3.1$, donc vers $3.1\,\mathrm{km}$.

**Exercice 23.6 ★★.**

Un refuge de [montagne](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/2-les-paysages-autour-de-nous#def-g1-landscapes-around-us-landform) se trouve à $3000\,\mathrm{m}$. Un randonneur part d’un village situé à $500\,\mathrm{m}$, où il fait $18{}^{\circ}\mathrm{C}$. Avec un gradient de $6.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ par kilomètre : (a) De combien de kilomètres le randonneur monte-t-il ? (b) De combien de degrés l’air se refroidit-il ? (c) Quelle température le randonneur peut-il attendre au refuge ?

**Solution de Exercice 23.6.**

(a) $3 - 0.5 = 2.5\,\mathrm{km}$. (b) $6.5 \times 2.5 = 16.25$ : environ 16 degrés. (c) $18 - 16.25 \approx 2{}^{\circ}\mathrm{C}$.

**Exercice 23.7 ★★.**

Suppose que la pression soit divisée par deux tous les $5.5\,\mathrm{km}$, à partir de $1000\,\mathrm{hPa}$ au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). (a) Quelle est la pression à $5.5\,\mathrm{km}$ ? À $11\,\mathrm{km}$ ? À $16.5\,\mathrm{km}$ ? (b) L’atmosphère standard donne environ $506\,\mathrm{hPa}$, $227\,\mathrm{hPa}$ et $96\,\mathrm{hPa}$ à ces trois [altitudes](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) (pour $1013\,\mathrm{hPa}$ au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude)). La règle de la division par deux est-elle bonne près du sol ? Plus haut ?

**Solution de Exercice 23.7.**

(a) $500\,\mathrm{hPa}$, $250\,\mathrm{hPa}$ et $125\,\mathrm{hPa}$. (b) Près du sol, la règle est bonne ($500\,\mathrm{hPa}$ contre $506\,\mathrm{hPa}$). Plus haut, elle donne trop : $250\,\mathrm{hPa}$ contre $227\,\mathrm{hPa}$, et $125\,\mathrm{hPa}$ contre $96\,\mathrm{hPa}$. La règle de la division par deux n’est qu’une indication grossière.

**Exercice 23.8 ★★.**

Au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude), la pression vaut environ $1000\,\mathrm{hPa}$, soit $10^3$ hPa. (a) À $30\,\mathrm{km}$, elle vaut environ $10\,\mathrm{hPa}$. Écris-la sous forme de puissance de dix, et dis combien de fois elle est plus petite qu’au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). (b) À $80\,\mathrm{km}$, elle vaut environ $0.01\,\mathrm{hPa}$. Écris-la sous forme de puissance de dix. (c) Combien de fois est-elle plus petite qu’au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) ?

**Solution de Exercice 23.8.**

(a) $10~\text{hPa} = 10^1$ hPa ; $10^3 \div 10^1 = 10^2$ : cent fois plus petite. (b) $0.01~\text{hPa} = 10^{-2}$ hPa. (c) $10^3 \div 10^{-2} =
10^5$ : cent mille fois plus petite.

**Exercice 23.9 ★★.**

Un ballon-sonde mesure $1.5\,\mathrm{m}$ de diamètre au lâcher et $6\,\mathrm{m}$ quand il éclate. (a) Combien de fois est-il plus large quand il éclate ? (b) Explique pourquoi il gonfle en montant. (c) Pourquoi les services [météorologiques](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/1-observer-le-temps-quil-fait#def-g1-watching-the-weather-weather) accrochent-ils un parachute au-dessous ?

**Solution de Exercice 23.9.**

(a) $6 \div 1.5 = 4$ fois plus large. (b) En montant, l’air qui l’entoure appuie de moins en moins : le gaz à l’intérieur se dilate et le ballon grossit jusqu’à ce que son enveloppe se déchire. (c) Après l’éclatement du ballon, le parachute ralentit la chute de la radiosonde, pour qu’elle ne blesse personne et n’abîme rien.

