Les champs magn�tiques jouent un r�le essentiel dans les processus de couplage entre les plasmas naturels. La rotation diff�rentielle entre la zone convective et la zone radiative du soleil se traduit par la Dynamo solaire dont l'effet principal est d'engendrer les champs magn�tiques qui organisent la Photosph�re et la Couronne solaire, permettant le chauffage et l'�chappement d'un vent supersonique de plasma: le Vent Solaire. Lors de son expansion radiale � partir de la couronne, le Vent Solaire rencontre des obstacles, la Terre en particulier. L'interaction entre le vent solaire et l'Environnement Terrestre, conduit � l'existence de "discontinuit�s", comme le "choc d'�trave" et la "magn�topause", interfaces qui s�parent des plasmas dont les caract�ristiques sont diff�rentes, mais qui sont coupl�s par leurs champs magn�tiques. Pour l'essentiel le vent solaire s'�coule radialement, jusqu'aux confins du Syst�me Solaire o� il entre en "collision" avec le milieu interstellaire, remplissant une gigantesque r�gion : l'H�liosph�re, dont on ne conna�t pas encore pr�cis�ment les limites.

Le vent solaire est donc structur� par le champ magn�tique solaire, et il communique ces modulations � l'environnement ionis� de la Terre. Cette structuration en cellules, s�par�es par des r�gions critiques, ou interfaces, caract�rise les milieux peu/pas collisionnels qui sont "coupl�s" par des processus turbulents � "petite �chelle". La turbulence � petite �chelle qui se d�veloppe dans ces r�gions critiques joue le r�le d'une dissipation et permet le transport � travers ces r�gions, en d�truisant le gel du champ magn�tique. Ces processus de couplage entre �chelles constituent le d�nominateur commun des travaux th�oriques et des travaux de mod�lisation qui seront men�s dans le cadre du programme.

Le ph�nom�ne de vent n'est pas l'apanage exclusif du Soleil; des vents stellaires magn�tis�s ont �t� d�tect�s autour d'�toiles de type solaire et autour d'�toiles beaucoup plus massives et plus chaudes que le Soleil. Pour ces �toiles comme pour le Soleil, l'origine de ces vents et leurs propri�t�s sont fortement li�es � l'existence de champs magn�tiques qui assurent un couplage "anormal" (i.e. via la turbulence) entre des milieux � priori rendus ind�pendants, par l'absence de collisions.

L'Ionosph�re est immerg�e dans la couche sup�rieure tr�s t�nue de notre atmosph�re que l'on appelle la thermosph�re. L'�nerg�tique et la dynamique de la thermosph�re sont fortement coupl�es � celle de l'ionosph�re comme � celle des couches inf�rieures de l'atmosph�re. L'ionosph�re joue �galement, coupl�e � la magn�tosph�re, un r�le particulier dans les m�canismes de perte d'esp�ces chimiques atmosph�riques vers le milieu interplan�taire, et participe � ce titre � l'�volution chimique de notre atmosph�re.

Au del� de l'ISTP, et de l'exploitation scientifique de la "Premi�re Pierre Angulaire" de l'ASE: CLUSTER/SOHO, et des instruments sol coordonn�s, une autre mission importante du programme "SOLEIL, HELIOSPHERE ET ENVIRONNEMENT TERRESTRE" sera de pr�parer des instruments de nouvelle g�n�ration pour les futures exp�riences et missions "sol et spatiales". Il est d�j� question de coronographie � miroir superpoli, d'optique adaptative et d'interf�rom�trie ( au sol et/ou� partir de v�hicules spatiaux) permettant l'acc�s � la tr�s haute r�solution spatiale, d'instruments de deuxi�me g�n�ration permettant la mesure de faibles taux de polarisation et des mesures dans l'IR proche pour TH��MIS. Pour la physique stellaire, l'�tude d'un super spectro-polarim�tre MUSICOS pour le CFH est d�j� bien avanc�e. De nouvelles missions spatiales sont � l'�tude, dans un cadre multinational: la mission IBIZA pour une �tude � haute r�solution (temporelle et spatiale), conduite dans la r�gion aurorale, des processus de filamentation des plasmas et d'acc�l�ration des particules. Une extension de la mission SOHO, gr�ce � deux points de mesure s�par�s dans l'espace, permettant d'observer les arches coronales sous deux angles diff�rents (STEREO) est �galement envisag�e.

Le projet de sonde solaire Am�ricano/Russe (FIRE) a fait l'objet d'�tudes men�es par un groupe organis� sous l'�gide du CNES. Un tel projet devrait constituer un d�nominateur commun pour les deux GdR f�d�r�s par le programme "SOLEIL, HELIOSPHERE ET ENVIRONNEMENT TERRESTRE". Il met en effet � profit les comp�tences instrumentales des deux communaut�s d'origine, dans le domaine des mesures "in situ", aussi bien que celui des mesures "� distance", s'appuie sur la connaissance du milieu d�tenue par la communaut� solaire, et sur les travaux th�oriques men�s au sein des deux GdR d'origine.

