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Les gaz dominants dans la troposphère

De même que dans les couches plus élevées de l'atmosphère, les composés les plus importants sur le plan chimique ou pour le climat sont des composés existant seulement à l'état de traces.

Concentrations typiques de ces gaz au voisinage de la surface terrestre:

H2O vapeur d'eau 0.0001 - 0.01
CO2 gaz carbonique 360 ppm
CH4 méthane 1.7 ppm
N2O oxyde nitreux 310 ppb

CO

monoxyde de carbone  50-500 ppb
O3 ozone 10-80 ppb
SO4 sulphate 20 ppt- 2 ppb
NO2 dioxyde d'azote 1 ppt- 10 ppb
OH radical hydroxyle 0.01-0.1 ppt

Rapport de mélange volumiques, c'est à dire, fraction du volume d'air occupé par ce gaz:

  • 1 ppm= 1 partie par million = 10-6
  • 1 ppb = one partie par milliard = 10-9
  • 1 ppt= one partie par trillion= 10-12

 

La vapeur d'eau et le dioxyde de carbone, les gaz les plus importants de la troposphère terrestre

Le cycle de l'eau est bien connu:

  • évaporation de l'eau liquide à la surface terrestre
  • condensation
  • formation de nuages
  • précipitations

Le temps de résidence moyen de la vapeur d'eau dans l'atmosphère est d'une dizaine de jours, donc assez court. Ceci explique la grande variabilité de la vapeur d'eau d'un endroit à un autre. Bien qu'elle soit elle-même très peu influencée par la chimie atmosphérique, l'eau joue un grand rôle dans l'oxydation de nombreux composés atmosphériques.

Le gaz carbonique (CO2) a un très long temps de vie dans l'atmosphère (plusieurs siècles). Il est réparti de façon presque uniforme dans la troposphère et la stratosphère. La présence de gaz carbonique est étroitement liée à la vie sur Terre: elle est en effet essentielle à la croissance des plantes. Le carbone constitutif du monde vivant provient exclusivement du CO2 atmosphérique. La principale source de CO2 atmosphérique est la décomposition de la matière organique. Les activités humaines modifient cependant graduellement sa concentration.

Le CO2 est essentiellement inerte chimiquement.

Gaz troposphériques relativement abondants

L'oxyde nitreux (N2O) et les chlorofluorocarbures (CFCs) sont d'autres exemples de gaz relativement abondants car très peu réactifs dans la troposphère. Ils jouent cependant un rôle majeur en chimie stratosphérique. Ce sont d'autres gaz, moins abondants mais plus réactifs, qui font l'objet d'études troposphériques.

Comprendre leur comportement et leur distribution est une tâche importante mais difficile, car elle met en jeu un grand nombre de processus chimiques et physiques complexes.

Le moteur principal de cette chimie troposphérique est le rayonnement solaire, dans l'ultraviolet proche (UV-B et UV-A), etdans une moindre mesure dans le domaine visible. La radiation solaire peut en effet "casser" (photodissocier) les molécules chimiques. La troposphère est cependant protégée des ultraviolets les plus durs par l'atmosphère supérieure, et en particulier la couche d'ozone stratosphérique.

Le rayonnement solaire ainsi "filtré" par la stratosphère est malgré tout suffisant pour dissocier par exemple, l'ozone et le dioxyde d'azote. Ces processus très importants initient des chaînes de réactions complexes menant par exemple, à la production de radicaux comme le radical hydroxyle OH. Celui-ci joue un rôle déterminant: il est responsable de l'oxydation d'un grand nombre de gaz émis à la surface, qui autrement ne seraient pas détruits dans la troposphère et donc s'y accumuleraient.

On dit que OH joue le rôle de "détergent" de l'atmosphère.