IONOSPHÈRE

Variabilité spatiale et temporelle

Dans les chapitres précédents, nous avons décrit l'état permanent moyen de l'ionosphère et sa variation diurne. Cet état permanent est sujet à des variations souvent importantes, temporelles ou spatiales, régulières ou aléatoires.

Toutes les caractéristiques ionosphériques sont modulées par les trois périodes fondamentales du système Soleil-Terre : la variation diurne déjà évoquée, la variation saisonnière et le cycle solaire undécennal. Ces variations trouvent leur origine dans les variations du flux solaire incident sur l'atmosphère qui modifient non seulement le taux de photo-ionisation, mais aussi la répartition en altitude des constituants atmosphériques et leur structure thermique. Par exemple l'« anomalie d'hiver » aux latitudes tempérées est le fait que la densité au maximum de la couche F₂ à midi est nettement plus élevée en hiver local qu'aux autres saisons, bien que le Soleil soit plus bas sur l'horizon et l'intensité du rayonnement ionisant, par conséquent, plus faible. Cette contradiction apparente s'explique par les changements saisonniers dans la composition de la haute atmosphère, en particulier la concentration relative en oxygène atomique.

Les perturbations sporadiques de l'ionosphère sont variées, aussi bien dans leurs causes que dans leurs manifestations. Toutes trouvent cependant leur origine dans les phénomènes solaires. Au niveau ionosphérique, un effet important est le supplément d'ionisation résultant de l'arrivée de particules énergiques capables de créer par collision avec des molécules neutres une ionisation supplémentaire. Par exemple, lors d'une éruption solaire, des protons et des électrons avec des énergies de l'ordre du mégaélectron-volt sont capables d'augmenter considérablement l'ionisation de la région D dans les zones polaires, où le champ magnétique quasi vertical leur rend l'accès plus facile. Cette augmentation brusque se traduit souvent par une rupture des communications due à un fort accroissement de l'absorption des ondes radioélectriques.

Plus complexe, et sujet actif de recherche, est le mécanisme par lequel des particules d'énergie moyenne (de 1 à 100 keV) et stockées dans la magnétosphère peuvent « précipiter » au niveau de la région E dans les régions dites « aurorales », c'est-à-dire deux couronnes situées au voisinage de 70⁰ de latitude nord et sud. S'il est admis que le Soleil, par l'intermédiaire du champ magnétique interplanétaire, joue le rôle de déclencheur, la chaîne des mécanismes intermédiaires recèle encore beaucoup d'incertitudes.

Les perturbations ionosphériques dans la région E aurorale se traduisent également par une modification de la conductivité électrique qui, associée à une augmentation de la force électromotrice d'origine magnétosphérique, modifie les courants électriques et donc aussi le champ magnétique que mesurent les observatoires situés au sol, d'où le nom d'« orages magnétiques » donné à certains types de perturbations. L'effet Joule lié à la dissipation des courants ionosphériques intenses dans la région E aurorale représente une source d'énergie localisée importante. Cette énergie se redistribue ensuite vers la haute atmosphère neutre et vers les autres régions du globe.