a Contribution des radars SuperDARN et des satellites magnétiques

De nombreuses questions se posent encore aujourd’hui sur la physique des FTEs. Elles portent sur l’équilibre du système de courants parallèles du FTE, sur l’existence éventuelle de distributions de courants différentes à l’intérieur d’un tube en fonction de sa forme, de sa vitesse de propagation, de la direction de l’IMF et du mécanisme de génération à la magnétopause (reconnexion ou impulsion de pression). Enfin l’intensité des FACs évolue-t-elle au cours du temps, lorsque le tube de flux s’intègre progressivement au plasma ambiant, comme le suggère Lockwood et al. (2001c) ? Des conjonctions montrant à la fois des sursauts de convection observés par radars et la distribution de courants parallèles observée par satellites (comme dans le cas du 12 septembre 1999), permettraient de répondre au moins en partie à ces questions. Il devrait par exemple être possible de déterminer de manière directe la position des courants parallèles d’un FTE en fonction du signe du By.

Fig. 7.9 : Evénement du 29 septembre 2001. Cartes (a) de vitesse radiale et (b) de puissance rétrodiffusée, mesurées par le radar de Kodiak à 22:18 TU. La trajectoire d’Ørsted et les courants parallèles mesurés sont superposés sur la carte. Les courants parallèles sont indiqués le long de la 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).

Le cas du 29 septembre 2001 que nous présenterons brièvement ci-dessous, illustre bien les possibilités offertes par les conjonctions entre radars SuperDARN et satellites magnétiques concernant la physique des FTEs. Dans cet exemple, le champ de vue du radar de Kodiak, situé dans la zone de 1000-1200 MLT, est traversé par le satellite Ørsted, en période de Bz fortement négatif et de By fluctuant autour de 0 nT. Le radar de Kodiak observe les échos du cornet polaire, avec des vitesses fortes s’éloignant du radar dans la partie ouest du champ de vue (figure 7.9-a). Ces vitesses fortes s’étendent sur une grande gamme de latitudes entre 68 et 80° MLAT. Les diagrammes temps-distance des faisceaux 7 à 9 de ce radar (figure 7.10), montrent qu’au moment du passage d’Ørsted autour de 22:18 TU, trois sursauts de convection coexistent, probablement associés à des FTEs (matérialisés par les lignes noires superposées sur le faisceau 8). Ces trois sursauts appelés sursauts (1), (2) et (3) des plus basses vers les plus hautes latitudes (figure 7.10-b) apparaissent d’abord sur les faisceaux ouest, puis se propagent vers les faisceaux est, en s’éloignant du radar. Ils ont donc une direction de propagation vers le nord-est. Ils sont engendrés à peu près à la même latitude autour de 70° MLAT, dans la bande de forte puissance du signal rétrodiffusé du radar (voir comparaison panneaux b et e de la figure 7.10). Le sursaut (3) situé à plus haute latitude à 22:20 TU a une durée de vie très longue, puisqu’il est apparu à 22:04 TU sur le faisceau 8. Les sursauts (1) et (2) situés à plus basse latitude sont plus récents et sont apparus respectivement vers 22:17 et 22:19 TU, toujours sur le faisceau 8. Au moment du passage Ørsted, le sursaut (1) à plus basse latitude est le seul encore associé à la zone de forte puissance du signal radar (figure 7.10-e et figure 7.9-b). La trajectoire d’Ørsted est quasiment nord-sud, le satellite traverse donc successivement chacun des trois sursauts de convection (figure 7.9-a). Une paire de courants parallèles intenses (entre 4 et 7 µA.m-2) et de signe opposé, est associée au sursaut (1), alors qu’une paire de courants d’intensité beaucoup plus faible (entre 1 et 2 µA.m-2) est associée au sursaut (2). Pour le sursaut (3), les courants parallèles sont pratiquement inexistants. Dans les paires de courants associées aux sursauts (1) et (2), le courant est positif à basse latitude et négatif à haute latitude, ce qui est cohérent avec la direction de déplacement vers l’est des sursauts de convection (modèle de Southwood, 1987). Cet exemple suggère que lorsque le sursaut de convection est récent, les courants parallèles qui lui sont associés sont intenses. Lorsqu’il « vieillit », l’intensité des courants parallèles associés au sursaut diminue, pour finir par disparaître.

L’analyse de conjonctions semblables entre des radars SuperDARN et un, voire deux satellites magnétiques simultanément (Ørsted et CHAMP), permettra dans le futur de répondre aux questions posées en début de ce paragraphe et ainsi de mieux comprendre comment évolue

la distribution des courants parallèles et le sursaut de convection associé au cours de « la vie » d’un FTE.

Fig. 7.10 : Evénements du 29 septembre 2001. (a) à (c) Vitesse radiale et (d) à (e) puissance rétrodiffusée pour les faisceaux 7, 8 et 9 du radar de Kodiak, en fonction du temps et de la latitude magnétique. Les trois sursauts de convection (1), (2) et (3) sont matérialisés par des lignes noires sur les données de vitesse radiale et de puissance rétrodiffusée du faisceau 8.

La figure 7.9-b montre que la puissance du signal radar s’intensifie lorsque l’intensité des courants parallèles est forte. Cette observation est confirmée par la figure 7.11 tracée dans le même format que la figure 7.5 représentant le cas du 12 septembre 1999 (partie 7.1). Sur ces deux figures, on voit nettement que les courants parallèles de petite échelle et de forte intensité

sont associés à des intensifications de la vitesse de convection (liées aux sursauts (1) et (2) de convection), mais également à une augmentation de la puissance du signal rétrodiffusé. De la même manière dans le cas du 17 mars 2001 (chapitre 4), chaque sursaut de convection observé par SuperDARN est également associé à une augmentation de la puissance du signal rétrodiffusé sur un côté du sursaut de convection. La question se pose alors de savoir si l’augmentation du signal radar est due à la précipitation de particules responsables des courants parallèles. Si tel était le cas, l’étude de la relation entre la distribution de puissance et la distribution de vitesse pourrait conduire à faire de la puissance du signal rétrodiffusé un marqueur efficace de la signature des courants parallèles associés à un FTE.

Fig. 7.11 : Evénement du 29 septembre 2001. Courant aligné mesuré par Ørsted, en fonction du temps. La vitesse radiale (segments verts) et la puissance du signal rétrodiffusé (segments bleus) mesurées par le radar de Kodiak au niveau de la projection d’Ørsted et interpolées sur les trois cartes encadrant le passage, sont également tracées. Les courants associés aux trois sursauts sont délimités par les lignes rouges