IONOSPHÈRE
Thermodynamique et électrodynamique de l'ionosphère
Structure thermique de l'ionosphère
La principale source d'énergie de l'ionosphère est le rayonnement solaire. Lors d'une réaction d'ionisation, nous avons vu que l'électron créé, appelé photoélectron, est en général animé d'une grande énergie cinétique, égale à la différence entre l'énergie du photon incident et le potentiel d'ionisation de l'atome intervenant dans la réaction. Cette énergie, de l'ordre d'une dizaine d'électrons-volts, est perdue au cours des collisions, surtout avec les autres électrons appelés « électrons thermiques », mais aussi avec les particules neutres. Les électrons thermiques perdent leur énergie à leur tour par collision avec les ions et les particules neutres. La conductivité thermique du gaz d'électrons, importante dans la direction du champ magnétique terrestre, joue également un grand rôle dans l'équilibre thermodynamique de la population électronique. Quant aux ions, ils reçoivent de l'énergie des électrons thermiques et la cèdent aux particules neutres. Ces dernières jouent donc le rôle de réservoir de l'énergie thermique ; cependant, l'apport d'énergie par particule neutre est faible, car celles-ci sont beaucoup plus nombreuses que les particules chargées (mille fois plus à 300 km d'altitude). Ainsi, l'étude théorique des transferts d'énergie thermique entre les différents types de particules est étroitement liée aux phénomènes de collision. Le problème des interactions coulombiennes (entre particules chargées) est particulièrement intéressant. Les résultats, tant théoriques qu'expérimentaux, montrent qu'il existe au moins trois températures différentes dans l'ionosphère : la température électronique, la température ionique et la température des particules neutres. Il n'y a en général pas d'équilibre entre les différents types de particules mais un flux constant d'énergie provenant des électrons et aboutissant aux particules neutres.
Densité et températures
Encyclopædia Universalis France
Aux altitudes inférieures à 150 km, les températures électronique et ionique sont égales à celle des particules neutres. L'équilibre thermodynamique prévaut, car les collisions sont nombreuses à cause de la forte densité atmosphérique. Au-dessus, la température électronique devient supérieure aux températures neutre et ionique, lesquelles restent à peu près égales jusque vers 250 km. Au-delà de 250 km d'altitude, la température des ions s'élève au-dessus de celle des particules neutres pour tendre vers celle des électrons. De nuit, en l'absence de chauffage local dû à l'absence de photoélectrons, la température électronique devient pratiquement égale à celle des ions et des particules neutres.
Électrodynamique de l'ionosphère
Parmi les différentes régions de l'ionosphère, la région E présente un comportement particulier du point de vue électrodynamique. En effet les mouvements respectifs des électrons et des ions positifs sous l'action d'un champ électrique y sont différents, ce qui rend possible la circulation de courants électriques.
Dans les régions de moyenne et basse latitude, les mouvements de marée de l'atmosphère neutre, créés par le cycle diurne du chauffage solaire, entraînent avec eux les particules chargées, créant ainsi un système de courants électriques horizontaux au niveau de la région E, dite encore région « dynamo ». Ce sont ces courants qui par le champ magnétique qu'ils créent sont responsables de la variation diurne du champ magnétique terrestre ainsi que l'avait suggéré Stewart. Au niveau de l'équateur magnétique, là où le champ magnétique est horizontal, la conductivité électrique se trouve très largement augmentée et un courant intense, l'électrojet équatorial, circule dans la direction[...]
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Écrit par
- Jean-Claude CERISIER : professeur à l'université de Paris-VI-Pierre-et-Marie-Curie
Classification
Médias
Guglielmo Marconi
Hulton Archive/ Getty Images
Formation d'une couche ionisée
Encyclopædia Universalis France
Altitude
Encyclopædia Universalis France
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AÉRONOMIE
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