Les outils de calcul et de mod�lisation sont � l'�vidence un autre point de convergence pour les deux communaut�s d'origine; il est indispensable de coordonner les efforts, notamment sur des probl�mes scientifiques tels que la reconnexion magn�tique, l'acc�l�ration par les chocs, le chauffage par absorption r�sonante des ondes d'Alfven., la filamentation des courants et son lien avec les champs �lectriques parall�les, et donc avec l'acc�l�ration...Ces objectifs th�oriques communs militent en faveur d'un regroupement de moyens qui devrait permettre une �conomie d'�chelle, en particulier dans le domaine du d�veloppement des codes de simulation num�rique 3D, MHD et cin�tiques, qui repr�sentent des investissements tr�s lourds, et pourraient �tre d�velopp�s en commun, permettant ainsi � notre communaut� de jouer un r�le de premier plan au niveau international.

Les �quipes du GdR "Magn�todynamique Solaire et Stellaire", ainsi que celles du GdR "Plasm�" soit un total de plus de deux cents chercheurs, sont int�ress�es par ce programme.

Principalement Section 14 et 13

Une des missions de ce programme est de coordonner les activit�s de recherches observationnelles, en particulier dans le domaine spatial; � ce titre l'agence spatiale nationale (CNES) et les agences internationales (ASE, NASA) devraient �tre directement int�ress�es.

Un certain nombre d'organismes devraient �galement �tre int�ress�s par l'aspect "pr�vision de l'activit� solaire" et l'aspect g�n�ral "effet de l'activit� solaire sur l'environnement terrestre" : les agences spatiales nationales ou internationales, les organismes institutionnels ou priv�s (France-Telecom, M�t�o-France), les organismes militaires (DRET, ETCA) et les op�rateurs de satellites, actuels et futurs.

Ce programme s'ins�re d�s maintenant dans le cadre du Programme International sur les Relations Soleil-Terre (ISTP) qui avec les satellites SOHO, Interbal, Polar, Ulysse, Wind (et bient�t Cluster) implique de nombreuses agences spatiales tant internationales que nationales. Il vise �galement � une exploitation optimale des grands �quipements internationaux "sol" comme le t�lescope franco-italien THEMIS, les radars EISCAT/ESR et SuperDARN.

Ce programme aura �galement des liens �troits avec le programme international "Space Weather Program" qui a pour but la surveillance � haut niveau de l'activit� solaire et de susciter la mise en place de mod�les physiques au niveau op�rationnel. Soutenu par la NSF et la NASA aux ��tats-Unis, le programme "Space Weather" b�n�ficie, pour son d�marrage, d'un important soutien, montrant par l� m�me l'importance accord�e � ce type de recherche. De plus, le renforcement des contacts actuels avec le SCOSTEP (Scientific Committee on Solar-Terrestrial Physics) fait partie des objectifs de ce programme.

L'un des buts de ce programme est de d�velopper les contacts entre les disciplines suivantes :

i) Astrophysique, hors du Syst�me Solaire

ii) Plan�tologie

iii) Physique des plasmas et physique atomique

iv) Moyenne et basse atmosph�re

v) A terme climatologie, m�t�orologie

- Cr�dits pour le programme de recherche en dehors des co�ts de fonctionnement des gros instruments "sol": 1,5 MF par an. Un soutien du CNES sera �galement demand�

- Un poste par an de chercheur associ� (poste rouge), de niveau chercheur confirm�, pour b�n�ficier des comp�tences existantes de par le monde dans ce type de domaine.

ANNEXE

Dans de nombreuses autres �toiles que le Soleil, des manifestations d'activit� de ph�nom�nologie essentiellement solaire (h�t�rog�n�it�s photosph�riques en brillance et champ magn�tique, chauffage des couches sup�rieures de l'atmosph�res, �ruptions, atmosph�res et vents structur�s) sont observ�es, et sont attribu�es, par analogie au Soleil, � l'interaction entre plasma et champ magn�tique. Si certains de ces objets ont une structure interne similaire � celle du Soleil, d'autres en revanche sont si diff�rents (e.g. �toiles enti�rement convectives ou totalement radiatives) qu'ils ne devraient pas en principe (si les explications invoqu�es pour le Soleil �taient suffisamment g�n�rales) exhiber une telle activit� (la pr�sence d'une interface entre coeur radiatif et enveloppe convective �tant imp�rative dans le cadre des th�ories dynamos actuelles). L'�tude des manifestations d'activit� dans les �toiles peut donc fournir des contraintes essentielles pour notre compr�hension des m�canismes impliqu�s, en permettant non seulement de mieux saisir l'impactdes param�tres stellaires fondamentaux (�ge, masse, rayon, temp�rature effective, taux de rotation) sur les processus physiques sous-jacents, mais aussi de g�n�raliser les th�ories actuelles en proposant de nouveaux m�canismes (e.g. dynamos) non encore envisag�s pour le Soleil.

