Conditions interplanétaires

Les paramètres du vent solaire mesurés par le satellite ACE sont décalés de 52 minutes, pour prendre en compte le temps de propagation jusqu’à l’ionosphère. Ce délai est fiable, car il est déterminé indépendamment grâce à la vitesse du vent solaire (VSW ≈ 480 km.s^-1) et par la réponse ionosphérique du cornet polaire aux variations de l’IMF observée par le radar de Kapuskasing. Les composantes By et Bz de l’IMF sont tracées sur la figure 5.3, avec les diagrammes de vitesses radiales en fonction du temps et de la distance au radar, de deux faisceaux de Kapuskasing situés dans le cornet polaire (panneaux a, b, c et d). Durant toute la période 14:00-18:00 TU, les composantes Bx et By de l’IMF sont relativement stables, By reste négatif oscillant entre -4 et -10 nT (figure 5.3-a) et Bx est positif entre 3 et 5 nT. La géométrie de la convection, contrôlée par le fort By négatif, est caractérisée par une cellule en forme de croissant du côté après-midi et par une cellule ronde du côté matin (géométrie représentée sur

la figure 1.4-a). La composante Bz subit quant à elle d’importantes variations, dont plusieurs changements de signe (figure 5.3-b) qui sont très bien associés aux variations de position des échos du cornet polaire observés par le radar de Kapuskasing (panneaux c et d de la figure 5.3). La comparaison entre les variations de Bz et la position des échos radars sera commentée dans la partie suivante. La pression du vent solaire décroît très progressivement de 2,5 à 1 nPa, durant toute cette période. Ce sont essentiellement les variations de Bz qui vont commander les variations de position des frontières magnétosphériques.

Fig. 5.3 : Evénement du 30/08/2001. (a) et (b) Composantes By et Bz de l’IMF, entre 14:30 et 17:30 TU (temps ionosphérique). (c) et (d) Vitesse radiale pour les faisceaux 12 et 13 du radar de Kapuskasing, en fonction du temps et de la latitude magnétique. (e) et (f) Vitesse radiale pour les faisceaux 9 et 11 du radar de Stokkseyri, en fonction du temps et de la latitude magnétique. La CRB est matérialisée par les lignes noires.

5.3 Convection : SuperDARN

Les conditions sont a priori peu favorables pour l’observation des échos radar : période d’été et de Bz à dominante positive. Cependant, les données même éparses observées sur certains faisceaux de Kapuskasing et de Stokkseyri, permettent de déterminer la position de la limite équatoriale des échos du cornet polaire ionosphérique par Kapuskasing et la position du renversement de convection (CRB²⁵) de la cellule en croissant côté après-midi par Stokkseyri (panneaux c, d, e, et f de la figure 5.3).

Les deux radars observent la signature ionosphérique d’une partie du cornet polaire. Le radar de Kapuskasing montre sur ses faisceaux les plus à l’est, des vitesses dirigées vers le nord (vitesses s’éloignant du radar, codées en jaune-rouge), entre 14:30 et 16:20 TU. Cette zone d’échos associée au cornet polaire fluctue en position au cours du temps, mais reste comprise entre 0900 et 1200 MLT et entre 74 et 84° MLAT, comme l’indiquent les cartes en coordonnées magnétiques de vitesses radiales (panneaux b et c de la figure 5.4). Ces vitesses correspondent à l’entrée du plasma dans la calotte polaire. Sur Stokkseyri, quelques vitesses vers l’est (vitesses vers le radar, codées en bleu) sont également observées un peu plus tard entre 16:45 et 18:00 TU et à très grande distance du radar, c’est-à-dire centrées sur 80° MLAT et 1200 MLT (panneau d de la figure 5.4). Ces vitesses sont associées au sommet de la cellule ronde située du côté matin. Quelques vecteurs vitesses du cornet polaire ont pu être reconstruits à partir des données des radars ayant des champs de vue communs : Kapuskasing-Saskatoon et Kapuskasing-Stokkseyri, entre 14:30 et 16:30 TU. Ces vecteurs sont effectivement dirigés vers le nord, mais possèdent également une composante est, en accord avec la tension magnétique due à la composante By négative de l’IMF.

Les faisceaux de Kapuskasing les plus à l’est (faisceaux 12-15) observant le cornet polaire (panneaux c et d de la figure 5.3), montrent que la limite basse latitude des échos associés au cornet polaire suit exactement les variations de la composante Bz de l’IMF (figure 5.3-b). Une observation similaire à déjà été notée par Yeoman et al. (2002). Entre 14:30 et 15:12 TU, on observe un déplacement progressif des échos du cornet polaire vers les basses latitudes, en parfaite coordination avec la période où Bz devient progressivement négatif, les valeurs extrêmes de ces deux paramètres étant atteintes simultanément. Puis entre 15:12 et 15:37 TU,

Bz croît de nouveau progressivement et les échos de cornet polaire remontent vers les plus

hautes latitudes. A 15:37 TU, Bz passe abruptement de -3 à 5 nT et les échos du cornet polaire disparaissent instantanément. Des échos irréguliers mais situés plus haut en latitude réapparaissent ensuite et leur position suit les faibles variations du Bz autour de 0 nT jusqu’à 16:20 TU. Enfin, les échos disparaissent complètement lorsque Bz redevient positif, période qui dure environ deux heures.

Fig. 5.4 : Evénement du 30/08/2001. Cartes de vitesses radiales des radars SuperDARN, en coordonnées magnétiques. (a) Stokkseyri à 15:06 TU, avec superposées les trajectoires d’Ørsted et de CHAMP à l’instant de la carte. Les courants parallèles déduits des données des deux satellites sont indiqués le long de chaque trajectoire, sous forme de segments dont la longueur est proportionnelle à l’intensité du courant. (Les courants montants sont à droite de la trajectoire, codés positifs et les courants descendants à gauche, codés négatifs). (b) Stokkseyri et Kapuskasing à 15:32 TU, avec superposée la trajectoire de Cluster-4. (c) Stokkseyri et Kapuskasing à 16:16 TU, avec superposée la trajectoire de Cluster-3. (d) Stokkseyri à 16:48 TU, avec superposées les trajectoires et courants parallèles d’Ørsted et de CHAMP à l’instant de la carte.

montrent que la CRB de la cellule après-midi, matérialisée par la frontière entre les vitesses solaires à basse latitude (s’éloignant du radar, codées en jaune-rouge) et des vitesses antisolaires à haute latitude (s’approchant du radar, codées en bleu), se déplace au cours du temps (figure 5.3-e et -f). La CRB est également observée sur les cartes de vitesses radiales (figure 5.4-a et -c). Ainsi, la CRB se déplace vers l’équateur de 75 à 73° MLAT entre 14:50 et 15:20 TU, autour de 1330 MLT, et remonte vers le pôle nord de 73,5 à 78° MLAT entre 16:00 et 16:30 TU, autour de 1500 MLT. Il faut noter que l’amplitude des déplacements de la CRB est très importante, plusieurs degrés de latitude magnétique en quelques dizaines de minutes. Elle ne peut donc pas être attribuée à un effet temporel lié au déplacement en MLT du radar de Stokkseyri.