La légende disait vrai ! On racontait qu'elles produisaient des grésillements, des sifflements ou même des éclats de voix.

Le chant des aurores boréales faisait partie du folklore. Il vient d'être enregistré par des chercheurs de l'université Aalto, en Finlande. Les 9 et 10 septembre 2011, trois des microphones qu'Unto Laine et son équipe avaient positionnés dans des lieux connus pour être le siège d'aurores boréales ont enregistré une vingtaine de sons métalliques, à peine plus intenses que le bruit ambiant mais audibles, alors qu'au même moment, le ciel se drapait d'un vert phosphorescent et que institut météorologique finlandais détectait des perturbations magnétiques. Les chercheurs ont même pu localiser, par triangulation, la source sonore : "Elle se situe à seulement 70 m de hauteur, c'est pourquoi le son est audible depuis le sol, détaille Unto Laine. On a longtemps douté de l'existence de ces sons parce que les aurores boréales naissent à des dizaines de kilomètres de hauteur... "Reste à trouver quel mécanisme relie la rencontre des particules chargées venues du Soleil avec les atomes de la haute atmosphère et la naissance d'un son au ras du sol. "C'est encore un mystère, admet le chercheur. Mais j'espère que maintenant que nous savons que le phénomène est réel, nous allons pouvoir nous y atteler".

Fascinants spectacles lumineux dus à des décharges magnétiques haut dans le ciel, les aurores boréales et australes sont visibles dans les régions proches des pôles. Depuis des années, deux théories s'affrontent pour expliquer l'origine exacte de ces phénomènes d'intense dissipation d'énergie. La mission Themis lancée par la Nasa en février 2007 permet aujourd'hui de lever un coin du voile...

Des rubans lumineux qui dansent dans la nuit pendant quelques minutes ou quelques heures, des rideaux verts, rouges, mauves qui embrasent le ciel... les mots manquent pour décrire précisément le ballet fascinant qu'offrent les aurores boréales. Hélas, ils manquent aussi aux scientifiques pour expliquer l'origine de cette spectaculaire violence venue du ciel. Raison pour laquelle la Nasa a justement lancé en février 2007 la mission Themis (pour Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms). Soit cinq satellites envoyés dans l'espace et vingt caméras au sol chargés tous ensemble de scruter les phénomènes qui se produisent haut dans le ciel lors des aurores. Or, les premiers résultats viennent de tomber... et avec eux, l'espoir de réponses simples aux questions jusqu'ici en suspens.
Une chose est sûre : l'histoire d'une aurore boréale - ou australe (<-) dans l'hémisphère Sud - commence bien loin de la Terre, à la surface du Soleil. Notre étoile émet en permanence de la lumière, mais aussi des particules, essentiellement des électrons et des protons. Ejectées loin de sa surface, ces particules forment un gaz ionisé, un plasma, qui s'étend vers l'espace et baigne le milieu interplanétaire : c'est ce que les scientifiques appellent le vent solaire. Lorsque ce vent un peu particulier rencontre un obstacle magnétisé, comme la Terre, il interagit avec lui, modifie les lignes de son champ magnétique et modèle sa magnétosphère. "Le vent solaire compresse le champ magnétique terrestre côté jour et l'étire côté nuit sur plus de 6 millions de kilomètres. C'est pourquoi notre magnétosphère a la forme d'une queue de comète", décrit Christian Jacquey, chercheur au Centre d'étude spatiale des rayonnements (CESR) et membre de la mission Themis.

Mais le plasma en expansion faonne aussi l'intérieur de la magnétosphère, et plus particulièrement le flux de particules qui s'étend côté nuit au cour de la queue. Amplifiée par le souffle solaire, son intensité augmente tellement que l'énergie magnétique accumulée finit par se dissiper brutalement : un sous-orage magnétosphérique éclate (encadré ci-dessous). "Mais une interrogation, à laquelle Themis a précisément pour mission de répondre, demeure : quelle est l'étincelle qui déclenche ces fameux sous-orages magnétosphériques ? "En d'autres termes, quel est le phénomène qui initie la dissipation d'énergie ?

Orage magnétosphérique : il résulte de l'interaction du vent solaire avec la magnétosphère terrestre. Ce type d'orage touche tout le pourtour du globe terrestre et occasionne des aurores visibles loin des pôles. Les sous-orages magnétosphériques, moins intenses mais plus fréquents, sont eux, responsables des aurores boréales et polaires.

