Lorsqu'il prend d'assaut l'espace, il tombe sur Terre. Les tempêtes solaires peuvent provoquer des pannes de courant et perturber les communications et la navigation. Le soleil approche d'une période d'activité maximale. Sommes-nous prêts pour cela ?
Lorsqu'il fait irruption dans l'espace, il tombe sur Terre. Les tempêtes solaires peuvent provoquer des pannes de courant et perturber les communications et la navigation. Le soleil approche d'une période d'activité maximale. Sommes-nous prêts pour cela ?
Le matin du 1er septembre 1859, l'astronome anglais Richard Carrington est assis comme d'habitude pour étudier le soleil dans son observatoire privé. Alors qu'il dessine les taches solaires qu'il observe, il voit apparaître deux points lumineux blancs, augmentant rapidement en taille et en intensité, pour disparaître quelques instants plus tard.
Le lendemain, juste avant l'aube, l'aurore peut être vue jusqu'à Cuba, El Salvador et Hawaï. Le ciel à certains endroits devient si rouge, vert et violet que les gens peuvent lire le journal comme s'il faisait jour. Les systèmes télégraphiques deviennent fous. Les étincelles font sursauter les télégraphistes et le papier prend feu. Même si l'alimentation est coupée dans les lignes, le transfert de message est toujours possible.
Carrington avait été témoin d'une tempête solaire exceptionnellement violente, qui porte depuis son nom. Les éclairs de lumière blanche qu'il avait vus étaient des éruptions solaires très puissantes, des explosions d'énergie à la surface du soleil qui entraînaient une augmentation momentanée du rayonnement. Cela a été suivi d'un nuage de plasma massif, une explosion de particules chargées, de plasma et de champs magnétiques, qui a atteint la Terre après 17 heures et a été responsable du spectacle du lendemain.
Un nuage de plasma entrant en collision avec le champ magnétique déforme ce champ et envoie du courant à travers les câbles électriques
Les experts estiment qu'une tempête aussi violente se produit une fois tous les 100 à 200 ans. Entre-temps, l'étude de la « météo spatiale », activité soudaine du soleil qui a un impact sur la terre, est devenue un domaine de recherche à part entière. Mais quel serait l'impact d'une tempête de calibre Carrington aujourd'hui n'est pas clair. "Notre dépendance à la technologie nous rend beaucoup plus vulnérables qu'il y a 150 ans", déclare Jan Janssens du Solar Terrestrial Center of Excellence (STCE), le centre d'expertise belge sur la météo spatiale. "Une telle tempête aurait sans aucun doute un impact énorme, mais à quel point les conséquences seraient catastrophiques, personne ne le sait vraiment avec certitude."
Tempêtes d'Halloween
L'activité solaire suit un cycle qui dure environ onze ans. Dans la période autour d'un maximum solaire, le soleil brille un peu plus fort et il y a plus de taches solaires, des perturbations magnétiques à la surface du soleil. Plus il y a de taches solaires, plus le risque d'éruptions solaires est grand. Les vents solaires - des flux de particules chargées qui sont soufflés dans l'espace à des vitesses allant jusqu'à 500 kilomètres par seconde - sont plus rapides pendant un maximum et le risque d'éruptions de plasma violentes est plus grand. Tous ces phénomènes peuvent influencer nos vies.
En 1989, le Québec, au Canada, a laissé six millions de personnes sans électricité pendant 12 heures après une période d'activité solaire accrue. Le 12 mars, un nuage de plasma géant est entré en collision avec le champ magnétique terrestre. Une telle collision déforme le champ magnétique terrestre et induit des courants électriques dans de longs conducteurs comme les câbles électriques, les oléoducs ou, en 1859, les lignes télégraphiques. Ces courants induits peuvent entraîner la défaillance des transformateurs et, dans les oléoducs, ils peuvent provoquer une usure et des fuites.
Pendant un maximum solaire (à droite), il y a plus de taches solaires, d'éruptions solaires et de nuages de plasma.
Les nuages de plasma et les éruptions solaires peuvent compliquer les télécommunications en provoquant des perturbations dans l'ionosphère, une couche située dans la partie supérieure de l'atmosphère terrestre. Les télécommunications sur de longues distances se font via des ondes radio qui rebondissent entre l'ionosphère et la surface de la Terre. La météo spatiale peut perturber ce processus. Les aéronefs survolant les pôles utilisent ce système pour rester en contact avec leur centre de contrôle. Lors des "tempêtes d'Halloween" fin octobre 2003, les vols ont dû être annulés ou détournés après que la communication s'est avérée impossible.
