Physique et atmosphère

1. Physique et atmosphère Jean-Pierre Blanchet Peter Zwack Patrick Grenier Eva Monteiro

2. Physique et atmosphère

3. IntroductionPourquoi étudier l’atmosphère? L’agriculture La sécurité Les loisirs

4. Les décisions politiques et économiques Changements climatiques? Pluiesacides? Disparition de l ’ozone stratosphérique?

5. cryosphère atmosphère nuages lithosphère soleil hydrosphère biosphère Météorologie et Climatologie sciences multidisciplinaires UQÀM

6. Systèmes météorologiques

7. Nuages Les types de nuages? Comment se forment les nuages? Effets sur le climat Types de précipitation Comment se produit la précipitation?

8. Tempêtes et orages Enclume Tourelle

9. Tornades Keller

10. Ouragans Dora

11. Brise de mer

12. Prévisions atmosphériques Comment se font les prévisions? Pourquoi on parle de prévision probable ? Pourquoi, parfois, les prévisions sont « mauvaises» ?

13. Le climat planétaire

14. Changements climatiques ? Effet de serre

15. Phénomènes optiques

16. Le temps et le climat Le mouvement de la Terre combiné à l’énergie solaire produit une infinité de comportements de l’atmosphère... Le temps : état de l ’atmosphère à un moment et à point donnée Le climat : Information statistique, que nous aide à décrire une région ou une place.

17. Le temps et le climat... … sont définis par: La température de l ’air L ’humidité de l ’air Le type et quantité de nuages Le type et quantité de précipitation La pression exercée par l ’air La vitesse et direction du vent

18. Le temps (t) ou le climat (C) ? À Montréal, les étés sont chauds et humides C Présentement le ciel est complètement couvert t La température minimale observée le dernier hiver a été de -24 C t Le mois de janvier est notre mois le plus froid de l ’année C La température moyenne du mois de janvier à Montréal est de ... C

19. Épaisseur relative de l’atmosphère 99% de l ’atmosphère est contenue dans les premiers 30 Km au dessus de la surface de la planète Le rayon de la Terre est ... 6400 Km … alors la profondeur de l ’atmosphère est de 0.5 % du rayon de la Terre. Quelle est l ’épaisseur de l ’atmosphère dans un modèle de la planète ou le rayon de la Terre est de 1 mètre ? Pourquoi la Terre ne perd pas son atmosphère comme la Lune la perdu ?

20. Les débuts de notre univers Le Big Bang

21. Galaxies vues par le téléscope Hubble

22. Origine de l ’atmosphère Une histoire vielle de 5 milliards d'années ... Naissance de la Terre: atmosphère primitive: hydrogène + hélium Échappement des gaz légers: Dégazage des roches vapeur d ’eau, dioxyde de carbone et nitrogène

23. Origine de l ’atmosphère Atmosphère secondaire CO2 H2O H2 SO2 N2

24. Pourcentage par volume des gaz émis par les volcans d ’Hawaii

25. Origine de l ’atmosphère Spécificité de la Terre: l’eau liquide! Dissolution de CO2 dans l ’eau Absorption de UV solaires Apparition de la Vie Photosynthèse: CO2 + H2O + lumière = CH2O + O2 Respiration: CH2O + O2 = CO2 + H2O + énergie

26. Atmosphère actuelle Aujourd’hui… Apparition de l ’être humain Atmosphère actuelle 78% N2 21% O2 0.9 % A Autres gaz: moins de 1%

27. Composition actuelle de l ’atmosphère

28. Atmosphère future ... Passage du Soleil à la phase Géante rouge Dans 4 à 5 milliards d ’années ... …mort de la Terre et de son atmosphère

29. Origine de l ’atmosphère: résumé • L ’atmosphère primitive disparaît de la planète • Atmosphère de type volcanique • Formation des océans • Dissolution du CO2, SO2 et disparition de H2 • Apparition de la vie • Formation de l ’atmosphère actuelle

30. Composition de l ’atmosphère actuelle Essentiellement variable dans le temps et dans l ’espace. Définition de l ’air sec Importance des autres composantes

31. Composition actuelle de l’atmosphère (gas permanents) Nitrogène N2 78,00 % Oxygène O2 21,00 % Argon Ar 0,93 %

32. Composition actuelle (composantes variables) Vapeur d’eau H2O 0 - 4 Dioxyde de carbone CO2 0,036 Méthane CH4 0,00017 Monoxyde d ’azote N2O 0,00003 Ozone O3 0,000004 Particules (aérosols) 0,000001

33. Composition actuelle de l’atmosphère

34. Physique et atmosphère Pour pouvoir interpréter les phénomènes atmosphériques il faut connaître les «lois de la nature » régissant le comportement de l ’atmosphère Étude scientifique de l’atmosphère

35. La Physique appliquée à l ’atmosphère Choix du modèle du système atmosphérique  L ’air sec: mélange de gaz parfaits  Milieu continu  L ’air humide: l ’air sec + la vapeur d ’eau L ’atmosphère est une machine thermique: Les mouvements atmosphériques sont possibles par la conversion de l ’énergie solaire en d ’autres formes d ’énergie

36. Les « lois de la nature »  Conservation de la quantité de mouvement  Conservation de la masse  Conservation de l’énergie

37. Branches de la Physique utilisées dans l ’étude des phénomènes atmosphériques   La dynamique  La thermodynamique   L’électromagnétisme 

38. La dynamique • Les trois lois de Newton • Loi de l’inertie • Conservation de la quantité de mouvement • Loi de l’action et réaction

39. Dynamique • Référentiel inertiel • Force gravitationnelle • Force centrifuge

40. Dynamique • Accélération de la gravité • Gravité apparente

41. Thermodynamique • La loi des gaz parfaits • Définition de pression d ’un gaz • Définition thermodynamique de température • Définition de mole

42. Théorie cinétique des gaz • Postulats: • Un gaz idéal est formé de particules infinitésimales qui n’interagissent autrement que par collision • Leur volume est négligeable • Les particules sont en constant mouvement • Les particules n ’exercent aucune force mutuellement • L ’énergie cinétique moyenne d ’un groupe de particules de gaz proportionnelle à la température exprimée en kelvins

43. Équation d ’état pour l’air atmosphérique • Soit p la pression, d la densité et Td la température de l ’air sec. À l ’équilibre les trois variables thermodynamiques sont reliées par l ’équation.

44. Structure verticale de l’atmosphère terrestre • Densité • Pression • Température

45. Profil vertical de la température Selon vous comment varie la température avec la hauteur?

46. Structure verticale de l’atmosphère terrestre • La troposphère • La stratosphère • La mésosphère • la thermosphère • l’exosphère

47. La troposphère Le sommet de la troposphère s ’appelle tropopause et sépare la troposphère de la stratosphère. C ’est dans la troposphère que tous les le phénomènes atmosphériques sont observés Couche essentiellement instable Le taux de décroissement de la température est, en moyenne, de 6.5 °C / km (gradient vertical de la température). Le courant jet se situe au sommet de cette couche Cette couche est plus épaisse l ’été que l ’hiver La hauteur de la tropopause est proportionnelle à la température moyenne de la troposphère

48. La troposphère (taux de refroidissement vertical) Le taux de refroidissement vertical moyen dans la troposphère est de 6.5 C/km. Si la température à la base du Mt Éverest est de 30 C, quelle est la température au sommet de l’Éverest (9 km au dessus de la base) ?

49. La troposphère Exercice : trouver la troposphère ...

50. La troposphère Exercice : trouver la troposphère ...