Les orages à l’origine d’un échappement de la haute atmosphère terrestre

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DEMETER : Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions

Des chercheurs du LPC2E (OSUC-CNRS/Université d’Orléans) et de l’IRAP (OMP-CNRS/Université Paul Sabatier Toulouse 3) viennent d’observer pour la première fois d’importantes perturbations de densité de la haute atmosphère terrestre du plasma ionosphérique au dessus d’orages atmosphériques très intenses. Les chercheurs ont utilisé le satellite DEMETER, premier des micro-satellites scientifiques développés par le CNES 1. Ces résultats sont parus dernièrement dans le Journal of Geophysical Research.

Pour arriver à ce résultat, les chercheurs ont effectué des mesures du champ électromagnétique dans une large gamme de fréquence et analysé le milieu ionisé (à l’aide d’un détecteur de particules, d’un analyseur de plasma et d’une sonde de Langmuir). Des études sur les effets de l’activité orageuse ont été entreprises car des bouffées d’ondes provoquées par les éclairs d’orage sont couramment observées pendant la nuit à l’altitude du satellite. En étudiant le plasma, il a été découvert que lorsque l’activité orageuse est très importante elle peut créer des augmentations de densités ionique et électronique de l’ordre de 130% à 650 km d’altitude. Les éclairs les plus intenses sont en outre généralement associés à des phénomènes lumineux transitoires appelés « sprites ». Un événement orageux avec de nombreux « sprites » observés par une caméra au sol le 17 novembre 2006 dans le sud de la France a été plus particulièrement étudié avec DEMETER. Il a ainsi été possible de montrer que les éclairs induisent une précipitation d’électrons énergétiques des ceintures de radiation qui atteignent des altitudes de 70-100 km où ils chauffent localement le gaz d’électrons. Ces électrons chauffés peuvent alors s’échapper hors de la haute atmosphère en entraînant les constituants plus lourds, comme l’oxygène. Cette chaîne de processus qui conduit au gonflement de la très haute atmosphère et au couplage avec l’ionosphère a ainsi été mise en évidence pour la première fois.

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Données enregistrées par le satellite DEMETER le 30 Juin 2005 quand il passe au-dessus d’un orage entre 14:27 et 14:33 TU. Le panneau du haut représente le spectrogramme d’une composante du champ électrique entre 0 et 20 kHz. L’intensité du signal est codée en couleur suivant l’échelle à droite. Chaque trait vertical correspond à une onde due à un éclair atmosphérique qui s’est propagée jusqu’à l’altitude du satellite. Le panneau du bas montre la variation de la densité de l’ion O+ (les densités des autres ions sont beaucoup plus faibles). On peut constater une augmentation de la densité ionique au moment où l’intensité des ondes est la plus importante. Les informations au bas de la figure donnent le temps universel, le temps local, les latitudes et longitudes géographiques, et le paramètre de McIlwain L qui est lié au champ magnétique. Crédits : Parrot et al.

Ces recherches permettent de préparer au mieux la mission TARANIS 2 dédiée à l’étude des phénomènes transitoires énergétiques observés au dessus des orages atmosphériques.

Note(s): 

DEMETER (Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions) : Il a été lancé en 2004 sur une orbite polaire, héliosynchrone, et circulaire d’altitude 650 km (http://smsc.cnes.fr/DEMETER/Fr/)

L’objectif principal de la mission TARANIS, qui sera lancée en 2016, est l’étude des phénomènes transitoires qui sont observés au dessus des orages atmosphériques. Ces phénomènes comme les « sprites » résultent d’un couplage entre l’atmosphère et l’ionosphère Ils ont lieu entre 20 et 100 km d’altitude. L’étude sera étendue aux précipitations et accélérations transitoires d’électrons énergétiques, que ces électrons soient directement liés ou non à ces phénomènes optiques. Les partenaires principaux sont le LPC2E, le CEA, l’IRAP, le LATMOS, l’APC et des laboratoires étrangers en République Tchèque et en Pologne ( http://smsc.cnes.fr/TARANIS/Fr/).

Pour en savoir plus: 

Une actualité sur le sujet :  http://www.insu.cnrs.fr/environnement/atmosphere/des-decharges-electriques-lumineuses-geantes-observees-au-dessus-d-un-orage

Un film : http://videotheque.cnrs.fr/index.php?urlaction=doc&id_doc=2851&rang=12

Source(s):  Parrot et al., Ionospheric density perturbations recorded by DEMETER above intense thunderstorms, Journal of Geophysical Research/Space Physics, 118, 2013.

Contact(s) IRAP : Jean-André Sauvaud,

Auteur : CNRS INSU

Date : 17/09/20132013/09/17

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