Il y a deux manieres de regarder une aurore boreale. La premiere est instinctive, emerveillee, silencieuse : on leve la tete, on voit une bande verte fluide qui danse dans le ciel, et on ne demande rien de plus. La seconde est scientifique : on se demande ce qu’on est reellement en train de voir. Quelles sont ces particules ? Pourquoi cette couleur ? D’ou viennent-elles ? Pourquoi ici et pas plus au sud ? Pourquoi maintenant et pas hier ? Cette seconde maniere n’enleve rien a la premiere. Au contraire, elle enrichit l’experience en la rattachant a une histoire immensement plus longue : celle d’un phenomene qui se produit depuis que la Terre a une magnetosphere, c’est-a-dire depuis environ trois milliards d’annees, et qui a ete observe par tous les peuples vivant sous les hautes latitudes.
Cet article raconte ce qu’on sait aujourd’hui des aurores boreales : leur cause, leur mecanique, leurs couleurs, leur comportement. Il est conçu pour un lecteur non scientifique mais curieux, qui souhaite comprendre ce qu’il voit.
Le point de depart : le Soleil
Tout commence avec le Soleil. Notre etoile emet en permanence un flux de particules chargees appele vent solaire. Ce flux est compose principalement d’electrons et de protons qui s’echappent de la couronne solaire (la haute atmosphere du Soleil) a des vitesses variant entre 300 et 800 kilometres par seconde. A cette vitesse, les particules mettent entre deux et quatre jours pour traverser l’espace et atteindre la Terre.
Le vent solaire n’est pas regulier. Il fluctue en fonction de l’activite du Soleil, qui suit un cycle d’environ 11 ans. A chaque cycle, le Soleil passe par un maximum d’activite (avec de nombreuses taches solaires, des eruptions frequentes, un vent plus intense) et un minimum (moins d’activite, vent plus calme). Le dernier maximum solaire a eu lieu en 2024-2025, et nous sommes actuellement dans une phase descendante mais encore favorable aux aurores.
En plus du vent solaire continu, le Soleil produit parfois des evenements plus violents : les eruptions solaires (solar flares), qui sont des sursauts d’energie electromagnetique, et les ejections de masse coronale (coronal mass ejections ou CME), qui sont des projections de plasma solaire dans l’espace. Quand une CME est dirigee vers la Terre, elle peut provoquer des aurores spectaculaires et elargir la zone ou elles sont visibles bien au-dessus du cercle polaire. Les tempetes geomagnetiques les plus intenses peuvent rendre les aurores visibles depuis la Mediterranee ou le nord de l’Afrique.
Le bouclier magnetique de la Terre
La Terre ne recoit pas le vent solaire de plein fouet. Elle est protegee par sa magnetosphere, une gigantesque bulle magnetique creee par le champ magnetique interne de la planete (lui-meme produit par les courants metalliques dans le noyau exterieur). La magnetosphere s’etend a environ 65 000 kilometres de la Terre du cote face au Soleil, et forme une longue queue de millions de kilometres du cote oppose.
Quand le vent solaire rencontre la magnetosphere, la plupart des particules sont deviees et contournent la Terre. Mais une petite partie parvient a penetrer le long des lignes de force magnetique, qui convergent vers les poles. Ces particules sont alors dirigees vers les regions polaires et pouvent entrer dans la haute atmosphere terrestre.
C’est cette geometrie magnetique qui explique pourquoi les aurores sont confinees aux regions polaires en temps normal. Les particules du vent solaire, chargees electriquement, suivent les lignes de champ magnetique comme des billes sur un rail, et ces lignes les amenent systematiquement vers les poles Nord et Sud.
La collision qui cree la lumiere
Une fois que les particules solaires ont penetre dans la haute atmosphere terrestre (generalement entre 80 et 300 kilometres d’altitude), elles entrent en collision avec les atomes d’oxygene et d’azote qui s’y trouvent. Ces collisions excitent temporairement les atomes : les electrons des atomes sont projetes sur une orbitale d’energie superieure. Mais cet etat est instable, et les electrons retombent rapidement sur leur orbitale d’origine en liberant l’energie excedentaire sous forme de photons (c’est-a-dire de lumiere).
