Aurores Boréales

Environnement et progrès

AURORES POLAIRES

T P E

Benabdeljalil Noufissa Moumni Fatima-Zahra Rouhy Fatima-Zahra Tazi Salma Première S 1

SOMMAIRE

Introduction Remerciements

Première partie : Croyances

Interprétations scientifiques

3 5

9 11

Deuxième partie : Formation de aurores Le soleil et son vent

La terre et son champ magnétique Le devenir du vent solaire

Les caractéristiques des aurores Les expériences

15 17 19 21 23

Troisième partie : Impact des aurores polaires Les aurores polaires sur d'autres planètes

Annexe : Dans l'art

Dans les livres

Dans le journal le Monde

Lexique

Sources Conclusion

31

35 36 38

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INTRODUCTION "Voilà que dans l'arc majestueux d'un jaune pâle, éclate comme une effervescence. Il se double, se triple, on en voit souvent jusqu'à neuf. Un flux et reflux de lumière les promène comme une draperie d'or qui va, vient, se plie, se replie. Le spectacle s'anime. De longues colonnes lumineuses, des jets, des rayons sont dardés, impétueux, rapides, changeant du jaune au pourpre, du rouge à l'émeraude. […] A l'âme terrestre, magnétique, reine du Nord, l'autre s'est mêlée, l'électrique, la vie de l'Équateur. Elles s'embrassent, et c'est la même âme ». C’est ainsi que Jules Michelet décrit dans son ouvrage « La Montagne » le combat du soleil et de la terre sur écran géant, un sujet qui à travers les âges n’a cessé de passionner et d’interloquer, et qui fait aujourd’hui même l’objet de notre épreuve anticipée du Baccalauréat : Le TPE. Il s’agit alors d’un phénomène particulier dont la dimension scientifique ne réduit en rien la portée du mystère qui l’entoure, un spectacle dont la beauté d’une simplicité frappante cache un champ de complexité à l’étendue insondable.

Le ciel nocturne s’illumine ainsi parfois d’un rideau de couleurs chatoyantes, de lumières qui n’émanent pas des étoiles, mais de bien plus loin, ou de plus près encore, ces lumières embrasent alors non seulement les cieux polaires mais également l’imaginaire des témoins, tout en attisant la curiosité des scientifiques. L’intérêt de notre groupe n’est alors pas resté dans son état ‘’fondamental’’ face à ce sujet passionnant, mais a plutôt atteint un état d’ ‘’excitation’’ suprême, à l’instar des particules solaires qui interagissent avec l’atmosphère terrestre et engendrent ces magnifiques draperies ondulées : Les aurores polaires.

Comme le dirait le célèbre physicien, Albert Einstein « La plus belle chose que nous puissions éprouver, c'est le mystère des choses ». Découvrir les secrets de la nature pour dévoiler les énigmes, les ambiguïtés de ce phénomène si spectaculaire a alors été notre principal objectif et a constitué l’ultime finalité de notre projet. Tout a débuté par une simple interrogation, un émerveillement et une admiration et s’est poursuivi par diverses investigations, dont la réalisation d’un sondage qui a aiguisé notre curiosité et notre attrait pour le sujet : nous tenions ainsi à savoir ce qu’en pensaient nos camarades, quelle était leur vision de ce phénomène si particulier. Les résultats révélèrent alors que près de 89% des étudiants ignoraient ce qu’étaient les aurores polaires, et que les 11% restants savaient approximativement ou exactement ce dont il s’agissait. Ceci nous amena en effet à nous interroger sur l’origine mais aussi sur l’impact des aurores polaires, et une question fondamentale s’imposa à notre esprit : Comment peut on interpréter ce phénomène si particulier et quel est son impact sur l'environnement ?

C’est dans l’optique de donner la réponse la plus valable et la plus concrète possible à cette problématique que nous aborderons le sujet sous trois angles différents. Nous nous intéresserons de ce fait en premier lieu aux croyances et interprétations liées à ce phénomène, pour aborder par la suite un aspect plus scientifique du sujet avec les conditions de formation pour nous focaliser enfin sur l’impact du phénomène. Nous vous invitons dès lors à fournir un effort de dépaysement intellectuel et conceptuel, pour vous immerger dans le théâtre de la nature, et regarder se jouer pour vous le plus beau spectacle de lumière qui soit : les aurores boréales.

Le miroir : le miroir n’est pas une forme répertoriée mais plutôt un tableau recherché; les reflets des aurores boréales sur les eaux sont remarquables et spectaculaires; sur ces cours calmes, lac, rivière, fleuve, les formes aurorales, les étoiles et même les planètes présentes sont doublés avec détails.

REMERCIEMENTS ‘Personnel’ est un terme clé de ce projet, comment rendre le TPE ‘personnel’ ? comment y laisser une empreinte, originale, de notre personnalité ? Voilà des questions qui revenaient souvent. Seulement, notre TPE ne serait pas ce qu’il est sans l’intervention de certaines personnes qui nous ont été d’une aide ineffable. Nous tenons ainsi à leur faire part de nos remerciements les plus distingués. Tout d’abord, à nos encadrants, Mr Yachkour professeur de SVT, et Mr Fadouach, professeur de Physique-Chimie, qui ont toujours su nous guider et dont les critiques étaient des plus constructrices. Nous remercions également Mr Faten, responsable de notre laboratoire pour ses conseils et pour le matériel fourni.

Nous avons également contacté des personnes « en dehors de notre établissement », notamment Mr Touma,Astronome et membre du Comité de Gestion et d'Animation Scientifique de l’Observatoire astronomique de Rabat, ainsi que Mme Tabit Sanae, présidente de l’association des astronomes de Casablanca, envers lesquels nous sommes très reconnaissantes. N’oublions pas Mme Jeanne et Mr Jamal, du Lycée Lyautey, qui nous ont été d’une aide précieuse pour la réalisation de nos expériences, ainsi que Mr le proviseur du lycée Lyautey qui a mis à notre disposition le matériel nécessaire. Merci également à Mr Moumni, directeur de la société Multilens, qui nous a accueilli au sein de son entreprise et nous a gracieusement prêté sa machine de traitement de verres. Il s’agit enfin de de remercier tous ceux qui ont simplement cru en nous et en la finalisation de notre projet.

Première partie 7

Depuis que le monde est monde, l’Homme se promène et observe ses richesses, il admire sa magnificence et essaye de percer tant bien que mal ses mystères, ses secrets. Des mystères dont l’étendue insondable, outrepasse les limites de la conscience humaine, des phénomènes dont l’ineffable beauté charme petits et grands depuis la nuit des temps. Les aurores polaires font partie intégrante de ces phénomènes-là, en effet, elles e n fl a m m e n t d e p u i s l e s t e m p s a n c i e n s l’imagination des hommes qui s’exaltent dans la contemplation de ce brillant rideau de couleurs...

Décrites par Anaximène de Milet comme des « nuages de gaz enflammé » ou encore représentées par Aristote comme des « déchirures du ciel nocturne », les aurores polaires ont frappé au cours des âges l’imaginaire des humains, faisant ainsi naître dans les pays nordiques un folklore foisonnant de croyances et de légendes mythiques à ce propos, la grandeur et la fantasmagorie du spectacle qu’elles donnent et la vivacité de leurs couleurs chatoyantes ont d’autant plus excité l’imaginaire des témoins. L’interprétation de ces phénomènes d’une beauté sans limite, autrefois liés à des faits surnaturels, selon les croyances des peuples, a connu une évolution liée quant à elle au progrès scientifique. Comment se sont alors développées les interprétations données au phénomène des aurores polaires au fil du temps ?

CROYANCES ET INTERPRETATIONS

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LES CROYANCES

Première partie

Les aurores polaires ont été à travers les siècles associées aux dieux, à la fécondité, à la mort, à la chance ou encore au malheur. Les légendes qui en découlèrent sont alors multiples et varient selon les peuples, et plus précisément selon les latitudes où elles sont observées et donc selon leurs formes et les couleurs qu’elles prennent.

Chez les Esquimaux Les shamans Inuits du Canada prétendaient puiser dans la magie des aurores boréales, les remèdes pour guérir leurs malades au cours de voyages spirituels.

D'autres Esquimaux interprétaient quant à eux ces aurores comme une valse menée par les esprits de certains animaux notamment les saumons, les phoques, les bélugas.

