Stratosphère

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Schéma des couches de l'atmosphère (à l'echelle). La stratosphère (~50 km) ne compte que pour environ 1 % de l'atmosphère. On considère que l'exosphère (observable depuis l'espace) s'étend jusqu'à ~100 000 km.

La stratosphère est la seconde couche de l'atmosphère terrestre, se situant au-dessus de la troposphère et sous la mésosphère.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Altitude et épaisseur de la stratosphère[modifier | modifier le code]

La stratosphère est située entre 10 et 20 kilomètres d'altitude pour sa limite inférieure (tropopause) et 40 à 60 km d'altitude pour sa limite supérieure (stratopause) par rapport à la surface de la Terre et selon sa latitude sur le globe (entre 12 et 50 km d'altitude en moyenne).

Température de la stratosphère[modifier | modifier le code]

La température dans la stratosphère varie en fonction de l'altitude, car celle-ci est réchauffée par l'absorption des rayons ultraviolets provenant du Soleil. À l'intérieur de cette couche, la température augmente au fur et à mesure qu'on s'y élève en altitude (voir l'article couche d'inversion). Au point le plus haut de la stratosphère, la température tourne autour de 270 K (-3 °C), ce qui avoisine le point de congélation de l'eau. Cette partie de la couche se nomme la stratopause, où la température recommence à chuter lorsque l'on monte. Cette stratification verticale fait en sorte que la stratosphère est dynamiquement stable : il n'y a aucune convection régulière ni de turbulences associées à cette partie de l'atmosphère. Le réchauffement est causé par l'ozonosphère, qui absorbe les radiations ultraviolettes du Soleil, ce qui a pour conséquence de chauffer les couches supérieures de la stratosphère. Le bas de la stratosphère est caractérisé par un équilibre entre la chaleur transmise de la couche d'ozone par conduction et la chaleur transmise de la troposphère par convection. Cela implique que la stratosphère commence à plus basse altitude près des pôles, car la température y est moins élevée.

Circulation stratosphérique[modifier | modifier le code]

La stratosphère est une région où surviennent d'intenses processus radiatifs, dynamiques et chimiques. Le mélange horizontal des composants gazeux s'y produit bien plus rapidement que dans l'axe vertical de l'atmosphère. Les particules sont rapidement transportées dans le plan horizontal par des vents appelés stratojets. La stratosphère est cependant caractérisée par un système de vents très différents de ceux de la troposphère. De plus, dans les hivers de l'hémisphère nord, en zone boréale des réchauffements stratosphériques soudains se produisent parfois, causés par l'absorption des ondes de Rossby dans la stratosphère.

Oscillation régulière : Une oscillation quasi-biennale (OQB) a été découverte par les géophysiciens en 1961 (à partir des observations faites depuis 1953 par des ballons-sondes stratosphériques). Cette oscillation périodique régulière concerne les latitudes tropicales uniquement. Elle est décrite par des vents d'Est qui sont remplacés par des vents d'Ouest et inversement, avec une très grande régularité. Elle est supposée être induite par les ondes de gravité générées de manière convective dans la troposphère. C'est une des principales caractéristiques de la circulation des masses d'air et de vapeur d'eau dans la stratosphère. Elle est à l'origine d'une circulation secondaire qui est déterminante pour le transport stratosphérique global de l'ozone (dont le taux à l'équateur varie d'environ de 10 % entre les pics des deux phases est-ouest) et de la vapeur d'eau. L'OQB contribue au mélange des couches supérieures de la stratosphère, et influe aussi sur le taux de déplétion de la couche d'ozone au-dessus des zones polaires.
Un cycle dure 28 mois environ (en deux demi-cycles de 14 mois) et commence avec des vents d'Ouest forts et réguliers qui cernent l'équateur, mais après un peu plus d'un an (14 mois environ), ces vents d'Ouest faiblissent et concernent une altitude plus basse. Ils sont ensuite remplacés par des vents d'Est qui descendent des couches supérieures de la stratosphère tout en prenant plus de force, et 14 mois pus tard, ces vents d'Est faiblissent à leur tour pour (et c'est le début d'un nouveau cycle) être à nouveau remplacés par des vents d'Ouest de plus en plus puissants, etc.

Anomalie de 2015-2016 : Ce cycle très régulier a été observé durant 60 ans sans changements. Mais fin-2015 la NASA a pour la première fois observé une anomalie d'environ 6 mois et à grande échelle (toute la zone tropicale de l'hémisphère nord) : En fin de demi-cycle, les vents d'Ouest au lieu de s'affaiblir en descendant pour faire place à une nouvelle couronne de vents d'Est, ont remonté en altitude en empêchant des vents d'Est de se former comme d'habitude, et des vents d'Est jamais observés sont apparus plus bas (zone de 40 hPa) dans la stratosphère. Cette anomalie a duré environ 6 mois[1]. En juillet 2016, la situation semblait être revenue à la normale. La NASA étudie cette anomalie pour en trouver les causes (El Niño qui a été particulièrement fort en 2016 et/ou le dérèglement climatique pourraient être en cause, mais ceci est à confirmer)[1].

