Les différents couches de l‟atmosphère terrestre

Le vent est le déplacement de l‟air au sein de l‟atmosphère. Il est naît sous l’effet des différences de températures et de pressions. Ainsi, lorsqu’il existe une différence de pression entre deux points, l’air circule de l’endroit où la pression est la plus élevée (où l‟air est froid) vers l’endroit où elle est la moins élevée (où l‟air est chaud). En d‟autres termes, l’air se déplace de la haute pression vers la basse pression. Le grand responsable de ce phénomène est le soleil. Il chauffe les mers et les continents mais pas au même rythme (matin et soir). Une fois réchauffés, ces derniers chauffent à leur tour les masses d’air qui les surplombent.

L’atmosphère est un mélange de gaz et de particules qui entourent le globe. Vue de l’espace, elle forme une fine couche de lumière bleue foncée sur l’horizon. L’atmosphère est constituée de couches qui forment des anneaux autour de la Terre. Elle s’étend sur quelques centaines de kilomètres d’altitude, mais elle est confinée en majeure partie sur une hauteur de 50 kilomètres au-dessus de la surface terrestre.

Les différents couches de l’atmosphère terrestre

L‟atmosphère est d‟une épaisseur qui avoisine 10 000 km et est divisée en 5 couches superposées .

La troposphère
C‟est la couche la plus proche de la surface de la Terre. Sa température diminue de 6,5°C par km d‟altitude. Son épaisseur moyenne est de 13 km.

La stratosphère
Elle représente la couche qui monte jusqu‟à une altitude de 50 km, où la température est proche de celle de la surface terrestre. La température augmente progressivement dans la stratosphère car la couche d‟ozone absorbe le rayonnement solaire.

La mésosphère
Cette dernière se situe entre 50 et 80 km d‟altitude. La température diminue jusqu‟à -140°C.

La thermosphère
La thermosphère s‟étend entre 80 et 600 km d‟altitude. Les molécules d‟air deviennent très rares et les températures à l‟intérieure sont très élevées (jusqu‟à 1200°C).

L’exosphère
L‟exosphère s‟étend jusqu‟à 10 000 km d‟altitude, là où s‟arrête l‟atmosphère et où commence l‟espace.

Les forces qui agissent sur l’air 

Il existe quatre forces majeures qui agissent sur une partie élémentaire de l‟air à savoir :

La force gravitationnelle
Conséquence de l‟attraction mutuelle des corps, cette force intervient à cause de la grande masse de la terre. Elle est dirigée vers le centre de la terre.

La force de pression
Dirigée des hautes pressions vers les basses pressions, cette force est due au gradient de pression résultant de l’échauffement inégal de l’air suivant les latitudes, la nature des sols et la répartition des océans et des continents. Les forces de pressions sont à l’origine du déplacement des masses d’air.

La force de Coriolis
Cette force est le résultat de la rotation de la terre autour de son axe et est perpendiculaire à la vitesse du vent. Elle intervient dans les déplacements atmosphériques en raison de la faiblesse des forces contribuant à mettre l’air en mouvement.

Les forces de frottement
Ces forces traduisent la friction turbulente de l’air avec le sol. Elles interviennent dans la couche limite atmosphérique. La force gravitationnelle et la force du gradient de pression sont les deux forces qui peuvent initier un mouvement de l‟air. Leurs actions se font ressentir près du sol dans une zone appelée couche limite atmosphérique.

La couche limite atmosphérique (CLA)

Etant donné que les éoliennes standards d‟aujourd‟hui dépassent rarement une hauteur de 100m, cette section donne un aperçu sur la couche la plus proche de la terre, dite la Couche Limite Atmosphérique (CLA).

La couche d’Ekman
Qui est la partie supérieure de la CLA. Dans cette zone, la structure du champ de vent est influencée par les frottements sur la surface, la stratification thermique et la force de Coriolis.

La couche de surface
Qui est directement en contact avec la surface terrestre dont l‟épaisseur varie entre 50 et 100 m. Dans cette couche, la force de Coriolis est négligeable devant les forces de frottements et les effets thermiques.

La sous-couche rugureuse
Qui est la partie inférieure de la couche de surface, juste au-dessus de la surface du sol. Son épaisseur varie de quelques dizaines de millimètres sur une surface de mer plane à quelques dizaines de mètres en ville. Ceci est caractérisé par le paramètre de longueur de rugosité aérodynamique globale Z0.

Par ailleurs, la couche limite atmosphérique CLA est fonction de plusieurs paramètres, tel que la vitesse du vent, la rugosité des sols et l’ensoleillement variable suivant les lieux et l’heure de la journée.