Les Inuits de la baie d’Hudson associaient ces aurores polaires à l’esprit de guerriers qui, à l’aide de torches guideraient les nouveaux venus dans leur traversée pour le paradis. Les torches représenteraient alors les aurores polaires.

Chez les amérindiens

Un mythe algonquin (Famille de langues indiennes d'Amérique du Nord) met en scène le créateur de la terre (Nanahbozho) qui une fois sa mission de création accomplie, irait dans les régions nordiques, où il allumerait de grands feux marquant sa présence pour que les gens ne l’oublient pas. Les aurores polaires seraient alors la réflexion de ces feux sur la voûte céleste.

10 En Europe

Dans le Sud de l’Europe, à des latitudes magnétiques plus basses, au niveau desquelles les cieux ne s’embrasent que très rarement lors d’orages magnétiques violents, les aurores apparaissent généralement teintées de rouge. Elles évoquaient alors au Moyen Âge une guerre à venir ou un désastre proche.

En Méditerranée

Les cultures de l'hémisphère Nord ont créé un riche folklore autour des aurores. Néanmoins, en de rares occasions, les aurores ont provoqué la peur chez des habitants d'Italie et de France et de façon plus générale dans les régions méditerranéennes, ainsi l'aurore, peu fréquente et spectaculaire, avec une coloration rouge, inspire des légendes funestes et effraie les populations qui la prennent pour un signe des dieux. Sénèque philosophe espagnol, décrit alors ces aurores comme "un gouffre par lequel le ciel entrouvert semble vomir des flammes".

La mythologie scandinave compte elle aussi de nombreuses légendes rattachées aux aurores polaires :

Dans le ciel norvégien, le phénomène auroral représenterait en fait une danse majestueuse menée par les esprit de jeunes filles mortes.

Dans le folklore finnois

En Finlande, ce sont les légendaires renards de feu qui provoquaient l’embrasement du ciel en libérant des milliers d’étincelles du bout de leur queue. La mythologie finnoise ferait également référence au fleuve "rutja" qui, resté en feu, marque la frontière entre le royaume des vivants et celui des morts.

Dans les croyances de certaines tribus, les aurores polaires étaient représentées comme une bénédiction, une grâce des dieux. Dans une certaine mesure, cela n'est pas tout à fait faux, ainsi la magnétosphère (à l'origine de la formation des aurores) entoure la planète et la protège en l'empêchant d'être réduite en cendres. Ces interprétations plutôt superstitieuses du phénomène, évolueront au fil des temps et adopteront enfin une dimension plus scientifique.

Représentation anciennes d'aurores polaires

Première partie

En Norvège

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INTERPRÉTATIONS SCIENTIFIQUES

Première partie

Depuis que les hommes ont découvert le phénomène naturel des aurores polaires, leur extraordinaire beauté et leur scintillement dans la nuit noire étoilée les fascine. Ces visions célestes tintées de vert, de jaune et de rouge qui dansent tel un voile porté par le vent inspirent depuis toujours les artistes et les poètes, et fascinent les scientifiques du monde entier. Ainsi, afin de mieux cerner cette évolution des interprétations il parait intéressant de retracer l’évolution des hypothèses données au phénomène des aurores polaires par les scientifiques à travers les siècles, histoire de plonger en apnée dans l’histoire du combat du soleil et de la terre sur écran géant.

1582-1598

1619

1741

1779

Tycho Brahe

Galilée

Anders Celsius

Benjamin Franklin

Tycho Brahe réalise le premier comptage d’aurores boréales, sur une période de vingt ans depuis son observatoire d'Uraniborg. On prétend alors à l’époque que ces aurores sont dues à des phénomènes météorologiques, qui se passent au niveau de l’atmosphère (un peu comme un arc en ciel).

Galilée aurait été le premier à attribuer le nom d’ «aurore boréale» à ce phénomène néanmoins il semblerait qu’il ignorait toujours le fonctionnement de ces dernières.

Anders Celsius, -confirmant l’hypothèse de l’astronome anglais Edmond Halleyexplique le phénomène auroral par le champ magnétique terrestre. Il arrive alors à cette conclusion en découvrant l’influence des aurores boréales sur l’aiguille aimantée des boussoles.

Benjamin Franklin émet l’idée que le phénomène auroral est du à des décharges électriques dans l’atmosphère terrestre. Néanmoins le manque de données expérimentales ne permet pas d’accréditer cette hypothèse ni même d’ailleurs celles proposées au paravant.

Hansteen mesure par triangulation l’altitude à laquelle se produisent les aurores boréales. Ces dernières se produisent alors à plus de 100 km d’altitudes et ne sont donc pas des phénomènes météorologiques de la basse atmosphère.

1850 : découverte de l’augmentation et de la diminution périodique du nombre de tâches solaires selon un cycle de onze ans (le cycle solaire), permettant de mettre au jour une curieuse analogie: la fréquence des orages magnétiques est synchronisée avec le cycle des taches solaires.

12 Aurores polaires observées par Birkeland

Expérience réalisée par Birkeland

1830

1860

1868

1870

1879

Hansteen

Elias Loomis

Angström

Tromholt

Becquerel

La carte de Loomis sur la fréquence des aurores est complétée par Hermann Fritz. Les aurores se forment alors plus fréquemment sur un anneau dont le centre est le pôle magnétique.

Angström établit le spectre d'une aurore boréale verte. Il correspond à celui du dioxygène. Le lien est fait avec les spectres et les phénomènes observés à l’époque dans les tubes à décharges. On en déduit alors que la lumière aurorale est due à une décharge Tromholt constate le lien entre le cycle solaire et la périodicité du nombre d’aurores.

La décharge électrique proviendrait elle du Soleil ?

Le physicien norvégien Christian Birkeland, en vient à la conclusion que les aurores boréales sont dues à des décharges électriques provenant du soleil. Il réalise alors une expérience visant à reproduire expérimentalement ces aurores. Birkeland place alors une boule sphérique aimantée, la « terrella » dans une chambre à vide, qu’il bombarde d’électron. Une fois la décharge envoyée, il observe des cercles auroraux conformes à la carte de Fritz.

Première partie

Elias Loomis publie une carte retraçant la fréquence des aurores boréales.

Becquerel explique à son tour le phénomène auroral par la précipitation de particules solaires chargées, guidées par la magnétosphère jusqu’aux régions polaires.

Deuxième partie

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Aurore boréale observée en Norvège

Les expériences menées par les scientifiques au cours des découvertes successives ont conduit à un véritable progrès au niveau de l’interprétation du phénomène des aurores polaires. Elles ont alors abouti à une explication confirmée et largement acceptée au jour d’aujourd’hui. Ainsi, nous savons désormais que ce brillant rideau de lumière est issu d’un phénomène physique complexe : l’interaction entre les particules chargées portées par le vent solaire et les atomes ou ions situés dans la haute atmosphère.

Nous vous invitons dès lors à voyager dans l’infiniment grand et l’infiniment petit pour comprendre la naissance de ce merveilleux spectacle.

Formation des aurores polaires

15

z

LE SOLEIL ET SON VENT

Deuxième partie

L'espace dans lequel les planètes gravitent semble vide mais il n'en est rien : il est plein de matière provenant du soleil. Une étoile qui représente à elle seule 99,9% de toute la masse du système solaire et dont le diamètre est 109 fois plus grand que celui de la Terre. Le Soleil fait ainsi parti des centaines de milliards d’étoiles qui constituent notre galaxie, la voie lactée. Cependant notre astre ne donne pas seulement la clarté et la chaleur à notre Terre depuis plus de 4 milliards d’années, mais il est également responsable de ces lumières mystérieuses, les aurores polaires. Quelle part notre astre prendil dans la formation des aurores ?

Noyau et réactions thermonucléaires Grâce aux études menées par les chercheurs depuis la Terre sur le rayonnement solaire, une structure interne de notre étoile a pu être établie. Le Soleil est alors certes un astre extrêmement chaud, qui abrite en son sein une boule d’une température extraordinaire dépassant les 15 millions de °C, mais cette chaleur a pour seule origine des réactions de fusion nucléaires. Le noyau de notre étoile est alors une sorte de centrale nucléaire où les conditions de températures et de pression sont si intenses que des réactions thermonucléaires s’y déroulent en chaîne.

C’est au cours de ce processus que les noyaux des atomes d’hydrogène se transforment avec émission d’énergie sous forme de photons et de neutrinos.

