Les orages géomagnétiques

 

            L’orage magnétique est causé par une compression de la magnétosphère due a un événement solaire (CME vent rapide etc.), Le premier effet de cette compression est une augmentation de l’intensité du courant Chapman Ferraro circulant sur la magnétopause            

       Si la dernière tempête en date a évité la Terre de justesse en 2017, notre planète

a déjà connu d’autres éruptions solaires de grande envergure. En 2003, l’une d’elles

a entraı̂né une panne de courant à Malmö et la perte de contact avec deux satellites

japonais. Plus impressionnante encore, la tempête solaire de 1989 a plongé le Canada dans le noir et coupé le réseau de chauffage pendant six heures en plein hiver.

Liées aux fluctuations du vent solaire, un phénomène découvert il y a un peu plus

d’un demi-siècle, ces éruptions sont loin d’avoir livré tous leurs secrets : à ce jour,

la science reste incapable de prévoir leur occurrence. Mais cela pourrait bientôt

changer : deux missions, l’une de la Nasa, l’autre de l’Agence spatiale européenne

– sont actuellement en cours pour effectuer des mesures au plus près de l’astre solaire. À l’aide de deux sondes mises en orbite, Parker Solar Probe et Solar Orbiter, les scientifiques américains et européens cherchent à mieux définir ce phénomène qui, d’après les premières observations, semble beaucoup plus

 complexe qu’on ne le croyait jusqu’ici.

Une tempête géomagnétique est une perturbation majeure de la magnétosphère terrestre qui se produit lorsqu'il y a un échange très efficace d'énergie du vent solaire vers l'environnement spatial entourant la Terre. Ces tempêtes résultent de variations du vent solaire qui produisent des changements majeurs dans les courants, les plasmas et les champs de la magnétosphère terrestre. Les perturbations géomagnétiques sont conditionnées par l'orientation du champ magnétique interplanétaire dans le vent solaire orienté vers le Sud à l'opposé de la direction du champ terrestre, du côté jour de la magnétosphère. Cette condition est efficace pour transférer l’énergie du vent solaire vers la magnétosphère terrestre.

Les plus grandes tempêtes résultant de ces conditions sont associées aux éjections de masse coronale solaire (CME) où environ un milliard de tonnes de plasma du soleil, avec son champ magnétique intégré, arrivent sur Terre. Les CME mettent généralement plusieurs jours pour arriver sur Terre, mais on a observé, pour certaines des tempêtes les plus intenses, qu'elles arrivent en aussi peu que 18 heures. Une autre perturbation du vent solaire qui crée des conditions favorables aux tempêtes géomagnétiques est le courant de vent solaire à grande vitesse. Le s vents solaires rapides s'attaquent au vent solaire plus lent et créent des régions d'interaction co-rotatives, ou CIR. Ces régions sont souvent liées aux tempêtes géomagnétiques qui, bien que moins intenses que les tempêtes provoquées par les  CME, peuvent souvent injecter plus d'énergie dans la magnétosphère terrestre sur un intervalle de temps plus long.

 Les tempêtes entraînent également des courants intenses dans la magnétosphère, des changements dans les ceintures de rayonnement et des changements dans l'ionosphère, notamment un réchauffement de l'ionosphère et de la région de la haute atmosphère appelée thermosphère. Dans l’espace, un anneau de courant vers l’ouest autour de la Terre produit des perturbations magnétiques au sol. Une mesure de ce courant, l'indice de temps de tempête de perturbation (Dst), a été utilisée historiquement pour caractériser la taille d'une tempête géomagnétique. De plus, il existe des courants produits dans la magnétosphère qui suivent le champ magnétique, appelés courants alignés sur le champ, et ceux-ci se connectent à des courants intenses dans l'ionosphère aurorale. Ces courants auroraux, appelés électrojets auroraux, produisent également d’importantes perturbations magnétiques. Ensemble, tous ces courants, et les déviations magnétiques qu'ils produisent au sol, sont utilisés pour générer un indice de perturbation géomagnétique planétaire appelé Kp. Cet indice constitue la base de l'une des trois échelles de météo spatiale de la NOAA, la tempête géomagnétique, ou échelle G, utilisée pour décrire la météo spatiale susceptible de perturber les systèmes sur Terre.

