Entre terre et ciel
à la découverte des sciences de l'atmosphère et de l'espace
Bernard Authier
Vuibert/Adapt
Introduction1
L'atmosphère, en deux mots, qu'est-ce que c'est?1
Et l'ionosphère, et la magnétosphère?1
Pour comprendre, gagner en altitude est nécessaire2
Des mesures qui ouvrent la porte à de nombreuses applications3
Commençons par le début3
La construction des mythes4
Les conditions d'une révolution scientifique5
Le dégel européen des échanges5
Le soutien des Princes5
L'autre dégel, celui des idées6
L'instrumentation ouvre la voie7
Mais la connaissance de l'atmosphère marque le pas7
La reprise est dans l'air8
L'éther enfin visité8
Quand le hasard intervient9
L'héritage11
Le socle grec11
Les prémices11
Les Égyptiens11
Les Babyloniens12
Avec les Grecs, une coupure12
Quelle motivation?12
D'où venons-nous?14
Les mathématiques sont-elles la clé?14
Une conception globale de l'univers15
Un visionnaire extraordinaire15
La Terre en rotation?16
Les mathématiques pour comprendre le monde16
Retour du balancier, l'observation permet de pénétrer la nature16
L'observation prime: il faut "sauver les apparences"17
Faute de mesure, le concept de mouvement reste confus17
L'apparition de la mesure18
La naissance de la rigueur déductive18
La mesure en astronomie19
La science de l'ingénieur20
Savoir profiter du hasard21
Le mouvement de l'axe de la Terre22
L'épilogue24
La synthèse24
En attendant l'apport arabe24
Le réveil de l'Europe25
Sombre période25
La contribution arabe26
La Renaissance27
Le terreau27
Les germes28
Le démarrage29
Premières études de l'atmosphère31
L'électricité et le magnétisme terrestre31
À l'origine, magnétisme et électricité forment un tout31
Coup double: l'électricité statique est identifiée ainsi que l'origine du magnétisme terrestre32
La déclinaison varie: une découverte prématurée33
L'électricité devient le fluide à la mode34
Une observation à risque34
La morphologie de l'atmosphère35
L'expérience et le calcul imposent le système héliocentrique35
Le germe d'un conflit35
Première rupture entre l'Église et l'astronomie36
Le mouvement, clé de la mécanique céleste37
L'adoption du système héliocentrique41
Une force colossale qui agit à distance43
Et voilà pourquoi notre Terre est ronde45
Le hasard fait bien les choses45
Foucault: la rotation de la Terre39
La gravitation universelle bouleverse la pensée humaine46
Des questions qui traversent les siècles46
Naissance d'un déterminisme47
Les propriétés mécaniques de l'air48
L'air impalpable est pesant48
L'air est compressible et élastique49
La composition chimique de l'atmosphère50
La chimie, une science qui ne part pas de rien50
Une approche intéressante, mais qui vient trop tôt51
La chasse aux airs52
Avec une nomenclature et un enseignement, la chimie devient autonome53
La composition de l'air ne varie pas avec l'altitude54
Des bases pour aller plus loin55
La lumière55
Les propriétés "corpusculaires" de la lumière56
La nature de la lumière56
Une expérience dite cruciale56
Mesurer la vitesse de la lumière avec une lunette et une horloge58
La nature ondulatoire de la lumière59
Le premier concept d'onde: le son59
La nature de la lumière61
La théorie corpusculaire a des ratés61
Le spectre des radiations s'élargit65
Fraunhofer ouvre les portes de l'astrophysique65
L'analyse spectrale66
Michelson: l'éther, au sens mécanique de Fresnel, n'existe pas63
L'électromagnétisme68
Cavendish le précurseur69
Première expérience quantitative69
Oersted définit la notion de champ électromagnétique71
L'induction et les lignes de force72
Théorie de l'électromagnétisme73
La propagation
des ondes électromagnétiques74
Aux courtes longueurs d'onde, la théorie ondulatoire ne répond plus75
L'électricité, un fluide ou des corpuscules?76
Les atomes, comme si on les voyait76
Après la découverte des rayons X, le spectre des rayonnements électromagnétiques s'élargit encore77
Le principe de relativité l'emporte78
La mécanique ondulatoire assure la synthèse79
Cavendish: le poids de la Terre70
Le CCD (Charged Coupled Device), détecteur à haute sensibilité pour le traitement des images80
La chaleur, l'énergie81
L'énergie prend différentes formes82
Différencier la chaleur de la température82
La chaleur se transporte par conduction82
De la disparition du calorique naît l'hypothèse de l'agitation thermique des molécules83
Le métabolisme humain suggère un lien entre le travail mécanique et la chaleur83
L'expérience physique confirme84
Un travail d'ingénieur d'une incroyable subtilité85
Chaleur et travail mécanique donnent naissance à une entité beaucoup plus vaste: l'énergie86
