1.1 Physique des plasmas
3
Tableau 1.2
Altitude
km
Ions positifs
cm −3
Ions négatifs
cm −3
0.5
∼ 800
∼ 700
2
∼ 600
∼ 500
5
∼ 2500
∼ 2000
Les agents énergétiques à l’origine de ce faible niveau d’ionisation sont : les rayons
cosmiques, la radioactivité naturelle et les phénomènes d’électrisation atmosphérique, liés principalement aux processus triboélectriques ; ainsi que le reliquat de
rayonnement solaire ultraviolet dur présent à basse altitude. Cependant, les couches
basses de l’atmosphère ne constituent pas un plasma compte tenu de leur faible
niveau d’ionisation ; en effet, un tel niveau n’induit pas un comportement collectif, ni une réactivité significative. La physique de l’atmosphère relève donc de la
mécanique et de la thermique des fluides classiques. Par contre, à partir d’une altitude de l’ordre d’une centaine de kilomètres, le rayonnement ultraviolet du soleil
entretient une structure ionisée dont l’étude relève de la physique des plasmas : l’ionosphère. À une telle altitude, la densité de particules chargées atteint des valeurs
supérieures à plusieurs dizaines de milliers d’électrons et d’ions par centimètre cube ;
ces charges libres constituent la population à l’origine des propriétés électromagnétiques et physico-chimiques originales de ces couches de la très haute atmosphère.
Au-delà de l’ionosphère, c’est-à-dire à partir d’une altitude de l’ordre du millier de
kilomètres, s’étend la magnétosphère : un plasma magnétisé structuré par le champ
magnétique dipolaire terrestre et alimenté en espèces chargées par le vent solaire.
Le comportement de l’ionosphère est dominé par une forte réactivité chimique et
relève donc aussi de la physico-chimie des plasmas ; par contre, les phénomènes
électrodynamiques et magnétohydrodynamiques sont au coeur de la dynamique de
la magnétosphère.
Au-delà de la magnétosphère s’étend l’espace interplanétaire, rempli aussi par un
plasma : le vent solaire, issu des couches externes du soleil ; le soleil est aussi une
sphère de gaz ionisée structurée en différentes couches. Le tableau (1.3) présente
l’ordre de grandeur des caractéristiques (très variables) de densité électronique, n e ,
et de température électronique, T e , de ces différents plasmas spatiaux.
Tableau 1.3
Plasmas spatiaux ne
cm −3
Te
K
Ionosphère
10 3 − 10 6
10 2 − 10 3
Couronne Solaire
10 4 − 10 8
10 4 − 10 6
Vent Solaire
∼ 10 1/2
∼ 10 5
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
3
Tableau 1.2
Altitude
km
Ions positifs
cm −3
Ions négatifs
cm −3
0.5
∼ 800
∼ 700
2
∼ 600
∼ 500
5
∼ 2500
∼ 2000
Les agents énergétiques à l’origine de ce faible niveau d’ionisation sont : les rayons
cosmiques, la radioactivité naturelle et les phénomènes d’électrisation atmosphérique, liés principalement aux processus triboélectriques ; ainsi que le reliquat de
rayonnement solaire ultraviolet dur présent à basse altitude. Cependant, les couches
basses de l’atmosphère ne constituent pas un plasma compte tenu de leur faible
niveau d’ionisation ; en effet, un tel niveau n’induit pas un comportement collectif, ni une réactivité significative. La physique de l’atmosphère relève donc de la
mécanique et de la thermique des fluides classiques. Par contre, à partir d’une altitude de l’ordre d’une centaine de kilomètres, le rayonnement ultraviolet du soleil
entretient une structure ionisée dont l’étude relève de la physique des plasmas : l’ionosphère. À une telle altitude, la densité de particules chargées atteint des valeurs
supérieures à plusieurs dizaines de milliers d’électrons et d’ions par centimètre cube ;
ces charges libres constituent la population à l’origine des propriétés électromagnétiques et physico-chimiques originales de ces couches de la très haute atmosphère.
Au-delà de l’ionosphère, c’est-à-dire à partir d’une altitude de l’ordre du millier de
kilomètres, s’étend la magnétosphère : un plasma magnétisé structuré par le champ
magnétique dipolaire terrestre et alimenté en espèces chargées par le vent solaire.
Le comportement de l’ionosphère est dominé par une forte réactivité chimique et
relève donc aussi de la physico-chimie des plasmas ; par contre, les phénomènes
électrodynamiques et magnétohydrodynamiques sont au coeur de la dynamique de
la magnétosphère.
Au-delà de la magnétosphère s’étend l’espace interplanétaire, rempli aussi par un
plasma : le vent solaire, issu des couches externes du soleil ; le soleil est aussi une
sphère de gaz ionisée structurée en différentes couches. Le tableau (1.3) présente
l’ordre de grandeur des caractéristiques (très variables) de densité électronique, n e ,
et de température électronique, T e , de ces différents plasmas spatiaux.
Tableau 1.3
Plasmas spatiaux ne
cm −3
Te
K
Ionosphère
10 3 − 10 6
10 2 − 10 3
Couronne Solaire
10 4 − 10 8
10 4 − 10 6
Vent Solaire
∼ 10 1/2
∼ 10 5
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit