3. Thermodynamique et électrodynamique de l'ionosphère
• Structure thermique de l'ionosphère
La principale source d'énergie de l'ionosphère est le rayonnement solaire. Lors d'une réaction d'ionisation, nous avons vu que l'électron créé, appelé photoélectron, est en général animé d'une grande énergie cinétique, égale à la différence entre l'énergie du photon incident et le potentiel d'ionisation de l'atome intervenant dans la réaction. Cette énergie, de l'ordre d'une dizaine d'électrons-volts, est perdue au cours des collisions, surtout avec les autres électrons appelés « électrons thermiques », mais aussi avec les particules neutres. Les électrons thermiques perdent leur énergie à leur tour par collision avec les ions et les particules neutres. La conductivité thermique du gaz d'électrons, importante dans la direction du champ magnétique terrestre, joue également un grand rôle dans l'équilibre thermodynamique de la population électronique. Quant aux ions, ils reçoivent de l'énergie des électrons thermiques et la cèdent aux particules neutres. Ces dernières jouent donc le rôle de réservoir de l'énergie thermique ; cependant, l'apport d'énergie par particule neutre est faible, car celles-ci sont beaucoup plus nombreuses que les particules chargées (mille fois plus à 300 km d'altitude). Ainsi, l'étude théorique des transferts d'énergie thermique entre les différents types de particules est étroitement liée aux phénomènes de collision. Le problème des interactions coulombiennes (entre particules chargées) est particulièrement intéressant. Les résultats, tant théoriques qu'expérimentaux, montrent qu'il existe au moins trois températures différentes dans l'ionosphère : la température électronique, la température ionique et la température des particules neutres. Il n'y a en général pas d'équilibre entre les différents types de particules mais un flux constant d'énergie provenant des électrons et aboutissant aux particules neutres.
Aux altitudes inférieures à 150 km, les températures électronique et ionique sont éga […]
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