ENSM-SE / processus naturels / terre_ronde
L’enveloppe
gazeuse de
le
couple atmosphère – hydrosphère
Stratification
électromagnétique de l'atmosphère
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cours 
(ppt)
On distingue communément
3 strates :
1)
neutrosphère ;
2)
ionosphère ;
3)
magnétosphère
1 - La neutrosphère et l’ionosphère
Il
aura fallu attendre 1901 et les expériences de transmissions radio à longue
distance de G. Marconi pour déceler l’existence de couches conductrices
dans l’atmosphère. Comment l’onde radio pouvait-elle suivre la courbure
terrestre ? O Hearside émit l’hypothèse que les ondes devaient être guidées
entre l’océan d’une part et une couche suffisamment conductrice dans
l’atmosphère pour les piéger d’autre part.
L’air
des 70 premiers Km de l’atmosphère n’est pas conducteur, on appelle cette
couche basse la neutrosphère. Au-delà commence l’ionosphère. A cette altitude
la quantité d’ions et d’électrons libres arrachés par les UV courts et le
rayonnement X solaire est suffisante pour rendre l’atmosphère conductrice. Dans
le champ d’une onde radio, les électrons oscillent et réémettent cette onde. La
densité croissante d’électrons avec l’altitude a pour effet d’incurver, et
finalement de réfléchir cette onde radio vers
1 - la région D, située vers 80-
2 - la région E, située aux alentours de
3 - les régions F1 et F2, situées vers 180 et
Dans
l’ionosphère, l’atmosphère n’est que très partiellement ionisée, et les
phénomènes qui s’y passent sont encore largement du domaine de la
physico-chimie des espèces neutres.
La
limite entre l’ionosphère et la magnétosphère se situe autour du millier de Km.
A cette très haute altitude, l’atmosphère est très fortement ionisée et l’on
entre dans le domaine du plasma. Il s’agit d’un plasma à faible densité composé d’électrons et d’ions, dont l’origine
est double :
1
- une partie de ce plasma d’origine terrestre,
est dite ionosphérique ; rappelons
que cette altitude nous situe dans l’exosphère, sous l’influence des X et UV
solaire qui transforment les molécules atmosphériques en ions plus électrons
;
2
- une partie de ce plasma provient de la
capture de particules du vent solaire
par le champ magnétique terrestre au niveau de la magnétopause, qui correspond
à la région de reconnexion des champs magnétiques solaires et terrestres, (Chp.
3 Fig. 28).
Les
particules de vent solaire qui se déplacent dans l’ionosphère subissent
l’influence du champ magnétique terrestre, qui est Nord-Sud. Par conséquent, Les électrons du plasma solaire sont déviés
dans vers l’est (Fig. 24) et
inversement, les ions positifs sont
déviés vers l’ouest. Ils vont rejoindre le feuillet de plasma de la queue
magnétosphérique (fig. 27, Chp. 3).
Deux
types de courants électriques prennent naissance avec cette capture
(fig. 24):
1 -un courant Ouest-Est dans le feuillet de plasma du plan équatorial magnétique ;
2 -un courant aligné sur les lignes du champ magnétique terrestre (électrons
spiralant autour des lignes de champ), passant par le vortex, qui rejoint ainsi
l’ionosphère proche de la surface terrestre au niveau de l’ovale auroral.
Les électrons spiralant autour des lignes de champ décrivent un
mouvement en hélice dont le pas diminue avec l’augmentation de l’intensité du
champ en se rapprochant de la surface de la Terre. Le pas de l’hélice finit par
s’annuler, puis il s’inverse, conduisant l’électron à rebondir en quelque sorte
en suivant la ligne de champ pour rejoindre la magnétopause en direction du
pôle magnétique opposé. En temps ordinaire, le pas devient nul au-dessus de
l’ionosphère. Les protons, plus massiques, sont beaucoup plus freinés, et
l’intensité du courant correspondant est beaucoup moins forte.
C’est le même phénomène qui
piège des électrons et des protons à très haute énergie, sur deux ceintures
situées à une distance de 1 rayon terrestre pour la première, et 3 à 5 rayons
terrestres pour la seconde. Alignés sur des lignes du champ magnétique
(dipolaire) quasi non déformé par le vent solaire, ces particules rebondissent
entre pôle Nord et pôle Sud. Cette zone reconnue en 1958 par le satellite
Explorer I porte le nom de son découvreur, J.A. Van Allen
Le champ magnétique issu de
la couronne solaire est constamment variable en intensité et en direction, ce
qui rend la reconnexion instable, souvent complexe mais parfois aisée, lorsque
les lignes du champ solaire sont orientées Nord-Sud, comme les lignes du champ
terrestre.
Les aurores polaires (quasi
symétriques, Fig. 25a) apparaissent lors de captures abondantes de
particules de vent solaire. Des flots d’électrons pénètrent alors l’ionosphère
et descendent plus bas dans l’atmosphère plus dense de la Terre alors qu’ils ne
le devraient pas. Il semble que dans ces conditions, un champ électrique
particulier se met en place au-dessus de l’ionosphère. Ce champ temporaire
accélère les électrons qui parviennent ainsi jusqu’à la haute atmosphère, et
qui y déclenchent une avalanche d’ionisations d’atomes et de dissociations
moléculaires. Les couleurs vert-bleu et
rose ou pourpre sont dues aux désexcitations
respectives des oxygènes atomique et moléculaire (Fig. 25b), et de l’azote (Fig. 25c). Les
draperies prennent naissance dans la mésosphère, mais peuvent descendre
jusqu’au voisinage du sol, (de l’ordre du Km).
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