Objectifs scientifiques dans le cadre du programme

Le passage d'une mesure de polarisation � une d�termination de vecteur champ magn�tique implique la r�solution de probl�mes de transfert de rayonnement polaris� et la mise en 'uvre de m�thodes d'inversion. Les raies photosph�riques et chromosph�riques concern�es sont optiquement �paisses, c'est � dire form�es par diffusions multiples de photons. En outre dans la chromosph�re, o� la densit� est faible, les raies sont presque toujours form�es hors �quilibre thermodynamique local. La conjonction de ces deux faits rend les probl�mes de transfert de rayonnement assez complexes m�me en g�om�trie plan-parall�le.

Objectifs scientifiques dans le cadre du programme

La couronne chaude est le milieu qui connecte le soleil et la r�gion interplan�taire. Le chauffage de la couronne et son acc�leration sous forme du vent solaire sont les �l�ments cl�s dans les relations Soleil/Terre. C'est pourquoi ces processus sont deux des trois objectifs prioritaires, affich�s pour la mission SOHO. M�me si l'�nergie augmente avec le cycle solaire, ces questions se posent �galement au minimum solaire, et ne peuvent donc pas �tre associ�es avec les manifestations classiques de l'activit�.

Le champ magn�tique du Soleil structure l'atmosph�re solaire et l'espace interplan�taire. Ses interactions avec le plasma modulent le rayonnement et le flux de mati�re par lesquels le Soleil communique avec le milieu interplan�taire, sur des �chelles de temps allant de quelques millisecondes � plusieurs centaines d'ann�es. La compr�hension des m�canismes qui cr�ent ces modulations et de la mani�re dont les processus solaires se r�percutent sur l'H�liosph�re est au point de d�part de toute approche physique du syst�me Soleil - milieu interplan�taire - environnement ionis� et magn�tis� de la Terre.

Le vent solaire, qui se propage radialement � partir de la couronne, se d�place � une vitesse supersonique et super-alfv�nique par rapport � "l'obstacle" que constitue la Terre. Comme pour tout obstacle plong� dans un fluide en mouvement rapide, on s'attend � ce que le fluide soit ralenti et � ce que la direction de son mouvement soit modifi�e. Cependant le vent solaire est un plasma "non collisionnel" (le libre parcours moyen entre deux collisions est sup�rieur � la taille de l'obstacle), et la Terre est "prot�g�e" de son intrusion par un champ magn�tique interne, le champ magn�tique terrestre. Au lieu du ralentissement et de la d�flexion progressive de l'�coulement attendus pour un fluide domin� par les collisions, l'absence de collisions et la pr�sence d'un champ magn�tique interne conduisent � la formation de "discontinuit�s", fines couches au sein desquelles l'essentiel du ralentissement et de la d�flexion de l'�coulement se produisent. L'interaction entre le vent solaire et le champ magn�tique terrestre conduit donc � la formation de "couches critiques" ou "discontinuit�s" au sein desquelles se trouvent fix�es les conditions limites pour la circulation du plasma dans le volume qu'elles enveloppent. Ces couches critiques: le Choc, la Magn�topause, et le Cornet Polaire jouent donc un r�le essentiel dans l'interaction entre le vent solaire et la magn�tosph�re.

Ralentissement au niveau du Choc

Le vent solaire se d�pla�ant � environ 400 km/sec, vitesse qui est tr�s sup�rieure � la vitesse de propagation des modes dans le plasma, un choc doit se d�velopper pour permettre le ralentissement de la vitesse d'�coulement du plasma. Les missions pass�es, en particulier ISEE 1-2 et AMPTE, et les simulations num�riques, ont permis de montrer que divers r�gimes sont possibles, suivant le nombre de Mach (sonore et alfv�nique) et l'angle th�ta entre la normale au choc et la direction du champ magn�tique interplan�taire. Les missions de l'ISTP, en particulier INTERBALL et WIND devraient compl�ter nos connaissances exp�rimentales. Le r�le des ions r�fl�chis (par une "barri�re" �lectrostatique) dans le ralentissement du plasma commence � �tre bien compris dans le cas des chocs perpendiculaires (th�ta proche de 90'), et pour des nombres de Mach pas trop grands. Par contre on comprend mal comment s'op�re le ralentissement dans le cas des chocs "supercritiques", correspondant � des nombres de Mach �lev�s. Pour les chocs quasi-parall�les la situation est encore plus complexe, au point que l'identification m�me de la travers�e du choc est tr�s souvent difficile, voire impossible, � partir de mesures ponctuelles. Dans ce milieu o� les effets non-lin�aires jouent un r�le essentiel, en fixant l'�chelle spatiale du raidissement du choc, et donc de la "dissipation", les processus sont non-stationnaires et leur localisation dans l'espace d�pend fortement des conditions du vent solaire; seule une approche "multi-points" autorisant de s�parer les variations temporelles des variations spatiales permettra de r�soudre le probl�me de la "dissipation anormale" dans les chocs.

La Magn�topause est-elle perm�able?

