La couche atmosphérique terrestre
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• mettre en évidence la pression atmosphérique et la mesurer avec un baromètre ;
• citer les constituants de l'air et la proportion de dioxygène ;
• distinguer un air sain d'un air pollué, et citer les causes et les dangers de la pollution ;
• proposer des moyens de limiter la pollution de l'air ;
• expliquer le rôle de la couche d'ozone et les causes de sa dégradation.
Situation de départ
Au décollage ou à l'atterrissage d'un avion, vos oreilles se bouchent. Les applications météo affichent « 1015 hPa ». Et certains jours, les villes sont couvertes d'un voile gris de pollution.
Qu'est-ce que la pression atmosphérique, de quoi est fait l'air, et comment le protéger ?
I. La pression atmosphérique
1. L'air exerce une pression
Trois expériences étonnantes
- Le verre retourné : remplissez un verre d'eau, couvrez-le d'une feuille de papier et retournez-le. Retirez la main : la feuille reste collée et l'eau ne coule pas.
- La règle et le journal : une règle dépasse du bord d'une table. Couverte d'une feuille de journal bien à plat, elle résiste à un coup sec, comme collée à la table.
- La canette écrasée : faites bouillir un peu d'eau dans une canette vide (la vapeur chasse l'air), puis retournez-la vite dans de l'eau froide. La vapeur redevient liquide, il ne reste presque plus rien dedans : la canette s'écrase d'un coup.
Explication : l'air exerce une pression sur tous les objets qui sont en contact avec lui : c'est la pression atmosphérique. Elle n'existe pas là où il n'y a pas d'air (le vide).
Les ventouses (support de smartphone sur un pare-brise), la paille, la pipette, ou le jus qui ne coule pas d'une brique percée d'un seul trou.
2. Mesurer la pression atmosphérique
le baromètre à mercure de Torricelli
En 1643, l'Italien Torricelli remplit de mercure un tube d'environ 1 m, le retourne sur une cuve de mercure : le mercure descend et s'arrête à environ 76 cm, avec du vide au-dessus. C'est la pression de l'air sur la cuve qui soutient cette colonne.
- Si la pression diminue, la colonne baisse (par exemple 74 cm) ; si elle augmente, la colonne monte.
- L'instrument de mesure s'appelle le baromètre : baromètre à mercure, baromètre métallique (anéroïde, inventé par Vidie), baromètre enregistreur. Aujourd'hui, la plupart des smartphones et des montres connectées contiennent un petit capteur de pression.
Tendez un morceau de ballon sur un bocal et collez une paille au centre. Quand la pression augmente, la membrane se creuse et la paille monte ; quand elle diminue, la paille descend.
3. Unités et valeurs
- Unités usuelles : l'hectopascal (hPa) et le millibar (mbar), avec 1 hPa = 1 mbar ; on utilise aussi le millimètre de mercure (mmHg).
- Au niveau de la mer, la pression normale vaut 1013 hPa, soit 760 mmHg. Elle varie un peu selon la météo autour de 1000 hPa : une dépression (basse pression) annonce souvent du mauvais temps, un anticyclone (haute pression) du beau temps.
- La pression diminue quand l'altitude augmente : à 9 km (sommet de l'Everest, altitude des avions de ligne), elle n'est plus que d'environ 300 à 350 hPa, trois fois moins qu'au niveau de la mer.
la pression atmosphérique diminue avec l'altitude
En montagne, on respire plus difficilement ; dans un avion, les changements rapides de pression font mal aux oreilles. L'altimètre des avions et des montres de randonnée mesure l'altitude grâce à la pression.
II. L'air et sa protection
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