C'est bien là le noud du problème, car la suite, elle, est bien comprise. C'est connu, rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme. Aussi, toute cette énergie relâchée par les sous-orages magnétosphériques ne fait-elle que se muer en autre chose. En l'occurrence, elle passe de magnétique à mécanique et thermique : des électrons sont alors accélérés et précipités sur Terre. Dans la haute atmosphère, ils rencontrent des molécules d'oxygène et d'azote. "Les particules bombardées sur cet écran de molécules le rendent luminescent, de la même manière que celles projetées dans un tube cathodique 'allument' l'écran de la télévision", explique Alain Roux, chercheur au Centre d'études des environnements terrestres et planétaires (CETP) et membre lui aussi de la mission. En heurtant les molécules, les électrons les excitent. En se calmant, elles émettent alors des lumières colorées qui s'agitent dans le ciel : des aurores boréales.
Bien sûr, la question de l'origine des sous-orages apparaît cruciale pour comprendre ce qui fait danser les aurores. Mais aussi parce que les puissantes perturbations de la magnétosphère ne se manifestent pas seulement au travers des voiles colorés.

INTERRUPTION OU RECONNEXION : Les sous-orages mettent aussi très concrètement en danger les boussoles, les pipelines et même les satellites ! Savoir ce qui provoque ces violentes dissipations d'énergie permettrait donc de les prévoir finement, d'anticiper les risques et, peut-être, de protéger certaines installations.

LES DANGERS DES SOUS-ORAGES MAGNÉTOSPHÉRIQUES Le mauvais temps spatial a bien des façons de se manifester à nous. Par les splendides aurores bien sûr, mais aussi par toutes sortes de phénomènes bien plus désagréables. Lors des sous-orages magnétosphériques, des particules chargées sont accélérées et bombardées dans l'espace. Mieux vaut pour les satellites ne pas se trouver sur leur chemin ! Elles risquent de détériorer les instruments, voire de les rendre inutilisables à cause des survoltages qu'elles engendrent. En 1994 et en 1997, les satellites de télécommunication Anik E1 et E2 et Telstar 401 ont été mis hors d'usage après des sous-orages. Mais ces tempêtes magnétosphériques perturbent aussi la transmission des ondes radioélectriques utilisées pour les communications satellitaires : le GPS et les systèmes de communications peuvent donc en pâtir. Mais ce n'est pas tout. Car un sous-orage magnétosphérique est avant tout une violente perturbation du champ magnétique au-dessus de nos têtes : toutes les activités qui se servent de ce champ, comme l'utilisation de boussoles, en sont directement affectées. Bien pis, la variation brutale du champ magnétique induit des courants électriques qui se propagent dans les conducteurs longs comme les lignes à haute tension ou les pipelines. Résultats : la corrosion des conduites de pétrole et des pannes du réseau d'électricité. Les Québécois en ont fait les frais en mars 1989. Des sous-orages magnétiques ont paralysé pendant neuf heures l'ensemble du réseau d'Hydro-Québec, l'équivalent québécois d'EDF, et détruit deux transformateurs électriques. Des dommages dont le coût a été estimé à plusieurs centaines de millions de dollars ! Prévoir finement les sous-orages permettrait d'anticiper leurs effets en informant la population des risques encourus aux abords des installations touchées, en éteignant certains instruments électriques pour éviter les courts-circuits, voire en déviant la trajectoire des satellites ou des vols habités.

Mais voilà : depuis quelques dizaines d'années, deux théories, issues d'observations de la magnétosphère lors de sous-orages, s'affrontent sur le sujet, sans toutefois s'exclure. La première assure que les colères de la météo spatiale éclatent à cause d'interruptions un peu mystérieuses du courant à travers la queue. Elles débutent à quelque huit rayons terrestres de notre planète, et se propagent ensuite vers l'extérieur. La seconde, en revanche, affirme que les sous-orages prennent naissance trois fois plus loin : les lignes de champ à l'intérieur de la magnétosphère, d'ordinaire à peu près parallèles, sont comme étirées jusqu'à se rejoindre aux alentours de vingt rayons terrestres. L'énergie magnétique serait alors dissipée dans cette reconnexion, ce qui provoquerait les sous-orages. Mais là encore, les mécanismes mis en jeu restent flous.
Quoi qu'il en soit, interruption et reconnexion sont accompagnées de variations brutales de l'énergie magnétique et pourraient l'une comme l'autre expliquer la suite des événements : l'accélération des électrons vers la Terre et les aurores boréales. Mais jusqu'à aujourd'hui, aucune mission n'était équipée pour voir en même temps les deux phénomènes si distants. Du coup, impossible de savoir lequel précède l'autre. Et donc de déterminer si le détonateur est une reconnexion ou une interruption.
Cette interrogation a trouvé un début de réponse grâce aux sousorages qui ont éclaté les 29 janvier et 26 février 2008. Ces jours-là, comme tous les quatre jours depuis leur lancement en février 2007, les cinq satellites de Themis sont alignés dans la queue de la magnétosphère terrestre, au-dessus du continent nordaméricain. Répartis sur des orbites allant de huit à trente rayons terrestres, ils enregistrent sagement les variations de champ magnétique et mesurent les flux de particules. Au sol, les caméras plein ciel immortalisent les splendides aurores qui dévorent la nuit.

