Les ondes de gravité de moyenne échelle dans la thermosphère : étude expérimentale et théorie de leur propagation et de leur production par le jet stream de la tropopause

La source primaire de l'énergie reçue par la thermosphère de moyenne latitude est le rayonnement solaire électromagnétique (lumière) ou corpusculaire (vent solaire). La classification en termes de sources d'énergie se fait sur les divers processus de conversion. On peut distinguer deux familles : la conversion se fait in situ (absorption du rayonnement par des réactions photochimiques) ou bien se fait à l'extérieur et parvient à la thermosphère de moyenne latitude à l'aide de différents vecteurs (ondes de marées, de gravité, mouvements convectifs de l'atmosphère), l'énergie se dissipe alors par viscosité, conduction thermique ou freinage ionique. La conversion in situ est, de loin, la plus importante. Entre 100 et 130 km, l'énergie provient de l'absorption des rayonnements ultra-violets. Néanmoins une partie non négligeable est amenée dans cette région par les ondes de marées (Evans, 1976). En ce qui concerne ce processus, la conversion se fait par l'intermédiaire de la vapeur d'eau de la troposphère ou de la couche d'ozone de la stratosphère. On montre que celles-ci engendrent des ondes de marées dont certaines peuvent atteindre la basse thermosphère. Les ondes sont dissipées à ces altitudes par viscosité. On a pu évaluer le flux d'énergie vertical associé (Salah et al 1975) : 10-4 J/m 2 /s. Au-dessus de 130 km, les marées venant de la mésosphère se propagent peu. L'essentiel de l'apport d'énergie est constitué par la conversion in situ du rayonnement électromagnétique. A partir des mesures des paramètres atmosphériques (température, vents), on peut remonter au dépôt d'énergie total (Alcaydé et al, 1977). Il est de 7 x 10-9 J/m 3 /s entre 120 et 200 km et de 10 -9 J/m 3 /s entre 250 et 300 km. Dans ces chiffres sont incluses des sources extérieures considérées comme peu importantes : Le chauffage par friction de l'atmosphère neutre sur les ions (Alcaydé, 1976) qui représente environ 4 % de l'énergie totale ; le dépôt dans les zones aurorales du rayonnement corpusculaire. Le flux d'énergie associé à ce dernier peut atteindre 0.1 J/m 2Is dans la basse thermosphère aurorale (Banks, 1977). Les processus de transport des zones aurorales aux moyennes latitudes et surtout leur efficacité sont encore peu connus. Parmi eux, on peut citer les ondes de gravité de grande échelle (Testud, 1970 ; Richmond et al, 1975) et les collisions ions- neutres (Straus et al, 1976). Testud (1970) donne une valeur du flux d'énergie associé à une onde de grande échelle : 0.3 x 10-4 J/m 2 /s à 200 km d'altitude. Le travail présenté ici traite d'un autre vecteur de l'énergie : les ondes de gravité de moyenne échelle. Il s'agit d'ondes atmosphériques dont les longueurs d'onde horizontales sont de l'ordre de quelques dizaines de km à quelques centaines de km et dont les périodes sont comprises entre une dizaine de minutes et une heure. La détection de ces ondes est extrêmement fréquente dans l'atmosphère en général et dans la thermosphère en particulier. Jusqu'à ces dernières années, leur origine et surtout leur énergie moyenne étaient mal connues. La série d'articles que nous allons discuter porte sur la théorie .de leur propagation et de leur dissipation (Ar , Ar,, Ar5) et enfin sur un mécanisme possible de production (Ar6). Dans une première partie, on montre que les ondes de gravité de moyenne échelle sont souvent détectées. On discute les différentes méthodes de mesure en comparant leurs avantages et inconvénients respectifs. En particulier, on compare les quantités d'information disponibles. Dans une deuxième partie, on s'intéresse à la théorie de la propagation de ce type d'ondes dans la thermosphère. On discute les différents modèles et on donne les caractéristiques essentielles, que nous avons obtenues, de la propagation dans une thermosphère réaliste ainsi que de l'interaction non linéaire de l'onde avec l'atmosphère moyenne. Enfin, on présente un mécanisme de production de ces ondes fondé sur une théorie d'inter- action non linéaire entre deux instabilités pouvant exister dans le Jet Stream de la tropopause.127 page