Glossaire

échelle microscopique

L'échelle microscopique englobe toutes les notions physiques — grandeurs, éléments constituants, mouvements, phénomènes — dont la manifestation a lieu dans un domaine spatial indiscernable à l'œil nu, c'est-à-dire de dimension inférieure au dixième de millimètre. (Cette expression est liée bien sûr à "microscope", nom d'un instrument permettant d'accéder à l'étude de telles notions.)

En météorologie, les éléments rattachés à l'échelle microscopique sont les particules, de quelque nature que ce soit, qui se trouvent en suspension dans l' air : il peut s'agir des molécules de gaz tels que l'oxygène, l'azote, la vapeur d'eau, qui comptent parmi ses composants, ou bien de minuscules corps matériels véhiculés par l'atmosphère, telles des poussières solides d'origine minérale ou végétale, des gouttelettes de provenance aquatique, des cristaux de glace, etc., qui tous ont une vitesse de chute négligeable et sont pour cette raison appelés des aérosols. La gamme des tailles des particules microscopiques de l'air est de ce fait très étendue, puisqu'elle va d'un côté jusqu'aux dimensions de l'atome simple ou de l'association d'atomes (la vapeur d'eau, par exemple, est une association de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène), et de l'autre, jusqu'à celles des microgouttelettes des nuages (composées chacune de molécules d'eau associées en nombre très élevé et formant un volume passé en phase liquide dans un environnement gazeux).

Les événements auxquels sont assujettis les éléments de taille microscopique composant l'air ont des répercussions sur le comportement de celui-ci, et ces répercussions peuvent elles-mêmes s'observer, se repérer ou se mesurer à l'échelle macroscopique, aussi bien dans le domaine de la chimie que dans celui de la physique :
 

  • la chimie traite des combinaisons de particules entre elles, qui conduisent à la formation de nouveaux composants. Par exemple, à l'échelle microscopique, des molécules polluantes de dioxyde de soufre peuvent s'associer à des particules d'eau liquide pour former de l'acide sulfurique : à l'échelle macroscopique, les particules ainsi formées se retrouveront dans la composition des pluies acides ;

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  • la physique traite de l'état et du mouvement de ces particules dans l'atmosphère. Par exemple, les mouvements désordonnés et rapides des molécules gazeuses constituant l'air en déterminent la température, la masse volumique, la pression atmosphérique, que l'on mesure à l'échelle macroscopique ; de même, la concentration en molécules de vapeur d'eau à l'échelle microscopique détermine à l'échelle macroscopique l'humidité relative de l'air.

 

Quoiqu'ils apparaissent continus à l'échelle macroscopique, les milieux gazeux tels que l'air représentent en réalité la résultante à cette échelle d'un très grand nombre de particules qui, sous l'effet de nombreux facteurs physiques, sont entraînées dans des mouvements de translation, de rotation et de vibration ; ces mouvements sont fréquemment modifiés en vitesse et direction par les chocs de particules voisines, de sorte qu'elles sont perpétuellement à la recherche d'un équilibre compatible avec ces facteurs physiques et subissent alors des déplacements rapides et en apparence désordonnés. C'est la résultante de tous ces mouvements qui finalement détermine un comportement "moyen" de toutes les particules concernées, mesurable à l'aide de grandeurs qui sont définies à l'échelle macroscopique et qui obéissent aux grandes lois de la physique, par exemple l'équation d'état des gaz parfaits .