La photosphère On appelle photosphère la surface du Soleil, il s’agit de la sphère qui est usuellement visible quand on observe notre étoile. Cette dernière est alors une couche de plasma, épaisse d’environ 100 km, dont la température est de l’ordre de 6 000 degrés. La photosphère, est marquée de tâches sombres de températures relativement basses, usuellement appelées : tâches solaires. Ces dernières sont alors dues à des sections de boucles de courants émergents de la photosphère en provenance des zones inférieures. Uniquement observable lors d’éclipses solaires totales, la couche supérieure de la photosphère, usuellement appelée : chromosphère, est le siège d'importants jets de matière.

Couronne Solaire Au-dessus de la photosphère, se trouve la couronne solaire, c’est la région la plus externe du Soleil, une couche d’une température de près de 2 millions de degrés dont l’étendue avoisine les 2 millions de Km, dépassant même l’orbite terrestre. Au niveau de cette couronne apparaissent des trous coronaux, régions isolées, de faible densité s’étendant dans les régions où le champ magnétique solaire s’ouvre librement dans l’espace interplanétaire, en particulier au niveau des pôles. C’est à partir de ces trous coronaux que le plasma solaire s’échappe, libérant ainsi des vents solaires à haute vitesse. Les particules les plus rapides du vent solaire s'échappent alors et se répandent dans le système solaire.

16 Champ magnétique L'omniprésence du champ magnétique solaire s'ajoute à la complexité, à la diversité et à la magnificence de l'atmosphère extérieure de notre astre. Ce champ magnétique est alors de façon directe ou induite à l’origine de la majorité des phénomènes observables à la surface du Soleil.

Tous les 11 ans, pour une raison encore mystérieuse, le champ magnétique du Soleil s’inverse : ainsi le pôle positif de notre étoile devient le pôle négatif et vice-versa. Lorsque le Soleil approche de cette phase d’inversion de polarité, l’activité est minimale et les tâches solaires de plus en plus rares.

Protubérance

Couronne solaire

Protubérance

Eruptions Solaires Les régions proches des tâches solaires,(régions actives) sont le théâtre de violentes explosions engendrées par la libération très rapide d'énergie stockée sous forme magnétique : les éruptions solaires. Si l’intensité de l’éruption est très grande, les gaz de la couronne solaire peuvent se réchauffer suffisamment pour provoquer une éjection violente de matière coronale. Naturellement, au maximum du cycle solaire, ces phénomènes sont plus fréquents et plus intenses. Les éruptions solaires s’accompagnent alors de la libération de particules très énergétiques, qui en atteignant la Terre, peuvent être à l’origine de la perturbation des infrastructures humaines, aussi bien sur Terre que dans l’espaces, mais aussi provoquer de merveilleux spectacles de couleurs chatoyantes : les aurores polaires.

Deuxième partie

Le vent solaire Le Soleil émet continuellement, et ce dans toutes les directions, un flux continu de particules chargées (électrons et protons) issues des trous coronaux, ces matières chaudes et gazeuses expulsées par notre étoile sont alors piégées par son champ magnétique et forment, autour du système solaire une sorte de bulle de gaz ionisé (plasma) appelée héliosphère. Plus l’on s’éloigne du Soleil, plus son champ magnétique faiblit, et les gaz de la couronne se mettent littéralement à acculer le champ magnétique vers l'espace. Lorsque c'est le cas, des atomes et des électrons s’écoulent le long des lignes ouvertes du champs magnétique. Cet écoulement permanent de matière, appelé vent solaire, est alors soufflé dans l’espace à une vitesse moyenne de 400 Km/s. Lorsque l’activité solaire est importante, l’intensité du vent solaire est accrue et souffle en bourrasque dans l’espace.

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LA TERRE ET SON CHAMP MAGNÉTIQUE

Deuxième partie

Notre expérience quotidienne et nos connaissances de l’environnement terrestre nous inclineraient à penser que notre planète est remarquablement diverse : Ne mêle-t-elle pas l’eau, la glace et les gaz atmosphériques à toutes sortes de roches et de minéraux ? En réalité, la partie superficielle que nous occupons n’est pas représentative de la globalité de la Terre ! En effet, à quelques dizaines de km sous sa surface, il n’y a plus que des roches, des minéraux et des composés métalliques. Intéressons-nous de plus près au phénomène des aurores au niveau terrestre, quelles sont caractéristiques de notre planète Une structure interne à l’origine du champ magnétique.

La mesure des ondes sismiques nous permet d’appréhender la structure de la Terre. Ainsi est révélée la présence d’un noyau dense et chaud, entouré d’un manteau et d’une fine croute rocheuse.. Il existe en fait un noyau interne solide, maintenu ainsi grâce à une pression de 3.5 millions de bars (malgré une température de 5000°C) et constitué essentiellement de fer et de nickel. Il reste tout de même un endroit mystérieux, et plusieurs interrogations demeurent. Ce noyau est entouré d’un noyau externe, liquide celui-ci , également composé de fer, et moins chaud (4000°C environs).

L’agitation du fer liquide de ce noyau, fonctionnant comme l’élément conducteur d’une dynamo, engendre un champ magnétique. Ainsi, le fer en fusion tourbillonne, agité par l’énergie radioactive et les mouvements de convection, et parce qu’il est électriquement chargé, il génère le champ magnétique terrestre.

Comment les scientifiques ont-ils démontrer cela ?

Afin de prouver qu'un noyau ferreux peut générer un champs magnétique, des scientifiques on construit leur propre planète en laboratoire. Cette sphère de 3 m pesant 23 tonnes reproduit les conditions de l'intérieur la Terre, une boule métallique au centre joue le rôle du noyau interne de la planète. Du sodium liquide tourne autour à 144 km à l'heure imitant les effets du métal en fusion tournant autour du noyau de la Terre. On a créé cette expérience pour générer un champs magnétique afin de comprendre pourquoi la Terre a un champ magnétique et pas les autres planètes. Cela fonctionne comme le générateur d'une voiture où des bobines de fils métallique produisent de l'électricité. Dans cette expérience le sodium liquide tourbillonne autour du noyau et génère un champ magnétique.

Noyau solide ça ressemble énormément à un générateur électrique où c'est le mouvement qui génère des champs magnétiques en transformant Noyau liquide l'énergie motrice en énergie magnétique. C'est la même chose qui se Manteau produit au coeur de la Terre. Pendant les rotations de la Terre le métal liquide coule tout autour du noyau solide transformant son énergie en un champ magnétique qui émerge des pôles. Cela protège l'atmosphère de la Terre du vent solaire.

18 Le champ magnétique : Nous pouvons assimiler le champ magnétique terrestre à celui d’un aimant droit : En effet, la Terre se comporte comme si un énorme aimant droit était placé en son centre. Elle produit un champ magnétique dont les lignes sortent d'un bout de l'aimant et entrent à l'autre bout en formant une courbe. Par convention, on appelle « pôle nord magnétique » le bout duquel sort le champ magnétique et « pôle sud magnétique » celui où entre le champ magnétique. scientifiques ont déterminé que le champ magnétique terrestre pointe vers le bas dans l'hémisphère Nord et vers le haut dans l'hémisphère Sud. L’axe du champ magnétique n’est pas aligné sur l’axe de rotation, mais Les incliné d’environ 11 degrés. Ceci explique que le pôle nord magnétique se trouve au Canada, relativement loin du pôle nord géographique défini par l’axe de rotation. (expérience de la limaille de fer).

L’action du champ magnétique donne naissance à une région de l’espace, appelée la magnétosphère, dans laquelle le mouvement des particules est dicté par le champ magnétique terrestre.

Magnétosphère, le bouclier de la Terre : Les vent solaire cité auparavant traverse notre galaxie depuis le soleil , près de 150 millions de km, pour enfin nous atteindre. Nous avons vu qu’il était composé de particules électriquement chargées en masses faibles, il parait donc logique que le bouclier dont nous disposons soit magnétique : la magnétosphère. La Terre n’est donc pas sans défense. En effet, elle est dotée de ce bouclier magnétique qui, comme un gigantesque parapluie, s’érige pour nous protéger du flux constants de radiations cosmiques qui balaient le système solaire (ces particules sont mortelles.)

Sa forme peut s’assimiler à celle d’une ‘goutte d’eau’ ou encore à celle d’une comète, et pour cause : Dans la direction du Soleil, la magnétosphère s’étend en moyenne jusqu’à 60 000 kilomètres, mais dans la direction opposée, elle s’étire en formant une queue qui peut s’étendre jusqu’à des millions de kilomètres. Cette forme est définie par l’interaction des particules du vent solaire avec notre champ magnétique et dépend donc de l’activité de notre étoile. Ainsi, si la Terre n’était pas soumise au bombardement de plasma venu du soleil, la magnétosphère serait parfaitement symétrique : le vent solaire la compresse en fait coté jour et l’étend coté nuit.

