Aurores Polaires

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

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 différentes et variées pour expliquer son fonctionnement. Par contre, ce n’est que très récemment que le mode de fonctionnement des aurores a été compris.

L’historique des théories

La première hypothèse concernant les aurores polaires viendrait d’Anaximandre qui aurait invoqué la présence de nuages enflammés à l’horizon. La description de ce phénomène s’apparente à une aurore puisqu’une aurore se trouve être un phénomène qui apparaît à l’horizon vers un des pôles magnétiques. Ensuite, pour ce qui est des nuages enflammés, il faut tenir compte du fait qu’Anaximandre fait partie des monistes qui affirment que tous découlent d’un seul élément primordial. Pour Anaximandre, il s’agit de l’air qui se transforme en feu par les nuages qui s’enflamment. Par la suite, d’autre personnages de l’Antiquité ont aussi mentionné un phénomène qu’on identifie aujourd’hui comme des aurores: Aristote et Sénèque qui les ont observés comme des phénomènes de type atmosphérique, les Grecs ayant cherché à éliminer le facteur divin de l’explication de la nature. Cependant, cette tendance à éliminer le coté mythique comme explication de la nature rencontre un recul vers la fin de l’Antiquité et le Moyen-âge.  Il a fallu la Renaissance pour que de nouvelles théories soit élaborées pour chercher à expliquer ces phénomènes. Le nom «aurore boréale» fut pour la première foi utilisé pour désigner ce phénomène par Galilée. Cependant, certaines sources tendent à affirmer que le premier utilisateur du terme fut un mathématicien français contemporain de Galilée du nom de Gassendi (1590-1655). Donc, le phénomène des aurores boréales était depuis longtemps connu. Cependant, c’est à partir de la Renaissance que les théories pour expliquer ce phénomène commencent à devenir considérables.

Plusieurs théories pour expliquer ce phénomène se succédèrent fortes différentes les unes des autres. Cependant, la théorie qui resta la plus longtemps est celle de Mairan (1678-1771). Cette théorie expliquait l’aurore par la présence d’un vapeur lumineuse entre le soleil et la terre et qui s’arrachait par la terre. Cependant, cette théorie fut assez vite remplacée par l’observation de perturbation des compas lors des aurores ce qui implique que le champ magnétique de la terre a une importance. Cette découverte fut faite par Anders Celsius et Johan Carl Wilcke. Au fil du temps plusieurs théories ont été élaborées pour chercher à expliquer le phénomène des aurores boréales jusqu’à ce que James Cook observe un phénomène similaire dans l’hémisphère austral en 1773. C’est finalement au milieu du XIXe siècle, qu’un norvégien du nom d’Olaf Birkeland arriva avec la théorie du fonctionnement des aurores qui est présentée dans le seconde partie.

Fonctionnement :

La première chose qui faut savoir sur le fonctionnement des aurores est qu’il y a trois éléments absolument nécessaires pour ce phénomène : une source d’énergie, un champ magnétique suffisant et une atmosphère. Tout commence avec notre soleil qui constitue la source d’énergie ou plus précisément le vent solaire et les éruptions solaires qui s’en échappent. C’est le vent solaire qui est le plus souvent responsable des aurores polaires puisqu’il s’agit d’un flot plus au moins constant et continu de particules chargées d’énergie. Le vent solaire est émis par la couche extérieur du soleil appelé la couronne solaire (où la température se calcule en millions de Kelvin, pour la comparaison 0°C = 273,15K) dans toutes les directions à une vitesse se situant entre 400 et 800km.

Source : http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=6732

Pour ce qui est des éruptions solaires, il s’agit d’une perturbation du champ magnétique du soleil qui provoque une autre libération d’énergie mais généralisée dans une direction précise et à plus grande vitesse que pour le vent solaire. C’est ce qui provoque les aurores les plus importantes et qui peut causer des dégâts importants sur notre société actuelle. Un exemple des dégâts que peut causer ces phénomènes est la panne complète du réseau électrique du Québec en  1989 qui plongea le Québec pendant plusieurs jours dans le noir à cause d’un des transformateurs principaux  qui a court-circuité à la suite d’une importante éruption solaire qui a déclenché une immense aurore. Il y a aussi le danger que représentent les éruptions solaires pour notre système de télécommunication qui est effectué par des satellites qui peuvent être gravement endommagés et même jusqu’à devenir inutilisables pour l’avenir. Donc, la source d’énergie qui permet les aurores polaires provient soit du vent solaire où du vent solaire combinée avec l’énergie libérée par l’éruption solaire.

Éruption solaire et magnétosphère. Source : http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/astronomie/d/solar-b-une-nouvelle-mission-pour-etudier-la-dynamique-du-soleil_9659/

Cette source d’énergie traverse la distance entre la terre et le soleil et entre en collision avec notre magnétosphère qui agit comme un bouclier antiparticule qui bloque les particules chargés (électrons et protons) du vent solaire et les empêche de rentrer dans la haute atmosphère. Cependant,  le champ magnétique de la terre possède la même faiblesse que n’importe quel champ magnétique produit par un aimant droit isolé, faiblesse observable à l’extrémité de ces pôles où le champ magnétique rentre à l’intérieur.

