Orages magnétiques ?

 

Orage magnétique

Interaction des particules solaires avec la magnétosphère terrestre
Vue d'artiste

Un orage magnétique (syn. : tempête magnétique) provoque des fluctuations brusques et intenses du magnétisme terrestre liées aux variations de l'activité solaire. Les couches électriques dans l’ionosphère feraient varier l’intensité du champ magnétique terrestre entraînant de nombreux orages magnétiques.

Les principaux effets
  • Variation de la direction de l'aiguille d'une boussole ;
  • Fluctuations de l'intensité de l'induction magnétique terrestre, principalement la composante horizontale ;
  • Bruit électrique induit dans les câbles téléphoniques ;
  • Perturbations importantes de la propagation ionosphèrique des ondes radioélectriques ;
  • Apparitions des aurores polaires.

différents types

  • L'orage à début brusque (SSC : Storm Sudden Commencement) qui touche toutes les latitudes, plus intense pendant les maxima du cycle solaire et suivant les éruptions solaires (chromosphériques) de quelques dizaines d'heures, il est accompagné d'une intense émission de rayons ultraviolets affectant les couches ionosphériques D et E, s'ajoutant à des averses de protons rapides ;
  • l'orage à début progressif : d'intensité moyenne, aux conséquences plus localisées et se produisant souvent avec une certaine régularité correspondant à la période de rotation du Soleil sur lui-même.

La surveillance de l'activité solaire peut aider à prédire certaines perturbations dans la propagation des ondes dont les conséquences peuvent être graves pour les télécommunications, ainsi que l'incidence de ces orages sur la distribution de l'énergie électrique. En 1965, une énorme panne de courant avait plongé les habitants du continent Nord-Américain dans l’obscurité, soit 30 millions de personnes sur 200 000 km2. En 1989, c’est une panne de même origine qui a touché 6 millions de personnes au Québec [1] ; de plus les aurores polaires produites par cet orage furent visibles jusqu'au Texas [2].

 

 L'ionosphère est l’atmosphère supérieure d’une planète, en référence à son état de conductibilité électrique qui est caractérisé par une ionisation partielle des gaz. L’ionosphère terrestre comprend trois régions neutres, à savoir la mésosphère, la thermosphère et l’exosphère.

Généralités

Le rayonnement ultraviolet solaire qui est à l’origine de l’ionosphère réagit sur une partie des molécules atmosphériques en les amputant d’un électron. Un plasma est ainsi créé qui contient des nombres égaux d’électrons et d’ions positifs. L’électron qui est léger reçoit une vitesse considérable de façon que le gaz électronique obtient une température élevée (de l’ordre de mille kelvins) bien au dessus de celle des ions et des neutres. Il faut donc distinguer, en dehors de la température neutre, ces deux températures plasmatiques. Comme il y a plusieurs espèces d’ions la Composition ionique est un autre paramètre intéressant. Avec la densité électronique, qui est de première importance pour la Propagation des ondes radio, on a donc quatre paramètres caractérisant le plasma ionosphérique.

 

Description

La densité de l'air qui constitue l'atmosphère diminue à mesure que l'on s'éloigne de la surface du sol. À 60 km d'altitude, la pression de l'air n'est plus que de 2 Pa. L’atmosphère au-delà de 60 km agit comme filtre absorbant du rayonnement solaire, des rayons ultraviolets et X dont l’énergie est complètement absorbée dans la thermosphère. Ainsi la surface terrestre est protégée de ces rayons agressifs dont l’énergie se perd dans des réactions déchirant des molécules (dissociation) ou leur arrachant un électron (ionisation). La dissociation des molécules fait apparaître des atomes O (provenant de dioxygène O2) d’une part et N (de diazote N2) d’autre part. La plupart de ces derniers disparait par formation de molécules NO. Une partie non négligeable de tous ces composants neutres est ionisée de façon qu’il y a au milieu des neutres une population de différents ions et une autre d’électrons libres au même nombre total.

