Questions aux experts

Il est peu probable que l'eau ait bouilli, car elle n'en a pas eu le loisir. En effet, la température extérieure, plus l'évaporation intense liée à la faible pression l'ont refroidie au point de geler, et cela bien avant d'atteindre les 25 km.
C'est donc de la glace qui s'est sublimée, il y a eu une véritable lyophilisation du sel, qui était probablement très pulvérulent au retour, sauf si une redescente très lente lui a laissé le loisir de se "rehumidifier" dans les basses couches de l'atmosphère (le sel est très hygroscopique, cf. une boîte de sel oubliée dans uns maison humide)
.

D'abord quelques valeurs numériques (arrondies) relatives à l'atmosphère standard, valeurs utilisées par l'aviation civile (et communiquées par un collègue) :

Altitude/m
p/mbar ou hPa
T/°C

0
1 013
15

5 000
540
-17,5

10 000
265
-50

15 000
121
-56,5

20 000
55,3
-56,5

40 000
2
-20

50 000
0,7
0

1- L'eau ne peut pas bouillir car la pression ne diminue pas assez vite avec l'altitude. De l'eau à 1 °C bout si elle est sous une pression d'environ 6,5 mbar. Sous nos latitudes, l'isotherme 0 °C se situe à environ 3 000 m, altitude où la pression est encore bien trop élevée pour que l'ébullition soit possible.

2- Mais de l'eau s'en va quand même par évaporation. D'une part le ballon monte à environ 36 km/h (le linge sèche plus vite quand il y a des courants d'air...) et d'autre part surtout la diminution de pression favorise de plus en plus l'évaporation.

3- Par ailleurs, pendant l'ascension, l'eau qui reste liquide refroidit, à cause de la baisse de température mais aussi du fait de l'évaporation (le linge qui sèche refroidit). Ce qui reste se solidifie.

4- La glace à basse température est en mesure de se sublimer parce que la pression est faible et continue de baisser. Pour que l'eau salée placée au congélateur et gelée se sublime, il faudrait "faire le vide" dans le compartiment (ce qui rendrait difficile l'ouverture de la porte...).

A l'attention de Gérard Torchet
Bonjour,
En lisant votre réponse à M. C.H. Eyraud, concernant la cristallisation du sel à l'aide d'un ballon sonde, vous donnez des valeurs de température en fonction de l'altitude.
Pourquoi la température remonte-t-elle après 40 000 m ?

En juin dernier, en transmettant les valeurs de la température, je m'étais aussi demandé pourquoi celle-ci "remontait", car je n'ai pas de connaissances particulières en physique de l'atmosphère (sinon que c'est très compliqué !). J'ai laissé le problème en suspens... jusqu'à votre question qui m'a incité à consulter quelques livres. Donc merci, j'en sais un peu plus !

Les livres : j'ai trouvé un joli schéma des propriétés de l'atmosphère en fonction de l'altitude dans le Petit Larousse (1987) mais sans explications. En revanche, j'ai trouvé des indications dans l'Encyclopédie des Sciences (Livre de poche / La Pochothèque, 1998), mais le schéma est moins lisible.
La réponse : la température remonte à cause de la couche d'ozone.

Les explications ou du moins, comment je les interprète. La pression ne cesse de diminuer avec l'altitude. En moyenne, la température décroît et se stabilise vers 20 à 30 km. Puis elle croît quand on approche puis traverse la "couche" d'ozone (qui va très approximativement de 30 à 60 km). Les molécules d'ozone (formées de 3 atomes d'oxygène) "absorbent" le rayonnement ultra-violet provenant du rayonnement solaire. Ceci doit accroître la rapidité de leurs mouvements (qui est une mesure de la température). Et s'il n'y avait pas cette "couche", c'est la température du sol terrestre qui monterait et nous compliquerait singulièrement la vie, si elle est encore possible ; d'où le souci causé par les trous que l'on y a détectés... La température monte jusqu'à 20 °C vers 50 km où l'absorption est maximale. Puis la température redescend et devient inférieure à -60 °C environ (les schémas sont peu clairs) vers 90 à 100 km. Ensuite, elle
remonte beaucoup (2 700 °C à 800 km dit l'Encyclopédie). Les molécules (de divers types) sont alors très rares et elles ont le champ libre pour bouger si elles absorbent un peu de rayonnement.
Cette description vous satisfait-elle ? Bonne fin d'année !