L'air et ses secrets, livre ebook

L’air, cette masse invisible qui nous entoure, permet à la vie de se développer. Selon Baudelaire, il «est plein du frisson des choses qui s’enfuient » ; de fait, il renferme une multitude de secrets que les philosophes, les naturalistes et autres savants ont tenté de percer au cours des siècles. Dans cet ouvrage, l’auteur retrace les grandes étapes scientifiques qui ont permis à l’humanité de découvrir les propriétés physiques et la composition chimique de l’air, les caractéristiques dynamiques de l’atmosphère terrestre, les mécanismes conduisant à la formation des tempêtes et autres déluges, et les processus naturels et anthropiques responsables des perturbations du climat, de la couche d’ozone et de la qualité de l’air.

Préface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Préambule. L’air et la vie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Une pandémie qui se prolonge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

L’évolution des idées. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

L’air et la vie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1. La pollution de l’air : Une longue histoire. . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

La pollution de l’air pendant l’Antiquité. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Pollution par le plomb. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

La période médiévale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

La révolution industrielle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Le « Great Smog » de Londres en 1952. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

Le Smog de Los Angeles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

La pollution atmosphérique dans d’autres régions du monde. . . . . . . . . . . . 35

La tragédie des biens communs et l’équité écologique. . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2. La conquête de la verticale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Le poids de l’air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

Les fontainiers de Florence et le tube de Torricelli. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

L’expérience de Blaise Pascal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

L’air élastique de Boyle et de Mariotte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Les ascensions en ballon et la loi des gaz parfaits. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

La structure verticale de l’atmosphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

3. L’air ou les airs ?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

Le Galilée brabançon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

L’air fixe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

La bataille du phlogistique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

La découverte des gaz nobles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Les gaz minoritaires de l’atmosphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

4. Les mouvements de l’air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

La circulation atmosphérique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

L’origine et la trajectoire des tempêtes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

Les premiers services météorologiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Les travaux empiriques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Les travaux théoriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

L’École de Bergen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Les lois de Newton. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Le déterminisme de Newton et de Laplace. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Les équations de la dynamique atmosphérique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

Les premières prévisions numériques du temps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

Le rôle des calculateurs électroniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

Le développement des prévisions numériques aux États-Unis. . . . . . . . . . . . 152

L’atmosphère et le chaos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

La turbulence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

La révolution technologique et l’observation de l’atmosphère. . . . . . . . . . . . 176

5. Les couches élevées de l’atmosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

Les aurores polaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Le mystère de la raie verte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

La lueur du ciel ou l’airglow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

L’atome d’oxygène. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

La vapeur d’eau et les composés de l’hydrogène. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

L’Année Géophysique Internationale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

La thermosphère, la couche d’hydrogène et la ceinture d’hélium. . . . . . . . . 213

L’ionosphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

6. La couche protectrice d’ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

L’ozone au laboratoire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

L’ozone dans l’air. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

Mesures d’ozone au parc Montsouris à Paris. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Une couche d’ozone dans la stratosphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

La distribution globale de l’ozone stratosphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

La répartition verticale de l’ozone dans la stratosphère. . . . . . . . . . . . . . . . 242

Des ballons pour explorer la stratosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Les mesures par fusées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

L’ère spatiale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

La théorie photochimique de l’ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

7. Les gaz à effet de serre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

La découverte de l’effet de serre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Les gaz qui réchauffent la planète. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

Le dioxyde de carbone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Le méthane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

L’hémioxyde d’azote. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287

La vapeur d’eau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292

D’autres gaz à effet de serre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

Le calcul de l’effet de serre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296

8. Le réacteur photochimique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

La photochimie de l’ozone stratosphérique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

La photochimie du monoxyde de carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308

L’oxygène atomique métastable O(1D) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309

Le radical OH ou le détergent de l’atmosphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

L’ozone dans la troposphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318

Observations des espèces chimiques troposphériques à l’échelle globale. . . . . 328

Modèles mathématiques de la chimie troposphérique . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

Coopération internationale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

9. Particules en suspension dans l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

Les premières idées. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

Les particules et les microbes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

Des particules dans la stratosphère. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

Les aérosols organiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

Les aérosols et les nuages. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

Les particules ionisées et l’électricité atmosphérique. . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

Les aérosols et le climat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359

10. L’empreinte des êtres humains. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

Le feu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364

Les gaz toxiques comme armes chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

Les précipitations acides. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370

L’aviation supersonique et la couche d’ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

Un trou dans la couche d’ozone. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

L’hiver nucléaire. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

Les microplastiques. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

11. Le changement climatique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395

De l’Antiquité à la révolution industrielle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

Une grande enquête en France sur le changement climatique. . . . . . . . . . . . 399

Les travaux de Svante Arrhenius et de Guy Callendar . . . . . . . . . . . . . . . . 400

La courbe de Keeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

Les glaces polaires : des archives de l’histoire climatique. . . . . . . . . . . . . . . 419

Les modèles du climat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421

Le rapport Charney . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

La réponse de l’industrie pétrolière. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 436

La dimension internationale. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441

Le processus politique et les accords sur le climat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448

Les solutions au problème du climat. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449

La complexité du système-Terre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454

Épilogue. Les progrès de la connaissance. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461

La science au cours des âges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462

L’Antiquité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464

Du huitième au quatorzième siècle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465

Le quinzième siècle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466

Le seizième siècle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

Le dix-septième siècle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

Le dix-huitième siècle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

Le dix-neuvième siècle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 470

Le vingtième siècle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473

Le vingt-et-unième siècle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481

Défis futurs. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484

Bibliographie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489

Remerciements. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493

Index des noms propres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495

Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507