A la fois comprim� et ralenti au niveau du choc et dans la magn�togaine adjacente, le vent solaire rencontre une seconde discontinuit�: la magn�topause, discontinuit� dans la taille et la direction du champ magn�tique, qui change brutalement d'un champ d'origine solaire � un champ dont la taille et la direction sont fix�es par le champ magn�tique interne de la Terre. En l'absence de collisions on devrait s'attendre � ce que la magn�topause soit une fronti�re imperm�able � la p�n�tration du vent solaire. La r�alit� est toute autre. Les mesures satellitaires ont permis de montrer que le plasma solaire p�n�trait � travers la magn�topause. Les mod�les classiques, utilisant la MHD (id�ale ou r�sistive), ne d�crivent pas ce transport "anormal" (i.e. non li� aux collisions). Le transport anormal peut �tre assur� "directement" par les fluctuations, si celles-ci sont suffisamment intenses, ou par la reconnexion entre les lignes de forces "ouvertes"(vent solaire) ou "ferm�es"(reli�es � la Terre). Dans ce cas le r�le des fluctuations est "indirect"; elles contr�lent, via la dissipation et la diffusion associ�es, le processus de reconnexion. Ce couplage entre les fluctuations � petite �chelle et le transport � grande �chelle n'est pas compris; seule une approche multisatellite permettra de comprendre comment les processus aux diverses �chelles se couplent pour assurer le transport � travers le "bouclier magn�tique" de la Terre. La latitude � laquelle a lieu ce transport fait �galement l'objet de d�bats; certains chercheurs privil�gient la partie externe du Cornet polaire. Cependant l'existence � basse latitude et � l'int�rieur de la magn�topause, d'une couche limite peupl�e en partie par du plasma solaire, sugg�re �galement l'existence d'un transport anormal du plasma dans ces r�gions.

Objectifs Scientifiques dans le cadre du Programme:

L'�tude des couches limites: choc, et magn�topause/cornet polaire, pr�sente un double int�r�t:

- D'une part ces r�gions sont le site de processus de m�langes d'�chelles gr�ce auxquels la turbulence (� petite �chelle) "exerce un contr�le" sur les processus � grande �chelle. L'�tude in situ de ces processus naturels d�borde le cadre des �tudes d�crites ci-dessus; en particulier la communaut� d'int�r�t avec la physique de la partie sup�rieure de la couronne solaire est �vidente.

- D'autre part, il est important, � terme, de comprendre comment fonctionne le "bouclier magn�tique", qui prot�ge l'environnement terrestre de la p�n�tration des particules solaires. Les sondes situ�es dans le vent solaire, permettent de d�tecter le passage d'un vent solaire plus dense et/ou plus rapide, et de particules �nerg�tiques, mais ne permettent pas de comprendre (et donc de pr�voir) leur interaction avec le bouclier magn�tique de la Terre. L'un des objectifs prioritaires du programme doit �tre la compr�hension des processus physiques qui d�terminent le fonctionnement et l'efficacit� du bouclier magn�tique de la Terre.

Ce bouclier se d�place rapidement dans l'espace et ses propri�t�s physiques semblent varier dans le temps; seules les mesures tridimensionnelles, qui constituent l'objectif du projet Cluster et n�cessitent la mise � poste de 4 satellites identiques, permettront de faire des progr�s substantiels dans la compr�hension des m�canismes physiques qui autorisent/emp�chent la p�n�tration de particules solaires dans notre environnement.

Lors d'un sous-orage, la configuration magn�tique de la queue g�omagn�tique est compl�tement modifi�e. Cette reconfiguration s'accompagne d'une acc�l�ration du plasma et de son injection vers la Terre. Les �lectrons acc�l�r�s sont pr�cipit�s dans la haute atmosph�re de la zone aurorale, formant des aurores discr�tes. L'image des processus dynamiques qui se d�veloppent dans la queue magn�tique, se projette sur l'�cran atmosph�rique. Le mouvement et la forme des arcs auroraux t�moignent donc du d�veloppement temporel de processus qui ont lieu � grande distance de la Terre, d'o� l'importance de mener des campagnes de mesures "au sol" (EISCAT/ESR, et SUPERDARN), en liaison directe avec les mesures des sondes spatiales.

Un certain nombre de travaux r�cents men�s notamment en France, ont permis de mettre en �vidence l'existence de couches fines de courant qui se d�veloppent au voisinage de l'�quateur magn�tique et sont responsables de la d�formation du champ magn�tique. Cette couche de courant dispara�t brutalement, lors du d�clenchement du sous-orage, lorsque le champ magn�tique redevient "dipolaire". Les �tudes en cours portent sur l'identification du/des m�canisme(s) qui est (sont) responsable(s) de l'interruption du courant et de la dissipation de l'�nergie magn�tique. Une telle �tude n�cessite la mise en oeuvre de moyens compl�mentaires, sur les plans th�orique et exp�rimental, et dans le domaine de la simulation num�rique.

Objectifs Scientifiques dans le cadre du Programme:

-Au plan th�orique un investissement important a �t� mis en oeuvre pour d�crire de mani�re cin�tique (par l'�quation de Vlasov) la formation de la couche de courant et, son instabilit�.