Pendant les tempêtes, les courants dans l'ionosphère, ainsi que les particules énergétiques qui se précipitent dans l'ionosphère, injecte de l'énergie sous forme de chaleur qui peut augmenter la densité et la répartition de la densité dans la haute atmosphère, provoquant une traînée supplémentaire sur les satellites des basses orbite terrestre. 

        Géo-effectivité des CMEs Halos

     La capacité d’une CME à perturber la magnétosphère en provoquant un orage magnétique est appelée géoeffectivité. Elle est mesurée en terme d’indice géomagnétique tel que le temps de tempête de perturbation (Disturbance Storm Time ) ou l’indice Dst.

Les tempêtes géomagnétiques peuvent être classées en cinq groupes en fonction de la valeur minimale de Dst (Gopalswamy,2007):

—Faible (-30 à -50 nT)

—Modérée (-50 à -100 nT)

—Forte (-100 à -200 nT)

—Sévère (- 200 à -350 nT)

—Super (< −350nT )

Les CME Halo suivis de Dst ≤ 50 nT sont considérés comme géoeffectifs. Les halos

suivis de Dst ≤ -100 nT comme fortement géoeffectifs, tandis que ceux suivis par

-50 nT < Dst <-100 nT comme modérément géoeffectifs. Il est habituel de consid-

érer toutes les valeurs Dst ≤ -100 nT comme étant des tempêtes géomagnétiques intenses. Pour trouver la valeur Dst minimale correspondante à chaque CME, une fenêtre de temps de 4 jours a été choisie commençant au début de la CME + 1 jour et se terminant au début de la CME + 5 jours. La valeur minimale de l’indice Dst dans cette fenêtre temporelle après le halo CME est attribuée au halo CME (Gopalswamy,2007). Nous avons sélectionné touts les halo CMEs associées aux éruptions de classe X, et nous obtenons pour chaque halo une valeur Dst.

Sur 84 tempêtes de classe X(une tempête de classe X non classée car elle est non

associée à une CME); 42,85% (36) sont fortement géoeffectives; 28,57%(24) sont

modérément géoeffectives et 28,57% (24) sont pas géoeffectives. Il y a une faible

corrélation entre les vitesses initiales des CMEs et l’indice Dst. Ce qui signifie que

les CMEs les plus importantes(V ≤ à 1000km/s) ne sont pas forcement géoeffectives.

Toute fois de très fortes tempêtes géomagnétiques ( Dst < -200 nT) ont été causées par des CME très rapides dont les vitesses sont supérieures à 900 km/s. Et les plus faibles valeurs de vitesses de CMEs sont susceptible de provoquer des tempêtes géomagnétiques intenses.(-200nT < Dst ≤ -100nT) Ce qui est en accord avec les travaux de (Kim et al. ,2005). La CME du 29 mars 2001 provenait de la région active 9393 (vitesse de 942km/s) et était associé à une éruption X1.7 enregistrée par le satellite GOES à rayons X. Une tempête géomagnétique majeure s’est produite deux 2 jours plus tard à 8h00 TU avec un indice DST chutant à -387 nT. Elle a été le moteur de l’une des plus fortes tempêtes géomagnétiques des deux cycles solaires. Les tempêtes intenses (Dst <-100 nT) peuvent être associées à des éruptions de classe C et M dont les valeurs sont encore inférieures à -387nT ( Srivastava , 2001 ). La vitesse initiale d’un halo CME rapide peut être la cause d’une tempête géomagnétique intense à condition que le champ magnétique interplanétaire (Bz) soit dirigé vers sud.