Reconnexion magnétique

question posée le 17-01-2008

Que se passe-t-il exactement lors du phénomène de reconnexion

magnétique ?

réponse du 17-01-2008 par Fabrice Mottez

C'est une des questions compliquées qui se traitent de nos jours en recherche sur les plasmas spatiaux. En gros : un plasma (celui du vent solaire, de la chromosphère ou de la magnétosphère des planètes) peut être en mouvement. (Par exemple le vent solaire parcours quelques centaines de kilomètres par seconde). Quand on se place dans le repère du plasma, *en général* le champ électrique est nul. C'est ce que disent les théories les moins compliquées. En général, c'est vrai, mais dans certains cas, notamment quand certaines grandeurs (champ magnétique, densité du plasma...) varient fortement sur des petites distances (on dit "en cas de forts gradients") cette propriété peut-être mise en défaut. Quand on bidouille les équations du plasma et les équations de l'électromagnétisme (eq. de Maxwell), on trouve que lorsque le plasma voit, dans son propre référentiel, un champ électrique, cela a des conséquences sur le champ magnétique. On peut résumer ainsi : puisque le plasma voit un champ électrique, il se met en mouvement, et le champ électrique n'agit pas de la même façon sur les ions et des électrons qui prennent des vitesses moyennes différentes. Il se crée donc un courant électrique. Or les courants électriques engendrent un champ magnétique (rot B = mu_0 * j + ..., si ça vous dit quelque chose).

Le résultat : en général, le champ magnétique engendré par ce phénomène s'oppose au champ magnétique qui existait auparavant. On a donc une baisse (localisée) du champ magnétique. Cela a deux conséquences :

* vu avez peut-être vu que plus le champ magnétique est fort, plus il s'oppose à la pénétration des plasmas. Certaines frontières (celle de la magnétosphère par exemple) sont fondées sur un tel effet de bouclier magnétique. Si localement, à cause de la reconnexion, le champ magnétique diminue sur une frontière, celle-ci fait moins bouclier : la frontière est moins étanche et du plasma peut entrer, alors que sans reconnexion, le plasma n'entrerait pas. C'est une des explications possibles à la présence de plasma d'origine solaire dans la magnétosphère terrestre.

* seconde conséquence : comme le champ magnétique renferme une certaine énergie (densité d'énergie magnétique= B**2/ 2 mu_0), quand le champ baisse, de l'énergie d'origine magnétique est libérée. En général, c'est le plasma qui la récupère sous la forme d'énergie cinétique. Donc quand il y a de la reconnexion, on observe au voisinage du lieu de la reconnexion des faisceaux de plasma accéléré.

Voilà, ouf ! Je ne suis pas sur d'avoir été très clair. Mais le problème n'est pas simple. La description précise des mécanismes de reconnexion n'est pas achevée. En général, on observe dans la nature des phénomènes qu'on attribue à de la reconnexion (certaines formes de modifications du champ magnétique, plasmas accélérés etc.)... mais selon les modèles théoriques, la reconnexion magnétique ne devrait pas se produire aussi souvent qu'on l'invoque. L'invoque-t-on trop souvent ? Ou bien les modèles théoriques sont-ils à revoir ? Récemment, il y a eu pas mal de progrès théoriques (grâce notamment à des simulations numériques, donc indirectement grâce à l'accroissement de capacité des ordinateurs), et des observations nouvelles (dans la magnétosphère de la Terre, grâce aux sondes spatiales CLUSTER).

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