En bref
Une aurore boréale est une lueur colorée produite dans la haute atmosphère quand des particules du vent solaire, canalisées par le champ magnétique terrestre, percutent les molécules d'oxygène et d'azote vers 100 à 300 km d'altitude. Elle est visible en anneau autour des pôles et descend vers les moyennes latitudes lors des tempêtes géomagnétiques.
Le phénomène, en une phrase
Une aurore boréale est la signature lumineuse d'une excitation atomique dans la haute atmosphère terrestre. Quand des particules chargées du vent solaire pénètrent la magnétosphère, elles sont accélérées le long des lignes de champ magnétique vers les pôles. En frappant les molécules d'azote et d'oxygène raréfiées entre 100 et 300 km d'altitude, elles transfèrent leur énergie à ces atomes, qui la restituent sous forme de photons. Selon l'espèce excitée et la hauteur, la couleur change.
Pourquoi cette couleur ?
La teinte d'une aurore encode physiquement son altitude et sa composition.
| Couleur | Émetteur | Altitude |
|---|---|---|
| Vert | Oxygène atomique (raie à 557,7 nm) | 100-150 km |
| Rouge | Oxygène atomique (raie à 630 nm) | 200-300 km |
| Violet / rose | Azote moléculaire ionisé | 90-100 km (bord inférieur) |
| Bleu | Azote moléculaire ionisé (rare) | 95-120 km |
Les aurores vues depuis les hautes latitudes (Norvège, Islande) sont principalement vertes, car on observe l'anneau auroral à des altitudes de 100-150 km. Depuis les moyennes latitudes comme la France, les aurores apparaissent rouges ou violacées, car on ne voit que le sommet de l'aurore, situé plus haut en altitude, dépassant de l'horizon nord.
D'où viennent les particules ?
Le Soleil expulse en permanence un flux continu de particules chargées appelé vent solaire. Sa vitesse typique oscille entre 300 et 800 km/s. Lors d'éruptions solaires et d'éjections de masse coronale (CME), des bulles de plasma magnétisé bien plus denses sont projetées dans l'espace interplanétaire. Quand elles atteignent la Terre (un à trois jours plus tard), elles compriment et déforment la magnétosphère : on parle alors de tempête géomagnétique.
L'intensité de l'aurore dépend à la fois du flux de particules et de l'orientation du champ magnétique transporté par la CME. Un champ orienté vers le sud (Bz négatif) permet une reconnexion magnétique efficace avec le champ terrestre, injectant massivement des particules vers les cornets polaires. C'est ce paramètre Bz que les prévisionnistes surveillent en priorité.
Depuis où peut-on en voir ?
L'anneau auroral, ou ovale auroral, est normalement centré autour du pôle magnétique à une latitude géomagnétique de 65-70°. Sur le continent européen cela correspond à la Norvège, l'Islande, le nord de la Finlande. En France, la latitude géomagnétique va de 51° (Lille) à 42° (Perpignan) : il faut une tempête importante pour que l'ovale descende jusqu'à nous.
L'indice Kp quantifie cette descente. En pratique :
- Kp 4 ou moins : aurore au-dessus du cercle polaire uniquement.
- Kp 5-6 : aurore au nord de l'Écosse et de la Scandinavie.
- Kp 7 : aurore potentiellement visible dans le nord de la France.
- Kp 8-9 : aurore visible dans presque toute la France, même depuis les grandes villes.
Les tempêtes de niveau 8-9 se produisent quelques fois par cycle solaire. La tempête du 10-11 mai 2024 (Kp 9) a rendu l'aurore visible à l'œil nu depuis Bayonne, Marseille et même certains points de Corse, un événement historique qui restera la référence pour toute une génération d'observateurs.
Hémisphère sud : aurore australe
Le phénomène est symétrique : l'hémisphère sud a son propre ovale auroral, centré sur le pôle magnétique austral. On y observe des aurores australes depuis la Tasmanie, la Nouvelle-Zélande, le sud du Chili et de l'Argentine. La puissance hémisphérique (AHP) mesure l'énergie totale déposée dans chaque ovale, en gigawatts. En conditions calmes elle tourne autour de 5 à 20 GW, lors d'une grosse tempête elle dépasse 200 GW.
Formes et dynamique
Une aurore n'est jamais statique. On distingue plusieurs formes :
- Arcs homogènes : bandes calmes et régulières à l'horizon, forme la plus fréquente.
- Rayons et plissements : colonnes verticales animées, signe d'une activité soutenue.
- Couronnes : convergence de rayons au zénith, ne visible qu'à l'intérieur de l'ovale.
- Pulsations : variations de luminosité en quelques secondes, typiques de fin de tempête.
Pendant une sous-tempête (substorm), un arc stable peut brusquement se déstructurer et se transformer en rayons mouvants en quelques minutes : c'est le moment le plus spectaculaire.
Mythes et histoire
Avant d'être comprise physiquement, l'aurore a nourri les mythologies. Pour les Sami, ce sont les âmes des défunts dansant dans le ciel. Pour les Inuits, les esprits jouant au football avec un crâne de morse. Jean-Jacques d'Ortous de Mairan, en 1733, proposa le premier lien entre aurores et Soleil. Mais c'est Kristian Birkeland qui, au début du 20e siècle, démontra en laboratoire que les aurores sont provoquées par des particules solaires guidées par le champ magnétique terrestre. On appelle aujourd'hui courants de Birkeland les boucles de courant électrique qui nourrissent l'ovale.