L'ionosphère

L'atmosphère est en permanence soumise au rayonnement ultraviolet, aux rayons X, aux particules solaires, et au rayonnement cosmique. Il en résulte une ionisation, c'est-à-dire une production d'ions et d'électrons. Au niveau du sol, la densité de l'ionisation est de l'ordre quelques milliers d'ions par cm3. Mais à partir de 60 km d'altitude on constate l'existence de régions à forte ionisation: c'est l'ionosphère. En plus des effets solaires, l'ionosphère subit aussi des effets diurnes, saisonniers et géographiques, liés à la variation de la distance zénithale du soleil, ainsi qu'un effet de longitude lié au champ magnétique terrestre. Les caractéristiques de l'ionosphère varient avec la latitude géomagnétique.

L'une des propriétés de l'ionosphère est sa capacité à absorber, réfléchir ou réfracter les ondes radio. La réflexion d'une onde dépend, entre autres, de sa fréquence et de l'état d'ionisation .

 

 

 

 

L'ionosphère est divisée en couches:
         la couche D, de 75 à 95 km du sol environ. Elle est plutôt perméable face aux ondes haute fréquence. Son ionisation est proportionnelle au flux solaire, elle se forme au lever du jour et disparaît aussitôt le soleil couché. Son absorption est inversement proportionnelle à la fréquence. Les signaux dans les bandes 160 et 80 mètres sont complètement absorbés au cours des heures d'ensoleillement, par exemple.
         la couche E, de 95 à 150 km du sol environ. C'est la couche la plus basse utilisée par les ondes radio pour s'y réfléchir. C'est une sorte de miroir utilisable sur ses deux faces, réfléchissant vers le haut et vers le bas. Elle apparaît dès l'aube et disparaît au coucher du soleil. Pendant l'été, des zones fortement ionisées peuvent apparaître pendant de courtes périodes de la journée, (de l'ordre de quelques dizaines de minutes à quelques heures). Elles affectent spécialement les fréquences supérieures à 30 MHz. On parle de "sporadique E" (ou Es).
         la couche F, de 150 à 400 km du sol environ. C'est la région ionisée utilisée pour des communications HF à longue distance. Elle s'ionise au lever du soleil, atteint rapidement son maximum pour diminuer progressivement au coucher et atteindre son minimum juste avant le lever du jour. Au cours de la journée, la région F se divise en deux :
                 la couche F1, de 150 à 200 km du sol environ. Sa présence est directement dépendante du lever et du coucher du soleil. Après le coucher, la couche F1 diminue fortement pour laisser la place à la couche F.
                 la couche F2, de 250 à 400 km du sol environ. C'est la couche la plus intéressante pour les communications HF. Elle permet des communications à plus de 1500 km en un seul bond.

Pour définir l'altitude et l'état des couches, on utilise des ionosondes. L'ionosonde est un radar à haute fréquence qui envoie des impulsions verticales courtes (environ 100 microsecondes) d'énergie par radio dans l'ionosphère. (les mesures sur la couche D se font plutôt par sondages obliques). Selon la fréquence de transmission et les caractéristiques des couches au moment de la mesure, les impulsions sont reflétées vers la terre. L'ionosonde mesure le temps écoulé entre la transmission et la réception des impulsions réfléchies. On en déduit l'altitude virtuelle de la couche de réflexion. Ces mesures se font sur différentes fréquences, généralement comprises entre 1 et 25 à 30MHz. Les données enregistrées constituent des "ionogrammes". L'ionogramme de la fréquence la plus élevée que la couche F2 de l'ionosphère refléchie verticalement est désigné par l'abréviation "foF2".

La fréquence au-dessus de laquelle il n'y a plus de réflexion est la "fréquence critique", l'onde traverse alors simplement la couche. La fréquence critique de la couche E est de l'ordre de 3 ou 4 MHz, celle de la couche F peut atteindre 10 MHz et plus en cas de très forte ionisation.

En utilisant les résultats des mesures des foF2 en différents points du globe, on peut dresser des cartes sur lesquelles on présente les zones homogènes selon les plus hautes fréquences réfléchies. De telles cartes sont disponibles sur les sites spécialisés, et sont mises à jour à des intervales de temps réguliers .

Carte dynamique des foF2 de la zone Atlantique Nord

par ips.gov.au (données IPS mise à jour toutes les heures.)

Carte ionosphérique de la zone atlantique nord

Une autre carte foF2

par Spage Weather.com mise à jour toutes les 5 minutes.

Pour plus d'informations et de détails : Near-Real-Time foF2 Map . Et si besoin de traduire : Traduction

La réfraction décroit quand la fréquence augmente. Il existe donc une fréquence limite , au-dessus de laquelle la réflexion n'est plus possible. Les signaux traversent alors l'ensemble des couches et se propagent dans l'espace. Cette fréquence limite est dénommée MUF (Maximum Usable Frequency). C'est la fréquence la plus élevée qui permet à un moment donné d'assurer une liaison radioélectrique par voie ionosphérique entre deux points donnés. La MUF est supérieure à la fréquence critique, du fait de l'angle d'incidence d'attaque.

Une limite inférieure dénommée LUF (Lowest Usable Frequency) est imposée par la nécessité de disposer d'un champ suffisant à la réception. Une liaison utilisant la voie ionosphérique ne peut donc être exploitée que dans une bande de fréquence entre la LUF et la MUF.

 

Carte dynamique de la MUF

par Spage Weather.com mise à jour toutes les 5 minutes.

On peut voir

- en bas de la carte:

  • la valeur du SSN, (mise à jour toutes les 30 minutes)
  • la valeur de l'indice A, (mise à jour toutes les 30 minutes)
  • la classe du flux solaire de rayons X,
  • la date et l'heure TU.

- sur la carte:

  • la position du soleil représenté par une étoile jaune,
  • les limites d'activité des aurores aux deux pôles matérialisées par les traits de couleur verte.
  • une zone grisée en pointillé gris, délimitée par les deux traits de couleur grise c'est un couloir dans lequel les conditions de propagation de certaines fréquences de la bande HF sont optimales. Le trait plein gris le plus près du soleil est la "ligne grise" de séparation jour/nuit. Le second trait plein gris correspond à la limite crépusculaire où le soleil se situe à 12° sous l'horizon.

Pour définir la MUF sur un parcours de 3000 km, prendre le mi chemin entre les deux extrémités du parcours, et rechercher la valeur de la MUF en MHz inscrite sur la ligne de délimitation de fréquence la plus proche de ce point.

Pour des parcours de plus de 3000 km, diviser le parcours en tronçons de 3000 km, sur les tronçons d'origine et de fin de parcours, localiser les points situés à 1500 km des extrémités, rechercher la valeur des MUF en MHz inscrites sur les lignes de délimitation de fréquence les plus proches de ces points, et prendre la plus petite de ces deux valeurs.

Pour plus d'informations et de détails : Near-Real-Time MUF Map . Et si besoin de traduire : Traduction

 

Prévisions de foF2 et MUF (heure par heure pour les prochaines 24heures)
Cliquer sur limage pour voir les prévisions de la foF2 et de la MUF sur la zone europe
par ionosphere.rcru.rl.ac.uk