**Exercice 23.10 ★★.**

La [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) peut atteindre $20\,\mathrm{km}$ au-dessus de l’[équateur](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-equator) et descendre à $7\,\mathrm{km}$ au-dessus des [pôles](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-poles) en hiver. (a) Dans ce cas, combien de fois la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) est-elle plus épaisse au-dessus de l’[équateur](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-equator) ? Arrondis au dixième. (b) Sur le profil standard, la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) est à $11\,\mathrm{km}$. L’atmosphère standard est-elle plus proche de celle de l’[équateur](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-equator) ou de celle des [pôles](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-poles) ? (c) Un pilote vole d’une région polaire jusqu’à l’[équateur](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-equator) à une [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) constante de $10\,\mathrm{km}$. L’avion est-il dans la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) ou dans la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) au départ (en hiver) ? À l’arrivée ?

**Solution de Exercice 23.10.**

(a) $20 \div 7 \approx 2.9$ fois plus épaisse. (b) Plus proche de celle des [pôles](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-poles) : $11\,\mathrm{km}$ est à $4\,\mathrm{km}$ au-dessus de $7\,\mathrm{km}$, mais à $9\,\mathrm{km}$ au-dessous de $20\,\mathrm{km}$ (elle décrit les [latitudes](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/14-latitude-longitude-et-fuseaux-horaires#def-g6-latitude-longitude-latitude) moyennes, pas l’[équateur](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-equator)). (c) Au départ, la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) est vers $7\,\mathrm{km}$, au-dessous de l’avion : l’avion est dans la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers). À l’arrivée, la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) est vers $20\,\mathrm{km}$ : l’avion est dans la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers).

**Exercice 23.11 ★★★.**

La part de tout l’air qui se trouve au-dessous d’une [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) est $1 - p \div
p_0$, où $p$ est la pression à cette [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) et $p_0 =
1013\,\mathrm{hPa}$ la pression au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). (a) À $5.5\,\mathrm{km}$, $p
\approx 506\,\mathrm{hPa}$ : quelle part de l’air se trouve au-dessous ? (b) À $11\,\mathrm{km}$, $p \approx 227\,\mathrm{hPa}$. (c) À $30\,\mathrm{km}$, $p \approx
12\,\mathrm{hPa}$. Donne les réponses en pourcentage, arrondies à l’unité. (d) Quelle part de l’air se trouve au-dessus de $30\,\mathrm{km}$ ?

**Solution de Exercice 23.11.**

(a) $1 - 506 \div 1013 \approx 0.50$ : **50 %**. (b) $1 - 227 \div
1013 \approx 0.78$ : **78 %**. (c) $1 - 12 \div 1013 \approx 0.99$ : **99 %**. (d) Environ 1 %.

**Exercice 23.12 ★★★.**

Un [globe](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-globe) scolaire mesure $30\,\mathrm{cm}$ de diamètre : son rayon, $15\,\mathrm{cm}$, représente donc le rayon de la Terre, $6371\,\mathrm{km}$. (a) Combien de kilomètres $1\,\mathrm{cm}$ du [globe](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-globe) représente-t-il ? Arrondis au kilomètre. (b) Quelle serait, en millimètres, l’épaisseur de l’atmosphère jusqu’à $100\,\mathrm{km}$ sur ce [globe](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-globe) ? (c) Et celle de la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), épaisse de $11\,\mathrm{km}$ ? (d) Une feuille de papier a une épaisseur d’environ $0.1\,\mathrm{mm}$. Combien de feuilles faudrait-il pour faire la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) du [globe](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/6-le-globe-continents-et-oceans#def-g3-continents-and-oceans-globe) ?

**Solution de Exercice 23.12.**

(a) $6371 \div 15 \approx 425$ km par centimètre. (b) $100 \div 425
\approx 0.24$ cm, soit environ $2.4\,\mathrm{mm}$. (c) $11 \div 425 \approx
0.026$ cm, soit environ $0.26\,\mathrm{mm}$. (d) $0.26 \div 0.1 \approx 2.6$ : deux ou trois feuilles de papier.

