Planète Vénus. Atmosphère

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Atmosphère
Planète Vénus. Atmosphère
Élément ou molécule
Dioxyde de carbone
Diazote
Dioxyde de soufre
Argon
Vapeur d'eau
Monoxyde de carbone
Hélium
Dioxygène
Planète Terre. Atmosphère
Pourcentage dans la basse atmosphère
(en dessous des nuages)
96.5
<3.5
0.015
0.007
0.002
0.0017
0.0012
0.0010
78.11
Diazote
20.953
Dioxygène
0.934
Argon
0à7
Vapeur d'eau
0.039
Dioxyde de carbone
Représentez par des barres rectangulaires les 5 gaz communs des deux planètes de manière à
pouvoir les comparer facilement.
128
64
32
16
8
4
2
Vénus
Terre
Dioxyde de carbone
diazote
dioxygène
Argon
Vapeur d’eau
(échelle verticale en % 0, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128)
Comment a-t-on pu obtenir les mesures du premier tableau ? Il faut envoyer une sonde spatiale dans
l’atmosphère de Vénus.
Pourrait-on respirer sur Vénus ? Non, il y a trop peu de dioxygène et trop de dioxyde de carbone
Si on pouvait faire l’expérience avec de l’eau de chaux sur Vénus quelle serait la différence avec la
Terre ? L’eau de chaux deviendrait blanche dès le départ.
On dit que le dioxyde de carbone est un capteur de chaleur responsable de l’effet de serre.
Que pouvez-vous suggérer sur la température de Vénus à sa surface ? Comme elle contient beaucoup
de dioxyde de carbone on peut penser que l’effet de serre est fort donc la température élevée.
En 1850 sur Terre la teneur en dioxyde de carbone valait 0.028%. Commentez la valeur actuelle en
proposant une explication à la variation. La valeur a augmenté en relation avec le développement
économique et l’utilisation des combustions à grande échelle pour l’énergie.
Avez-vous une hypothèse qui expliquerait les différences majeures entre les deux atmosphères ?La
vie s’est implantée sur Terre grâce à l’eau liquide. Elle a fabriqué le dioxygène et récupéré le dioxyde
de carbone pour fabriquer en particulier les roches calcaires.
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Atmosphère
La température en K est telle que 0°C = 273 K. Indiquez le 0°C sur l’échelle.
Prolongez la courbe de température jusqu’au sol de Vénus. Déterminez la température en °C.
On trouve environ 750 K soit 750 – 273 = 477 °C ce qui est très chaud.
Comment se nomme la couche atmosphérique qui est la première sur Terre et qui voit la
température descendre régulièrement ? La troposphère.
Jusqu’à quelle altitude va cette couche sur Vénus ? (Tracez sur le schéma). Environ 50 km.
Comparez avec celle de la Terre que vous avez mesurée lors de votre travail de classe.
Elle est beaucoup plus haute (sur Terre 12 km)
Au dessus de cette couche que fait la température le jour et la nuit ? Expliquez la différence.
Le jour elle remonte grâce à l’ensoleillement. Il n’y a pas de stratosphère avec de l’ozone.
Mesurez la température à 30 km d’altitude. (Sur Terre -20°C ou 253 K).
Pourquoi ne voit-on pas de condensation en dessous de 30 km ? 500 K ou 500-273 = 227°C !
Quelle est la température au niveau des nuages les plus élevés ? 250 K ou -23°C
Peut-il pleuvoir sur le sol ? Non car la température à partir de 30 km(227°C) empêche la condensation
et vaporise les liquides qui tombent. (Il n’y a pas de nuages en dessous).
Tracez une ligne qui indiquera la zone des nuages terrestres. Ils se forment vers 10 km d’altidude.
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Atmosphère
La température en K est telle que 0°C = 273 K
Que montre ce graphique ?
Comment a-t-on pu obtenir ces
mesures sur les 2 planètes ?
Comparez la température au sol des
deux planètes (en °C).
Dessinez les 4 couches
atmosphériques pour la Terre et
mettez une légende.
Montrez que sur Vénus (de jour) on
observe trois couches seulement.
Laquelle n’est pas présente ?
Avez-vous une hypothèse qui
explique la différence entre le jour et
la nuit ?
A quelle altitude sur Terre aura-t-on
la même température que sur le sol
de Vénus. (Construisez le point sur le
graphique). Pourquoi peut-on
affirmer que ce ne seront pas les
mêmes conditions.
Le graphique montre l’évolution de la température dans l’atmosphère de la Terre et de Vénus en
fonction de l’altitude.