-Sur le plan exp�rimental, l'analyse conjointe des donn�es GEOS et SCATHA va permettre d'avoir une id�e sur l'extension spatiale de la r�gion de d�clenchement et sur sa dynamique. A plus long terme les progr�s ne peuvent venir que des mesures multipoints de Cluster.

-Sur le plan de la simulation un investissement important a �t� et devra �tre consenti. Il faudra adapter les codes particulaires � "grande �chelle" permettant de d�crire la perte d'adiabaticit� des ions, et les codes MHD, qui d�crivent bien la configuration globale, mais ne peuvent d�crire les champs �lectriques parall�les qui se d�veloppent lors des sous orages.

Les nuages magn�tiques ou plasmoides sont couramment observ�s dans le vent solaire et semblent �tre une des causes majeures des perturbations de l'environnement terrestre entrainant les sous-orages. Ces nuages sont-ils associ�s de fa�on biunivoque aux �jections de masse coronale? Leur structure magn�tique demeure t'elle en partie "attach�e" au soleil? Les instabilit�s qui ont lieu lors de ces orages magn�tosph�riques pr�sentent de fortes analogies avec les instabilit�s qui conduisent � briser le confinement du plasma lors des �ruptions dans la couronne solaires. Au del� de cette convergence sur des th�me th�oriques se profile la perspective de mener avec les moyens "in situ" auxquels les "magn�tosph�riciens" sont habitu�s une �tude "in situ" de la couronne solaire, gr�ce � une sonde solaire. Les physiciens solaires apporteraient � ce projet leur comp�tence en mati�re de mesures "non locales", mises en oeuvre � partir de la Terre ou � bord de la sonde, et permettant de restituer les mesures ponctuelles dans un contexte. Ce projet qui b�n�ficierait de la comp�tences th�matique de la communaut� solaire et de l'acqu�t instrumental des deux communaut�s r�unies dans le programme joue un r�le f�d�rateur.

Dans les r�gions aurorales, la magn�tosph�re terrestre est coupl�e par un champ magn�tique � sa source "externe" - le vent solaire - et � sa source "interne" - l'ionosph�re - elle-m�me reli�e par friction � l'atmosph�re terrestre. Au sommet de l'ionosph�re, la pression magn�tique domine largement la pression cin�tique du plasma. Les processus physiques essentiels concernent le transport parall�le et l'acc�l�ration des particules le long des lignes de force du champ magn�tique. L'acc�l�ration des �lectrons se traduit par l'�mission d'un rayonnement radio intense et par la pr�cipitation dans la haute atmosph�re des �lectrons ainsi acc�l�r�s. Ces processus physiques ont un caract�re universel puisqu'ils sont engendr�s autour de tout objet astrophysique actif poss�dant un champ magn�tique et une atmosph�re (notamment le soleil).

Les donn�es exp�rimentales acquises par les pr�c�dents satellites auroraux Viking, Freja ont clairement mis en �vidence le r�le jou� par les structures � petite �chelle (filamentation des courants, chocs, double-couche, solitons,..etc) dans les processus d'acc�l�ration des particules charg�es et dans celui de la g�n�ration des ondes. Les donn�es plus r�centes acquises par les satellites POLAR et INTERBAL AURORAL faisant partie de l'ISTP sont venues compl�ter nos connaissances. Afin d'appr�hender la faible dur�e de vie et (ou) la petite �tendue spatiale de ces structures, il est indispensable de pouvoir disposer de satellites disposant d'une capacit� �lev�e d'enregistrement des informations. Le lancement du satellite am�ricain FAST en ao�t 96 a permis de franchir cette �tape exp�rimentale. De part sa r�solution temporelle in�gal�e jusqu'alors, cette exp�rience offre un important potentiel de d�couverte dans le domaine de la Physique non lin�aire des plasmas. Les missions pr�c�dentes ont cependant d�montr� les limites de l'analyse des mesures fournies par un satellite unique. Il est en effet extr�mement difficile de d�terminer si les variations des diff�rents param�tres mesur�s correspondent � l'�volution temporelle du milieu ou bien au d�placement du satellite � travers des structures inhomog�nes.

Objectifs scientifiques dans le cadre du Programme:

Le projet bi-satellitaireIBIZA a pour but d'�tudier aussi bien la morphologie que l'�volution temporelle des structures � petite �chelle. L'objectif scientifique de ce projet, actuellement en Phase d'�tude au CNES, est de mener � bien avec des moyens adapt�s, une �tude approfondie des m�canismes d'acc�l�ration conduisant � l'�mission d'un rayonnement �lectromagn�tique intense dans l'environnement terrestre. Notons que l'�tude de ces objectifs scientifique constitue un point de convergence suppl�mentaire avec la communaut� solaire: les processus de chauffage de la couronne semblent de fait intimement li�s � la pr�sence de structures filamenteuses et � l'�mission de rayonnements �lectromagn�tiques intenses.

