IONOSPHÈRE

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Théories de la formation de l'ionosphère

Si Balfour Stewart, dès 1882, prévoyait l'existence d'une couche conductrice dans la haute atmosphère pour expliquer la variation diurne du champ magnétique terrestre observée au sol, il fallut attendre encore vingt ans pour que Arthur Kennelly et Oliver Heaviside reprennent cette idée en vue d'interpréter la première liaison hertzienne entre l'Europe et l'Amérique effectuée par Guglielmo Marconi : cette couche conductrice joue le rôle de réflecteur pour les ondes radioélectriques et permet la transmission sur de grandes distances malgré la courbure de la Terre.

Guglielmo Marconi

Guglielmo Marconi

Photographie

Le physicien et inventeur italien Guglielmo Marconi (1874-1937) et le récepteur de télégraphie sans fil qu'il est venu installer à Terre-Neuve. Il y capte, en 1901, les premiers signaux émis de l'autre côté de l'Atlantique (3 400 km), à Poldhu (Cornouailles). 

Crédits : Hulton Archive/ Getty Images

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La théorie de la propagation des ondes radioélectriques dans un milieu ionisé (plasma) ne fut développée que beaucoup plus tard par Edward Appleton et Douglas Hartree (1931), confirmant l'interprétation de Kennelly et Heaviside.

À la même époque, Sidney Chapman proposa une théorie qui, bien que très simplificatrice dans ses hypothèses, permet de comprendre le mécanisme de la formation des couches ionisées. Le taux de production de l'ionisation est proportionnel d'une part à l'intensité du rayonnement, d'autre part à la concentration en particules neutres susceptibles d'absorber ce rayonnement. Ces deux facteurs varient en sens inverse avec l'altitude ; plus le rayonnement solaire pénètre dans l'atmosphère, plus il est absorbé ; son intensité croît en même temps que l'altitude, tandis que la densité atmosphérique diminue très rapidement quand l'altitude augmente. Il en résulte un maximum du taux de production de l'ionisation situé à une altitude intermédiaire. Sa position dépend de l'angle zénithal du Soleil. Chapman détermine ensuite la forme de la couche ionisée en égalant cette fonction de production à une fonction de perte dont l'expression dépend du mécanisme de disparition de l'ionisation considéré : recombinaison des électrons avec les ions positifs pour donner une particule neutre ou attachement des électrons sur une particule neutre pour donner un ion négatif. Il obtient ain [...]

Formation d'une couche ionisée

Formation d'une couche ionisée

Dessin

Principe de la formation d'une couche ionisée par interaction entre le rayonnement solaire et l'atmosphère. Le taux de production est proportionnel à l'intensité du rayonnement et à la densité de la matière ionisable. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Guglielmo Marconi

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Pour citer l’article

Jean-Claude CERISIER, « IONOSPHÈRE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 mars 2020. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/ionosphere/