Les tempêtes d'Halloween sont connues comme la plus forte tempête solaire depuis le début des mesures, bien qu'elles ne soient pas encore proches de la tempête Carrington. Ils ont non seulement provoqué des pannes d'électricité et de communication, mais ont également perturbé les systèmes GPS. Les perturbations de l'ionosphère sont également en cause ici :elles peuvent compliquer l'échange de signaux entre l'appareil GPS et le satellite, rendant le positionnement moins précis. La gravité dépend de l'application. Un automobiliste peut voir par lui-même que sa destination est à trente mètres, mais pour un avion qui atterrit grâce au GPS, trente mètres c'est la différence entre un atterrissage en douceur et un crash.
Les satellites ne sont pas sûrs non plus. En raison des tempêtes d'Halloween, le satellite SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) était temporairement en panne. Des équipements à bord des satellites Mars Odyssey, Goes-9, 10 et 12 et Smart-1 ont été endommagés. Et le satellite d'observation de la Terre ADEOS II a été perdu à jamais. Les différentiels de charge causés par les tempêtes solaires sont une cause fréquente de dommages. Mais même une particule chargée peut suffire à perdre des données ou à gâcher l'électronique. Les nuages de plasma et les éruptions solaires pompent également de l'énergie dans notre atmosphère, provoquant son expansion. Les satellites peuvent donc se retrouver dans l'atmosphère. Là, ils rencontrent plus de résistance, les faisant dévier de leur orbite ou, dans le pire des cas, s'écraser, comme cela s'est produit en 1989 avec le satellite Solar Maximum Mission.
Prévisions météorologiques spatiales
A cette époque, le soleil approche à nouveau d'une période d'activité accrue. Un panel international d'astronomes a estimé que le maximum solaire tomberait en mai 2013. Pour l'instant, cependant, le soleil est relativement discret. Mais plus encore que pour la météo « normale », la météo spatiale est difficile à prévoir – la prévision du maximum a une marge d'incertitude d'un an. "La plupart des scientifiques pensent que le maximum du cycle solaire actuel sera plus bas et tombera plus tard que prévu", explique Janssens. "Mais une grande tache solaire provoquant une puissante éruption peut avoir un impact énorme. Nous devons toujours être vigilants. » Cette leçon peut également être tirée de la tempête Carrington, qui s'est produite lors d'un maximum solaire assez calme, similaire à celui actuel. Les tempêtes d'Halloween, qui se sont produites trois ans après un maximum solaire, nous apprennent à ne pas nous concentrer sur ces maximums. Tout comme il peut y avoir une période douce en hiver ou une période froide en été, le soleil ne suit pas toujours les règles.
Et le soleil n'est plus aussi calme :le 23 juillet de l'année dernière, un puissant nuage de plasma a été projeté dans l'espace, mais heureusement pas en direction de la Terre, qui se trouvait alors de l'autre côté du soleil. Le soleil est surveillé en permanence aujourd'hui (voir 'Gardez un œil sur le soleil'). Mais ce n'est pas assez. Parce que si quelque chose arrive, le temps de réaction est limité. Les vents solaires et les nuages de plasma peuvent atteindre la Terre en moins d'une journée, bien que les variantes les plus inoffensives prennent quelques jours. Le rayonnement d'une éruption solaire arrive après environ huit minutes. "Si vous voyez une éruption solaire, c'est en fait trop tard", déclare Petra Vanlommel, collègue de Janssens. « La recherche sur les causes des éruptions solaires bat son plein et nous aimerions pouvoir prédire exactement quand elles se produiront. Nous développons également des modèles de météo spatiale qui nous indiquent à quel point un nuage de plasma est rapide et puissant et comment il se comporte. Mais nous avons encore du travail à faire."
Lorsque vous voyez une éruption solaire, il est en fait trop tard
Les scientifiques du STCE compilent des bulletins de météo spatiale depuis 2000. Sur la base de ces prévisions, les opérateurs de satellites peuvent, par exemple, éteindre temporairement leurs appareils pour éviter tout dommage. Les compagnies pétrolières aiment savoir quand le « bon » temps spatial est prévu. Ils utilisent le champ magnétique terrestre pour déterminer exactement où forer, et la moindre perturbation peut entraîner des erreurs.
Le STCE joue un rôle crucial dans le programme de météorologie spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA). Plus tôt ce mois-ci, le Centre de coordination de la météo spatiale de l'ESA y a été inauguré. Le centre de coordination dans les bâtiments de l'Observatoire royal de Belgique devrait devenir le lien entre tous les groupes de recherche européens étudiant la météo spatiale et tous ceux qui souhaitent rester informés. Le centre répondra aux questions et diffusera des rapports et des avertissements sur la météo spatiale. "En transmettant les bonnes informations aux bonnes personnes au bon moment, nous pouvons atténuer les risques", a déclaré Juha-Pekka Luntama, responsable du programme de météorologie spatiale de l'ESA. « Nous devons également analyser la vulnérabilité de notre technologie. Parce que les tempêtes d'Halloween n'étaient pas inattendues, mais elles ont quand même causé des problèmes."
