ÉTUDE DU PLASMA IONOSPHÉRIQUE PAR LA DIFFUSION D UNE ONDE RADIOÉLECTRIQUE ET UTILISATION DE CE PLASMA COMME CHAMP

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1 ÉTUDE DU PLASMA IONOSPHÉRIQUE PAR LA DIFFUSION D UNE ONDE RADIOÉLECTRIQUE ET UTILISATION DE CE PLASMA COMME CHAMP D EXPÉRIENCE H. Carru, G. Lejeune To cite this version: H. Carru, G. Lejeune. ÉTUDE DU PLASMA IONOSPHÉRIQUE PAR LA DIFFU- SION D UNE ONDE RADIOÉLECTRIQUE ET UTILISATION DE CE PLASMA COMME CHAMP D EXPÉRIENCE. Journal de Physique Colloques, 1968, 29 (C3), pp.c3-63-c3-65. < /jphyscol: >. <jpa > HAL Id: jpa Submitted on 1 Jan 1968 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

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3 JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C 3, supplément au no 4, Tome 29, avril 1968, page C 3-63 B. - DECHARGES ET DIVERS PLASMAS DE L'ENVIRONNEMENT TERRESTRE L. O. STOREY Groupe de Recherches Ionosphériques, 94 - Saint-Maur-des-Fossés. Exposé oral, non publié. ETUDE DU PLASMA ION0 SPHÉRIQUE PAR LA DIFFUSION D'UNE ONDE RADIOÉLECTRIQUE ET UTILISATION DE CE PLASMA COMME CHAMP D'EXPÉRIENCE par H. CARKU, G. LEJEUNE Centre National d'etudes des Télécomniunications Département R. S. R., Issy-les-Moulineaux Résume. - La diffusion d'une onde radioélectrique par le plasma ionosphérique permet de mesurer la densité électronique, les températures électronique et ionique, la composition ionique et la fréquence de collision ionique. Ce milieu peut également être utilisé comme domaine d'expérimentation. Abstract. - Scattering of a radio wave by the ionospheric plasma allows one to measure electron density, electron and ion temperatures, ion composition and ion collision frequency. This medium may also be used as a field for experiments. Diffusion d'une onde radioélectrique par le plasma ionosphérique [Il. - Ce bref aperçu est limité aux aspects observables avec le dispositif du C. N. E. T. Le phénomène élémentaire est le faible rayonnement des électrons mis en oscillation par le champ électrique de l'onde. Si ces électrons étaient répartis uniformément la somme de leurs rayonnements serait nulle. En fait il y a toujours des fluctuations et en calculant le champ total reçu en un point compte tenu de la phase, on montre très facilement qiie la puissance est proportiorinelle à la densité électronique moyenne et le chanip à la composante de Fourier spatiale de la densité électronique de vecteur d'onde ki - k, où k, et k, sont les vecteurs d'onde incident et diffusé. Les longueurs d'onde auxquelles on sait actuellement produire une puissance suffisante pour observer le phénomène étant supérieures à la longueur de Debye dans l'ionosphère, le plasma peut présenter un aspect collectif et une contribution évidente à cette composante de Fourier est fournie par les ondes de plasma pseudo-sonores et électroniques de fréquences f, et f,. Ces ondes modulant le signal en amplitude, le spectre de celui-ci comprend deux raies à J'+_ f, où f est la fréquence émise, et deux raies à f & f,. Les raies à f + fs sont les plus faciles à mesurer. Elles n'existent que si la longueur d'onde est très Article published online by EDP Sciences and available at

4 C3-64 H. CARRU, G. LEJEUNE inférieure au libre parcours moyen des ions. Lorsque les températures électronique et ionique sont égales elles se fondent pratiquement en une seule raie dont la forme permet de déduire la température commune et la composition ionique. Les deux raies s'individualisent quand les températures sont différentes, ce qui permet de mesurer les deux températures. Si la longueur d'onde utilisée est nettement supérieure au libre parcours moyen des ions, les collisions interviennent pour rétrécir et modeler le spectre. Application à l'étude de l'ionosphère. - Elle s'est effcctuée dans plusieurs laboratoires américains, canadien, britannique avec émission et réception au même point. D'après une suggestion du Docteur Storey, le C. N. E. T. utilise [2] à la réception le radiotélescope de Nançay (Cher), prêté à temps partiel par l'observatoire de Paris-Meudon, et effectue l'émission à 300 km au sud au moyen d'une antenne de 100 x 20 mètres utiles et d'un émetteur de 75 kw fonctionnant en ondes entretenues à 935 MHz. L'essentiel des résultats est tiré du spectre ionique. On détermine entre 500 et 100 km la densité électronique, les températures électronique et ionique. Dans la zone de 205 à 140 km où l'on passe de l'ion 0" aux ions 02, NO', l'interprétation est rendue' plus difficile car une variation de composition ionique produit sur le spectre un effet très semblable à une variation de température. On calcule à chaque altitude les températures correspondant à quelques compositions ioniques supposées. Par les deux ensembles de points obtenus on trace pour les deux températures deux courbes régulières reliant les zones des ions uniques et passant à chaque niveau au voisinage de points de même composition ionique dont l'ordre de grandeur est ainsi déterminé. En dessous de 110 km le spectre ionique permet de mesurer la fréquence de collision ionique et par suite la densité des neutres qui fixent essentiellement cette fréquence ; une analyse spectrale plus fine permettra sans doute de tester les divers termcs utilisables dans l'équation de Boltzmann pour prendre en compte ces collisions 131. Les raies électroniques sont observables de jour lorsqu'elles sont renforcées par des photoélectrons d'énergie supérieure à l'énergie thermique. La variation de la fréquence de plasma, dans le temps et sur Sintervalle de hauteur où s'effectue la mesure, rend difficile une interprétation plus détaillée. Alri~udc (km) C 30 JUFIE U.T.

5 ÉTUDE DU PLASMA ZONOSPH~RIQUE C3-65 L'ensemble des résultats obtenus recoupe suffisamment les mesures effectuées sur i'ioi~osphère par d'autres méthodes pour légitimer le traitement microscopique de la diffusion. Exemple d'utilisation de l'ionosphhre comme champ d'expérience. - Bien que les parambtres de l'ionosphère soient assez variables sur toute sa hauteur, il est assez facile, par exemple au moyen de l'expérience ci-dessus, d'en découper des tranches homogènes d'épaisseur grande, en particulier, par rapport à la longueur de Debye, aux rayons de giration et aux libres parcours moyens des charges, avec des conditions aux limites très graduelles. Aussi le piasma ionosphérique peut-il également être utilisé comme domaine d'expérimentation ; un exemple est fourni par I'ex- périence effectuée en collaboration avec le Laboratoire de Physique des Plasmas de la Faculté des Sciences d'orsay et le Dtparternent de Physique AppliquCe de la C. S. F. à Corbeville. Une onde de 6 MHz, dans la région de l'ionosphère où sa fréquence est de l'ordre de la fréquence de plasma renforce les oscillations électroniques qui donnent naissance aux raies de plasma observées par la méthode ci-dessus. Bibliographie Cl] FHER (J. A.) Can. J. Phys., 1960, 38, DU CASTEL (F.), CARRU (H.), PETIT (M.), WALDTEU- FEL (P.) Onde klectr., 1966, 468, 281. [3] WALDTEUFEL (P.) Attn. Gkophys., 1965, 21, 106.