La magnétosphère de la terre sans le vent solaire. Source: ici

L’image ci-dessous montre l’une des ouvertures appelées cornet solaire où les particules chargées du vent solaires peuvent rentrer. Ce sont ces entrées qui sont responsables de l’emplacement des aurores polaires à savoir les zones de l’hémisphère nord et de l’hémisphère sud alentour d’un des pôles magnétiques et non des pôles terrestres. Ces particules chargées qui rentrent dans les cornets solaires ne déclenchent pas nécessairement des aurores puisqu’elles peuvent se trouver piéger dans la ceinture de Van Allen qui fut découverte par les premières sondes spatiales. La ceinture de Van Allen se compose de deux couches concentrées de particules chargées qui circulent en suivant des cercles entre les deux pôles magnétiques de la terre.

Cependant, toutes les particules chargées ne sont pas capturées par la ceinture de Van Allen et certaines réussissent à passer dans l’atmosphère. En rentrant dans l’atmosphère, les particules chargées rentrent en collision avec les molécules qui constituent l’atmosphère. Cela entraîne une réaction en chaîne qui perturbe les atomes des molécules en les rendant à leurs tours chargés. Finalement, quand la vague de particules chargées finit, l’atome chargé retourne à son état d’équilibre quantique en se débarrassant du surplus d’énergie sous forme de lumière qui varie dépendamment de quel élément était l’atome. C’est pourquoi les aurores ont plusieurs couleurs qui dépendent de la présence et de la concentration de chaque type d’atome. Donc, pour obtenir une aurore, il faut avoir une source d’énergie qui fournit des particules chargées, une magnétosphère pour les concentrer dans des zones et une atmosphère pour avoir le spectre lumineux.

Le où et le quand :

Les aurores polaires se produisent à n’importe quel moment et à n’importe quelle heure. Cependant, ce phénomène n’est pas toujours observable puisque le jour la lumière émise par le soleil est beaucoup plus forte que celle qui serait émise par une aurore et, de ce fait, empêche l’œil humain de voir ce phénomène.  L’heure idéale pour observer une aurore est au milieu de la nuit, plus particulièrement en campagne puisque la pollution lumineuse peut suffire pour la rendre inobservable. D’autres conditions peuvent perturber le phénomène comme un ciel nuageux ou la pleine lune. Un autre élément est d’être au plus près des zones d’aurores qui se trouvent être proches des pôles magnétiques appelé zone aurorale. Cependant, cela ne veut pas dire qu’une aurore se présentera puisque même si le vent solaire permet d’avoir des aurores, elles seront de faibles intensités. Le meilleur moment pour voir d’importante aurore est le moment où le soleil rentre dans sa phase importante d’éruption solaire. Cependant, une éruption solaire n’implique pas nécessairement une grosse aurore puisqu’une éruption peut se produire sans que la terre se trouve dans sa trajectoire.

Les couleurs des aurores dépendent des concentrations des gaz présents lors de la rentrée des particules chargées dans l’atmosphère. Chaque élément atomique a un niveau identique et émet une couleurs qui lui est propre comme le vert pour l’oxygène, le bleu pour le mercure. Cependant, la couleur peut changer dépendamment de la quantité d’énergie reçue puisque la production de lumière dépend de l’augmentation de la case quantique de l’électron.

Éric Laflèche

Bibliographie :

ANONYME, «Une éruption solaire risque de perturber les communications », Le Figaro, [En ligne]¸ http://www.lefigaro.fr/sciences/2011/06/08/01008-20110608ARTFIG00588-une-eruption-solaire-risque-de-perturber-les-communications.php (page consultée le 20 novembre 2011)

BERTHELIER, Jean-Jacques. « Aurore polaire », encyclopaedia Universalis, [En ligne], http://www.universalis-edu.com/encyclopedie/aurore-polaire/# (page consultée le 1 octobre 2011)

BROUSSEAU, Vicky et Valérie MAHEUX.  Les Aurores Boréales, [En ligne], http://mendeleiev.cyberscol.qc.ca/chimisterie/2002-2003/VBrousseau.html (page consultée le 1 octobre 2011)

EVE, Christian. Aurore polaire, [En ligne], http://www.meteo.org/phenomen/aurore.htm (page consultée le 1 octobre 2011)

JORDA, Serge. Les aurores polaires, [En ligne], http://www.cosmovisions.com/CTaurores.htm (page consultée le 15 octobre 2011)

M. MULLER. « Aurore boréale », Agora, [En ligne]¸ http://agora.qc.ca/dossiers/Aurore_boreale (page consultée le 4 octobre 2011)

PEREDO, Mauricio et David P. STERN. L’exploration de la magnétosphère terrestre, [En ligne], http://www.phy6.org/Education/FIntro.html#ix (page consultée le 1 octobre)

UPSILON. Les aurores boréales, [En ligne], http://wwwassos.utc.fr/orion/physique/Aurores.php#anchor_lemysteredesaurorespolaires(historique) (page consultée le 4 octobre 2011)

 

Image :

http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=6732

http://www.suntrek.org/factary/m.shtml

http://uvs-model.com/UVS%20on%20geometrical%20structure%20of%20magnetosphere.htm

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