La couleur de la lumiere emise depend de plusieurs facteurs : le type d’atome (oxygene ou azote), l’altitude de la collision (qui determine la pression et donc le type de transition permise), et l’energie de la particule incidente. Voici les principales emissions :
- Vert (557,7 nm) : produit par l’oxygene entre 100 et 150 kilometres d’altitude. C’est la couleur la plus commune et la plus intense, celle que vous verrez en priorite.
- Rouge (630,0 nm) : produit par l’oxygene au-dessus de 200 kilometres, lors d’aurores intenses. Rarement visible a l’oeil nu, bien capture par les appareils photo.
- Violet et rose (391,4 nm et 427,8 nm) : produits par l’azote a des altitudes plus basses. Visibles lors d’aurores tres intenses, souvent a la bordure inferieure des rideaux d’aurore.
- Bleu (428,6 nm) : produit par l’azote excite, rare et plutot associee aux tempetes magnetiques majeures.
Cette palette de couleurs a une consequence pratique : en observant la couleur dominante d’une aurore, un observateur entraine peut deduire l’altitude et l’intensite du phenomene qu’il regarde. Une aurore principalement verte est a altitude moyenne et d’intensite normale. Une aurore qui montre des tons rouges au-dessus est d’altitude elevee. Une aurore avec des bordures roses ou bleues est typique d’une tempete intense.
Les types d’aurores
Les aurores prennent plusieurs formes visuelles, qui correspondent a des configurations differentes du champ magnetique et du flux de particules :
Les arcs homogenes sont les formes les plus simples : une bande lumineuse continue qui s’etire d’est en ouest a travers le ciel, sans structure interne marquee. Ils apparaissent souvent en debut de soiree et peuvent durer une heure ou plus.
Les rideaux sont des aurores qui ont une structure verticale marquee : elles se divisent en plis parallel qui pendent depuis la haute atmosphere comme des cortines. Les rideaux sont souvent en mouvement visible, pliant lentement et se dilatant dans le ciel.
Les rayons sont des structures verticales lumineuses qui partent vers le ciel en longues bandes etroites. Ils apparaissent generalement pendant les phases actives de l’aurore et sont particulierement spectaculaires.
Les couronnes (ou corona) se forment quand l’observateur est directement sous une aurore active : au lieu de voir un rideau vertical, il voit les rayons converger en apparence vers un point au zenith. C’est l’une des experiences les plus rares et les plus memorables pour un chasseur d’aurores.
Les aurores diffuses sont des luminositees faibles qui baignent une large portion du ciel sans structure visible, comme un brouillard lumineux. Moins spectaculaires que les rideaux actifs, elles sont plus frequentes et precedent ou suivent souvent les phases intenses.
Les pulses sont des aurores qui clignotent ou pulsent a un rythme rapide, typiquement pendant les phases terminales d’une sous-tempete. Ce phenomene est impressionnant mais peu documente.
La question du son : etude recente
Pendant des siecles, les observateurs nordiques rapportaient que certaines aurores faisaient du bruit : crepitements, sifflements, claquements. La science officielle classait ces recits parmi les mythes, parce qu’aucune mesure n’avait jamais confirme le phenomene. Comment un phenomene situe a 100 kilometres d’altitude pourrait-il produire des sons audibles au sol, alors que le son ne voyage pas dans le vide et met plusieurs minutes pour parcourir cette distance dans l’atmosphere ?
En 2016, une equipe dirigee par le chercheur finlandais Unto Laine de l’Universite d’Aalto a publie une etude surprenante. En installant des microphones sensibles dans des zones rurales de Laponie pendant plusieurs hivers, l’equipe a reussi a enregistrer des sons faibles correles temporellement et spatialement a des aurores intenses. L’hypothese developpee est que ces sons ne proviennent pas de la haute atmosphere, mais sont produits au sol par des decharges electrostatiques entre des couches d’air inversees (le phenomene appele inversion thermique), qui se forment regulierement au-dessus des surfaces glacees par grand froid. Les aurores intenses modifient les charges electriques de l’atmosphere basse, ce qui declenche ces petites decharges audibles.