La magnétosphère est aussi constituée de plusieurs parties. Il y a d'abord la surface de choc, qui se situe à plus de 60 000 km de la Terre. Ensuite, il y a la magnétogaine qui est une zone de turbulences après la surface de choc. Pour finir, le spectre se termine par la magnétopause, qui est "la queue de la comète".

Deuxième partie

La magnétosphère de la terre

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Le devenir du vent solaire Il nous est évident alors que de tous les corps célestes, le soleil soit celui qui exerce l’influence la plus profonde sur la Terre. Tempêtes, éruptions et autres phénomènes survenant à la surface du soleil affectent notre planète et peuvent engendrer des perturbations mais aussi être à l’origine d’un magnifique spectacle de lueurs défilant dans un ciel polaire : les aurores polaires. L’origine de ces lumières est longtemps restée assez énigmatique mais la science a permis de lever le voile sur le mystère qu’elles dissimulaient.

Deuxième partie

Déviation du vent solaire par la magnétosphère

Malgré le caractère infranchissable de notre « bouclier » terrestre, quelques particules parviennent à pénétrer dans la magnétosphère au niveau des pôles. Ces rares « survivantes » sont alors piégées dans les lignes du champ magnétique.

En perpétuel mouvement et voyageant alternativement d’un pôle magnétique à l’autre, ces particules donnent naissance à deux zones de la magnétosphère qui firent l’objet de la première découverte majeure de l’ère spatiale en février 1958 : la ceinture Van Allen. Il s’agit alors de deux zones de la magnétosphère en forme d’anneaux, extrêmement riches en particules et entourant l’équateur magnétique de la Terre. Ces ceintures contenant une grande quantité de particules énergétiques, sont constituées essentiellement de protons provenant du vent solaire et du rayonnement cosmique, et qui se retrouvent piégées par la magnétosphère.

Lorsque les vents solaires arrivent à notre planète, ils entraînent avec eux une petite quantité de matière de ces deux ceintures. Par moments, ces vents arrivent à pénétrer dans les cornets polaires, -régions en forme d’entonnoirs situées aux pôles et dépourvues de magnétisme-, où les ceintures de Van Allen déversent leur trop-plein de particules chargées. Les particules solaires s’infiltrent alors par ces failles au nord comme au sud, ce qui explique pourquoi les aurores polaires ne sont observables que dans les régions de haute latitude, voir de moyennes latitude lors d’orages magnétiques. Il est important de préciser qu’à chaque fois qu’une aurore boréale se produit, à l’autre bout du monde, une aurore australe est observable..

20 La reconnexion magnétique, phénomène à l'origine des aurores polaires Les particules du vent solaire entrent donc en collision avec la magnétosphère et sont ainsi guidées par les lignes de champs qui les forcent à contourner la limite du bouclier terrestre : la magnétopause.

Les particules du vent solaire longent les lignes de champ, et tout comme des trains se déplaçant sur une voie ferrée, les particules ne parviennent pas à passer d’une ligne à l’autre. Néanmoins tandis qu’elles capturent et stockent de l’énergie du vent solaire, les lignes du champ magnétique terrestre s’étirent très loin dans l’espace, et sous le poids de la pression exercée par la matière coronale, ainsi que par la force du champ magnétique du vent solaire, les lignes de champ magnétique se referment.

Ce phénomène appelé « reconnexion magnétique » libère alors l’énergie stockée par les lignes du champ, projetant ainsi des particules chargées vers l’atmosphère terrestre, phénomène à l'origine de la formation des aurores polaires.

Les particules s’étant enfin affranchies du bouclier terrestre se retrouvent « catapultées » vers la haute atmosphère terrestre, aussi parait-il judicieux de nous intéresser dès à présent au devenir de ces particules une fois arrivées sur Terre.

La petite quantité de particules solaires qui arrivent à s’engouffrer au niveau des pôles, provoque un sous-orage magnétique dans la haute atmosphère, il s’agit de l’aurore polaire.

L’atmosphère terrestre est alors composées se plusieurs couches caractérisées par les espèces chimiques qui les composent mais également par l’état des atomes qui s’y trouvent, (sous forme d’ions par exemple pour l’ionosphère). Les couches composant l’atmosphère terrestre sont alors : la Troposphère (0 à 11Km), la Stratosphère (11 à 50km), la Mésosphère (50 à 85Km), la Thérmosphère (85 à 500Km) et enfin l’Exosphère (en deçà de 500Km).

Dans notre étude du phénomène auroral nous nous intéresserons à une couche immergée dans la partie supérieure très ténue de notre atmosphère -la thermosphère- à savoir l’ionosphère. C’est en effet au niveau de cette couche que les principales interactions entre le vent solaire et l’atmosphère se déroulent.

L’aurore est ainsi générée par la collision de protons et d’électrons venant du soleil avec les atomes d’azote et d’oxygène composant la haute atmosphère: lorsqu’ils arrivent dans l’ionosphère, les corpuscules du vent solaire rencontrent les premières particules depuis leur départ du soleil. Nous pouvons alors distinguer deux sortes d’interaction, par : - ionisation si les atomes de l’atmosphère en heurtant des particules chargées perdent un ou plusieurs électrons, ils deviennent Les électrons rencontrent les molécules de l'atmosphère donc des cations, qui une fois dans un état stable (en captant des électrons perdus) libèrent des photons - excitation lorsque les atomes Les molécules sont 'excitées' sont portés à un état d’énergie plus élevé suite au choc subi.

Lorsqu’ils redeviennent stables, Les molécules émettent de la par capture d’électrons ou par lumière lorsqu'elles sont à l'état fondamental. perte d’énergie, les atomes émettent une lumière responsable des spectres de lumière émis lors des aurores polaires.

Deuxième partie

Interaction entre l’ionosphère et les particules du vent solaire :

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LES CARACTÉRISTIQUES DES AURORES C’est en effet cette interaction entres les particules du vent solaire et de l'ionosphère qui est à l’origine des spectres de lumières émis lors des aurores polaires. Mais qu’en est il alors des couleurs qui accompagnent cette émission de photons ?

Deuxième partie

Les couleurs des aurores polaires: Les aurores polaires, cet impressionnant phénomène de la nature, ce flamboyant rideau de lumières aux teintes aussi belles que diversifiées, détient certainement toute sa magie de l’admirable palette de couleurs dont il est doté. Au-delà de la philosophie et de la magnificence de ce phénomène à la beauté simple et pourtant si complexe se trouve un aspect scientifique, la partie cachée de l’iceberg. Connaître le secret des couleurs des aurores polaires est certainement l’un des éléments les plus mystérieux du phénomène. Mais quelle est donc l’origine de ces couleurs ? La réponse est simple, et pour la simplifier d’avantage, nous prendront un exemple de la vie de tous les jours, un appareil qui fait partie intégrante, du moins pour la plus part d’entre nous, de notre routine quotidienne : La télévision! En effet les télévisions à tube cathodiques fonctionnent selon le même principe, ainsi les électrons traversant le tube cathodique de la télévision percutent l’écran et laissent apparaître différentes couleurs selon le type de phosphore le recouvrant (rouge, vert, bleu). A l’échelle planétaire, les électrons contenus dans le vent solaire, entrent en collision avec les différentes molécules composant l'ionosphère. Chacun des gaz atmosphériques va alors briller différemment selon sa nature, l’altitude à laquelle il se trouve, mais aussi selon la vitesse d’arrivée et l’état de la particule qui le percute.

Les couleurs les plus fréquentes sont alors : - Le jaune et le vert lorsque les particules solaires interagissent avec les atomes d’oxygène à environ 100Km d’altitude.

- Le violet et le bleu lorsque les corpuscules du vent solaires entrent en collision avec les atomes d’azote à une altitude moyenne de 100 Km. - Le rouge qui est quant à lui dû à une collision avec l’oxygène mais à une altitude avoisinant les 300 Km.