Amincissement de la couche d'ozone[modifier | modifier le code]

La principale cause de l'amincissement de la couche d'ozone reportée est la présence de chlorofluorocarbones (aussi connus sous le sigle CFC — CCl2F2, CCl3F) dans la stratosphère de la Terre. Les chlorofluorocarbones sont composés de chlore, de fluor et de carbone. Parce que les CFC sont stables, économiques, non toxiques, non inflammables et non corrosifs, ils sont utilisés comme propergols, réfrigérants, solvants, etc. Toutefois, c'est cette stabilité qui cause l'omniprésence des CFC dans l'environnement. Ces molécules finissent par atteindre la stratosphère, où ils subissent une série de réactions en chaîne qui mène en bout de ligne à la destruction de la couche d'ozone.

Le gouvernement américain a banni, en 1980, l'utilisation des CFC sous forme d'aérosol. Les efforts mondiaux pour réduire l'utilisation des CFC ont commencé en 1987, et un bannissement international a suivi en 1996 pour prévenir les effets de la production industrielle des CFC. Ces efforts ont été dramatiquement décevants à cause des marchés noirs en Chine et en Russie, où la valeur des CFC illégalement manufacturés grimpait à 500 millions de dollars américains. Les quantités de CFC dans la stratosphère ont continué d'augmenter jusqu'au début de l'an 2000 et on estime qu'elles atteindront un niveau acceptable vers la moitié du présent siècle.

Aéronautique[modifier | modifier le code]

Les avions commerciaux volent typiquement à une altitude proche de dix kilomètres dans des latitudes tempérées, au ras de la stratosphère. Ceci permet d'éviter les turbulences de la convection présente dans la troposphère. Les « turbulences » rencontrées en cours de vol sont souvent causées par des ascendances thermiques en dessous de nuages convectifs ou à l'intérieur de ceux-ci ; on notera toutefois que les plus gros cumulonimbus peuvent atteindre la partie inférieure de la stratosphère. On mentionne aussi souvent la présence de turbulences en air clair en haute altitude voire dans la stratosphère. Ces « turbulences » peuvent correspondre à des ondes orographiques engendrées à l'aval de montagnes par vent fort ; elles peuvent se propager jusque dans la stratosphère au-delà de la tropopause. Ainsi, des planeurs ont été capables d'atteindre la stratosphère par vol d'onde.

Chute libre en stratosphère[modifier | modifier le code]

De 1958 à 1960, en raison de l'altitude croissante des avions de chasse, la United States Air Force a mené le projet Excelsior visant à expérimenter les sauts en haute altitude, et notamment le parachute Beaupre multi-stage. À cette occasion, Joseph Kittinger, pilote de l'USAF, s'est élancé en chute libre depuis une nacelle située en pleine stratosphère, le 16 août 1960. Il est monté jusqu'à une hauteur de 31 333 mètres, brisant ainsi le record de 30 942 mètres établi par David Simons lors du projet Manhigh en 1957. La chute entière a duré 13 minutes et 45 secondes. Lors de la descente, Kittinger a atteint une vitesse maximale de 988 km/h et une température minimale de -70 °C.

Le 14 octobre 2012, la mission Red Bull Stratos permit à Félix Baumgartner de sauter en chute libre depuis une nacelle située à 39 km d'altitude, en pleine stratosphère. Ce saut fait de lui le premier homme à franchir le mur du son sans assistance mécanique. Dans sa chute, qui a duré 4 min 19 s, l'Autrichien de 43 ans a atteint une vitesse maximale de 1 342 km/h. C'est aussi le saut en parachute le plus haut jamais effectué. Cependant le record de Baumgartner a été battu par Alan Eustace qui réalisa un saut d'une altitude de 135 908 pieds soit 41,425 km. Il atteignit une vitesse en chute libre de 822 miles par heure soit 1322 km/h franchissant ainsi la vitesse du son dans l'air.

Sens figuré[modifier | modifier le code]

Au sens figuré, l'adjectif stratosphérique signifie très élevé, démesuré. On pourra parler d'ambition stratosphérique pour une ambition démesurée.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b Newman P.A & al. (2016) The anomalous change in the QBO in 2015–2016 Geophysical Research Letters (29 aout 2016) http://dx.doi.org/10.1002/2016GL070373

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Codécouvreurs de la stratosphère

Liens externes[modifier | modifier le code]