Stratosphère

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Schéma des couches de l'atmosphère (à l'échelle). 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

Altitude et épaisseur de la stratosphère

La stratosphère est située entre 6 et 16 km d'altitude pour sa limite inférieure (tropopause) et 50 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

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

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

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.

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