Longueur d'onde en nm

Couleur

Sous forme atomique

Sous forme moléculaire

Altitude d'émission

Excitation X

558

vert

Oxygène

110 km

630

Rouge

Oxygène

De 200 à 400 X km

De 391 à 470

Bleu-violent intense

Azote

110 km

De 650 à 680

Rouge intense

Azote

110 km

X X

Couleur émise selon la nature des atomes

L'arc

La bande

Ionisation

La couronne

22 Les différentes formes des aurores polaire: Les aurores ont des formes variées qui dépendent de leur intensité et de l'angle sous lequel on les observe .Il y a donc une série de termes qui sont utilisés pour les décrire : -L'arc décrit une aurore se présentant sous forme d'une courbe simple traversant le ciel nocturne, dont la bordure lisse s'étend d'un bout à l'autre de l'horizon. La longueur d’un arc peut atteindre 1000 kilomètres alors que son épaisseur est inférieure à 5 kilomètres; c’est un modèle tranquille typique des périodes de basse activité solaire.

-La bande fait référence à une aurore se présentant sous forme irrégulière, elle est semblable à un arc ayant des replis flamboyants, avec des luminosité uniformes et flous à son sommet C’est un modèle auroral fréquent de périodes d’activités solaires moyennes à élevées.

-La couronne décrit les aurores sous formes arcs ou bandes rayés vus directement de dessous. La lumière semble êtres projetées en faisceau dans toutes les directions. La couronne a des mouvements et des variations très rapides. Cette formes est reliées à des périodes d’activité solaire élevées.

-Les raies font référence à des aurores faites de traits verticaux qui suivent les lignes du champ magnétique.

- Le terme de voile décrit une aurore recouvrant une vaste région de luminosité uniforme qui couvre parfois le ciel entier.

Ses couleurs sont brillantes et chatoyantes, la voile peut ainsi être considérée comme la forme la plus spectaculaire. Ce modèle est actif durant les périodes d’activité solaire élevées.

-Le rideau présente des formes d'aurores magnifiques, les largeurs et les longueurs des rayons complètent une grande partie du ciel dans des vagues d’ondulations et de formes spirales. L’intensité de la lumière de cette forme change souvent.

C’est un modèle d’activité solaire forte.

-Les aurores diffuses s'étendent de façon homogène sur une grande partie du ciel, comme un voile.

Cette vision féerique attire un large public dans les régions polaires. Ainsi ceux qui ont la chance d'en contempler gardent un souvenir inoubliable de sérénité et de beauté profondes.

Le voile

Les raies

La tache

Deuxième partie

-La tache est le nom donné aux aurores qui prennent la forme d'une petite tache de lumière faible ressemblant à un nuage isolé.

23

EXPÉRIENCES I) Simulation d'une aurore : L’expérience que nous avons réaliser a pour but de simuler le phénomène étudié et de créer une aurore « artificielle » dans des conditions presque similaires à celles dans la haute atmosphère.

Notre expérience nécessite une bobine d’Helmotz muni d’une ampoule qui contient le gaz d’Helium à faible pression et un canon à électrons.

Il s’agit d’un dispositif complet composé de deux bobines circulaires de même rayon et parallèles, placées l’une en face de l’autre à une distance égale à leur rayon. Ces bobines ont la propriété de créer un champ magnétique quand elles sont traversées par un courant électrique. L’ampoule quant à elle correspond au vent solaire et le canon à électron permet de créer les particules présentent en haute atmosphère. L’alimentation électrique n’est autre qu’un générateur de faible tension. De ce fait, l’expérience met en évidence le trajet des électrons dans le champ magnétique.

Par le biais du courant électrique circulant dans ces bobines, un champ magnétique est créé. Sous l’influence de ce dernier, les atomes d’hélium sont excitées par les électrons et émettent des photons pour revenir à leur état stable : un faisceau bleu symbolisant les aurores polaires apparait.

Aurore

Générateur de tension

Bobines d'Helmotz Ampoule à Hélium

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II) Influence du champ magnétique sur le vent solaire:

Dispositif de l'expérience

Nous avons tenté de comprendre l’influence que pouvait avoir le champ magnétique sur le vent solaire chargé de particules qui arrivent en permanence en direction de la Terre. Pour ce faire, nous avons réalisé un montage constitué d’un appareil qui permet de projeter des électrons mais surtout de visualiser leur trajectoire grâce à une feuille de mercure. Nous nous intéressons à cette trajectoire et à ses modifications en fonction du champ magnétique.

Plaque de mercure

Ampoule

Faisceau d'électron Droit Lorsqu’on met notre appareil sous tension, les électrons sont projetés sur la feuille, et en entrant en contact avec elles, les atomes de mercure sont excités. Cela crée une lumière bleue, qui nous permettra de suivre la trajectoire des électrons. On arrache des électrons à une plaque par chauffage et on les projette avec une forte tension pour qu’ils ne retournent pas vers un atome de la plaque.

Au début, ces électrons ne sont soumis qu’au champ magnétique ‘ambiant’ c’est-à-dire celui de la Terre, nous obtenons ainsi un segment bleu. Ensuite, nous nous munissons d’un aimant droit, dont le champ magnétique est similaire à celui de la Terre :

Faisceau d'électron dévié Aimant

Nous pouvons constater que le segment bouge, c’est alors une courbe : la course des électrons est donc déviée par l’aimant, qui le suit ou est repoussée selon le pole exposé, telle la magnétosphère dévie les particules en provenance du soleil.

25 III) La couleur due au gaz La troisième expérience que nous avons réalisée avait pour but de nous aider à comprendre la couleur des aurores polaires. Celle-ci diffèrerait comme nous l’avons vu selon le gaz qui réagit avec les particules du vent solaire.

Nous utilisons pour cela un tube à essai, au préalable vidé de son air, et dans lequel est introduit un gaz : du dihydrogène. Ce tube est fixé à ses extrémités à un dispositif qui permet d’envoyer des décharges électrique puissantes. Lorsque nous branchons le tout sur un générateur hautetension, une interaction a lieu, et le tube s’illumine : une couleur rosâtre apparait alors. Nous avions vu dans les autres expériences que l’hélium donnait, lui, une couleur entre le bleu et le vert. Cela confirme notre hypothèse : la couleur des aurores dépend bien du gaz présent.

Dispositif de l'expérience Résultat de l'expérience

IV) Expérience de la Terrella Par la suite, nous avons également tenté de réunir les conditions nécessaires pour recréer, nous-même, une ‘mini-aurore’ polaire. Ainsi, nous avons tenté de réaliser cette expérience, en utilisant le matériel suivant : -Une cloche à vide - Une pompe à vide - Un générateur haute tension - Un fil branché à une plaque de cuivre servant de cathode - Une boule aimantée (qui contient un aimant droit) servant d’anode.

La première difficulté de cette expérience était liée à la boule métallique. En effet, nous ne disposions pas de ce genre de matériel, et elle était introuvable dans le commerce. Nous avons alors utilisé des boules en plastique que nous avons peint à l’aide d’une peinture magnétique. Malheureusement, celle-ci n’a pas permis de conduire l’électricité correctement, et le résultat n’a pas été probant. D’autre part, la cloche dont nous disposions était trop petite, elle ne permettait pas de placer la boule au centre, parallèlement à la cathode.

Cloche à vide

Générateur et pompe à vide

Boules aimantées utilisées

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ANALOGIE Analogie avec une machine de traitement de verre optique :

En cherchant d’éventuelles expériences à réaliser pour modéliser les aurores polaires, nous avons sollicité l’aide de notre entourage. A notre grand soulagement, nous découvrions qu’il existe une machine de traitement de verres antireflet dont le fonctionnement peut être assimilé aux conditions de la formation des aurores polaires.

Il s’agit en fait d’une machine normalement utilisée pour envoyer des électrons sur les verres afin de les dépolir pour

Enceinte isolée

Pompes à vide

Cylindre aimanté - Une enceinte isolée, qui représente la cloche à vide ou encore le milieu interplanétaire.

- Trois pompes à vide, très puissantes qui permettent de créer un vide poussé, et de simuler ainsi les conditions qui existent dans l’espace.

- Une cathode et une anode, un générateur haute-tension, et un générateur à plasma pour modéliser le vent solaire.

- Un tube cylindrique métallique qui contient un champ magnétique puissant généré par un aimant : nous pouvons l’assimiler à notre Planète et à son champ magnétique - Un gaz ionisant, précisément de l’Argon dans notre cas, qui peut représenter l’un des gaz de la haute atmosphère De plus les conditions de pression et de température sont respectées.

