Les éruptions solaires et les tempêtes géomagnétiques vers la terre

Les éruptions solaires et les tempêtes géomagnétiques vers la terre
Les observations portant sur les taches solaires ont débuté en 1610, peu après l’invention du
télescope.
Les taches solaires sont produites par l’activité magnétique interne du Soleil. Plus grande est
l’activité, plus nombreuses sont les taches produites.
La plus puissante éruption du cycle solaire (qui dure 11 ans), avait été observée en avril 2000, mais
n'était pas dirigée vers la Terre. De tels orages magnétiques ne présentent pas de danger pour la
santé car les particules ionisées sont absorbées ou déviées par l'épaisse atmosphère terrestre.
C'est en mars 1989 que le monde a réalisé le risque engendré par une tempête solaire. Au Québec,
Canada, une tempête géomagnétique a interrompu totalement le réseau électrique pendant 9 heures,
affectant 6 millions de personnes et coûtant plus de 10 millions de dollars.
2003
Une première tempête avait été provoquée par une éruption solaire survenue mardi vers 06h00
(11h00 GMT), accompagnée d'un jet massif de particules ionisées qui ont atteint la Terre mercredi à
1h13 (6h13 GMT), une dizaine d'heures avant le moment prévu par les spécialistes.
le météorologue spatial Larry Combs, du NOAA, explique :
"L'orage géomagnétique n'a mis que 19 heures pour atteindre la Terre, c'est l'un des orages les plus
rapides de ce cycle" solaire, Il s'agissait d'un orage électromagnétique extrême, classé G5, le niveau
le plus élevé existant. "
Les particules ionisées voyageaient à environ 2.000 km/seconde. L'éruption, filmée par SOHO, était
localisée dans la partie centrale du Soleil faisant face à la Terre. Ainsi, une énorme quantité de
matière coronale éjectée, gigantesque nuage de plasma magnétisé, a touché la Terre. L'éruption a
également envoyé des rayons-X voyageant à la vitesse de la lumière qui ont provoqué un orage
radio dans l'ionosphère s'étendant de 50 km à quelques centaines de kilomètres d'altitude.
Elle perturbe les télécommunications et provoquent d'inhabituelles aurores boréales. - L'agence
spatiale japonaise a fait état de la perte de communications avec l'un de ses satellites, Kodama,
mercredi au début de cet orage électromagnétique, le plus important depuis une trentaine d'années Les rayons-X ont interféré sur la propagation des ondes radioélectriques dans certaines gammes de
fréquences, notamment celles utilisées pour la communication avec les avions voyageant à haute
altitude près des pôles - Les particules ionisées atteignant la Terre mercredi ont créé quelques
interférences dans le réseau électrique du nord des États-Unis et du Canada, selon le NOAA - Cette
administration a également fait état d'aurores boréales visibles jusqu'au Texas (sud) - Cette éruption
solaire va continuer d'affecter le champ magnétique de la Terre pendant les deux semaines à venir,
selon les experts.
Le 29, une deuxième éruption solaire massive s'est produite mercredi à 15h48 (20h48 GMT) et a
atteint l'atmosphère terrestre jeudi vers 10H00, provoquant une nouvelle tempête géomagnétique.
John Kohl, astrophysicien du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, responsable d'un
spectromètre à ultra-violet sur l'observatoire spatial euro-américain d'étude du Soleil et de
l'héliosphère SOHO. Explique :
"C'est comme si la Terre regardait vers un canon géant pointé vers elle par le Soleil, qui aurait tiré
deux grands coups dans notre direction. Je n'ai rien vu de tel de toute ma carrière d'astrophysicien,
la probabilité que cela arrive est si faible qu'il s'agit d'une anomalie statistique".
M. Combs explique : La faiblesse des interférences sur Terre au début de la tempête solaire par
l'orientation au nord de son champ magnétique, ayant pour effet de s'harmoniser avec le champ
magnétique terrestre. Quelques heures plus tard, le champ magnétique de l'orage a tourné, passant
au sud et provoquant une augmentation de ses effets indésirables sur les communications radios.