 

Étude de l'ionosphère

Le sondeur vertical est une sorte de radar dont la fréquence est variable entre 1 et 30 MHz. L'émetteur envoie des impulsions très brèves qui sont réfléchies à une altitude dépendant de la fréquence et de la densité électronique dans l'ionosphère. La mesure du temps séparant l'impulsion émise et la réception de l'écho permet de calculer l'altitude à laquelle s'est effectuée la réflexion. Le tracé de cette altitude (virtuelle) en fonction de la fréquence est un ionogramme. L’Union radio-scientifique internationale (URSI) a produit une instruction pour le dépouillement de tels enregistrements [3], traduite en chinois, français, japonais et russe et qui est suivie mondialement.

Depuis les années 1960, les satellites artificiels et sondes spatiales ont permis une meilleure compréhension in situ des phénomènes ionosphériques et les interactions avec la magnétosphère.

De plus, durant ces mêmes années s'est développée une nouvelle technique d'étude de l'ionosphère depuis le sol : la diffusion incohérente. Dans cette technique, une onde UHF (400 MHz à 1 GHz suivant les installations) de très forte puissance (plusieurs centaines de kW) est émise vers l'ionosphère où elle est diffusée dans toutes les directions par les électrons ionosphériques. La puissance reçue au sol en retour est très faible et nécessite de grandes antennes et un traitement du signal pour extraire les informations. Cette technique permet d'avoir accès à la composition de l'ionosphère, la température des ions, ainsi qu'aux vitesses de déplacement de ces ions (« vents ionosphériques »). Des sondeurs furent installés en France à Saint-Santin-de-Maurs avec trois récepteurs dont le radiotélescope de Nançay, en Grande-Bretagne à Malvern, aux États-Unis à Millstone Hill et Arecibo (Porto-Rico), au Pérou à Jicamarca, ainsi qu'en Russie. Les trois derniers ainsi qu'Eiscat, le sondeur européen implanté dans le Grand nord scandinave, sont toujours en activité.

Le 19 octobre 1954, dans la journée, un récepteur à bord d’une fusée française Véronique a enregistre des émissions Ondes moyennes de deux émetteurs distants (au sol) et a pu déterminer deux limites inférieures nettement marquées de la densité électronique à 72 km et 81 km d’altitude [4].

Un instrument [5] emporté par une fusée de la NASA a déterminé la frontière entre l'atmosphère et l'ionosphère durant des conditions aurorales à 118 km d'altitude[6]. (sur le trajet de cette fusée). Cette information pourrait être importante pour la compréhension du climat.

 http://fr.wikipedia.org/wiki/Ionosph%C3%A8re

 

Propagation des ondes radio

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

Les ondes radioélectriques ou ondes hertziennes sont des ondes électromagnétiques qui se propagent de deux façons :

  • dans l'espace libre (propagation rayonnée, autour de la Terre par exemple)
  • dans des lignes (propagation guidée, dans un câble coaxial ou un guide d'onde)

Le domaine des fréquences des ondes radio s'étend de 9 kHz à 3 000 GHz.

Intérêt de l'étude de la propagation des ondes radio

Il est essentiel de comprendre les principes de la propagation des ondes pour pouvoir prédire les chances et les conditions d'établissement d'une liaison radio entre deux points de la surface de la Terre ou entre la Terre et un satellite.

Cela permet par exemple :

  • Le calcul de la puissance minimale d'un émetteur de radiodiffusion afin d'assurer une réception confortable sur une zone déterminée ;
  • la détermination de la position d'un relais pour la radiotéléphonie mobile ;
  • l'estimation des chances d'établissement d'une liaison transcontinentale sur ondes courtes ;
  • l'étude des phénomènes d'interférence entre émetteurs ;
  • le calcul du champ électromagnétique à proximité d'un équipement d'émission (radar, relais, émetteur de télévision...) pour déterminer les risques encourus par la population se trouvant à proximité.

