Mésosphère : qu'est-ce que c'est ?

La mésosphère est l'une des cinq couches de l'atmosphère terrestre : la troposphèretroposphère, où nous vivons, puis la stratosphèrestratosphère, qui contient la couche d'ozonecouche d'ozone ; ensuite se trouve la mésosphère, suivie de la thermosphèrethermosphère et enfin l'exosphèreexosphère, qui marque la transition vers l'espace. La mésosphère s'étend généralement de 50 à 85 kilomètres d'altitude au-dessus de la surface de la Terre, bien que ces limites puissent légèrement varier selon les définitions et les conditions locales. Elle est séparée de la stratosphère par la stratopausestratopause et de la couche supérieure (la thermosphère) par la mésopause. La mésosphère est une couche fascinante et complexe qui joue un rôle crucial dans la protection de notre Planète et la régulation de son climatclimat.

Caractéristiques de la mésosphère

L'une des caractéristiques les plus distinctives de la mésosphère est la diminution rapide de la température avec l'altitude. Contrairement à la stratosphère, où la température augmente avec l'altitude en raison de l'absorptionabsorption des rayons ultraviolets par l'ozone, la mésosphère voit sa température baisser de manière significative. En effet, la température dans cette couche peut atteindre des valeurs très basses avec une température minimale d'environ -100 °C, la mésosphère est la couche la plus froide de l'atmosphèreatmosphère terrestre. 

Cette chute de température est due au fait que la mésosphère est située au-dessus de la stratosphère, où l'absorption des rayons solaires par l'ozone réchauffe l'air. Dans la mésosphère, il y a très peu d'ozone, et l'air est trop raréfié pour absorber efficacement l'énergie solaire. De plus, la mésosphère ne contient pas assez de gaz à effet de serre pour retenir la chaleur, contribuant ainsi à ses températures extrêmement basses.

 Sur cette image, la navette Endeavour semble chevaucher la stratosphère (en blanc) et la mésosphère (en bleu). Cette dernière est la couche la plus froide de l’atmosphère. C'est ici que les objets venus de l’espace commencent à se désintégrer. © Nasa, Wikipédia, DP

Chimie atmosphérique de la mésosphère

La composition de la mésosphère est similaire à celle des couches inférieures de l'atmosphère, bien que certaines caractéristiques et concentrations de gaz diffèrent en raison de l'altitude et des conditions spécifiques de cette couche.

Ses principaux constituants sont :

• Azote (N₂) : environ 78 % de la composition de la mésosphère, similaire à la troposphère et la stratosphère ;
• OxygèneOxygène (O₂) : environ 21 %, également comparable aux couches inférieures de l'atmosphère ;
• ArgonArgon (Ar) : environ 0,93 %, un gaz inerte présent en faibles concentrations.

Gaz mineurs et traces :

• Dioxyde de carboneDioxyde de carbone (CO₂) : présent en petites quantités, environ 0,04 % ;
• Ozone (O₃) : moins concentré que dans la stratosphère, mais encore présent en petites quantités ;
• HydrogèneHydrogène (H₂) et héliumhélium (He) : présents en quantités très faibles, surtout à des altitudes plus élevées de la mésosphère ;
• Vapeur d'eau (H₂O) : très faible concentration en raison de l'altitude et des températures extrêmement basses, mais jouant un rôle crucial dans la formation des nuages noctulescents.

Caractéristiques spécifiques de la composition chimique de la mésosphère :

• La densité de l'air dans la mésosphère diminue avec l'altitude, rendant l'air extrêmement raréfié par rapport à la troposphère. Cette raréfaction signifie que, bien que la composition relative des gaz reste semblable, le nombre absolu de moléculesmolécules par unité de volumevolume est beaucoup plus faible.

Les diverses couches de l'atmosphère terrestre. © Designua, Adobe Stock

Phénomènes et processus dans la mésosphère

La mésosphère est le théâtre de plusieurs phénomènes atmosphériques importants. L'un des plus spectaculaires est dû à la vapeur d'eau qui peut y geler formant des nuagesnuages particuliers, les nuages noctulescents (noctilucent en anglais), à l'aspect irisé. Ils sont également connus sous le nom de « nuages polaires mésosphériques ».

Ces formations nuageuses, rares et spectaculaires, sont formés par des cristaux de glace extrêmement petits, d'un diamètre typiquement inférieur à 100 nanomètrenanomètre. Ces derniers se forment autour de particules de poussière qui peuvent provenir de diverses sources, y compris les météoresmétéores désintégrés dans l'atmosphère. Ces nuages apparaissent à des altitudes comprises entre 76 et 85 kilomètres, faisant d'eux les nuages les plus élevés observables depuis la Terre. Ils sont le reflet de la complexité des interactions entre les différentes couches de l'atmosphère. Leur apparition est principalement visible pendant les crépusculescrépuscules d'été, lorsqu'ils sont illuminés par le soleil couchant ou levant, donnant lieu à des spectacles lumineux impressionnants.

Un autre phénomène notable est la présence d'ondes de gravité atmosphériques, qui jouent un rôle crucial dans le transfert d'énergie et de momentum entre les différentes couches de l'atmosphère. Ces ondes sont générées par des perturbations dans les couches inférieures de l'atmosphère, comme les courants-jetscourants-jets, les orages et les montagnes, et se propagent vers le haut, affectant la dynamique de la mésosphère.

Nuages noctulescents dans le ciel de Laboe, en Allemagne. © Matthias Süssen, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

La mésosphère, là où se désintègrent les météores

La mésosphère est également connue pour être la région où la plupart des météores se désintègrent en entrant dans l'atmosphère terrestre. La frictionfriction avec les molécules d'air raréfié provoque leur combustioncombustion, créant des traînées lumineuses visibles depuis la surface de la Terre. En brûlant, les météores déposent des particules et des aérosolsaérosols qui peuvent influencer la composition chimique et les processus de formation des nuages dans les couches inférieures de l'atmosphère. 

Importance de la mésosphère

La mésosphère joue un rôle crucial dans la protection de notre Planète. En freinant et en brûlant la plupart des météores, elle protège la surface terrestre des impacts potentiellement dévastateurs. De plus, les processus dynamiques qui s'y déroulent, tels que les ondes de gravitégravité et les maréesmarées atmosphériques, contribuent à la circulation globale de l'atmosphère et à la régulation du climat.

La mésosphère, cette inconnue

Malgré son importance, la mésosphère reste l'une des couches de l'atmosphère les moins étudiées. Cela est en grande partie dû à la difficulté d'accès : elle est trop haute pour les ballons météorologiques et trop basse pour la plupart des satellites. Les chercheurs utilisent des techniques comme les fuséesfusées-sondes et les radars pour étudier cette région, mais de nombreux aspects de la mésosphère restent encore à découvrir.