De là nous pouvons établir une analogie entre les composants de la machine et ceux de l’expérience de Birkeland. En effet, lorsque l’on déclenche la machine, deux premières pompes se mettent en marche pour vider l’air, puis un troisième, plus puissante. Lorsque les conditions de pression désirées sont atteintes, le générateur haute tension s’allume, puis les particules pénètrent dans l’enceinte, alors que le champ magnétique est généré par le cylindre. Les électrons sont attirés vers ce dernier sphère par ce champ : En arrivant à proximité de notre tube, les électrons commencent à subir l’influence du champ magnétique, plus ils s’approchent des aimants, plus le champ croît. L’effet de cette croissance de champ est de forcer les électrons à tourner au-dessus du cylindre. Là, ils cognent dans le gaz encore présent, de l’air très raréfié.

Ces collisions excitent et ionisent le gaz, dans notre cas l’argon. En revenant à l’équilibre, l’air rend son énergie sous forme de lumière : c’est la création d’une lueur bleuâtre, résultat de l’interaction entre les électrons et le gaz ionisant , nos ‘mini’ aurores polaires.

Résultat : Nos 'mini' aurores

Troisième partie 27

Plus haut que le plus haut bâtiment, plus haut que la plus haute montagne, et même encore plus haut que le plus performant des avions, débute le royaume des aurores polaires. Un phénomène qui nous subjugue et mêle entre merveille, splendeur, beauté, somptuosité et magnificence. Certes admirées pour leur beauté et pour le bienfait de leur brillante illumination pendant les longues nuits polaires, les aurores polaires présentent un important impact pouvant avoir un effet défavorable sur notre quotidien, l’espace qui nous entoure . L’être vivant est donc sujet à des perturbations et des bouleversements .

Impact des aurores polaires

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IMPACT DES AURORES POLAIRES Conséquences sur les installations humaines

Troisième partie

Ces lumières polaires de beauté inouïe fascinent les pupilles et succombe notre admiration mais engendrent des conséquences et peuvent perturber notre quotidien. Pour comprendre cela, nous allons changer d’échelle et voyager dans une autre couche de l’atmosphère : l’ionosphère. Il s’agit de l’atmosphère supérieure d’une planète que les ondes de communication et de radio emploient, elle se comporte comme un miroir permettant de communiquer sur de grandes distances avec des fréquences comprises entre quelques centaines de kilohertz et quelques dizaines de mégahertz.

Perturbation des réseaux Lors d’un sous orage magnétique résultant d’une activité solaire exceptionnelle, les ondes sont dispersées et des interférences peuvent alors être constatées : des protons et des électrons pénétrant dans le champ magnétique terrestre suivent des directions opposées du fait de leur charge électrique , ces mouvements contraires engendrent des courant électriques à haute intensité modifiant rapidement l’intensité du champ magnétique terrestre .Cela a un important effet sur les lignes électriques, les câbles transocéaniques ou encore les radiocommunications , les vols d’avion par exemple peuvent être retardés ou annulés lorsqu’il s’agit de forte activité des aurores polaires ou encore les villages se localisant aux pôles peuvent être confrontés à l’incapacité de communication et une coupure du monde .

Effet sur les communications radio Comme nous l’avons si promptement expliqué, l’ionosphère se comporte ordinairement comme un miroir permettant la réflexion d’ondes radio afin d’établir des communications sur grandes distances, même au-delà de l’horizon. Mais lorsque cette couche est perturbée par de forts courants auroraux, son comportement comme un miroir parfait se trouve modifié. Les communications sont donc entrecoupées et embrouillées.

Québec plongé dans le noir Les perturbations liées aux orages magnétiques créent donc des courants qui peuvent être en surtension et donc endommager des transformateurs électriques ou encore abimer les câbles téléphoniques. C’était le cas lors de l'orage magnétique du 13 mars 1989 au Québec, un orage qui neutralisa le système électrique en causant une panne de générateurs pendant 9 heures; de ce même phénomène, l'atmosphère terrestre se gonfla et la friction sur les satellites augmenta par l'élévation de leur orbite .Un système de protection a été mis en place, il s’agit d’étudier et d’exploiter la météo spatiale afin de prédire l’intensité des courants induits par le champ géomagnétique. Comme en témoigne l’observation de M. Bolduc, chercheur à l’Institut de recherche d’HydroQuébec « […] une magnifique aurore boréale cramoisie qui se déployait en vastes entonnoirs ».

Des risques majeurs De plus, les canalisations destinées au transport de matières gazeuses (gazoduc) ou de pétrole (oléoduc) et se localisant majoritairement dans des zones polaires (Sibérie par exemple qui approvisionne l’Europe entière) sont exposées à des risques en cas de sous orages géomagnétiques : les conduits peuvent s’oxyder.

Lors de forte activité aurorale les répercussions sont par moment ressenties jusqu'aux basses latitudes et du fait de l'interconnexion des réseaux électriques, un dérèglement ne se limite pas à une perturbation à échelle régionale mais à grande échelle.

30 Des précautions pour une meilleure prévention.

La météorologie de l'espace est une nouvelle branche de l'astronomie qui apparait , il s'agit de surveiller les perturbations solaires en étudiant la vitesse et la densité du vent pour favoriser la protection et la préparation à des phénomènes dont les conséquences peuvent être nuisibles.

Répercussions économiques Un tourisme flamboyant D’autre part, ce magnifique spectacle de couleurs magiques attirent de plus en plus de touristes voulant admirer et contempler un phénomène naturel d’une beauté inouïe, un déplacement lumineux de grands rideaux verts qui s'ondulent et se balancent, se plient et se déplient pour disparaitre soudainement .Plusieurs agences de tourisme offrent des programmes d’excursion nocturne.

Troisième partie

De nouveaux emplois …

Le tourisme est donc considéré comme étant une ressource économique locale, dans les régions polaires, créant de nombreux postes d’emplois et de commerce et générant de nombreuses activités. Le secteur économique de la région polaire est ainsi mis en valeur et connait une véritable croissance. Les Un photographe d'aurores polaires centres d'hébergement et les hôtels renouent avec la vivacité et le dynamisme grâce à l'attrait de ce phénomène rare.

Bien que l'on soit dans un domaine scientifique, la situation économique en tire également profit notamment avec l’embauche de techniciens et d’ingénieurs pour parvenir à réparer les différents problèmes survenant suite à un sous orage magnétique.

"Aucun crayon ne peut la dessiner, aucune couleur ne peut la peindre et aucun mot ne peut la décrire dans sa splendeur" dit Tourisme nordique Julius Von Payer, en effet la splendeur de ce phénomène nous attire et nous captive afin d'admirer au moins pour une unique fois de notre vie cet extraordinaire "chose" si incroyablement décrite par plusieurs personnes.

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Les aurores sur d'autres planètes Bien au-delà des orbites de Mercure, de Vénus, de la Terre et de mars, planètes petites et denses, naviguent des monstres, des corps qui ont su profiter des froids intenses qui règnent dans ces régions éloignées du soleil pour faire véritable boulimie d'hydrogène et d'hélium. Jupiter et Saturne, sont des astres géants et gazeux. Impressionnantes par leur masse, leur volume... Ces mondes lointains n'ont pas fini de nous étonner et de nous interroger !

SATURNE Saturne était déjà le seigneur, incontesté, des anneaux du système solaire. Récemment des images, nouvellement traitées par la sonde spatiale Cassini, révèlent des halos de lumière infrarouge d’aurore, au-dessus des pôles de la planète.Les Aurores sur Saturne se forment comme celles de la Terre, lorsque des particules chargées dans le flux de vent solaire atteignent le champ magnétique de la planète au niveau de ses pôles, ils excitent le gaz dans son atmosphère supérieure qui se met à briller.

Quelques aurores sur la planète aux anneaux sont également déclenchées lorsque certaines de ses lunes, qui sont conductrice d’électricité, se déplacent dans le gaz chargé entourant Saturne.

JUPITER Jupiter, comme la terre, voit ses régions polaires se parer régulièrement de très belles aurores. Sur notre globe, les aurores boréales ou australes se produisent lorsque des particules éjectées par le Soleil sont capturées et accélérées par le champs magnétiques terrestre; elles pénètrent la haute atmosphère à grande vitesse, apportant de l'énergie aux gaz qui s'y trouvent et qui se mettent alors à luire comme des néons. Les aurores joviennes sont beaucoup plus régulières, car elles sont également provoquées par des particules émises en continu par les volcans de lo et piégées par l'énorme champs magnétique de la géantes.