## 23.6 Problème : Suivre un ballon-sonde

**Problème 23.1.**

Problème du week-end — un ballon-sonde monte à travers l’atmosphère ; ses températures montrent les couches, et ses pressions montrent où il ne reste que le quart de la pression au niveau de la mer

Une radiosonde est lâchée depuis une station située au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude). Son ballon monte à environ $300\,\mathrm{m}$ par minute. Le tableau donne la pression et la température qu’elle mesure (les valeurs de l’atmosphère standard, arrondies).

| [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) (km) | 0 | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| pression (hPa) | 1013 | 795 | 617 | 472 | 357 | 265 | 194 | 142 |
| température ($^\circ$C) | 15 | 2 | $-11$ | $-24$ | $-37$ | $-50$ | $-56$ | $-56$ |
| [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) (km) | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 | 26 | 28 | 30 |
| pression (hPa) | 104 | 76 | 55 | 40 | 30 | 22 | 16 | 12 |
| température ($^\circ$C) | $-56$ | $-56$ | $-56$ | $-55$ | $-53$ | $-51$ | $-49$ | $-47$ |

**Partie I — La montée.**

1. De combien de mètres le ballon monte-t-il en 10 minutes ?
2. Combien de temps lui faut-il pour atteindre $6\,\mathrm{km}$ ? Et $30\,\mathrm{km}$ ?
3. Le ballon éclate à $30\,\mathrm{km}$ . Combien de temps le vol a-t-il duré, en heures et en minutes ?
4. Nomme la couche où se trouve le ballon à $8\,\mathrm{km}$ , et celle où il se trouve quand il éclate.

**Partie II — La température.**

5. De combien de degrés la température baisse-t-elle entre le sol et $10\,\mathrm{km}$ ?
6. Quel est le gradient, en degrés par kilomètre, dans cette partie de la montée ?
7. Entre quelles [altitudes](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) la température reste-t-elle la même ? Où est la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) ?
8. Que devient la température au-dessus de $20\,\mathrm{km}$ ? Quel gaz l’explique ?

**Partie III — La pression.**

9. Quelle est la moitié de la pression au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) ? Entre quelles [altitudes](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) est-elle atteinte ?
10. Quel est le quart de la pression au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) ? Arrondis à l’hectopascal.
11. Entre quelles deux [altitudes](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) du tableau ce quart est-il atteint ?
12. La pression baisse de $71\,\mathrm{hPa}$ entre $10\,\mathrm{km}$ et $12\,\mathrm{km}$ . En supposant qu’elle baisse régulièrement, vers quelle [altitude](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) la pression vaut-elle le quart de sa valeur au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) ? Arrondis au dixième.

**Solution de Problème 23.1.**

**1.** $300 \times 10 = 3000$ m.

**2.** $6000 \div 300 = 20$ minutes ; $30\,000 \div 300 = 100$ minutes.

**3.** 100 minutes, soit 1 heure et 40 minutes.

**4.** À $8\,\mathrm{km}$ : la [troposphère](#def-g8-the-atmosphere-layers) (la température baisse encore). À $30\,\mathrm{km}$ : la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers).

**5.** $15 - (-50) = 65$ degrés.

**6.** $65 \div 10 = 6.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ par kilomètre.

**7.** De $12\,\mathrm{km}$ à $20\,\mathrm{km}$, elle reste à $-56{}^{\circ}\mathrm{C}$. Le refroidissement s’arrête entre $10\,\mathrm{km}$ et $12\,\mathrm{km}$ : la [tropopause](#def-g8-the-atmosphere-layers) est vers $11\,\mathrm{km}$.

**8.** Elle monte : $-55{}^{\circ}\mathrm{C}$ à $22\,\mathrm{km}$, $-47{}^{\circ}\mathrm{C}$ à $30\,\mathrm{km}$. Le ballon est dans la [stratosphère](#def-g8-the-atmosphere-layers), réchauffée par l’ozone qui absorbe la lumière ultraviolette du Soleil.

**9.** $1013 \div 2 \approx 507\,\mathrm{hPa}$ ; elle est atteinte entre $4\,\mathrm{km}$ ($617\,\mathrm{hPa}$) et $6\,\mathrm{km}$ ($472\,\mathrm{hPa}$).

**10.** $1013 \div 4 \approx 253\,\mathrm{hPa}$.

**11.** Entre $10\,\mathrm{km}$ ($265\,\mathrm{hPa}$) et $12\,\mathrm{km}$ ($194\,\mathrm{hPa}$).

**12.** À partir de $10\,\mathrm{km}$, la pression doit encore baisser de $265 - 253 =
12$ hPa, sur les 71 hPa qu’elle perd en 2 km : $12 \div 71 \times 2
\approx 0.34$ km. La pression vaut le quart de sa valeur au [niveau de la mer](https://one-course.com/books/earth/1/fr/chapter/9-la-carte-physique-du-monde#def-g4-world-physical-map-altitude) vers **$10.3\,\mathrm{km}$**.