orages magnétiques (solaire) et son influence sur les satellites

[Coussini]

Salut à tous,

J'ai vu un reportage intéressant concernant les orages magnétiques et son influences sur les satellites et sur la
station internationnal. Concernant cette dernière, il semble y avoir un compartiment spécialement conçu afin de
protéger les astronautes d'une éventuelle colère solaire. De plus, un orage magnétique peut "bousiller" des
composantes électroniques,  et jouer de mauvais tour au pilote d'avion sachant que leur système de navigation est
perturbé.

Voici un article fort intéressant concernant l'influence de notre soleil sur les satellites et les communications.

Bonne lecture à tous


Heureusement, notre planète possède une protection contre le Soleil : son champ magné-tique naturel. S’il n’existait
pas, les doses de radiations la rendraient parfaitement inhabitable. Il forme la magnétosphère, qui dévie les flots de
particules du vent solaire et des éruptions, comme un caillou au milieu d’un torrent crée un long sillage d’eau claire.
Par ailleurs, l’atmosphère terrestre absorbe plus de la moitié du rayonnement solaire, ultraviolets compris, et aucun
rayonnement X que le Soleil émet régulièrement ne parvient au sol.

Lors du maximum, les colères solaires sont exacerbées. Mais difficile de savoir à l’avance dans quelle mesure. “Le
maximum devrait être plutôt moyen cette année”, note Pierre Lantos, astronome à l’observatoire de Meudon. Pour
établir de telles prévisions, les chercheurs s’appuient sur un indicateur fondamental : les taches solaires. Remarquées
par les Chinois il y a plus de 2 000 ans, observées notamment par Galilée vers 1610, ces taches noires se trouvent
entre 10° et 40° de latitude, mais inexplicablement jamais aux pôles. Leur diamètre varie entre 50 et 50 000 km pour
les plus grandes. Elles résultent du confinement du plasma solaire par des lignes de champ magnétique. Ainsi isolé, il
se refroidit et forme une région plus sombre. Le premier à avoir remarqué une périodicité dans l’apparition des taches
est un astronome amateur allemand, pharmacien de profession, Samuel Heinrich Schwabe, en 1843. Celui-ci a
observé le Soleil 17 ans durant. Il a pu ainsi constater que les taches suivent un cycle de 11 ans avec une phase
ascendante (4 ans environ), durant lequel leur abondance croît, en même temps qu’elles migrent vers les régions
équatoriales, un maximum puis une phase descendante, généralement plus longue (7 ans environ).

“L’observation des taches est fiable et quotidienne depuis 1850, souligne Pierre Cugnon, mais nous pouvons nous
faire une idée de l’allure générale des cycles depuis 1700 grâce aux archives.” Nous sommes actuellement, du point
de vue des astronomes, au 23e cycle, dont nous devrions avoir atteint le maximum ce printemps ou cet été (le dernier
maximum remonte à 1989). En théorie tout au moins… car le Soleil n’est pas très régulier. La durée du cycle connaît
des variations sensibles : de 8 à 13 ans. Autre constat : les cycles les plus intenses (avec beaucoup de taches) sont
les plus courts. “Actuellement, ce serait plutôt 10,5 ans”, remarque Pierre Cugnon. Les pics du cycle des taches
correspondent à une augmentation de l’énergie magnétique du Soleil. La cause en est inconnue. Mais on constate
que plus il y a de taches, plus les colères du Soleil — éruptions et CME — sont fréquentes.

Tout cela, pourrait-on dire, n’est qu’une affaire de physiciens. Certes, mais “la variabilité du Soleil est aujourd’hui un
danger pour certains systèmes de haute technologie”, affirme Jean-Yves Prado, de la direction des programmes du
Cnes. Force est de constater que les activités humaines sont de plus en plus tournées vers la haute atmosphère et
l’espace. Des centaines de satellites de télévision, télécommunications, météo, observation, bourrés de composants
électroniques, tournent au-dessus de nos têtes, à des altitudes variant entre 200 à 36 000 km. Les communications
radio, les signaux radar utilisent quant à eux l’ionosphère (la partie ionisée de la haute atmosphère) pour se
propager. Et au sol même, les réseaux de câbles s’étendent et se multiplient.

