MAGNÉTOSPHÈRES

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Les phénomènes magnétosphériques

La convection magnétosphérique

Après être entré par la face solaire de la magnétosphère, le manteau de plasma s'écoule dans la direction antisolaire et, très vraisemblablement, une partie des particules du manteau passe à grande distance dans la couche neutre. La partie centrale de la queue est animée d'un mouvement d'ensemble dans la direction du Soleil, qui ramène les particules vers la face solaire de la magnétosphère. Le fort couplage, que la grande mobilité des particules le long des lignes de force du champ magnétique introduit entre le plasma magnétosphérique et le plasma ionosphérique, oblige le plasma ionosphérique à participer à la convection. En conséquence, l'énergie est partiellement dissipée sous forme d'effet Joule dans l'ionosphère par l'intermédiaire des collisions entre ions et particules neutres. Ce processus implique que des courants alignés circulent le long des lignes de force du champ magnétique entre la magnétosphère et l'ionosphère. Le circuit correspondant est compliqué : une partie du courant passe du côté crépuscule de la magnétosphère à l'ionosphère polaire où elle s'écoule le long de l'ovale auroral avant de quitter l'ionosphère pour le côté aube de la magnétosphère.

Mouvement de convection du plasma magnétosphérique

Dessin : Mouvement de convection du plasma magnétosphérique

Les mouvements de convection du plasma magnétosphérique (coupe équatoriale) 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le rayonnement kilométrique de la Terre

Vue de l'espace, la Terre apparaît comme une source importante de rayonnement radioélectrique : c'est une radiosource au sens des astronomes. Les fréquences de ce rayonnement couvrent la bande allant de 50 à 750 kilohertz, l'intensité étant maximale aux environs de 250 kilohertz, c'est-à-dire pour une longueur d'onde de 1,2 km. Ces fréquences sont trop basses pour que ces ondes puissent traverser l'ionosphère et arriver jusqu'à la surface de la Terre. Il faut donc être dans l'espace pour observer ce rayonnement dont la puissance atteint un milliard de watts.

Ce rayonnement est étroitement lié à l'apparition d'arcs auroraux discrets engendrés par des faisceaux d'électrons précipités dans l'ionosphère avec une énergie de l'ordre de 10 000 électronvolts. L'existence de ces faisceaux d'électrons est due au développement de différences de potentiel de plusieurs milliers de volts le long des lignes de force du champ magnétique. Bien entendu, la mobilité des électrons le long des lignes de force semblerait devoir interdire l'apparition de ce type de phénomène. Toutefois, lorsque les courants qui circulent parallèlement au champ magnétique deviennent trop importants, des doubles couches électrostatiques ou des instabilités de plasma peuvent apparaître et entraîner une résistivité anormale et la chute de potentiel correspondante. Il est vraisemblable que ce phénomène se produise dans l'atmosphère solaire et dans d'autres magnétosphères que celle de la Terre.

Il faut remarquer que ces chutes de potentiel accélèrent les ions de charge opposée à celle des électrons de l'ionosphère vers la magnétosphère, et qu'il y a là un important processus d'alimentation des ceintures de Van Allen et de la couche neutre en ions d'origine ionosphérique.

Le courant annulaire

Nous avons noté à propos des ceintures de Van Allen que la dérive longitudinale des électrons se produisait vers l'est et celle des ions vers l'ouest. Il en résulte un courant circulant le long d'un anneau tout autour de la Terre à environ 5 rayons terrestres de celle-là, et dont les fluctuations provoquent des variations mondiales du champ magnétique au niveau du sol. Lorsqu'une intensification de la convection magnétosphérique injecte vers la Terre une quantité accrue de plasma chaud en provenance de la queue, la croissance asymétrique du courant annulaire alimente le circuit complexe qui fait intervenir les lignes de force du champ magnétique et l'ovale auroral ionosphérique (fig. 7).

Circuit auroral

Dessin : Circuit auroral

Schéma du circuit auroral. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les sous-orages magnétosphériques

L'efficacité de la dynamo qui transforme l'énergie cinétique du vent solaire en énergie électromagnétique des champs et courants magnétosphériques fluctue de façon très importante lorsque la vitesse du vent solaire ou le champ magnétique interplanétaire varient. En particulier, quand le champ magnétique interplanétaire a une composante dirigée vers le sud, l'efficacité de la dynamo devient très grande et l'énergie magnétique emmagasinée dans la queue s'accroît considérablement. Cette énergie est dissipée par une succession d'événements brusques, auxquels on a donné le nom de « sous-orages ». En effet, les orages magnétosphériques bien connus par leurs effets sur l'ionosphère ne sont en fait que la succession de ces sous-orages qui se déclenchent brusquement et irrégulièrement par un processus dont l'identification précise reste à déterminer. Au cours de la phase principale du sous-orage, l'énergie magnétique accumulée dans la queue se trouve très efficacement transportée vers l'ionosphère où elle est dissipée sous forme d'effet Joule dans les courants ionosphériques, et sous forme de précipitations de particules à travers les phénomènes de chute de potentiel le long du champ magnétique, dont le rôle essentiel a été souligné à propos du rayonnement kilométrique.

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Aurore polaire

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Lignes de forces du champ magnétique terrestre

Lignes de forces du champ magnétique terrestre
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Coupe méridienne

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Écrit par :

  • : ancien membre du bureau du GIEC, ancien directeur de l'Institut national d'astronomie et de géophysique

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Pour citer l’article

Michel PETIT, « MAGNÉTOSPHÈRES », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 03 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetospheres/