AÉRONOMIE

L' aéronomie a pour objet l'étude des régions atmosphériques où les phénomènes de dissociations moléculaires et d'ionisation sont importants. Cette définition s'applique aussi bien à l'atmosphère terrestre qu'aux atmosphères planétaires. Le mot aéronomie fut imaginé par Sidney Chapman (1888-1970) et fut adopté lors de l'assemblée générale de l'Union internationale de géodésie et de géophysique à Rome, en 1954, lorsque l'Association internationale de magnétisme et d'électricité atmosphérique devint l'Association internationale de géomagnétisme et d'aéronomie. Toutes ces organisations non gouvernementales ont pour objet de favoriser l'établissement de programmes de recherche internationaux ainsi que les échanges d'information entre les scientifiques. L'aéronomie est avant tout une science multidisciplinaire dans laquelle la physique, la chimie, la mathématique et la technologie spatiale ont chacune une place appréciable.

Nomenclature aéronomique

Toute atmosphère planétaire peut être divisée en plusieurs régions caractérisées par un état dynamique et une distribution verticale de la pression et de la température. Une première nomenclature (moins utilisée) est fondée sur les variations de la pression atmosphérique avec l'altitude et distingue l'homosphère, l'hétérosphère et l'exosphère. Pour l'atmosphère terrestre (fig. 1), la distribution verticale de la pression indique clairement un changement de pente aux environs de 100 km d'altitude. Dans les cent premiers kilomètres, la pression diminue pratiquement d'un facteur 1 000 000, alors qu'aux altitudes supérieures la diminution est nettement moins forte. Ce comportement différent est directement lié au régime dynamique de l'atmosphère. Dans l'homosphère, les constituants principaux de l'atmosphère (azote moléculaire 78 p. 100, oxygène moléculaire 21 p. 100, argon 1 p. 100) restent parfaitement mélangés. Même si leurs concentrations diminuent avec l'altitude, leurs abondances relatives ne sont pas modifiées. Les phénomènes de brassage, tels que les vents, la convection et la turbulence, sont suffisamment rapides et importants pour que la composition volumique des constituants reste constante avec l'altitude. Notons, dès à présent, que des situations très différentes se rencontrent pour les constituants minoritaires tels que l'ozone, la vapeur d'eau, les composés azotés ou chlorés. La constance de la composition volumique des constituants principaux cesse à une altitude de l'ordre de 100 km, appelée homopause ou turbopause. Ce dernier terme est souvent utilisé pour caractériser l'altitude à partir de laquelle les phénomènes de turbulence ne sont plus suffisamment efficaces pour assurer un mélange parfait. Dans l'hétérosphère, les constituants principaux peuvent se séparer sous l'effet de la diffusion moléculaire dans le champ de la pesanteur terrestre. Les constituants plus légers, tels que l'oxygène atomique, l'hélium et l'hydrogène atomique, diffusent plus facilement vers le haut, car la turbulence n'est plus suffisamment forte. Dès lors, la diffusion moléculaire entraîne une variation en altitude de la composition volumique. C'est une des raisons pour lesquelles la pression décroît moins vite dans l'hétérosphère. Finalement, au-delà d'une altitude variable avec l'activité solaire, la concentration des constituants atmosphériques devient si faible que les collisions entre particules sont pratiquement négligeables. Cette région est appelée exosphère ; les particules y suivent des trajectoires paraboliques, elliptiques ou hyperboliques dans le champ de la pesanteur.

Une seconde nomenclature (fig. 2) est fondée sur la distribution verticale de la température[...]