Le problème, c’est que la protection de la Terre contre les humeurs du Soleil, assurée par son champ magnétique
naturel, n’est pas efficace à 100 %. Lors des éruptions et CME, les particules chargées qui arrivent au voisinage de la
Terre sont freinées par la magnétosphère. Mais celle-ci possède un point faible : les hautes latitudes, tout
particulièrement les pôles. Là, les lignes du champ magnétique convergent et forment une sorte d’entonnoir. Les
protons peuvent s’y engouffrer. Le risque est alors réel pour tout engin présent dans l’espace. Les satellites en
orbite polaire sont aux premières loges. Les particules provoquent à leur surface la formation de charges électriques
qui perturbent les composants électroniques et causent des erreurs de navigation ou des pertes de données. Les
instruments peuvent être endommagés et, dans les cas les plus graves, le satellite perdu.
Le risque d’irradiation est aussi pris en compte par les astronautes s’ils doivent effectuer des sorties
extravéhiculaires. Entre les missions Apollo 16 et 17, en août 1972, une éruption solaire a atteint la Lune, avec une
intensité telle qu’elle aurait probablement été mortelle pour un équipage en train de prélever des échantillons sur le
sol. Plus bas, ce sont les personnels des compagnies aériennes qui sont, bien que dans une moindre mesure,
concernés, surtout quand les vols passent par les hautes latitudes. Une directive européenne précisant les doses
admissibles de radiations entre d’ailleurs en vigueur ce mois-ci.

Le 13 mars 1989, les colères du Soleil privent 9 millions de Canadiens d’électricité.

Les CME, lorsqu’elles atteignent la Terre, s’accompagnent d’une onde de choc qui comprime la magnétosphère. Celle-
ci peut être ramenée à 20 000 km à peine de la surface de la Terre. Les satellites géostationnaires, qui évoluent
normalement à 36 000 km d’altitude, sont alors exposés aux particules. Par ailleurs, le champ magnétique du Soleil,
qu’elles transportent, perturbe la magnétosphère terrestre. Celle-ci réagit et il s’ensuit un “orage magnétique”, dont
les effets se font sentir jusqu’au sol. Signe le plus visible : les fameuses aurores polaires. Visibles en général sous les
hautes latitudes, elles résultent de la collision entre les particules chargées du vent solaire et les atomes de
l’atmosphère. Lors des grandes colères du Soleil, on a pu en observer très bas, jusqu’en Normandie en 1989. Le
magnétisme crée surtout des courants induits, comme quand on passe un aimant au centre d’une bobine (c’est le
principe de la dynamo). Les effets se font sentir sur les lignes électriques. Les événements sont rares mais
spectaculaires, constatés surtout dans le nord des États-Unis et au Canada, car le pôle Nord magnétique, où les
lignes de champ forment un “entonnoir”, se trouve au niveau de la baie d’Hudson. Le 13 mars 1989, en pleine
période de maximum solaire, un orage magnétique très violent a littéralement fait disjoncter le réseau de la
compagnie d’électricité Hydro-Québec, privant de courant 9 millions de personnes pendant plusieurs heures. D’autres
phénomènes sont imputables aux courants induits, tels que la corrosion observée sur des pipelines ou le
déclenchement intempestif de systèmes électriques type portes de garage.

Les rayons X et UV, plus abondants en période de taches et lors des éruptions, ionisent encore davantage
l’ionosphère. Les communications radio et sol-satellite en sont affectées, au point qu’il faut parfois changer de
fréquence. Le positionnement par satellite type GPS est lui aussi perturbé : l’erreur peut atteindre les 30 m. Ce n’est
pas grave pour le randonneur, mais plus problématique pour la navigation aérienne qui va utiliser de plus en plus
cette technique.

