Comme vous l’avez déjà certainement remarqué, plus on monte en altitude, et plus il fait froid… En effet, si vous aimez les sports d’hiver et la montagne, vous savez que plus vous grimpez en haut des sommets, plus les températures baissent et sont de plus en plus extrêmes… Pourtant, le soleil semble plus proche. Mais alors pourquoi fait-il plus froid en altitude ? Voici tout ce qu’il faut savoir sur le sujet.
Une histoire de thermodynamique
Nombreux sont les alpinistes qui rêvent secrètement de grimper sur le toit du monde, le fameux Mont Everest. Avec ses plus de 8 000 mètres au-dessus du niveau de la mer, l’Everest est l’endroit sur Terre le plus proche du Soleil. Pourtant, il y fait froid… Vraiment très froid ! En effet, la température moyenne est de -36°C… Et cette température peut être encore plus extrême ! Les alpinistes qui décident d’entamer cette expédition doivent se couvrir pour ne pas finir par se transformer en glaçon ! Mais revenons-en aux raisons qui expliquent ce phénomène. Vous ne le savez peut-être pas, mais à chaque que l’on grimpe de 100 mètres en altitude, on perd environ 1°C. On comprend mieux pourquoi il fait si froid sur les sommets de l’Himalaya… Et pourtant, on apprend très tôt que le soleil est une énorme boule de gaz chaud qui produit de l’énergie, qui rayonne et que la chaleur monte… Alors pourquoi fait-il si froid en hauteur ?
En réalité, et contrairement à ce que l’on pourrait croire, le rayonnement solaire ne réchauffe pas l’atmosphère. En d’autres termes, l’atmosphère est transparente, le rayonnement solaire la traverse mais ne la réchauffe pas. Mais dans ce cas, comment est réchauffée l’atmosphère ? Grâce à l’induction thermique ! Voilà pourquoi les couches les plus éloignées de la Terre sont aussi celles qui sont les plus froides !
Cela ne veut pas dire que l’air chaud ne monte pas, bien au contraire. Cependant, en prenant de l’altitude, l’air se mêle à une atmosphère de moins en moins dense. Plus les alpinistes grimpent, plus la pression atmosphérique diminue et plus les efforts sont intenses ! La pression est créée par le poids de l’air situé au-dessus. Plus l’air monte, plus il se dilate pour conserver le même volume. Résultat, il perd de la chaleur. Tout ceci est donc une histoire de loi fondamentale de la thermodynamique qui veut que la température d’un gaz baisse avec sa pression.
Les différentes couches atmosphériques
Comme vous l’aurez compris, les premiers kilomètres de l’atmosphère sont chauffés par la chaleur de la Terre. En effet, même si l’air chaud monte, il est contré par un mécanisme plus important, à savoir la diminution de la pression atmosphérique avec l’altitude. Voilà pourquoi il fait si froid en haut des sommets. Mais l’atmosphère n’est pas composée que d’une couche. En effet, la composition chimique de l’atmosphère et sa structure thermique permettent de distinguer différentes enveloppes atmosphériques, à différents niveaux : la troposphère, la stratosphère, la mésosphère et la thermosphère.
Les 12 premiers km de l’atmosphère correspondent à la couche nommée troposphère. C’est dans cette couche que nous vivons et que les plus hauts sommets se trouvent. C’est aussi dans cette couche que l’on trouve environ 90% de la totalité de la masse d’air et presque toute la vapeur d’eau.
Mais une fois sorti de la troposphère… Les choses sont différentes ! En effet, une nouvelle couche atmosphérique prend place, la stratosphère. Cette couche commence à 12 km en altitude et se termine à environ 50 km d’altitude. Dans cette région, la température augmente avec l’altitude. Cela est dû à l’absorption des ultra-violets solaires par l’ozone. Ainsi, à 50 km d’altitude, la température atteint environ 0°C. La concentration maximale d’ozone se situe entre 25 et 30 km d’altitude. C’est cette zone que l’on appelle la fameuse “couche d’ozone”. Ce gaz absorbe une grande partie du rayonnement ultraviolet du Soleil. En effet, à trop forte dose les UV sont très nocifs pour les êtres vivants.
Dans la mésosphère, c’est-à-dire entre 50 et 80 km d’altitude, la température chute nettement et peut atteindre jusqu’à -75°C. Cette couche est très pauvre en particules d’air. C’est dans cette zone que les météorites sont détruites. Puis vient la thermosphère qui commence à plus de 80 km d’altitude et se termine à environ 620 km. Dans cette couche, la température remonte et peut atteindre jusqu’à 1600°C selon l’activité du soleil et sous l’action directe des rayons UV sur les molécules de dioxygène.
Deux autres couches succèdent à la thermosphère : l’ionosphère et l’exosphère. L’exosphère est une zone de transition entre l’atmosphère terrestre et l’espace interplanétaire. Dans cette région, il peut arriver que les particules atmosphériques ne soient plus retenues par la pesanteur et rejoignent l’espace.
Pourquoi il fait si froid aux pôles ?
Vous savez désormais pourquoi il fait si froid en haut des montagnes… Mais pourquoi fait-il si froid aux pôles ? Cela est dû en partie à l’angle d’incidence des rayons du soleil. En effet, entre les deux tropiques, les rayons du soleil vont toucher le sol de façon perpendiculaire, la chaleur est donc plus intense. Aux pôles, les rayons ne sont pas perpendiculaires mais obliques… Il y a donc une déperdition de la chaleur, ce qui explique pourquoi il fait plus froid dans les pôles. L’intensité des rayons du soleil est moins forte.
Mais ce n’est pas tout, la rotation de la terre joue aussi un rôle. En effet, aux pôles, la longueur du trajet des rayons est bien plus longue que pour les rayons perpendiculaires qui touchent les tropiques. Or plus le trajet est long, plus la perte d’énergie est importante et plus le froid est intense.
Les pôles sont donc très froids pour diverses raisons : l’angle d’incidence des rayons solaires, la dispersion de l’énergie au sol et la rotation de la Terre.
Une dernière question demeure… Pourquoi fait-il plus froid au pôle Sud qu’au pôle Nord ? En effet, bien que tous deux constitués de glace, les deux pôles n’ont pas les mêmes températures, ni le même climat. Contrairement à ce que l’on pourrait penser, c’est bien le pôle Sud, à savoir l’Antarctique qui est l’endroit le plus froid sur Terre.
Le pôle Nord est une mer de glace. Durant l’été, cette glace fond… En effet, difficile de passer à côté des images de la banquise qui ne cesse de perdre du terrain… Cette eau redevient liquide et absorbe mieux les rayons du soleil que la glace. L’eau est ainsi réchauffée par les rayons du soleil. Cela constitue alors un réservoir de chaleur qui tempère le climat et augmente les températures.
Au pôle Sud, la calotte glaciaire est bien plus épaisse et s’étend sur plusieurs kilomètres. Les rayons du soleil ont donc beaucoup plus de difficultés à traverser cette épaisseur. Résultat, le pôle Sud conserve son climat très froid presque toute l’année, contrairement au pôle Nord. Voilà pourquoi l’Antarctique est l’endroit le plus froid de la Terre.