Ce th�me est actuellement en plein essor gr�ce � l'ach�vement d'une grande partie de la cha�ne SuperDARN (SuperDual Auroral Radar Network) tant dans l'h�misph�re Nord (3 paires de radars op�rationnelles) que dans l'h�misph�re Sud (4 radars op�rationnels), qui donne une vue d'ensemble de la convection avec une haute r�solution spatiale et temporelle.D'autre part la mise en service r�cente du radar ESR (EISCAT Svalbard Radar) qui vient compl�ter � haute latitude le syst�me existant et permet une description fine de l'ionosph�re (densit�s �lectroniques, temp�ratures �lectroniques et ioniques, composition ionique et vitesse du plasma).

Objectifs scientifiques dans le cadre du Programme:

- La convection � grande �chelle: l'influence du Champ Magn�tique Interplan�taire (CMI) sur la convection du plasma ionosph�rique, et en particulier les relations inter-hemisph�riques. Des aspects encore mal connus du couplage CMI/convection en particulier pour un Bz nord pourront �tre �tudies en d�tail, ainsi que les variations en Temps Local des temps caract�ristiques de la reconfiguration de la convection engendr�es par les variations du CMI.

- Les ph�nom�nes de moyenne �chelle dans la r�gion du cornet polaire: manifestations ionosph�riques des ph�nom�nes transitoires auxquels tels que �v�nements � transfert de flux, p�n�trations impulsives de plasma � travers la magn�topause, instabilit�s de Kelvin-Helmholtz.

- les sous-orages magnetosph�riques: description des signatures ionosph�riques des sous-orages simultan�ment � plusieurs temps locaux.

Ces �tudes seront men�es par confrontation entre les donn�es sol (SuperDARN, EISCAT, ESR, cha�nes de magn�tom�tres) et les donn�es satellites de l'ensemble des diff�rentes missions (GGS, INTERBALL, DMSP, Oersted, etc) partie prenante du programme ISTP.

Les relations Soleil -Terre mettent en jeu trois vecteurs distincts d'influence de l'activit�� solaire sur l'environnement terrestre: les ondes �lectromagn�tiques, le vent solaire et ses perturbations et les particules acc�l�r�es lors des �ruptions solaires, principalement les protons et les noyaux lourds.

En dehors des �ruptions la pr�vision doit inclure le flux UV et X qui chauffe l'atmosph�re, la fait se dilater et augmente sa densit�, donc le freinage au niveau des orbites des satellites. La pr�vision doit aussi prendre en compte l'activit� g�omagn�tique qui gouverne les particules pr�cipitant dans les zones aurorales, source de chauffage suppl�mentaire dans ces r�gions. Les orages r�currents d�clench�s par les jets de vent rapide issus des trous coronaux font partie de cette pr�vision. Lors des �ruptions, on souhaite pr�voir l'augmentation du flux UV et X, qui atteint plusieurs ordres de grandeur, et le d�clenchement des orages sporadiques, ' la suite de l'arriv�e ' la Terre des ondes de choc et des nuages magn�tiques issus des �jections de mati�re coronale (ou CME : Coronal Mass Ejections).

L'origine de ces perturbations est discut�e dans le cadre du th�me 2 (voir ci-dessus). Elles correspondent � une large gamme d'�chelles temporelles, depuis des ph�nom�nes �ruptifs jusqu'aux ph�nom�nes de cyclicit�, et d'�volution � long terme. L'H�liosph�re appara�t constitu�e de cellules de grande �chelle. Les processus physiques fondamentaux prennent naissance dans les r�gions de transition entre les diff�rentes cellules, o� s'effectuent les transferts de masse, d'impulsion et d'�nergie. Il existe ainsi une continuit� naturelle des ph�nom�nes depuis le soleil jusqu'� notre atmosph�re, cependant profond�ment alt�r�e par les processus d'�changes intercellulaires. Ces derniers font intervenir des �chelles spatiales et temporelles tr�s diff�rentes, dans la couronne solaire, le milieu interplan�taire, la magn�tosph�re, l'ionosph�re, la thermosph�re et l'atmosph�re terrestre. Cette cha�ne complexe doit �tre comprise et mod�lis�e maillon par maillon, afin de remonter au m�canismes physiques de base produisant les effets observ�s. L'analyse des m�canismes physiques est l'objet des trois th�mes pr�c�dents; une fois ces m�canismes compris et mod�lis�s au niveau de chaque maillon , l'objectif du th�me 4 est l'identifier les param�tres cl�s intervenant dans la mod�lisation de cette cha�ne de processus et d'�valuer les effets de l'activit� solaire sur l'environnement terrestre.

Il est maintenant clairement �tabli que le syst�me magn�tosph�rique est domin� par des couplages forts entre les sous-syst�mes magn�tosph�re, ionosph�re et thermosph�re et qu'il est soumis ' une grande dynamique caract�ris�e par des �chelles de temps diff�rentes suivant les sous-syst�mes : quelques minutes dans la magn�tosph�re, quelques dizaines de minutes dans l'ionosph�re et quelques heures dans la thermosph�re. Ces couplages jouent un r��le crucial dans la redistribution de l'�nergie du syst�me magn�tosph�rique, notamment lors de sous-orages o˘ ils permettent de dissiper l'�nergie transf�r�e ' la magn�tosph�re par le vent solaire.