Le niveau du signal reçu à l'extrémité du parcours sera plus ou moins élevé donc plus ou moins exploitable en fonction de la fréquence d'émission, l'époque par rapport au cycle solaire, la saison, l'heure du jour, la direction et la distance entre l'émetteur et la station réceptrice, etc. L'étude des lignes de transmission et des phénomènes de propagation d'un signal dans une ligne peut aider à optimiser les câbles utilisés dans l'établissement d'un réseau de transmission ou pour l'alimentation d'une antenne.

 http://fr.wikipedia.org/wiki/Propagation_des_ondes_radio

 Le champ électrique de l'onde est, lui, inversement proportionnel à la distance : le champ est divisé par deux si on se trouve deux fois plus loin. Pour calculer le champ à une distance D de l'antenne, il est important de définir si E désigne l'amplitude maximale du champ, ou bien la valeur efficace du champ. Il faut également définir l'antenne : doublet électrique élémentaire, dipôle demi-onde, antenne isotrope, etc..

Si P est la puissance (non modulée) appliquée à un doublet électrique élémentaire, la valeur maximum du champ électrique E rayonné en un point situé à une distance D de cette antenne, perpendiculairement à l'antenne (sens du vecteur de Poynting), est donnée par la relation :

Eo=\frac{\sqrt{k P}}{D}~

avec k = 90

Eo en V/m ; P en W ; D en m.

(Voir bibliographie : Goudet)

Ainsi, une puissance de 10 W appliquée à ce doublet produira un champ d'amplitude maximum de 1 mV/m à une distance de 30 km, ce qui, en radioélectricité, n'est pas un champ négligeable.

Si on considère non plus un doublet électrique élémentaire (qui n'a pas d'existence réelle) mais un dipôle demi-onde, le coefficient k sera égal à 98. Si on considère une antenne isotrope (voir ci-dessous), alors k = 60.

 

Effet Faraday

Lorsqu'une onde radio se propage dans un milieu ionisé, comme la ionosphère, sa direction de polarisation tourne. Pour cette raison, les télécommunications spatiales qui traversent la ionosphère utilisent une polarisation circulaire, afin d'éviter que l'onde reçue par l'antenne de réception n'ait une polarisation croisée avec cette antenne, ce qui produirait un évanouissement de la liaison.

Ondes kilométriques

Elles se propagent principalement à très basse altitude, par onde de sol. Leur grande longueur d'onde permet le contournement des obstacles. Pour une même distance de l'émetteur, le niveau du signal reçu est très stable. Ce niveau décroît d'autant plus vite que la fréquence est élevée. Les ondes de fréquence très basse pénètrent un peu sous la surface du sol ou de la mer, ce qui permet de communiquer avec des sous-marins en plongée.
Applications courantes : radiodiffusion sur Grandes Ondes (France-Inter, RTL...), diffusion des signaux horaires (horloges radio-pilotées)... La puissance de ces émetteurs est énorme : souvent plusieurs mégawatts pour obtenir une portée pouvant aller jusqu'à 1000 km.

Ondes hectométriques

Les stations de radiodiffusion sur la bande des Petites Ondes (entre 600 et 1500 kHz) ont des puissances pouvant aller jusqu'à plusieurs centaines de kilowatts. Elles utilisent encore l'onde de sol pour couvrir une zone ne dépassant guère une région française mais bénéficient après le coucher du soleil des phénomènes de propagation ionosphérique.

 

Ondes décamétriques

Les ondes courtes, bien connues des radioamateurs, permettent des liaisons intercontinentales avec des puissances de quelques milliwatts si la propagation ionosphérique le permet car l'onde de sol au-dessus de 2 ou 3 MHz ne porte guère au-delà de quelques dizaines de kilomètres. Entre 1 et 30 MHz, la réflexion des ondes sur les couches de l'ionosphère permet de s'affranchir du problème de l'horizon optique et d'obtenir en un seul bond une portée de plusieurs milliers de kilomètres. Mais ces résultats sont très variables et dépendent des modes de propagation du cycle solaire, de l'heure de la journée ou de la saison. Les ondes décamétriques ont cédé le pas aux satellites même si des calculs de prévision de propagation permettent de prédire avec une bonne fiabilité les heures d'ouverture, les fréquences maxima utilisables et le niveau du signal qui sera reçu.[1]

 

 Suite !!

 

 

 

 

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