Les éruptions solaires sont les événements les plus énergétiques se produisant dans le Système solaire.
Les éruptions solaires sont les événements les plus énergétiques se produisant dans le Système solaire.
Il faut savoir que les éruptions solaires et les sursauts d'activité peuvent induire sur Terre des « perturbations majeures comme des interférences dans les télécommunications ou la mise hors service des réseaux électriques dans des régions entières du globe », nous explique Étienne Pariat, chargé de recherche au CNRS et coordinateur du Pôle de physique solaire à l'Observatoire de Paris.
« La grande coupure de courant au Québec de 1989 est l'archétype des conséquences néfastes de l'activité solaire sur l'activité humaine. »
Dans l'espace, autour de la Terre, elles peuvent perturber nos activités en orbite et endommager l'électronique des infrastructures technologiques, qu'elles soient spatiales ou terrestres.
Enfin, alors que se préparent les expéditions à destination de Mars et s'organise le retour sur la Lune, ces éruptions « peuvent mettre en danger la vie des astronautes lorsqu'ils seront à l'extérieur de la magnétosphère ».
Aujourd'hui, s'il existe de nombreux services dédiés à l'interprétation des observations du Soleil pour établir des prévisions liées à son activité, « malgré l'étude de nombreux paramètres, la probabilité de prédire une éruption majeure un jour à l'avance ne dépasse pas 40 % ».
Pour arriver à les prévoir « comme les services météorologiques prévoient un orage sur Terre », les météorologues de l'espace ont besoin d'un paramètre « prédicteur ». Et ils l'ont peut-être trouvé.
Bien que surveillée en permanence, l'activité du Soleil reste encore très difficile à prévoir. Ce n'est pas faute d'essayer. Mais la science avance.
À force de persévérance, une équipe internationale dirigée par Étienne Pariat, chargé de recherche au CNRS et travaillant à l'Observatoire de Paris, a peut-être mis en évidence un facteur capable de détecter à l'avance un événement éruptif.
Et ce n'est pas une mince affaire. Il a fallu, en effet, modéliser ce qui se passe jusqu'à environ 10.000 km de profondeur dans la région convective du Soleil, sous sa surface, et sur 40.000 km de hauteur au-dessus, dans la couronne solaire.
Les physiciens solaires ont démarré leur expérience numérique pour tester leurs modèles et algorithmes mathématiques en prenant comme conditions initiales celles déduites des observations d'une tache solaire particulièrement active, qui avait fait des douzaines d'éruptions solaires en mars 2014.
Le succès fut au rendez-vous avec l'apparition automatique dans la simulation d'une telle éruption.
Ces colères du Soleil, nous les étudions aussi depuis l'espace avec des satellites comme Soho ou Stereo qui, en plus de nous fournir des images à haute résolution de la surface du Soleil avec ses taches, nous montrent aussi les éruptions solaires, qui sont spectaculaires quand elles s'accompagnent d'éjections de masses coronales.
La longue fascination de l'Humanité pour le Soleil n'est pas à démontrer, il suffit de se rappeler des civilisations égyptiennes et aztèques pour s'en convaincre.
Même dans notre civilisation scientifique et technologique, le Soleil reste un formidable symbole, que ce soit lorsque l'on essaye de maîtriser son feu sur Terre avec des tokamaks comme Iter ou simplement théoriquement, comme on le fait depuis le début du XXe siècle avec les travaux des pionniers de la structure solaire, tels Eddington et Chandrasekhar.
L'essor des ordinateurs et leur montée en puissance ont accompagné tous ces travaux au cours de la seconde moitié du XXe siècle et leur impact est toujours bien présent comme le prouvent les travaux de chercheurs états-uniens qui viennent de publier un article dans le journal Nature Astronomy.
À l'instar de nombreux collègues avant eux, il s'agissait de modéliser les colères du Soleil grâce à des simulations numériques basées sur la fameuse magnétohydrodynamique, la théorie qui combine les équations de Navier-Stokes de la mécanique des fluides avec celles des phénomènes électromagnétiques, les équations de Maxwell.
Notre Soleil est en effet une gigantesque boule de plasma, ce quatrième état de la matière composé de fluides chargés, en l'occurrence des ions et des électrons.
Les éruptions solaires peuvent atteindre un niveau de violence qui peut affecter notre civilisation technologique.
On cherche à modéliser ces éruptions pour les prévoir dans le cadre d'une véritable météorologie solaire. On progresse dans des simulations sur ordinateur de plus en plus réalistes de ce phénomène.
À quand des prévisions fiables de l’activité du Soleil ?
Étienne Pariat : Tout dépend du niveau de précision que vous souhaitez obtenir.
Les besoins pour les opérateurs de satellites, les responsables de missions humaines, les militaires, ne sont pas exactement les mêmes.
Disons qu'à l'heure actuelle, la météorologie spatiale est, sur certains aspects, au stade où la météorologie terrestre était au XIXe siècle (processus physique non élucidé).
Pour d'autres, nous serions dans les années 1960 (les processus sont connus mais il manque de structures, de données pour mettre en place une prévision efficace).
Quelles données ou instruments spatiaux et terrestres vous manque-t-il pour améliorer significativement vos prévisions ?
Étienne Pariat : Le Soleil est, après la Terre, l'objet le plus étudié. Une petite dizaine de satellites scrutent en effet notre étoile en permanence.
C'est beaucoup et c'est peu en comparaison de notre planète. À l'heure actuelle, nous ne nous sommes jamais rapprochés du Soleil.