La mani�re dont se fait cette redistribution peut avoir une influence notable sur l'activit� humaine. Ainsi, l'alt�ration de la structure ionosph�rique peut imposer un black-out radio sur une grande �tendue du globe (centr�e sur les r�gions polaires), ou impliquer des retards dans la propagation des ondes radios induisant des erreurs sur les calculs de distances ; quant � l'�chauffement de la haute atmosph�re, il peut modifier sensiblement les effets du frottement atmosph�rique sur les satellites ' basse altitude (voir th�me 3).

Les variations du flux de photons et de particules solaires ont une action directe sur la magn�tosph�re, tandis que la thermosph�re subit � la fois des changements engendr�s par le flux de photons et de particules selon la latitude. Sa densit�, temp�rature, composition et dynamique (vent horizontal et vertical) ont des propri�t�s qui d�pendent au premier ordre de l'activit� solaire. Toutefois, la signature de cette activit�, beaucoup plus pour l'ionosph�re que pour l'atmosph�re neutre, est d'amplitude d�croissante de la haute vers la basse thermosph�re. Si les propri�t�s de la thermosph�re sont tr�s fortement conditionn�es par les particules et les photons solaires p�n�trant par le haut, la temp�rature et la dynamique de la basse thermosph�re sont domin�es par l'effet des ondes de gravit� et les mar�es atmosph�riques engendr�es par l'absorption du flux solaire par la vapeur d'eau et l'ozone dans la troposph�re et la stratosph�re. Il en r�sulte par exemple l'apparition de modes semi-diurne absents � haute altitude et de cellules de convection � basse latitude qui illustrent l'importance des couplages verticaux entre r�gions.

Si les grands processus r�gissant la structure de la thermosph�re sont maintenant bien identifi�s, le couplage entre r�gions, le couplage entre esp�ces, le r�le des ondes de gravit� et des mar�es atmosph�riques et les for�ages solaires sont des ph�nom�nes � prendre en compte de fa�on globale et synth�tique. Ceci devra ��tre l'objet d'�tudes � venir.

Les engins spatiaux jouent un r�le irrempla�able dans nombre d'activit�s civiles que chacun pratique tous les jours sans m�me en �tre conscient. Qu'il s'agisse de radiodiffusion ou t�l�vision par satellite, de m�t�orologie, de localisation par le r�seau GPS (Global Positioning System), d'appels de d�tresse et de t�l�phonie cellulaire, le particulier est un consommateur de services par satellite. Si on ajoute les retomb�es civiles de l'observation de la terre, l'emploi des satellites dans les t�l�communications mondiales et maintenant r�gionales, l'exploitation de l'espace concerne directement et � tout instant chacun d'entre nous. A un autre niveau, dans le domaine de la d�fense ou de la recherche, le citoyen est, par le biais des gouvernements ou des instances internationales, concern� par l'utilisation de l'espace comme milieu de l'activit� humaine. Enfin, pour les vols habit�s, si les orbites � faible altitude et � faible inclinaison sont assez bien prot�g�es par l'effet d'�cran du champ magn�tique terrestre, la protection est moindre pour les orbites � haute d�clinaison, telle que celle de MIR, avec la station internationale, rendant importante la pr�vision des protons solaires.

Il est certain que ce sont les satellites g�ostationnaires qui souffrent le plus et de la mani�re la plus �vidente des param�tres d'environnement, et plus particuli�rement des probl�mes d'�lectrisation. On peut affirmer que tous les satellites g�ostationnaires ont, peu ou prou, �t� victimes de d�charges d'�lectricit� statique induites par l'environnement. Dans le meilleur des cas il s'agit d'un faux status dans la t�l�mesure sans aucune cons�quence, dans le pire des cas, c'est la perte d�finitive du satellite si la d�charge place l'engin spatial dans un �tat critique, avec perte de contr�le par le sol. Des orages g�omagn�tiques cons�cutifs � une interaction du vent solaire et de la magn�tosph�re sont � l'origine de ces ph�nom�nes.

Les �missions �lectromagn�tiques cons�cutives aux activit�s humaines participent aux relations Soleil-Terre en masquant, modifiant ou cr�ant des ph�nom�nes li�s au transfert du flux du vent solaire vers la Terre. Ces aspects, bien que connus depuis longtemps, apparaissent d�sormais comme critiques, en cons�quence de l'accroissement consid�rable de la pollution �lectromagn�tique de l'environnement terrestre : une variation d'un facteur 300 en puissance a �t� observ�e au cours des 20 derni�res ann�es. Ceci d�bouche sur tout un programme d'�tudes, mettant en jeu moyens sols (radars) et spatiaux (surveillance).