L’atmosphère neutre, quant à elle, se réchauffe. Elle se dilate, avec pour conséquence un effet de freinage des
engins spatiaux, pour le moins gênant quand on sait la précision des trajectoires requise. En cas d’éruption
importante, un satellite peut perdre plusieurs kilomètres d’altitude. Les satellites d’observation sont particulièrement
affectés. “Cela provoque des erreurs de position qui doivent être corrigées”, explique Jean-Yves Prado. Le
phénomène est aussi important lors des rentrées atmosphériques. “Pour la désorbitation de Mir, il faudra en tenir
compte, comme cela a déjà été fait pour Skylab en 1979.” Le risque est de se tromper sur la trajectoire de rentrée et
de faire tomber l’engin sur des zones peuplées.

Quant aux lanceurs, ils sont également sensibles à la température de l’atmosphère. La connaître avec précision
permet de programmer au plus tôt le largage de la coiffe qui protège les satellites de l’échauffement et d’alléger ainsi
l’ensemble. Or, dans un secteur ultra-compétitif, le poids est le nerf de la guerre. C’est pourquoi certains lanceurs
américains bénéficient de prévisions de température. À noter enfin qu’en cas d’éruption solaire le risque d’échec d’un
lancement augmente, car une perturbation du contrôle de vol est possible.

Le secteur spatial est donc le premier concerné par les colères du Soleil, et le sera d’autant plus que son activité
semble augmenter. Selon une équipe britannique, le magnétisme de notre étoile aurait doublé depuis 1900. Sur
plusieurs décennies, l’intensité des cycles a tendance à croître. parallèlement, le nombre de satellites en orbite pour
des applications du type téléphonie ou Internet va exploser. Alors, mieux vaut prévoir l’activité solaire, pour
programmer les corrections d’orbite à effectuer et couper les instruments le temps d’une éruption majeure.

La prévision existe depuis déjà plusieurs années. Mais aujourd’hui, c’est une véritable météo solaire qui se
développe. Elle s’intègre d’ailleurs dans un concept plus large, celui de “météo de l’espace” (le Space Weather des
américains), qui prend en compte d’autres facteurs de risque pour les satellites, comme par exemple les débris
spatiaux. Cette discipline bien particulière va devenir un marché. Des sociétés, encore peu nombreuses il est vrai,
principalement aux États-Unis, proposent des services payants de météo spatiale. Le Cnes s’apprête à faire de
même, en confiant cette activité démarrée il y a quelques années à une entreprise privée.

La “météo solaire” va devenir un marché. Son plus gros client : le secteur spatial.

Mais comment mieux prévoir ? Il faut recueillir un maximum d’informations. Première source : le comptage des taches
solaires, effectué presque partout dans le monde. Les données sont centralisées à l’observatoire de Bruxelles,
référence mondiale en la matière. “L’observation des taches est assez artisanale, remarque Pierre Cugnon. On étudie
le Soleil avec une lunette ou un télescope, on projette l’image sur un écran et on fait le décompte à l’œil nu.” Dans
l’espace, en revanche, c’est la high-tech qui domine : une véritable armada de satellites scientifiques (Soho, Yohkoh,
Ace…) épient les faits et gestes du Soleil depuis différents points de vue, et constituent la deuxième source
d’informations. De plus, la mesure au sol des variations du magnétisme terrestre constitue un bon indicateur de
l’activité solaire.

Il faut ensuite exploiter les données et les échanger. C’est le rôle d’un réseau mondial de dix centres, l’ISES
(International Space Environment Service). Le plus important est le SEC (Space Environment Center), qui se trouve
aux États-Unis, à Boulder (Colorado). À l’origine, il fut créé pour les missions Apollo, dans le but de prévoir le risque
encouru par les astronautes. Il dépend de la NOAA (national oceanic and atmospheric administration), l’énorme
agence américaine de la météo et de l’environnement, et de l’US Air Force. Plus de 70 personnes y travaillent à plein
temps et son budget annuel se monte à 5 millions de dollars (30 MF). Les autres centres, plus modestes, se trouvent
à Pékin, Moscou, Ottawa, Sydney, New Delhi, Prague, Tokyo, Varsovie et Paris. Ils délivrent des prévisions
quotidiennes (sauf l’observatoire de Paris-Meudon, qui vient d’abandonner cette activité faute de personnel),
mensuelles et sur de plus longues périodes, sous forme de bulletins de météo solaire.