Ces sons ne sont pas facilement audibles par les observateurs ordinaires. Ils exigent un silence absolu, un temps tres froid, une absence totale de vent, et une aurore tres intense. Rares sont les voyageurs qui les entendront pendant un sejour d’une semaine.
Histoire de l’observation et de l’interpretation
Les aurores boreales ont ete observees et interpretees par toutes les cultures des hautes latitudes depuis la prehistoire. Chaque peuple les a integrees dans son systeme de pensee d’une maniere differente :
Les Samis de Laponie les appelaient guovssahasat, les lumieres qu’on entend, et considecaient qu’elles etaient les ames des ancetres. La tradition populaire disait aux enfants de ne pas siffler sous les aurores, parce que cela risquait de les attirer et de les emporter.
Les Inuits du Groenland et du Canada arctique voyaient dans les aurores les esprits des defunts jouant au ballon avec un crane de morse. Dans certaines traditions, les aurores etaient des messagers entre les vivants et les morts.
Les Yakoutes et les Evenks de Siberie les interpretaient comme des signes a venir, notamment de guerre ou d’epidemie.
Les Grecs anciens et les Romains ont laisse des temoignages ecrits : Aristote mentionne dans Meteorologiques des chasmata, des ouvertures lumineuses dans le ciel nordique. Senèque rapporte que l’empereur Tibere aurait envoye ses troupes eteindre un incendie au port d’Ostie, pour decouvrir qu’il s’agissait en realite d’une aurore boreale visible exceptionnellement au sud de Rome.
Au Moyen Age europeen, les aurores visibles ponctuellement en Europe centrale etaient souvent interpretees comme des signes religieux ou apocalyptiques. On parlait de signes dans le ciel.
Les travaux scientifiques modernes ont commence avec Galilee, qui a donne le nom aurora borealis en 1619 (combinaison de l’aurora romaine et du Boreas grec, le vent du Nord). Pierre Gassendi a utilise le terme en 1621 dans son premier traite systematique. Edmond Halley a propose au XVIIe siecle une premiere hypothese liant les aurores au magnetisme terrestre. Le XIXe siecle a vu les travaux de Carl Stormer en Norvege, qui a photographie et mesure systematiquement les aurores. C’est seulement au XXe siecle que la comprehension moderne (vent solaire, magnetosphere, collisions atomiques) s’est etablie, notamment avec les travaux de Hannes Alfven, prix Nobel de physique en 1970.
Comment l’information vous aide pratiquement
Comprendre la physique des aurores a des consequences pratiques pour un voyageur qui cherche a les observer :
- Savoir qu’un Kp eleve n’est pas une garantie visuelle : meme avec un Kp 7, une couverture nuageuse epaisse rend les aurores invisibles. La meteo locale compte autant que l’activite geomagnetique.
- Comprendre que le cycle solaire influence la frequence : en periode de minimum solaire, les aurores sont moins frequentes mais pas impossibles. Ne pas renoncer a un voyage juste parce que nous sommes en creux.
- Savoir qu’une aurore peut commencer timidement et exploser : beaucoup d’observateurs renoncent trop tot. Une attente de deux a trois heures augmente significativement les chances.
- Savoir que la couleur renseigne sur l’altitude : observer les variations permet d’apprecier le phenomene avec plus de nuance.
- Savoir que les tempetes exceptionnelles existent : des alertes NOAA peuvent rendre visible une aurore depuis des regions du sud, evenement a ne pas manquer.
Pour aller plus loin
Notre guide complet sur les aurores boreales aborde les aspects pratiques (ou, quand, comment observer, comment photographier, equipement). Pour savoir quelle saison choisir, notre article quand partir en Laponie donne les fenetres optimales. Pour la dimension culturelle des rapports anciens aux aurores, notre portrait peuple Sami de Laponie evoque leurs interpretations traditionnelles. Et pour prolonger la curiosite scientifique sur les phenomenes naturels extraordinaires, le site de vulgarisation i-actu.fr publie regulierement des articles accessibles sur les questions d’astronomie et de physique contemporaine.