La thermodynamique87
L'entropie donne un sens aux transformations87
Les changements d'états89
Les échanges thermiques atmosphériques89
Le vent, la convection90
La radiation91
La chimie92
Affinités et potentiels électrochimiques93
Difficile d'admettre l'existence de molécules diatomiques!94
La chimie organique vient à la rescousse95
Comme Kepler pour les planètes, Mendeleïev trouve l'ordonnancement des éléments95
Nouvelles investigations99
Les gaz rares et l'ozone99
Les gaz rares100
Les succès de la théorie atomique redonnent vie au mythe d'un élément primordial100
La masse atomique de l'azote varie selon son origine100
Les petites différences font les grandes découvertes101
Rayleigh a les moyens qui manquaient à Cavendish101
Le triomphe du travail d'équipe102
L'ozone103
Cette fameuse couche d'ozone!103
Une déduction géométrique très élégante105
La composition de l'atmosphère106
L'ionosphère108
Les prémices109
Un courant électrique sans fil conducteur?109
Le piège aux électrons110
La propagation des ondes radio confirme l'existence d'une couche ionisée111
Les ondes radio comme moyen d'exploration de la haute atmosphère112
Le Soleil à l'origine des orages magnétiques113
À côté des éruptions solaires, un flux continu: le vent solaire114
Venus du cosmos, des rayons d'une formidable énergie115
Le ciel? Un toit beaucoup moins transparent qu'il n'y paraît117
C.T.R. Wilson: les trajectoires des particules116
La dynamique de l'atmosphère, les débuts de la météorologie118
L'intérêt des marins pour les grands courants atmosphériques119
Les premières mesures119
Les grands mouvements atmosphériques120
On commence à parler de prévisions121
Mise en place d'un réseau d'observation permanent121
La thermodynamique et l'hydrodynamique fournissent des explications122
Les grands mouvements atmosphériques sont élucidés123
Les prévisions numériques se préparent126
Les guerres et l'aviation civile ont besoin de prévisions...127
Avec l'ordinateur, la simulation devient possible127
L'ère spatiale129
Parmi une multitude d'expériences, il faut choisir131
Les températures et les vents au-dessus de 80 km d'altitude135
Dans le prolongement des mesures au sol135
Une traînée aussi belle qu'instructive136
Mesures de température137
L'amplification des photons: le photomultiplicateur140
La magnétosphère: Explorer 1141
Une précipitation très politique141
Pour un premier coup, c'est un coup de maître...143
Un nouveau champ de recherche144
Geiger: le comptage des particules142
Le jet-stream: Éole145
Les renseignements, qualitatifs, des premiers satellites de météorologie sont difficilement exploitables146
Éole complète les informations des satellites de météorologie147
Éole: un ballon d'essai pour de multiples applications148
Terre sans frontière: la lumière zodiacale149
Où finit la Terre et où commence l'espace?149
Un satellite astronomique aux possibilités limitées150
Faire dans l'ultraviolet la carte du ciel nocturne, avec un satellite qui ne peut pointer que le Soleil152
Des résultats fondamentaux154
Les perturbations orbitales: Starlette, Cactus154
Des orbites elliptiques loin d'être parfaites154
Mesure des variations de la gravité avec Starlette156
Cactus ou la mesure du déplacement d'un satellite par rapport à une bille156
L'accéléromètre est réglé en début de mission158
La météorologie profite des résultats158
La restitution et la prévision précise des orbites ont de multiples applications159
Le point des connaissances160
L'atmosphère neutre161
Hauteur d'échelle, loi barométrique161
L'homosphère162
L'hétérosphère164
L'exosphère165
L'ionosphère166
La magnétosphère167
Le temps des prévisions169
Le temps à venir, la prévision météorologique170
Une modélisation simple dans le principe, complexe dans la réalité170
La prévision ne peut qu'être aléatoire170
À court terme, le prévisible reste probable172
Une organisation sophistiquée173
À la chasse au papillon174
Les grandes structures atmosphériques, dépressionnaires ou anticycloniques, sont relativement stables174
Les temps à venir, la prévision climatique175
La composition de l'air a évolué depuis l'origine175
Le climat récent, de mieux en mieux cerné179
Des résultats inquiétants180
La modélisation climatique181
Et après?182
Les atmosphères des autres planètes183
Ailleurs, l'herbe est moins verte!183
Et si l'on quittait le système solaire!184
L'espace, site idéal d'observation185
Conclusion187
Bibliographie190
Documents généraux190
Bibliographie thématique190
Glossaire des unités de mesure192
Glossaire des sigles et abréviations193
Table des illustrations et crédits photographiques195