Pour obtenir ces mesures on utilise sur Terre des ballons, des fusées. Sur vénus on est obligé d’envoyer
une sonde qui descend dans l’atmosphère. Au sol les deux planètes ont des températures très
différentes : sur Terre proche de 0°C alors que sur Vénus on est à 750 K soit 750 – 273 = 477 °C !
Sur Terre on trouve la troposphère, la stratosphère où la température remonte, la mésosphère, la
thermosphère. Sur Vénus il n’y a pas de remontée de la température donc pas de stratosphère.
Le jour la température en altitude est plus élevée car l’influence du soleil doit être importante.
Pour obtenir la température de 700 K on trace une verticale qui recoupe la courbe de température à
environ 140 km, mais sur Terre dans cette zone il n’existe que très peu de pression et la température
n’est pas synonyme de chaleur.
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Atmosphère
En absorbant une grande partie
du rayonnement ultraviolet du
Soleil, l'ozone stratosphérique
joue un rôle bénéfique, ne
laissant qu'une petite partie du
rayonnement arriver sur Terre.
L'absorption du rayonnement
ultraviolet par l'ozone crée une
source de chaleur, qui en réalité
forme la stratosphère elle-même
(une région dans laquelle la
température augmente avec
l'altitude).
Par contre, l ’ozone
troposphérique est ce qu’on
appelle un polluant secondaire,
un photo-oxydant, formé par
l’action du rayonnement solaire sur des polluants primaires précurseurs. Il est le produit de réactions
chimiques complexes faisant intervenir les oxydes d’azote, les composés organiques volatils, le
monoxyde de carbone, la température et la lumière solaire.
L'ozone troposphérique a un effet toxique sur les êtres humains et sur la végétation.
NB.Les gaz de combustion contiennent des oxydes d’azote. L’essence contient des composés
organiques volatils, le monoxyde de carbone est produit par les combustions.
Lorsque l’ozone absorbe les UV il est dédruit. C’est la photo-dissociation.
Que représente ce graphique ? On observe la pression d’ozone en fonction de l’altitude.
Quelles sont les unités utilisées ? Le kilomètre et le millipascal sont les unités.
Dans quelle couche se trouve l’ozone ? L’ozone se trouve dans la stratosphère et dans la troposphère.
Soulignez deux qualificatifs propres à l’ozone dans le texte en montrant qu’il a deux effets
principaux. Résumez ces deux effets . Placez ces deux qualificatifs sur le schéma.
Smog est la contraction de smoke et fog. Il se forme au dessus des villes. Pourquoi est-il dangereux ?
D’après le graphique il contient de l’ozone qui est toxique.
Que pouvez-vous dire de la quantité d’ozone dans le smog en fonction de l’altitude ?
Elle diminue en montant donc elle est maximum au niveau du sol dans les villes ce qui est dangereux.
Pourquoi parle t-on plus de « pollution à l’ozone » en été lorsque le temps est calme et ensoleillé ?
Il n’y a pas de mouvement d’air et de brassage, de plus le fort ensoleillement associé à la circulation
intense en été provoque la transformation des produits d’échappement en ozone.
Comment s’explique la remontée de température dans la stratosphère ? (Le maximum de
température est obtenu vers 50 km.) L’ozone capte les rayons UV et est déruit, le maximum de
température est donc atteint là où la quantité d’ozone a baissé.
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Atmosphère
NB. 1 mb = 1 hPa
Que représente ce graphique ? On observe la pression en fonction de l’altitude sur Vénus.
En quelle année les mesures ont-elles été faites ? Sur quelle planète ? Par quelle sonde spatiale ?
Prolongez la courbe jusqu’au sol. Les mesures sur Vénus ont été faites en 1991 par la sonde Magellan.
Déterminez la valeur approchée de la pression au sol en hPa. En prolongeant la courbe on obtient environ
100 000 hPa
Sur Terre la pression au sol vaut un peu plus de 1000 hPa. Calculez Pression Vénus/Pression Terre pour obtenir
l’augmentation de pression en « nombre de fois ». On obtient une pression environ 100 fois plus grande sur
Vénus.
A quoi correspond l’altitude 49.5 km ? C’est l’altitude où la pression est celle de la surface terrestre.
Tous les 10m de profondeur sous l’eau la pression augmente d’une fois la pression atmosphérique.A quelle
profondeur correspond la pression sur Vénus ? A 100 x 10 = 1000 m.
Avez-vous une explication au fait que les mesures s’arrêtent à environ 30 km d’altitude ? La sonde a dû avoir
des problèmes mécaniques.
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Atmosphère
Que représentent ces courbes ? On observe la vitesse du son sur Mars et sur Terre en fonction de
l’altitude.
Pouvez-vous simplement dire à quoi correspond 1mph en km/h ?