VENT SOLAIRE

SCHÉMA DE SYNTHÈSE

SOLEIL

PARTICULES PROVENANT DU SOLEIL

O

O

N

LUMIÈRES

Waaouh

Interaction entre les particules du vent solaire et les composantes de l'ionosphère

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MAGNÉTOSPHÈRE

Déviation du vent solaire par la magnétosphère

POLE NORD

Synthèse

POLE SUD Infiltration du vent solaire au niveau des pôles.

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ANNEXES Les phénomènes naturels ont toujours été une source de fascination pour l’être humain cherchant à comprendre leurs causes dès le quasi début de l’histoire des sciences. Un de ces phénomènes naturels sont les aurores polaires. Ce phénomène a connu une importante quantité de théories à travers les âges et a surtout été source d'inspiration pour bien des artistes et écrivains.

ART

Représentations picturales d'aurores polaires :

Biard François Auguste, Bay Magdalena Aurore Boréale, Musée du Louvre, Paris

Sydney Laurence, Aurore Boréale

Tom Thompson, Aurore Boréale, 1917, Musée des beaux-arts de Montréal

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DANS LES LIVRES

Auteur : Pierre Loti Extraits de : Fleurs d'ennui Reproduit d'après: Pages choisies des auteurs contemporains. Pierre Loti. Avec introduction de Henri Bonnemain. Paris, Armand Colin/Calmann Lévy, 1900, p. 115-117 Texte de présentation: "Avec un vocabulaire aussi restreint que celui de Racine, Pierre Loti a su tout peindre et rendre quelquefois même l'insaisissable. - Dans les pages qui suivent, il décrit avec un rare bonheur une de ces aurores boréales qu'il a pu admirer dans les mers du Nord, pendant ses nuits de quart. Avec une grande simplicité de style - sans phrases savantes ni adjectifs chatoyants - il nous montre l'étrange magnificence de cette grande fantasmagorie silencieuse."

" La plaine de glace s'étend de tous côtés à perte de vue. La lumière boréale embrase et colore superbement cette nuit et ce désert. A travers le cristal étincelant des glaçons qui nous entourent, les reflets d'en haut se décomposent en tant d'arcs-en-ciel, que nous croyons marcher au milieu d'un monde fait tout entier de gemmes précieuses.

Au-dessus de nos têtes, les nuages qui planent sont d'un rouge sombre, d'une intense couleur de sang. Et de grands rayons pâles traversent le ciel comme des queues de comètes; il y en a des milliers et des milliers, qui divergent tous d'une sorte de centre mystérieux, perdus au fond de l'immensité noire: le pôle magnétique. Des faisceaux, des gerbes de rayons, s'élancent et se déforment, reparaissent et puis s'éteignent. Cette étrange magnificence change et remue.

C'est la splendeur de cette force insaisissable, inconnue, qu'on a appelée magnétisme. Cette puissance occulte se donne ce soir une grande fête, par cette nuit d'hiver, là-bas dans les régions hyperborées. Elle rayonne, elle éblouit, elle inquiète! elle jette son épouvante de chose inexpliquée, incompréhensible, spectrale.

Une sorte de tremblement continu agite toute cette lumière. On croit l'entendre bruire et crépiter - on écoute -, rien ... Ce n'est qu'une grande fantasmagorie silencieuse. Ce feu est froid et mort, dans ce ciel et sur cette mer gelée, c'est le silence absolu ...

(...) Les nuages, qui d'abord ressemblaient à du sang vu par transparence, ont peu à peu changé de couleur. Les uns sont devenus d'un rouge sombre, les autres d'un rose triste et mourant. Les grands rayons pâles s'en vont à la débandade dans le ciel immense; on dirait qu'ils ont perdu leur centre; on dirait qu'on les en a détachés en les tranchant: du côté du pôle, leurs sections sont nettes comme des sections faites à coup de ciseaux. Seulement ils se tiennent encore entre eux, les rayons pâles, juxtaposés en longues séries mouvantes et tremblantes. Cela semble des bandes d'une gaze lumineuse plissée à petits plis.

Des souffles mystérieux, qu'on ne sent pas sur terre, des souffles magnétiques, agitent doucement ces étoffes de feu bléme; elles s'enroulent en spirales légères, ou se déploient comme des banderoles impalpables, en s'éteignant toujours. De dernières rougeurs, presque livides, paraissent encore çà et là sur les nuages.

De derniers lambeaux de cette gaze lumineuse traînent au hasard dans l'espace, en tremblant toujours. Il deviennent de plus en plus diaphanes. Ils sont si vagues, qu'on a peine à les suivre. Ils sont si ténus, que l'oeil les perd. Ils ne sont plus rien. La lumière polaire est éteinte. L'aurore boréale vient de mourir.

La nuit noire et glacée nous enveloppe et nous n'y voyons plus, au milieu de ce chaos déchiqueté, qui est une mer figée..."

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DANS LES MEDIAS

L'éruption solaire qui touche la Terre est-elle dangereuse ?

Cette image, fournie par la NASA, a été prise dimanche 22 janvier, et montre l'éruption dans l'hémisphère Nord du soleil.

Certes, l'éruption solaire de la nuit du dimanche 22 au lundi 23 janvier ne rivalisera pas avec celle de 1989, qui avait provoqué au Québec et dans le nord-est des Etats-Unis une panne électrique générale de 9 heures. Ni avec celle de 1859, la plus violente jamais enregistrée, qui avait généré des surtensions sur le réseau télégraphique et des incendies en Amérique du Nord. Mais c'est tout de même "une belle bête", estime Ludwig Klein, astronome au Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique de l'Observatoire de Paris. Le flux de protons dans l'espace interplanétaire est particulièrement intense : c'est le plus élevé depuis 2005.

Selon Doug Biesecker, physicien à l'Administration nationale des océans et de l'atmosphère (NOAA) des EtatsUnis, l'éruption a projeté un nuage de plasma à la vitesse de 6,4 millions de km/h. La tempête géomagnétique induite est classée au niveau 3 sur une échelle de 5.

RÉVEIL DU SOLEIL Notre astre solaire a ses colères qui suivent des cycles de onze ans entre deux pics d'activité. Il émerge actuellement d'un long sommeil qui a atteint son niveau le plus profond entre 2008 et 2010. Il atteindra le paroxysme de son agitation en 2013, prédisent les astronomes. Durant ces périodes d'effervescence, de nombreuses taches viennent ternir par endroit – et, paradoxalement, rendre globalement plus brillante – sa surface. Ces taches sont la manifestation d'un champ magnétique très agité, qui remonte par endroits des tréfonds de l'astre et atteint sa surface, formant alors une zone sombre à l'activité intense.

Le champ magnétique du Soleil s'ancre dans un gaz brûlant à des températures d'environ 6 000 degrés, et qui évolue dans un mouvement perpétuel comparable à une ébullition. Il est parcouru de particules électriquement chargées, protons ou électrons. L'énergie qui s'y emmagasine peut brusquement se libérer dans une explosion, qui crée un gaz encore plus brûlant, pouvant atteindre une dizaine de millions de degrés. C'est ce qui s'est passé lundi, explique Ludwig Klein.

Est alors éjectée dans l'espace une partie de la masse solaire accompagnée d'un champ magnétique propre.

Celui-ci arrive en un jour ou deux sur Terre, c'est-à-dire aux alentours du mardi 24 janvier.

38 ORAGES MAGNÉTIQUES ET MARCHÉS FINANCIERS Fort heureusement, les Terriens sont protégés de ces bombardements par une double enveloppe : la magnétosphère et l'atmosphère. Selon Ludwig Klein, les détecteurs de particules au sol n'ont, pour le moment, mesuré aucune activité anormale. Toutefois, des particules énergétiques solaires peuvent s'introduire dans la région des pôles. Le champ magnétique de l'astre, en se couplant avec son homologue terrestre, provoque alors des instabilités qui formeront des aurores boréales.

Aurore boréale au-dessus de Stockholm, en Suède. SAULI PULKKINEN / SCANPIX SWEDEN / AFP

Par ailleurs, la ionosphère, à environ 80 kilomètres au-dessus de nos têtes et utilisée pour les transmissions radio, peut également être touchée. Des problèmes de communication peuvent alors survenir sur des lignes aériennes proches des pôles. C'est arrivé en 2005, quand des avions volant dans la région du pôle Sud ont dû être redirigés, se souvient l'astrophysicien.

