Jupiter : des régulateurs naturels maintiennent l’équilibre de son disque de plasma magnétisé

Autour de Jupiter, un gigantesque disque de plasma magnétisé subit des perturbations constantes. Comment maintient-il son équilibre ? Grâce à la mission Juno, une équipe de recherche CNRS Terre & Univers révèle le rôle clé d’instabilités qui agissent comme des soupapes de sécurité : elles libèrent automatiquement l’excès d’énergie pour stabiliser le système.

La magnétosphère de Jupiter abrite une structure spectaculaire : un disque de plasma magnétisé, appelé magnétodisque, qui s’étend dans le plan équatorial de la planète géante. Ce disque se forme à partir de la matière éjectée par Io, lune volcanique de Jupiter. Une fois ionisée, cette matière est transportée vers l’extérieur et constitue un véritable convertisseur d’énergie : le magnétodisque transforme l’énergie de rotation de Jupiter en énergie du plasma. Mais ce système est perpétuellement bousculé par des perturbations, allant de petites instabilités locales à des reconfigurations magnétiques globales. Malgré ces turbulences observées depuis des décennies, les scientifiques ne comprenaient pas comment le magnétodisque parvenait à rester en équilibre. Vers quel état le plasma évolue-t-il après une perturbation ? Et surtout, comment dissipe-t-il son excès d’énergie ?

Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont exploité les données de la sonde Juno, en orbite autour de Jupiter depuis 2016. Ils ont ensuite mesuré systématiquement une propriété cruciale du plasma : son anisotropie de pression, c’est-à-dire la différence entre la pression perpendiculaire et parallèle au champ magnétique. Cette mesure, réalisée pour la première fois à cette échelle grâce aux instruments JADE et JEDI de Juno, permet de diagnostiquer l’état du plasma et de prédire s’il est susceptible de déclencher des instabilités.

Les résultats sont sans équivoque. L’équipe a ainsi découvert que le plasma du magnétodisque se maintient naturellement dans une zone d’équilibre stable. Dès qu’il s’en écarte en accumulant trop d’énergie, des instabilités se déclenchent spontanément. Ces instabilités — qui portent les noms techniques de miroir, cyclotron et firehose — génèrent des ondes qui redistribuent l’énergie excédentaire et ramènent le plasma vers un état stable. Juno a même détecté ces fluctuations en action, confirmant que le plasma se régule en émettant des ondes. L’instabilité de type “firehose” apparaît comme particulièrement importante : elle dissipe l’énergie libre produite lors des reconfigurations magnétiques brutales, notamment par un mécanisme appelé accélération de Fermi, où les particules gagnent de l’énergie en rebondissant entre des structures magnétiques en mouvement.

Ces travaux révèlent ainsi comment Jupiter maintient l’équilibre de son environnement spatial malgré des perturbations incessantes. Ces mécanismes de régulation pourraient être à l’œuvre dans d’autres magnétosphères en rotation rapide, comme celle de Saturne, et ouvrent de nouvelles perspectives pour interpréter les futures observations de la mission JUICE, qui étudiera le système jovien dès 2031.

Ressources complémentaires

• Publication scientifique : Liu, Z.-Y., André, N., Blanc, M. et al. Pressure anisotropy-driven instabilities regulate the Jovian magnetodisk. Nature Communications (2025).
• https://www.nature.com/articles/s41467-025-65064-9

Contacts IRAP

• Nicolas André, nicolas.andre@irap.omp.eu
• Michel Blanc, michel.blanc@irap.omp.eu