450 mph donnent 750 hPa donc 1 mph (mile par heure) donne 1.7 km/h
Un avion vole à 12000 m. A quelle vitesse doit-il voler pour dépasser le mur du son sur Terre ?
A 12000 m la vitesse du son est de l’ordre de 1050 km/h
A quelle altitude la vitesse du son est-elle la plus petite ?
La vitesse est de 960 km/h à une altitude de 90 000 m.
Les étoiles filantes s’éclairent à partir de 150 km et arrivent à des vitesses dépassant les 10000 km/h.
Dépassent-elles le mur du son ? Oui car leur vitesse d’entrée est supérieure à 1100 km/h
Si c’est un gros caillou qui arrive, que devrait-il se passer lorsqu’il chute vers le sol ?
Il provoque un bang sonore (mur du son) et une traînée lumineuse par échauffement.
A quelle courbe ressemble la courbe de vitesse sur Terre ? La courbe reprend celle de la température.
Alors montrez que vous pouvez relier la température et la vitesse du son. Si la température
augmente la vitesse du son augmente et inversement.
Que déduisez vous de la courbe de Mars relativement à la vitesse du son et donc à la température ?
La vitesse du son y est plus faible et décroit continuellement. La température est donc plus basse et
continue à diminuer en montant.
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Atmosphère
NB. La température en K est telle que 0°C = 273 K
Que représente ce graphique ? C’est la température en fonction de l’altitude sur Vénus.
Quelle est la différence entre la courbe de température sur Vénus et celle de la Terre ?
(Montrez qu’il manque une couche)On n’observe pas de stratosphère où la température remonte.
Quel nom peut-on donner à la couche à partir de 100 km ? On pourrait parler de mésosphère puis de
thermosphère le jour.
Quelle est la température au sol en °C, quelle est la pression (sur Terre au niveau de la mer 1 bar) ?
Au sol la température est proche de 750 k soit 750-273 = 477 °C
Tous les 10 m d’eau on augmente de 1bar. A quelle profondeur correspond la pression de Vénus ?
La pression est de 90 bars dont 90 x 10 =900 m de profondeur.
Sur Terre à 10 km d’altitude il fait -50°C. Comparez avec Vénus. L’altitude est de 340 K ou 67 °C alors
que sur Terre elle est de -90°C.
A quelle altitude atteint-on la pression à la surface de la Terre ? On l’atteint pour 1 bar à environ 50
km d’altitude.
Que pensez-vous relativement aux possibilités de vie à la surface ? La vie y est impossible à cause de
la trop forte température.
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Atmosphère
Pour précision :
Une journée martienne qui dure 24h37 est appelée sol. Lorsqu’une sonde se pose à la surface martienne, on
est au sol 0. Le sol 1 n’interviendra qu’au lever de Soleil suivant.
Composition atmosphérique par les sondes Viking
95,32 % de CO²
2,7 % d’azote (plus d’azote que de CO² au-dessus de 250 km d’altitude)
1,6 % d’argon 40
0,13 % d’oxygène
0,07 % de CO
0,03 % de vapeur d’eau
4 ppm d’argon 36 (ppm = parties par million)
2,5 ppm de néon
0,3 ppm de krypton
0,08 ppm de xénon
0,03 ppm d’ozone (très faible couche s’étendant de 8 à 30 km au-dessus de la surface)
NB. La température de 0°C = 273 K
Quelles données pouvez-vous recueillir
avec ces informations ? On peut obtenir
la température sur Mars en altitude, la
pression en altitude, la composition de
l’atmosphère et la position des nuages
et leur contitution.
Quels sont les deux gaz les plus
abondants sur Mars ?C’est le dioxyde de
carbone et l’azote.
Trouvez la température au sol sur Mars
en °C. Comparez avec celle de la Terre
(15°C)
Sur Mars la température est plus basse
et égale à 250 K soit -23°C.
Faites de même pour la pression.
La pression est de 0.006 comparée à la
Terre.
Combien de fois est-elle plus faible sur
Mars ? On effectue le calcul 1/0.006 et on trouve environ 150 fois plus faible.
Mesurez la température à 50 km d’altitude. La température vaut 150 K environ soit -123°C
Que contiennent les nuages à ce niveau? Pourquoi ? Les nuages contiennent du dioxyde de carbone
gelé car c’est le constituant principal de l’atmosphère.
Ces mêmes nuages pourraient-ils se former plus bas ?
Non car la température remonte et la congélation n’est plus possible. Par contre c’est de l’eau qui se
congèle.
Pourquoi le ciel est-il noir à partir de 120 km ? Il n’y a plus assez de matière et la pression est très
faible (< 10-6 ). La lumière n’est plus diffusée.