L'influence du vent solaire sur l'environnement terrestre

Même dans ce bas monde, les tempêtes géomagnétiques peuvent avoir des effets insoupçonnés. En juin, l'Organisation pour la coopération et le développement économiques notait que ce type d'aléa météorologique, consécutif à une éruption solaire, faisait partie des quelques risques majeurs susceptibles de perturberl'économie mondiale. De plus en plus intégré, le système économique – et notamment les marchés financiers – reposent en effet sur les technologies de l'information et de la communication.

Enfin, s'il n'y a à peu près aucun risque d'être criblé de protons tant qu'on reste sur le plancher des vaches, il n'en est pas de même pour les personnes voyageant en avion dans des régions pôlaires, et, a fortiori, pour les quelques humains qui évoluent hors du cocon atmosphérique. Il en est ainsi du personnel de la Station spatiale internationale, à près de 500 kilomètres de la Terre. Bien qu'ils soient toujours sous la protection de la magnétosphère, qui s'étend jusqu'à 40 000 km autour de la Terre, ils subissent de fortes radiations.

Changement d'itinéraire pour les avions voyageant près des pôles Du fait de cette importante éruption solaire, susceptible de brouiller les communications par satellite, la compagnie Delta Air Lines a changé l'itinéraire d'une"poignée de vols" transpolaires entre l'Asie et les EtatsUnis, a annoncé un porte-parole de la société mardi 24 janvier. Les avions à destination de Hongkong, Shanghai et Séoul ont adopté une route plus au sud, et ce dès le début de l'événement, dimanche. (AFP) Angela Bolis, Le Monde, 24 janvier 2011

LEXIQUE Algonquins :Famille autochtone de langues indiennes d'Amérique du Nord.

Cornets polaires : deux régions des magnétosphères situées dans le prolongement des pôles magnétiques Corps céleste :Objet extra-terrestre visible dans le ciel Cycle solaire : une période pendant laquelle l'activité du Soleil varie en reproduisant les mêmes phénomènes que pendant la période de même durée précédente.

Esquimau : le nom donné par les Européens à l'ensemble des peuples autochtones de l'Arctique, dans les régions de l'Alaska, du Grand Nord canadien, du Groenland et de l'Est de la Sibérie, Inuit : un peuple autochtone des régions arctiques de la Sibérie et de l'Amérique du Nord ainsi que du Groenland.

Matière coronale : éjections lors de violentes éruptions solaires , cette matière parcourt le système solaire à des vitesses impressionnantes , il s’agit de la matière composant le vent solaire.

Neutrino : Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules.

Orages magnétiques : sont des perturbations du champ électrique de la Terre causés par des éruptions solaires qui expulsent vers notre planète d'énormes quantités de particules chargées électriquement.

Oxyder (s’) : Être attaqué par l'oxydation (fixation d’hydrogène par un corps) suite à une exposition à l'air.

Plasma : un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons) Radiocommunications: Echange de messages à distance par le biais d'ondes électromagnétiques Rayonnement cosmique : le flux de noyaux atomiques et de particules de haute énergie qui circulent dans le vide interstellaire Région de Basse latitude : région située à proximité de l’équateur.

Sous orage magnétique : Perturbations du champ magnétique terrestre, ressenties au niveau des pôles et qui créent des aurores polaires.

Les ondes sismiques sont des ondes élastiques qui peuvent traverser un milieu sans le modifier. On distingue deux types d'ondes, les ondes de volume qui traversent la Terre et les ondes de surface qui se propagent à sa surface. Elles sont utilisées par les scientifiques pour déterminer la structure interne de la Terre.

Le manteau : En géologie, est une couche intermédiaire entre le noyau planétaire et la croûte de la terre.

Dynamo : Désigne une machine à courant continu fonctionnant en générateur électrique. Une dynamo est un dispositif qui convertit l'énergie mécanique en énergie électrique par induction électromagnétique.

Champ magnétique : c’est une grandeur caractérisée par une intensité et une direction, définie en tout point de l'espace, et déterminée par la position et l'orientation d'aimants, d'électroaimants et le déplacement décharges électriques. La présence de ce champ se traduit par l'existence d'une force agissant sur les charges électriques en mouvement, et divers effets affectant certains matériaux.

Magnétosphère : région entourant un objet céleste dans laquelle les phénomènes physiques sont dominés ou organisés par son champ magnétique Plasma : Fluide composé de molécules gazeuses électriquement neutres, d'ions positifs et d'électrons négatifs.

Interaction : Action réciproque qu'exercent l'un sur l'autre deux ou plusieurs systèmes physiques.

En physique, en chimie ou en biologie, une interaction a pour effet de produire une modification de l'état des objets en interaction, comme les particules, atomes ou molécules.

SOURCES http://www.cosmovisions.com/CTaurores.htm http://www.meteo.org/phenomen/aurore.htm http://www.banditdenuit.com/apropos22.htm http://hugoclave.free.fr/TPEAurores.html http://drux.fr/aurores/III.html http://covillan.edres74.ac-grenoble.fr/spip.php?article119 http://www.larousse.fr/encyclopedie/divers/aurore/24145 http://www.imcce.fr/en/grandpublic/systeme/promenade/pages5/542.html www.wikipédia.com www.lemonde.fr www.media4.obspm.fr http://mersaustrales.mnhn.fr/rubriques/voir/141 http://www.spaceweather.eu/publications/aeronomie_origine_aurores.pdf http://wwwassos.utc.fr/orion/physique/Aurores.php http://www.cieletespace.fr/search/node/aurore http://www.nasa.gov/ http://www.futura-sciences.com/fr L’Encyclopédie de l’Agora Encarta Junior Encarta Tout l’Univers Fleurs d’Ennui, Pierre Loti, 1882 Jupiter et Saturne

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CONCLUSION C’est à travers un voyage interplanétaire allant de l’infiniment grand à l’infiniment petit que nous avons essayé tout au long de ce projet de dévoiler du mieux que nous le pouvions l’un des plus beaux mystères de notre univers et de répondre ainsi à la problématique fixée : Comment interpréter ce phénomène si particulier et quel est son impact sur l’environnement ?

Gouguenheim a dit « Tout sur la Terre est né de lui et tout lui est soumis. Sa lumière nous éclaire le jour, et même parfois la nuit. Sans lui le ciel ne serait pas bleu, ni l'émeraude verte ». C’est en e#et grâce à l’interaction entre cette boule de gaz âgée de plus de 4.5 milliard d’années et à ce miraculeux point bleu, cette oasis de vie au milieu de l'immensité de l’Univers qu’est la planète terre que l’on peut assister à l’un des plus admirables phénomènes qui soit : les aurores polaires.

Il s’agit alors du résultat de la réaction entre les particules chargées du vent solaire et celles présentes dans notre atmosphère, plus particulièrement au niveau de l’ionosphère.

Dans les basses latitudes où nous vivons, nous n’avons malheureusement pas la chance de pouvoir admirer ces draperies célestes, puisqu’elles ne sont perçues que dans les régions polaires. Cela est dû à la forme de notre magnétosphère, dont les boucles – qui lui permettent de remplir son rôle de bouclier terrestre -, se rejoignent au niveau des pôles, a#aiblissant ainsi la protection de ces zones. Le vent solaire parvient alors à s’infiltrer , et interagir avec la haute atmosphère.

De formes et de couleurs di#érentes et dissemblables, les aurores polaires présentent également des risques et peuvent endommager les installations humaines. Leur e#et est alors ressenti au niveau des communications radio, des satellites ou encore des canalisations de transport de matières gazeuses.

Dans l’optique de modéliser ce phénomène auroral, et de mieux l’expliciter pour dissiper toute confusion, nous avons, après avoir exposé les faits scientifiques, réalisé quelques observations et démarches expérimentales, et annexes jointes aux dossiers.

C’est donc sur ces dernières phrases que s’achève notre dossier, néanmoins notre insondable curiosité et notre vive soif de savoir et de nouvelles découvertes concernant ce sujet ne s’estompent pas avec la clôture de ce projet. Ainsi après courte discussion, nous avons à l’unanimité décidé de nous nous mettre, le temps d’un voyage, dans la peau de chasseuses d’aurores et de nous diriger ainsi vers une destination phare : La Norvège du Nord pour assister en quelques jour hivernaux à un phénomène qui dévoile sa nature profonde, une nature chaleureuse, simple et authentique, libre et joyeuse sous son manteau de neige.

Benabdeljalil Noufissa Moumni Fatima-Zahra Rouhy Fatima-Zahra Tazi Salma Première S 1 2011- 2012