Étude multi-instrumentale de la dynamique des structures aurorales côté jour et côté nuit : couplage avec la magnétosphère et le milieu interplanétaire

The dynamics of the magnetosphere-ionosphere system is controlled by the solar wind through small scale processes affecting magnetospheric flux tubes. In a series of multi-instrument studies, we investigate the dynamics of these flux tubes simultaneously in the magnetosphere and in the ionosphere. In a first part, we give a general description of the magnetosphere-ionosphere system, and we analyse the recent work on meso-scale structures and available experimental measurements used for their description. In the second part of this thesis, we study the dynamic responses of the dayside system. We perform the first quantitative comparison between magnetospheric and ionospheric plasma and phase velocities of flux tubes generated by transient reconnection. We quantify the motion of dayside magnetospheric boundaries in response to variations of the north-south component of the interplanetary magnetic field. We also show that solar wind pressure pulses can trigger reconnection events during southward interplanetary magnetic field. We confirm also that the associated ionospheric convection flow bursts are fossil signatures of the reconnection. In the third part of this thesis, we study the electrodynamics of meso-scale auroral structures in the dayside and in the nightside. First, we present the first direct observation of the parallel currents associated with a dayside magnetospheric reconnected flux tube. These currents including the closure horizontal Pedersen current, form a balanced system, isolated from the global scale magnetospheric currents. Then, we model the ionospheric closure of the parallel currents in a meso-scale nightside arc. We have tested a one-dimensional and a two-dimensional model. Although the two-dimensional model gives better results, it suffers lacks experimental input data. This work illustrates the role of meso-scale processes in the global dynamics of the magnetosphere.La dynamique du système magnétosphère-ionosphère résulte de stimuli directs ou indirects provenant du vent solaire. Elle est en grande partie assurée par des processus affectant des tubes de flux magnétique de petite ou moyenne échelle spatiale et de durée ne dépassant pas la dizaine de minutes. Grâce à des études expérimentales impliquant de multiples instruments, nous étudions la dynamique de ces tubes de flux simultanément dans l'ionosphère et dans la magnétosphère. Après une première partie consacrée à une description générale de la magnétosphère et à une analyse des travaux antérieurs sur les structures de moyenne échelle, ainsi que des moyens expérimentaux qui y donnent accès, nous étudions dans une seconde partie, les réponses dynamiques du système magnétosphère-ionosphère côté jour, à des variations du champ magnétique interplanétaire et à des impulsions de pression du vent solaire. Nous réalisons la première comparaison quantitative entre la magnétosphère et l'ionosphère de vitesses de plasma et de vitesses de déplacement des tubes de flux engendrés par la reconnexion sporadique. Nous quantifions le mouvement des différentes frontières magnétosphériques du côté jour, lors de variations de la composante nord-sud du champ magnétique interplanétaire, ainsi que leurs différents temps de réponse. Nous montrons également que les impulsions de pression du vent solaire peuvent être le facteur déclenchant la reconnexion, en période de champ magnétique interplanétaire dirigé vers le sud. Nous confirmons que les sursauts de convection ionosphérique associés en sont la signature fossile. Dans la troisième partie de cette thèse, nous étudions l'électrodynamique de structures aurorales de moyenne échelle, du côté jour et du côté nuit. Nous présentons la première observation directe des courants parallèles associés à un tube de flux magnétosphérique reconnecté du côté jour. Ces courants ainsi que le courant de Pedersen associé, constituent un circuit autonome indépendant des courants à grande échelle. Puis, nous modélisons l'électrodynamique d'un arc observé du côté nuit, afin de comprendre la fermeture du circuit électrique dans l'ionosphère. Deux modèles respectivement à une et deux dimensions sont utilisés, le second, plus satisfaisant, souffre cependant de l'insuffisance de la description expérimentale. Cet ensemble de travaux montre l'importance des processus à moyenne échelle dans la dynamique globale de la magnétosphère