Trois choses à savoir sur les aurores boréales

1. Les aurores boréales naissent de l’interaction entre la haute atmosphère terrestre et les particules chargées provenant du Soleil.

Le Soleil traverse des cycles d’activité de 8 à 13 ans, alternant entre périodes calmes et périodes très actives. Lors des phases actives, son champ magnétique devient chaotique et provoque des explosions à sa surface : des éruptions ou des éjections coronales de masse. Il arrive que ces énormes bouffées de particules, filant à plusieurs millions de km/h, atteignent la Terre. Ces particules s’ajoutent au vent solaire, un flux continu qui souffle en permanence depuis le Soleil.
Arrivées dans la haute atmosphère (au-delà de 80 km), ces particules, majoritairement des électrons, sont guidées par le champ magnétique terrestre vers les régions proches des pôles. Elles y forment un anneau appelé ovale auroral : boréal au nord, austral au sud.
En entrant en collision avec les molécules de l’atmosphère, elles leur transmettent de l’énergie. L’atmosphère réémet alors cette énergie sous forme de lumière : c’est l’aurore.  La couleur des aurores dépend de l’altitude où les électrons entrent en collision avec l’atmosphère.
-    Au-dessus de 200 km, ils frappent des atomes d’oxygène qui émettent une lueur rouge.
-    Entre 150 et 100 km, ils excitent l’oxygène atomique, qui produit du vert.
-    Entre 80 et 100 km, les particules les plus rapides et les plus denses percutent l’azote et l’oxygène de l’air que nous respirons, générant des teintes mauves, bleues, jaunes, roses et parfois un peu de rouge.

2. L’activité du Soleil détermine la latitude des aurores boréales, permettant parfois de les observer depuis l’Europe.

Lors des éruptions solaires les plus puissantes, l’énergie libérée accélère fortement ces particules, qui peuvent filer à plusieurs millions de km/h. Plus rapides, elles pénètrent plus profondément dans le champ magnétique terrestre et s’approchent davantage de la planète avant d’être déviées. Comme elles ont moins de distance à parcourir pour descendre le long des lignes magnétiques, elles atteignent l’atmosphère à des latitudes plus basses : l’ovale auroral s’étire vers l’équateur. C’est pourquoi les fortes tempêtes solaires permettent d’observer des aurores bien plus au sud que d’habitude comme ça a été le cas récemment.

3. Lumière, champ magnétique, particules : la science étudie de près les aurores.

Pour étudier les aurores polaires, les scientifiques combinent plusieurs types d’instruments : caméras plein ciel pour observer la voûte céleste, radars géophysiques pour mesurer température, densité et mouvements des particules, magnétomètres pour suivre les variations du champ magnétique, et spectrographes ou instruments analysant la polarisation de la lumière pour étudier les couleurs et les courants électriques des aurores. Ces outils permettent de suivre le vent solaire et ses interactions avec le champ magnétique qui entoure la Terre, avec des applications à la fois fondamentales et pratiques pour les télécommunications, l’industrie et la défense. 
Les chercheurs travaillent aussi à développer des outils capables de prévoir les aurores boréales, comme le fait le groupe OFRAME au CNRS.
Malgré ces instruments avancés, certaines étapes du trajet des particules, notamment au-delà de 1 000 km d’altitude, restent encore mal comprises, laissant plusieurs théories coexister. Le mystère des aurores polaires reste donc partiellement en suspens… affaire à suivre.

Jean Lilensten est directeur de recherches au CNRS, astronome et planétologue rattaché à l'Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble (IPAF). Il est spécialiste de l'activité solaire, de la météorologie de l'espace et de l'étude des aurores polaires.