IONOSPHÈRE

Les régions ionosphériques

L'application à l'ionosphère des mécanismes précédents est essentiellement fonction de l'altitude. Il y a lieu de distinguer un certain nombre de couches ou régions dont la séparation, bien que très arbitraire, est à la fois classique et commode : région D de 60 à 90 km, région E de 90 à 150 km, région F au-delà de 150 km.

La région D est la plus basse et la moins connue des couches ionosphériques. Sa chimie est rendue complexe par la présence d'ions hydratés. Seules certaines radiations peuvent pénétrer dans l'atmosphère à des altitudes inférieures à 90 km. C'est le cas de la raie Lyman α, dont la longueur d'onde est supérieure au seuil d'excitation de l'oxygène O₂ et de l'azote N₂. Les coefficients d'absorption de ces deux molécules sont donc suffisamment faibles pour permettre à la radiation Lyman α de pénétrer profondément dans la région D. L'ionisation du monoxyde d'azote NO est possible et permet d'expliquer l'existence de la région D en période calme, bien que NO soit un composant mineur de l'atmosphère neutre (10^-10 de la concentration totale à 85 km). En période de forte activité solaire, le rayonnement X peut augmenter considérablement. La bande comprise entre 0,2 et 0,8 nm, dont l'intensité est faible en période calme, joue alors un rôle important et le taux de production de l'ionisation augmente. Enfin, le rôle du rayonnement cosmique galactique dans l'ionisation n'est pas négligeable au niveau de cette région.

La disparition des électrons a lieu surtout par attachement sur des particules neutres avec formation d'ions négatifs dont la densité est supérieure à celle des électrons au-dessous de 65 à 75 km d'altitude. Ce processus est prédominant à cause de la forte densité des particules neutres au niveau de la région D. La disparition est rapide, expliquant ainsi que la région D ne subsiste pas la nuit. De jour, la densité électronique atteint la valeur de 10⁴ particules par centimètre cube à 90 km d'altitude.

Les composants de l'atmosphère neutre de la région E sont O₂, O et N₂. Les ions primaires O⁺ et N₂⁺ sont rapidement transformés en ions NO⁺ et O₂⁺ dont le potentiel d'ionisation est inférieur. L'ionisation est due aux rayons X de longueur d'onde comprise entre 1 et 10 nm ainsi qu'au rayonnement ultraviolet (raie Lyman β et continuum de Lyman). Au cours du cycle solaire, le rayonnement X varie dans des proportions beaucoup plus importantes que le rayonnement ultraviolet. L'observation de l'amplitude de la variation de l'ionisation permet de penser que le rayonnement X ne joue pas le rôle majeur dans l'ionisation de la région E. La perte des électrons y est due surtout au processus de recombinaison dissociative des électrons avec les ions moléculaires :

(les ions NO⁺ proviennent de l'interaction entre l'ion O⁺ et la molécule N₂).

De jour, la région E comporte généralement un maximum absolu de densité électronique de l'ordre de 10⁵ électrons par centimètre cube, situé vers 110 km d'altitude. La couche se comporte sensiblement comme une couche α-Chapman et elle est très fortement contrôlée par l'angle zénithal du Soleil.

C'est dans la région F que la densité des particules ionisées est la plus importante. Son maximum est de l'ordre de 10⁵ à 10⁶ électrons par centimètre cube pour une altitude comprise entre 250 et 400 km. L'ionisation est créée par l'action du rayonnement ultraviolet lointain (de 80 à 200 nm) sur l'oxygène atomique, qui est le constituant majoritaire de l'atmosphère au-dessus de 200 km environ. La perte des électrons a lieu, comme dans la région E, par recombinaison avec des ions moléculaires formés par réaction entre un ion atomique et[...]