Le premier point pour lequel l'approche th�orique est envisag�e est la pr�vision des �ruptions elles-m��mes. L'approche th�orique doit s'�tendre ' la cha��ne de processus qui, partant des �jections de mati�re coronale, mod�lisables par la MHD, aboutit aux orages g�omagn�tiques par l'interm�diaire du vent solaire. Hors �ruption, le lien entre structures coronales et l'activit� g�omagn�tique se pr��te aussi ' mod�lisation. Quant au rayonnement �lectromagn�tique, son impact sur l'atmosph�re et sur l'orbitographie, peut �tre pris en compte par des mod�les empiriques comme ceux d�velopp�s par Barlier et son �quipe. Il reste de grandes zones d'ombre quant ' la mani�re dont est transf�r�e l'�nergie du vent solaire vers la magn�tosph�re, la mani�re dont sont d�clench�s les sous-orages et les processus d'acc�l�ration des particules, vecteurs de cette �nergie. Les efforts de mod�lisation doivent s'intensifier et s'accompagner d'efforts exp�rimentaux et th�oriques suffisants pour que les m�canismes de couplages principaux soient int�gr�s dans les mod�les num�riques. Enfin, la repr�sentation globale manque encore.

En parall�le au d�veloppement d'outils num�riques nouveaux, il est n�cessaire de constituer des bases de donn�es sol et spatiales pour construire les mod�les empiriques compl�mentaires, sp�cialement ceux concernant l'�volution du syst�me magn�tosph�rique.

Le th�me de la M�t�orologie Spatiale recouvre les trois autres th�mes du programme SETH, en en faisant la synth�se et en orientant l'ensemble des �tudes vers un domaine applicatif o˘ l'int�r��t des concepteurs et op�rateurs de syst�mes spatiaux est marqu�. Trois approches compl�mentaires peuvent ��tre envisag�es :

(1) Analyse des m�canismes de l'activit� solaire, en ayant pour objectif la pr�vision de l'activit� et des �v�nements solaires, c'est-�-dire la compr�hension de leurs causes, des �v�nements pr�curseurs, permettant de mod�liser leurs effets, au niveau du soleil et de son atmosph�re (voir th�me 2). Un deuxi�me aspect de cette approche r�side dans l'�tude de la cyclicit� solaire, li�e aux ph�nom�nes � plus long terme, mais qui fournit probablement une des cl�s des m�canismes solaires (voir th�me 1). Ceci inclut le cycle de 11 ans aussi bien que son �volution � plus long terme.

(2) Analyse de la propagation des perturbations solaires du soleil jusqu'au G�oespace, et de leur effet sur l'environnement terrestre. Il s'agit d'�tudier les transferts de masse, d'impulsion et d'�nergie entre les diff�rentes cellules allant des �v�nements solaires � l'environnement terrestre. Cette �tude est une des composantes principales du Programme International de Physique Soleil-Terre (ISTP), maintenant appel� Sun Earth Connection (SEC) qui avec les sondes spatiales GEOTAIL, WIND, INTERBALL, SOHO, POLAR, ULYSSES, IMP-8 et les grands programmes au sol (EISCAT, SUPERDARN, CANOPUS, Radioh�liographe et R�seau D�cam�trique de Nan�ay, interf�rom�tre MICADO, etc.), correspond � un effort majeur et � ce jour unique de la communaut� internationale de physique soleil-terre. C'est �galement l'objet du programme "Space Weather " am�ricain, soutenu par la NSF et la NASA, programme qui b�n�ficie d'un important soutien, pour son d�marrage (un million de dollars US). Ces programmes ont des liens tr�s �troits entre eux, ainsi qu'avec le SCOSTEP ("Scientific Committee on Solar-Terrestrial Research ").

(3) L'analyse de l'impact effectif de l'activit� solaire et de ses perturbations sur les activit�s humaines et la biosph�re au sens large est certainement le dernier maillon de la cha�ne et un des buts ultimes d'un tel programme. Nous insisterons particuli�rement sur les effets sur les engins spatiaux, en d�veloppant les collaborations avec le CNES et l'ONERA. Le r�le des g�ophysiciens y est important, et c'est sans aucun doute le maillon le plus complexe, faisant appel � une large interdisciplinarit�. C'est aussi le moins avanc� et celui qui demandera une importante coordination des efforts, d�j� regroup�s dans le cadre de programmes tels que SEC (Sun Earth Connection). L'INSU est certainement l'instance la mieux adapt�e ' la mise en place d'une coordination interdisciplinaire requise pour l'�tude de nombreux autres aspects (en particulier la climatologie, mais aussi les effets biologiques, etc.).

Enfin, une r�flexion globale sur l'orientation de ce th�me a �t� largement souhait�e. En plus d'un forum sur les diff�rentes approches : observations, th�orie, mod�les, besoins (par exemple pour assurer la protection des satellites), la r�flexion portera sur le bilan des moyens exp�rimentaux et th�oriques mis en oeuvre actuellement et souhait�s pour le futur, ainsi que sur l'interaction avec les centres et bases de donn�es (MEDOC, BASS2000, CDPP, etc.).