La Troposphère est la région de l’atmosphère en contact avec le sol (du grec “tropos”, tourbillons, et “sphaîra”, sphère). Elle est le siège des hydrométéores (nuages, précipitations) et d’une grande turbulence dans l’air.
Son extension verticale varie entre 10 km au niveau des pôles et 18 km dans les régions tropicales. La pression et la densité y décroissent très vite (les ⅔ de la masse totale de l’atmosphère se trouvent en dessous de 10 km et les 9/10 sont en-dessous de 20 km d’altitude). De même, la température baisse au fur et à mesure que l’on monte en altitude et ce au taux moyen de 0.65°C par 100 m.
La Troposphère contient principalement des gaz, des poussières et de l’eau sous ses trois phases.
Les gaz majoritaires
L’air sec se compose de gaz en proportion constante (en volume d’air sec) : 78% de diazote (N2), 20,9% de dioxygène (O2), 0,93% d’argon (Ar) et 0,036% de dioxyde de carbone (CO2).
Zoom sur le dioxyde de carbone
Le dioxyde de carbone est produit par la respiration des êtres vivants et par les processus de combustion. A l’époque préindustrielle, c’est-à-dire vers 1750, sa concentration était d’environ 280 parties par million (1 ppm = 1 molécule sur 1 million).. Aujourd’hui, sa concentration atteint la valeur de 418 ppm (soit une augmentation de +49%). Cette hausse significative est liée aux activités humaines et, en particulier, aux émissions lors de la combustion des combustibles fossiles (charbon, pétrole).
Le volume d’air sec restant (soit 0,014%) est constitué d’espèces traces. Sous ce terme générique se cachent une multitude de gaz et de particules de nature diverse.
Les gaz traces
Les gaz traces sont présents en très petites quantités, soit quelques molécules parmi un million voire un milliard. Pour évaluer leur concentration, on utilise le ppm (partie par million) ou le ppb (partie par milliard).
1 ppm correspond à 0.0001 % de la composition d’une masse d’air “moyenne”.
La quantité de méthane est évaluée à 1.4 ppm et celle de l’ozone troposphérique est d’environ 0.01 ppm. Bien que leur concentration soit très faible, ces gaz jouent un rôle important dans l’équilibre climatique.
A ces gaz se rajoutent des milliers d’espèces organiques et inorganiques émises par les plantes (les COV : Composés Organiques Volatiles), les processus industriels (par-exemple des solvants) ou issus des réactions chimiques se déroulant au sein même de l’atmosphère. Cette multitude d’espèces et de réactions contribue à rendre la chimie atmosphérique très complexe.
Les particules fines
L’air sec contient également une grande quantité de sables, de poussières et de particules fines émises par les activités industrielles et les transports. Leur diamètre varie de 2,5 à 10 µm.
Du fait de ce petit diamètre, ces particules pénètrent facilement dans les voies respiratoires, pouvant alors occasionner de graves troubles pulmonaires. Ainsi, le niveau de pollution aux particules fines fait l’objet d’une surveillance quotidienne par les agences de santé publiques, notamment dans les grandes métropoles, où le trafic est dense.
Les particules fines, que l’on appelle aussi des aérosols, sont de compositions chimiques très variées. Elles peuvent se former à partir d’acide sulfurique, de vapeur d’eau, et d’autres composants qui se condensent à partir de la phase gazeuse. Enfin, les aérosols sont nécessaires à la formation des nuages. Ils jouent donc un rôle déterminant dans l’équilibre radiatif de notre planète.
La vapeur d’eau
Pour terminer, il ne faut pas oublier de mentionner la vapeur d’eau ! Contrairement à N2, O2, Ar et CO2, la vapeur d’eau est distribuée de façon très inhomogène. Ainsi, selon les conditions de température et d’humidité, le contenu en vapeur d’eau de l’air ambiant peut varier entre 0,1 et 4%.