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L’ionosphère diurne

La Terre a une première caractéristique importante : elle possède une atmosphère, dont les principaux composants sont l’oxygène et l’azote moléculaires (c’est à dire deux atomes d’oxygènes ou d’azotes liée entre eux chimiquement) entre 80 et 105 km. Au-dessus de 200 km et jusque vers 600 km, l’oxygène atomique devient le composant majoritaire, les minoritaires étant l’hydrogène, l’hélium, l’argon et l’azote atomique. Les concentrations totales typiques sont un million de milliards de particules par mètre cube à 400 km et cent milliards de milliards de particules par mètre cube à 80 km. Est-ce beaucoup ? Non, c’est l’espace ! Par comparaison, l’air que nous respirons contient quelques milliards de fois plus de particules dans le même volume. La température est d’environ 200 K à 90 km et augmente jusqu’à 1000 K environ à 400 km. C’est pourquoi on qualifie cette partie d’atmosphère neutre de thermosphère.

Les photons dans l’E.U.V. décrits ci-dessus possèdent des énergies supérieures aux seuils d’ionisation des différents constituants atmosphériques (ces seuils sont tous de l’ordre de 10 eV). C’est à dire qu’ils sont susceptibles de casser atomes et molécules, et arracher un (parfois deux) électron périphérique : c’est une ionisation. Les excitations sont également un processus d’absorption des ultraviolets, si bien que notre atmosphère constitue un véritable filtre pour ces rayons, mortels pour les hommes.

La partie ionisée de l’atmosphère est appelée ionosphère. On y distingue entre autre deux régions, appelées E et F. Dans la première, entre 80 et 140 km approximativement, les ions sont principalement moléculaires et les températures des électrons et des ions sont proches l’une de l’autre. La concentration des électrons atteint quelques cent milliards par mètre cube à 110 km environ (cent millions de fois plus petite que celle du gaz neutre).
La région F quant à elle est divisée en 3 parties : entre 140 et 200 km (région F1), il y a transition entre les ions moléculaires et les ions atomiques. La région F2, au-dessus de 250 km, est celle du second maximum de concentration d’électrons. Il n’y a qu’un ion abondant, l’oxygène atomique ionisé une fois (c’est à dire ayant perdu un électron). Au-dessus de la région F2 se trouve la région F supérieure, avec une transition entre l’oxygène ionisé et les ions plus légers d’hydrogène ou d’hélium. Au-dessus de 300 km, la concentration devient si faible que les collisions entre particules sont en nombre négligeable pour décrire la dynamique de cette partie de l’atmosphère. La température des électrons est à peu près 1400 K à 400 km alors que la température des ions atteint "seulement" 1100 K à la même altitude.

Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG)