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La propagation La propagation ionosph ionosphé érique rique Suite de la confére

La propagation La propagation ionosph ionosphé érique rique Suite de la conférence sur l’ionosphère du 28 mars 2008 Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER • L’ionosphère est la région la plus élevée de l’atmosphère terrestre, entre 80 et 1000 km. • En dessous de 100 km, elle est composée principalement de molécules d’oxygène et d’azote (couche D). • Au dessus de 150 km, elle est composée principalement d’oxygène atomique (couche F). • Entre les deux se situe une zone de transition (couche E). • La composition et la densité de l’ionosphère sont propices à une photo ionisation par le rayonnement solaire dans l’ultraviolet pour les couches E et F, et le rayonnement X pour la couche D. L L’ ’ionosph ionosphè ère re Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER Photo ionisation Photo ionisation • Processus d’ionisation Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER . . . . . . . . électrons de valence Noyau électron éjecté Rayonnement d’énergie : hv ≥eVi avec : h = constante de Planck v = fréquence du rayonnement (Hz) e = charge de l’électron Vi = potentiel d’ionisation de l’électron • L’énergie est transférée à l’électron sous forme d’énergie cinétique. Elle est d’autant plus élevée que la longueur d’onde (c / v) est petite. • Parallèlement à l’ionisation, s’effectue un processus de recombinaison d’autant plus important que la densité atmosphérique est élevée. • Sachant que le rayonnement est absorbé au fur et à mesure de sa pénétration dans l’atmosphère, il existe une région où les deux phénomènes s’équilibrent, et il se forme une couche avec l’ionisation qui décroît de part et d’autre d’un maximum. Pénétration du vecteur ionisant Densité de l’atmosphère Altitude Production d’ions Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER Variations de l Variations de l’ ’ionosph ionosphè ère re • L’ionisation des couches ionosphériques est fortement corrélée au flux solaire reçu par la Terre. • On distingue cinq types de variations : - Variations journalières dues à l’angle zénithal du soleil - Variations saisonnières dues à l’orbite elliptique de la Terre et à son inclinaison sur l’écliptique. Noter leurs inversions pour les deux hémisphères. - Variations cycliques dues aux cycles un décennaux de l’activité solaire. - Variations géographiques. - Perturbations liées à l’activité solaire à court terme. Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER Variations journali Variations journaliè ères res • Elles sont liées à l’angle zénithal du soleil au niveau des couches. • En un lieu, l’ionisation est maximum au midi solaire du lieu. • Après la disparition du soleil (nuit), l’ionisation cesse et les recombinaisons provoquent une diminution de la densité ionique. • Les recombinaisons étant importantes pour la couche D, celle-ci disparaît rapidement pendant la nuit. • La densité de la couche E baisse fortement, sans disparaître. • La couche F1 n’existe plus. • La couche F2 ne subit qu’une baisse modérée de son ionisation grâce à un échange d’ions avec la réserve que constitue la magnétosphère. • L’aube et le crépuscule sont des instants particuliers, car les effets du soleil se font sentir progressivement selon l’altitude des couches. Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER Variations saisonni Variations saisonniè ères et cycliques res et cycliques • Les variations saisonnières sont fonction de la position hélio- centrique de la Terre, ainsi que la distance Terre-Soleil. • Dans l’hémisphère Nord, en été, la distance maxi du soleil est contrebalancée par l’angle zénithal plus élevé, alors que les effets se conjuguent dans l’hémisphère Sud. • Les variations saisonnières affectent surtout la couche E et la couche F1 qui peut disparaître pendant l’hiver. • Les périodes d’équinoxe sont en général les plus perturbées. • Les variations cycliques sont liées aux cycles un décennaux de l’activité solaire, mesurée par le nombre de Wolf R (SSN). • L’augmentation d’activité se fait surtout sentir sur la couche F2 pendant la période hivernale (FoF2 + 65% en hiver et + 46% en été, pour R passant de zéro à 200) • Pour la couche E, l’augmentation de FoE n’est que de 21%. • L’effet sur la couche D est très faible. • Les effets du cycle solaire sont moins sensibles aux faibles latitudes R Ré épartition de l partition de l’ ’ionisation ionisation avec ses principales variations avec ses principales variations nuit jour F2 F1 E D 103 104 105 106 Densité électronique (électrons libres par cm3) Altitude en kilomètres 200 400 600 800 Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER max cycle solaire min cycle solaire 107 Latitudes moyennes Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER Perturbations ionosph Perturbations ionosphé ériques riques • PIDB (Perturbation Ionosphérique à Début Brusque) : Elle est provoquée par une éruption chromosphérique. L’arrivée de l’onde de choc provoque une diminution de densité de la couche F aux latitudes élevées et une augmentation aux faibles latitudes. Perturbations liées à l’activité solaire • PCA (absorption dans la calotte polaire) : Elle est le résultat de l’arrivée de protons solaires qui sont précipités dans les hautes latitudes, là où se referment les lignes de force du champ magnétique terrestre. L’absorption dans la couche D, du fait de l’augmentation de son ionisation, peut empêcher toute réflexion (black out radio). Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER Perturbations ionosph Perturbations ionosphé ériques riques • C’est une sorte de nuage ionosphérique à répartition hétérogène Couche sporadique Es • Son ionisation est due principalement à la formation d’ions métalliques d’origine météoritique. • Le nuage s’établit au niveau inférieur de la couche E (≈100 km) à cause de l’instabilité du plasma ionosphérique de cette couche (maximum de l’effet Hall qui apparaît lorsqu’il existe des champs magnétiques et électriques croisés. Normalement les champs électriques inhibent la formation de la couche Es). • La couche E sporadique est très liée aux variations journalières, saisonnières et géographiques. Elle apparaît régulièrement aux basses latitudes en milieu de journée. • La densité, maximale l’été, est augmentée par l’arrivée d’essaims de météorites (elle peut dépasser celle de la couche F, occultant les réflexions dans cette couche, et en entraînant pour les fréquences de la bande VHF). La propagation ionosph La propagation ionosphé érique rique • C’est un mode de propagation de champs électro- magnétiques (ondes hertziennes) à l’intérieur de l’atmosphère sur de grandes distances, grâce aux propriétés réflectives de la surface terrestre et de l’ionosphère. • Ce mode met en jeu la propagation des ondes hertziennes dans trois milieux différents : - l’air - le sol (au sens large) - l’ionosphère Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER L L’ ’onde hertzienne onde hertzienne • C’est la description comportementale de la propagation d’un champ électromagnétique décomposable en un champ électrique E et un champ magnétique H. • L’énergie transportée par l’onde se divise en parts égales entre le champ E et le champ H. Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER L L’ ’onde hertzienne est une onde plane onde hertzienne est une onde plane • Les vecteurs des champs E et H sont situés sur un même plan perpendiculaire à la direction de propagation et sont perpendiculaires entre eux. direction de propagation plan de l’onde H E Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER G Gé én né ération d ration d’ ’une onde hertzienne une onde hertzienne • Elle est produite par la circulation d’un courant électrique variable dans le temps. • On considère un courant à variation sinusoïdale de période T et de fréquence F = 1/T. • On considère une longueur d’onde λ qui est le quotient entre la vitesse de propagation de l’onde et la fréquence. Soit dans le vide (v = c) : • La longueur d’onde correspond à une distance de propagation pour laquelle les champs E et H retrouvent leurs mêmes valeurs instantanées. λ(m) = 3 × 108 F(Hz) Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER Polarisation d Polarisation d’ ’une onde hertzienne une onde hertzienne • La polarisation est définie par la direction du vecteur du champ E par rapport à la surface terrestre prise comme plan de référence. • On considère les polarisations linéaires, où les vecteurs E et H gardent un angle constant avec la référence au cours de la propagation. • On considère les polarisations elliptiques, où les vecteurs E et H tournent autour du plan de référence d’une manière synchrone avec la longueur d’onde. Radio-club F6KRK Conférence sur la propagation ionosphérique le 5 décembre 2008 par F5NB, Robert BERRANGER Polarisations lin Polarisations liné éaires aires uploads/Geographie/ propagation-iono.pdf