Ce sera le cas de deux missions d'explorations spatiales qui seront bientôt lancées, Solar Proble + de la Nasa et le Solar Orbiter de l'Agence spatiale européenne (ESA). Mais ce sont des missions scientifiques qui nous permettront de mieux comprendre notre étoile.
Pour obtenir des observations qui amélioreront significativement les prévisions, il faudra encore attendre de nombreuses années pour mettre en place des instruments spatiaux qui scruteront le Soleil depuis plusieurs points de vue, afin d'avoir au moins une vision de l'ensemble de sa surface en permanence.
Une meilleure connaissance de l’activité du Soleil aura-t-elle un impact sur la vie de tous les jours ?
Étienne Pariat : La question à se poser est quel sera l'impact plus tard dans la vie de tous les jours.
L'activité solaire n'avait que peu de conséquences et était à peine connue il y a 40 ans.
Avec le développement de technologies qui dépendent de satellites où celle-ci est de plus en plus miniaturisée, avec la pose de câbles sous-marins de plus en plus longs qui ont des tailles similaires à celle de la Terre, nous devenons de plus en plus sensibles à ce phénomène.
Par exemple, dans un futur plus ou moins lointain, il est possible d'imaginer que des humains se rendront régulièrement sur la Lune où ils ne seront pas protégés par le champ magnétique terrestre.
La météorologie de l'espace sera fondamentale pour permettre de se rendre sur notre satellite et de faire des sorties à sa surface.
Les satellites sont-ils vraiment exposés à ce risque ? Les progrès faits dans leur construction et la protection aux radiations apportés aux éléments les plus sensibles semblent suffisants ?
Étienne Pariat : Oui, le risque est réel. De nombreux satellites ont subi des avaries dans le passé en lien avec la météorologie de l'espace, certains ayant même été perdus.
Protéger un satellite coûte cher et il n'est possible de se prémunir que jusqu'à un certain niveau des particules énergétiques provenant de l'espace.
Les satellites sont particulièrement vulnérables au moment où sont envoyées certaines commandes sensibles (correction d'orbite, de position, par exemple).
Une éruption qui entraine des erreurs de commande à ces instants peut être particulièrement critique.
Une équipe d'astrophysiciens a découvert des signes précurseurs d'une éruption solaire : une sorte de corde formée de lignes de champ magnétique émergeant de la surface du Soleil peu avant qu'elle ne survienne.
On peut donc espérer une météorologie spatiale prévoyant les tempêtes balayant le Système solaire et affectant le champ magnétique de la Terre.
À la surface de notre étoile, des éruptions solaires surviennent de temps à autre et peuvent s'accompagner d'éjections de masse coronale spectaculaire (CME pour Coronal Mass Ejection en anglais).
Des images de CME et d'autres éruptions solaires prises par les satellites SDO, Soho ou Hinode font régulièrement parler d'elles.
Mais, à part pour leur intérêt esthétique et ce qu'elles peuvent apporter aux astronomes étudiant le Soleil et, à travers lui, la physique des autres étoiles, pourquoi a-t-on cherché à obtenir ces images en mettant en orbite des yeux pour observer continûment l'astre du jour ?
Or, dans la nuit du 12 au 13 décembre 2006, est survenue une éruption solaire qui s'est révélée à la longue riche d'enseignements pour les physiciens solaires grâce aux observations réalisés par le satellite japonais Hinode avant et pendant l'événement. Une équipe française, dirigée par Tahar Amari du Centre de physique théorique (CNRS/École polytechnique) à Palaiseau, utilisant les données d'Hinode, a mis en évidence l'existence d'une corde magnétique dans la région où devait se produire l'éruption.
Les calculs réalisés sur le supercalculateur de l'Idris (Institut du développement et des ressources en informatique scientifique), le centre majeur du CNRS pour le calcul numérique intensif de très haute performance, ont permis de rendre compte de la formation et de l'évolution de cette corde magnétique quelques heures avant l'éruption observée par Hinode.
L'énergie contenue dans la corde augmente au fur et à mesure qu'elle s'élève. Lorsque deux seuils, en altitude et en énergie, sont franchis alors l'éruption solaire se produit.
En théorie, en couplant des mesures en temps réel de l'évolution de l'état magnétique des taches solaires avec des simulations numériques adéquates, une anticipation d'une éruption solaire serait donc possible, au moins à échéance de quelques heures.
Si des missions habitées à destination de Mars deviennent une réalité dans quelques décennies, les futurs explorateurs et colons martiens pourront donc réduire leurs risques d'attraper un cancer en s'enfermant quelques heures avant le début d'une tempête solaire dans un compartiment les protégeant des radiations.
Les taches solaires annoncées par les cordes magnétiques.
Ces éruptions sont liées à l'activité magnétique du Soleil au niveau des taches solaires. Elles apparaissent au moment où des lignes de différents champs magnétiques, enchevêtrées et torsadées comme une corde de chanvre, émergent de la surface de notre étoile.
Il se forme une sorte de boucle complexe, un tube de champ magnétique torturé, qui s'élève de la surface du Soleil (la photosphère) à travers l'atmosphère solaire jusqu'à la couronne.
Ce phénomène est virtuellement reproduit par des simulations numériques basées sur la physique des plasmas et nourries des observations des satellites solaires, de la même façon que les modèles de l'atmosphère terrestre bénéficient des mesures réalisées par les satellites.
Commentaires