Et si ?
Et si demain une tempête semblable à celle de 1859 frappait la terre ? "Si l'éruption de plasma de juillet de l'année dernière s'était produite quelques jours plus tôt, elle nous serait arrivée et nous l'aurions su", rit Luntama. "Nous ne savons pas quel serait l'impact exact d'une telle tempête. Les aéronefs disposent de systèmes de secours suffisants. Des vies ne seraient pas en danger immédiat, mais le détournement et l'annulation de vols causeraient de graves perturbations, il suffit de penser à ce qui s'est passé après l'éruption du volcan islandais Eyjafjallajökull. Les estimations indiquent que 50 à 100 satellites seraient perdus - sur les quelque 1 000 en vol - et devraient être remplacés.
Un nuage de plasma peut s'étendre sur plus de 40 millions de kilomètres lorsqu'il entre en collision avec le champ magnétique terrestre ; les lignes bleues de cette illustration représentent les lignes de champ magnétique.
Le réseau électrique européen supporte assez bien une activité solaire modérée. Mais personne ne peut garantir qu'il n'y aura pas de coupures de courant en cas de violent orage. Je pense que c'est le plus gros risque. Une analyse européenne récente montre que le risque varie. Dans les régions côtières, comme la Belgique, qui sont à la périphérie du réseau, il est légèrement plus grand parce que les courants d'induction y ont moins d'options d'échappement.'
Nous sommes conscients des risques de tempêtes solaires, selon le gestionnaire de réseau Elia. "Pour le moment, le réseau électrique belge fait l'objet d'une analyse de risque", déclare la porte-parole Barbara Verhaegen. "Mais les risques ici ne sont pas comparables à ceux du Canada, des États-Unis ou de la Suède." L'opérateur de réseau néerlandais TenneT se concentre principalement sur l'analyse qui a été faite après les problèmes aux États-Unis et au Canada en 1989. Dans la recherche, nous supposons que le risque de problèmes aux Pays-Bas est faible", déclare Harald Wouters de TenneT.
Une tempête solaire majeure détruirait jusqu'à une centaine de satellites et pourrait entraîner des pannes de courant majeures
Un rapport du Centre commun de recherche européen (CCR), la branche scientifique de la Commission européenne, montre que tout le monde n'est pas conscient de l'impact potentiel de la météo spatiale. De nombreuses personnes impliquées ne comprennent pas les risques, et encore moins prennent des mesures pour les limiter. L'ESA veut aussi faire quelque chose à ce sujet. "Notre centre de coordination devrait sensibiliser", déclare Luntama. "Afin que les entreprises et les gouvernements puissent estimer la vulnérabilité de leur infrastructure sur la base de nos informations."
Il est un peu étrange que les risques de la météo spatiale soient sous-estimés. Après tout, il existe des précédents et la question n'est pas de savoir si nous pouvons nous attendre à une autre violente tempête, mais quand. "Les tempêtes d'Halloween ne sont pas si loin derrière nous", déclare Luntama. "Mais nous avons eu quelques années tranquilles, et les gens oublient vite."
Regard sur le soleil
Plusieurs satellites surveillent l'activité du soleil. L'Observatoire de la Dynamique Solaire (SDO) de la NASA étudie l'intérieur du soleil, son rayonnement, son plasma et son champ magnétique. L'objectif est de mieux comprendre et prédire l'évolution de l'activité solaire.
L'explorateur de composition avancé (ACE) , également lancé par la NASA, est situé à 1,5 million de kilomètres de la Terre et à 150 millions de kilomètres du soleil. Le satellite recueille, entre autres, des informations sur la vitesse et la densité du vent solaire qui se dirige vers la Terre. Un nuage de plasma atteignant ACE arrive sur Terre après environ une heure. En janvier 2014, la NASA prévoit de lancer le Deep Space Climate Observatory (DSCOVR), en tant que sauvegarde de l'ACE.
Aussi le vaisseau spatial SOHO (Solar and Heliospheric Obervatory) voit des nuages de plasma se diriger droit vers lui. SOHO a un coronographe à bord, un instrument qui obscurcit la lumière du disque solaire afin que la couronne, l'atmosphère autour du soleil, puisse être mieux étudiée. Les satellites STEREO A et B sont utiles pour déterminer la vitesse des nuages de plasma qui s'approchent de nous. Ils voient le soleil, chacun sous un angle différent, en vue latérale.
Le satellite Proba-2 (Project for OnBoard Autonomy) de l'ESA mesure l'intensité du rayonnement solaire toutes les cinquante millisecondes et crée des images de la couronne et des nuages de plasma.
