• Les relations Soleil - Terre et l'ionosphère aurorale

L'activité solaire est la source première de nombreux processus affectant l'environnement terrestre. En effet, le soleil agit sur l'environnement terrestre, au travers de son rayonnement photonique, mais aussi par son rayonnement corpusculaire. Le rayonement photonique ( en particulier Ultra Violet) est responsable de l'ionisation des molécules et atomes de la haute atmosphère terrestre, créant ainsi l'ionosphère qui s'étend environ de 80 km à plus de 500 km d'altitude. Par contre, le vent solaire, flux permanent de particules chargées issues de la couronne solaire confine le champ magnétique terrestre dans une cavité de grande dimension, la magnétosphère', dont la dimension atteint environ 60.000 km côté jour, et s'étend en une longue queue au-delà de l'orbite de la lune côté nuit. Coupe shématique de la magnétosphère terrestre ( Rt = rayon terrestre)

© Gérard Bodineau

Les mécanismes qui régissent l'interaction vent solaire-magnétosphère-ionosphère sont à l'origine d'un transfert de matière, d'impulsion et d'énergie du vent solaire vers la magnétosphère et in fine vers l'ionosphère et l'atmosphère terrestre. L'impulsion et l'énergie du vent solaire sont à l'origine d'un mouvement global de convection du plasma à l'intérieur de la magnétosphère et gouvernent l'électrodynamique du système couplé que forment l'ionosphère et la magnétosphère.

Ce système est en évolution permanente pour s'adapter aux variations incessantes du milieu interplanétaire. L'interaction d'un plasma magnétisé et d'un corps pourvu d'un champ magnétique, est une situation très générale que l'on rencontre également dans le cas des planètes géantes du système solaire, mais aussi à des échelles différentes, dans le cas des objets astrophysiques. L' observation détaillée des conséquences de ces processus dans l'environnement de la Terre présente donc un double intérêt, d'une part permettre une compréhension approfondie d'une des formes d'interaction entre le soleil et notre planète, d'autre part fournir le support nécessaire à l'étude de situations beaucoup plus lointaines et donc inaccessibles à des mesures détaillées.
L'ionosphère des régions aurorales et polaires est directement couplée, par l'intermédiaire du champ magnétique terrestre, suite à la forte conductivité électrique du plasma parallèlement aux lignes de force, aux régions clés que sont les frontières de la magnétosphère et au milieu interplanétaire. On conçoit donc aisément que les signatures au niveau ionosphérique des processus qui gouvernent l'interaction entre le vent solaire et la magnétosphère en permettent la mise en évidence et l'étude.

© Rémy Marion Aurores Boréales et Australes

De plus, l'observation, à partir du sol, de la signature de ces phénomènes dans l'ionosphère et la haute atmosphère fournit, avec une couverture spatiale inégalée, le cadre nécessaire aux études in-situ plus détaillées qu'il est possible d'entreprendre par les moyens spatiaux. L'énergie transférée depuis le vent solaire et mise en jeu par les phénomènes magnétosphériques peut être stockée de façon temporaire sous la forme d'énergie électromagnétique, et d'énergie de dérive des particules du plasma magnétosphérique. La dynamique des processus de stockage et de relaxation de cette énergie n'est pas encore bien comprise.

Les sous-orages magnétosphériques sont des événements intenses et à caractère explosif au cours desquels une grande partie de l' énergie stockée dans la queue de la magnétosphère est déversée brutalement le long des lignes de force du champ magnétique terrestre dans l' ionosphère des zones aurorales, entre 100 et 200 km d'altitude, suite à un déséquilibre du couplage vent solaire-magnétosphère-ionosphère. Cette énergie est dissipée d'une part par chauffage par effet Joule dû aux intenses courants ionosphériques qui circulent alors vers 110 km d'altitude, et d'autre part sous la forme de flux intenses de particules précipitées qui modifient de façon considérable les structures des différentes couches de l'ionosphère et sont aussi à l'origine de spectaculaires émissions lumineuses, dénommées aurores boréales ou australes.

Ces aurores sont la manifestation la plus directement accessibles aux sens humains des phénomènes magnétosphériques, et des relations Soleil - Terre. Ces restructurations à grande échelle de la magnétosphère s'accompagnent de modifications rapides du schéma global de convection du plasma magnétosphérique. Le programme Super D ARN (Super Dual Auroral radar Network) est dédié à la mesure globale de ce schéma de convection avec une haute résolution spatiale et temporelle.