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Plus haut, au sommet de la stratosphère, vers 50 km d'altitude, la hausse de température est provoquée par la photodissociation des molécules par la lumière UV. Elle est accompagnée de réactions de recombinaisons chimiques qui libèrent leur énergie sous forme de chaleur. Ces réactions se produisent entre l'ozone et l'oxygène moléculaire. A ce niveau le rayonnement solaire UV peu pénétrant est totalement absorbé. Bien que l'air se raréfie, la température ambiante peut atteindre 0 à 27°C à hauteur de la stratopause. La température retombe ensuite dans la mésosphère pour atteindre un minimum de -83 à -123°C à la limite de la mésopause (~85 km).
L'absorption atmosphérique est divisée en quatre catégories de phénomènes, discrets (continus) ou quantifiés selon leur nature : - Ultraviolet : les molécules sont ionisées et se brisent (discret) - Visible : changement de configuration électronique (quantifié) - Infrarouge : changement d'état de vibration des molécules (quantifié) - Microonde : changement d'état de rotation des molécules (quantifié) Nous connaissons tous l'absorption UV (photodissociation) entre 200-300 nm qui contribue à la destruction de la couche d'ozone et à l'augmentation des cancers et l'absorption infrarouge (transition vers un état de vibration) qui donne lieu à l'effet de serre. On y reviendra dans les articles consacrés à la Terre et aux questions d'écologie. Si l'atmosphère terrestre peut ainsi être divisée en plusieurs régions suivant la distribution verticale de la température, il s'avère que d'autres modifications résultent de cette variation de température. Tant que la composition de l'air reste homogène nous nous trouvons dans l'homosphère. Lorsque les proportions des différents éléments change nous entrons dans l'hétérosphère. L'hétérosphère
A mesure qu'on s'élève dans l'atmosphère, la densité de l'air diminue et à l'altitude de 250 km on n'atteint plus qu'un milliard d'atomes par cm3. A 800 km d'altitude leur nombre chute d'un facteur mille. Les chocs entre atomes devenant peu nombreux ceux-ci peuvent parcourir des distances supérieures à 100 km sans entrer en collision. Ceci explique pourquoi certains atomes atteignent la vitesse de 11 km/s et, comme c'est le cas pour l'hélium, animés de la vitesse de libération ils peuvent s'affranchir de l'attraction terrestre et s'échappent définitivement dans l'espace interplanétaire. Cette région où les collisions ne font plus obstacle à la libération des atomes s'appelle l'exosphère. L'ionosphère L'ionosphère est la région de l'atmosphère située entre la mésosphère et la thermosphère et qui offre la propriété de réfléchir les ondes radios. Comment se forme-t-elle ? L'atmosphère est constituée de gaz. Suite à l'activité plus ou moins intense du rayonnement solaire UV extrême (UVE) sur les atomes et les moléculaires d'air, par photoionisation durant le cycle diurne ces éléments vont s'ioniser et perdre un ou plusieurs électrons. Bien que les ions résultants soient chargés électriquement, ils sont trop lourds pour réagir rapidement aux oscillations des ondes radios. En revanche, les électrons libérés durant ce processus sont en moyenne 20000 fois plus légers que les ions et assurent la réflexion des ondes radios vers le sol. La nuit cependant, les atomes et les molécules se recombinent partiellement, permettant au cycle de photoionisation de recommencer le lendemain sous l'action du Soleil. Grâce aux découvertes d'Appleton et consorts au milieu des années 1920, nous savons que l'ionosphère se divise en trois couches principales qui se situent grosso-modo entre 90 et 300 km d'altitude dont les propriétés radioélectriques sont étonnantes. Si le sujet vous intéresse je vous propose de lire cet article sur la propagation radio rédigé en anglais (en vous aidant du traducteur dans le menu de gauche au besoin).
A consulter: Ionogramme de l'activité ionosphérique (GIF animé de 635 KB) La couche D se situe à 90 km d'altitude mais elle peut descendre à 50 km lors des éruptions solaires. Sa densité n'atteint pas 15000 électrons/cm3 et est en moyenne cent fois moins dense que la couche F. Elle est connue pour absorber les ondes-courtes durant la journée et empêcher les communications à longue distance, mais heureusement elle disparaît la nuit. Elle reste malgré tout un obstacle majeur après les éruptions solaires chromosphériques car ces dernières provoquent indirectement une interruption totale des communications : ce sont les perturbations ionosphériques brusques. Dans la troposphère enfin, suite à des effets d'inversion de température (inversion thermique, anticyclone) les couches d'air, telles des couloirs aériens, peuvent guider les signaux radioélectriques. Lorsque les conditions sont exceptionnelles des liaisons avec les antipodes ont déjà été réalisées en VHF (vers 144 MHz). L'ionosphère subit également des variations indépendantes de la hauteur des différentes couches : des variations diurnes, journalières, saisonnières, en fonction de la latitude et, la plus importante, liée à l'activité solaire (émissions électromagnétique et de particules) qui évolue en suivant un cycle moyen de 11 ans (dernier maximum en 2000, dernier minimum fin 2006, prochain maximum attendu après 2010). Mais l’ionosphère nous réserve encore des surprises. A côté des éclairs de rayons gamma que l’on a détecté dans l’ionosphère, en 1994 le Geophysical Institute a découvert un autre phénomène tout à fait étonnant. Entre 75 et 95 km d’altitude des jets brillants surgissent au-dessus des nuages d’orage desquels ils s’échappent sous forme de filaments bleutés. Ce phénomène ne dure que deux ou trois millièmes de seconde. Les chercheurs pensent qu’il s’agit de bouffées d’ionisation dont l’origine est liée à l’activité ionosphérique. On y reviendra en détail dans le chapitre consacré à la Terre à propos des phénomènes lumineux transitoires où je vous présente quelques photos et séquences vidéos exceptionnelles. A lire : Un avion peut-il voler dans toute l'atmosphère ? Prochain chapitre
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