UNE MISSION SANS FAUTE : Car l'idée était bien de s'offrir une vue complète sur le théâtre des événements, la haute atmosphère et les deux sites potentiels de dissipation d'énergie. Qu'importe l'enchaînement dans le ballet des interruptions, des reconnexions et des sous-orages, Themis ne devait en perdre aucune miette. Et les 29 janvier et 26 février, les satellites se sont montrés, sinon d'excellents arbitres, du moins de parfaits spectateurs.
De fait, à la première date, leurs mesures ont clairement montré que le sous-orage a été précédé d'une interruption de courant. Et à la seconde, ils ont enregistré les signes d'une reconnexion magnétique juste avant que la tempête n'éclate. Deux résultats contradictoires, donc ! Nous voilà bien avancés. Sera-t-il donc impossible de donner raison à l'une des théories, et à l'une d'elles seulement ? "Nous n'avons eu que très peu d'observations directes de reconnexion cette année. Nous ne pouvons donc pas encore conclure à propos de la question qui engendre qui" ?, explique Vassilis Angelopoulos, le chef de la mission. Ses collègues français vont plus loin. "Il se peut qu'il n'y ait pas une réponse, mais un faisceau de réponses. Des sous-orages différents pourraient avoir des sources différentes", commente Alain Roux. "D'ailleurs, Themis montrera sans doute que pour certains, reconnexion et interruption jouent ensemble le rôle de déclencheurs", renchérit Christian Jacquey.
Tous en tout cas s'accordent à penser que des résultats plus définitifs pourront être donnés d'ici à 2009, lorsque les images des caméras plein ciel seront totalement décryptées et que de nouvelles données satellitaires seront envoyées aux laboratoires. Et elles seront nombreuses : la mission, initialement prévue pour durer deux ans et demi, a été prolongée jusqu'en 2012. Il faut dire que, jusqu'à aujourd'hui, Themis réalise un sans faute sur toute la ligne. L'idée d'une telle équipée a été lancée il y a dix ans, puis étoffée et acceptée par la Nasa en 2003. Une fois n'est pas coutume, les tests et le lancement n'ont connu ni problème technique, ni retard. "Il est très rare que des résultats tombent quelques années seulement après que l'on se soit posé une question scientifique", s'enthousiasme Alain Roux.
En attendant les prochains résultats, les physiciens suivent de près l'avancement de deux nouvelles missions proposées à la Nasa et à l'Esa : MMS et Cross-Scale, qui, si elles sont acceptées, seront lancées d'ici une dizaine d'années. Leur objectif ? Etudier dans le détail les mécanismes de reconnexion et d'interruption. Sachant que les applications potentielles sont même déjà légion. Car la magnétosphère terrestre est un formidable laboratoire de physique des plasmas, un domaine en plein essor. Le gaz ionisé qui circule près de la Terre est si peu dense que les particules ne s'y entrechoquent pas. "Or, les chocs entre particules ont tendance à cacher les autres processus qui s'y déroulent. Sur Terre, on est obligé de faire avec. Mais dans la magnétosphère, on peut mesurer le comportement du plasma sans être gêné par les perturbations liées à ces chocs ou à la mesure", explique Christian Jacquey. Du coup, nombreux sont ceux qui attendent avec impatience les résultats des missions dédiées aux sous-orages. Les astrophysiciens, bien sûr, puisque de nombreux objets célestes sont ceints comme la Terre d'une magnétosphère ; mais aussi les physiciens des particules. En effet, la matière est sous forme de plasma aux températures où la fusion nucléaire, très à la mode en ce moment, est susceptible de se produire. Autant de problématiques extrêmement sérieuses qui, in fine, se cachent donc derrière les splendides jeux de lumière des aurores boréales.