Mais la prévision n’est pas infaillible, loin s’en faut. “Jusqu’à présent, on peut dire que les méthodes ont été très
empiriques”, remarque Pierre Lantos. “C’est parfois au feeling, avec l’habitude”, avoue Pierre Cugnon. On sait
mesurer indirectement le champ magnétique des taches, en analysant l’influence de celui-ci sur le rayonnement
qu’elles émettent (les physiciens appellent cela l’effet Zeeman). schématiquement, plus le champ est fort, plus il y a
de chances qu’une éruption se produise. “Mais c’est loin d’être fiable à 100 %. On prévoit la moitié des grandes
éruptions, souligne Pierre Lantos. On peut toujours avertir d’un risque, quelques jours à l’avance. Mais on ne peut
dire ni la date, ni l’heure.”

Les satellites d’observation du Soleil, qui apportent des images presque en temps réel, sont particulièrement utiles. Si
Soho observe une importante CME, nous pouvons supposer qu’un orage magnétique va frapper la Terre dans les
deux à trois jours qui suivent. Nous avons donc un peu de temps pour réagir.

Malheureusement, la prévision est limitée par le manque de données. “Au contraire de la météo, nous ne sommes
pas sur place, regrette Pierre Lantos. Nous aurions besoin de disposer plus rapidement de mesures du champ
magnétique afin de prévoir ce qui va se passer dans la couronne.” Des problèmes de physique solaire ne sont pas
non plus résolus. Comment, par exemple, expliquer l’apparition des taches, le mécanisme des éruptions ?
L’observation du Soleil est un travail de longue haleine et 300 ans sont à peine suffisants. “Mais nous arrivons au
moment où la modélisation devient possible”, conclut Pierre Lantos. Un modèle pourrait permettre, à partir d’un
paramètre observé sur le Soleil tel que le flux de rayonnement UV émis, d’obtenir l’état de l’ionosphère. L’information
serait profitable pour les transmissions radio. Cette démarche proche de celle de la météo devrait être possible dans
quelques années.

Dans dix ans, il faudra prendre au sérieux l’annonce d’une tempête solaire de force 5.

Pour améliorer la prévision et les modèles, une nouvelle flottille de satellites prend son envol. Image (Imager for
magnetopause-to-Aurora global exploration), de la Nasa, lancé le 25 mars dernier, va étudier la réponse de la
magnétosphère terrestre aux fluctuations du vent solaire. Les quatre satellites Cluster 2 de l’ESA, qui décolleront en
juin et juillet (leurs prédécesseurs ont été détruits dans l’explosion de la première Ariane 5), vont explorer différentes
régions de la magnétosphère dans le même objectif.

L’avenir verra le déploiement de grands moyens côté américain. Le programme Living with a star de la Nasa prévoit
pas moins de 50 satellites pour observer le Soleil d’ici le prochain maximum, en 2011 ! Démesure ? Il y a au fond très
peu d’exemples de réels dommages causés par le Soleil. Les cas où l’on a pu lui attribuer avec une absolue certitude
la perte d’un satellite se comptent sur les doigts d’une main.

“En 1997, la Nasa a exagéré la portée d’une CME observée par Soho, qui allait frapper la Terre, se souvient Pierre
Lantos. Elle a diffusé cette information sans réelle explication. Résultat : des gens nous ont téléphoné pour savoir
s’ils pouvaient sans danger allumer leur ordinateur chez eux. Il faut rester raisonnable !” Il y a aussi,
indiscutablement, un effet de mode. Des sites de météo solaire grand public apparaissent sur le Web (1). La NOAA a
créé une sorte d’échelle de Beaufort (celle qui quantifie la force du vent) pour la météo solaire, avec description
détaillée des risques encourus par les satellites, les astronautes et les réseaux électriques. Étant donné la difficulté à
prévoir les colères du Soleil, elle n’est pas aujourd’hui d’une grande utilité. Mais en 2011, alors que nos sociétés
industrialisées dépendent de plus en plus des systèmes électroniques, il faudra prendre très au sérieux l’annonce
d’une tempête solaire de force 5.



Message modifié ( 08-04-2005 18:29 )