Depuis le début du 20ème siècle, l’activité magnétique du soleil s'intensifie, elle est plus importante
que durant le millier d’années précédent, d’après des calculs effectués par des géophysiciens de
l’Université de Oulu (Finlande) et du Max Planck Institute for Aeronomy (Allemagne).
Ilya Usoskin et ses collègues ont utilisé une nouvelle méthode comme moyen d’étude des niveaux
historiques d’activité solaire : la concentration en Beryllium-10 dans les glaces polaires. Le
beryllium-10 est produit lorsque les rayons cosmiques interagissent avec les particules de
l’atmosphère terrestre. Le radio-isotope tombe alors en direction du sol et est sotcké dans les
couches de glace. Le champ magnétique du Soleil peut éloigner de la Terre les rayons cosmiques.
Un champ plus intense peut autrement dit entraîner une production plus faible de beryllium-10 et
inversement. Les données de cette technique ont pu être étendues jusqu’à 850. Les calculs montrent
que le nombre de taches solaires a connu une brusque augmentation depuis le début du 20ème
siècle. Le nombre moyen était de 30 par an entre 850 et 1900, de 60 de 1900 à 1944 et s’élève à 76
depuis.
Usoskin présice : "Il nous faut comprendre ce niveau d’activité sans précédent. Est-ce un événement
ponctuel qui annonce un retour à un niveau d’activité plus normal ? Ou s’agit-il d’un nouvel état
dynamique qui entretiendra un haut niveau d’activité solaire ?"
2004
L'activité du Soleil sur les 11400 dernières années a été reconstituée par un groupe international de
chercheurs conduit par Sami K. Solanki, du Max Planck Institute for Solar System Research
(Katlenburg-Lindau, Allemagne).
L'équipe a analysé pour cela les isotopes radioactifs contenus dans les arbres qui vivaient il y a des
milliers d'années. Il s'avère qu'il faut remonter 8000 ans en arrière pour retrouver une activité solaire
équivalente en intensité à celle des 60 dernières années. Les chercheurs prédisent, sur la base d'une
étude statistique des données, que le haut niveau actuel d'activité continuera probablement durant
encore quelques décennies.
La même équipe avait déjà, en 2003, observé que l'activité solaire était plus forte aujourd'hui que
durant les 1000 années précédentes. L'analyse des quantités d'isotopes radioactifs leur a permis
d'étendre la période étudiée à 11400 ans. La collision des particules des rayons cosmiques
énergétiques avec les molécules de la haute atmosphère engendre des noyaux radioactifs. L'un de
ces isotopes est C-14, carbone radioactif doté d'une demi-vie de 5730 ans. La quantité de C-14
produite dépend fortement du nombre de particules de rayons cosmiques atteignant l'atmosphère.
Ce nombre à son tour dépend du niveau d'activité solaire : lors des périodes de forte activité, le
champ magnétique du Soleil agit comme un bouclier protégeant de ces particules énergétiques,
alors que l'intensité des rayons cosmiques croît lorsque l'activité est basse. Ainsi, une activité solaire
forte signifie un moindre taux de production de C-14. Le C-14 produit par les rayons cosmiques
atteint la biosphère. Une partie est incorporée à la biomasse des arbres. Certains troncs d'arbres
peuvent être retrouvés en dessous du sol des milliers d'années plus tard après leur mort et la teneur
de leurs anneaux en C-14 peut ainsi être mesurée. Les périodes de forte activité solaire, que ce soit
aujourd'hui ou il y a 8000 ans, signifient une plus forte production de taches solaires, de sursauts et
d'éruptions, qui éjectent d'énormes nuages de gaz dans l'espace. L'origine et la source d'énergie de
tous ces phénomènes est le champ magnétique du Soleil. Par ailleurs, en raison du fait que la
luminosité du Soleil varie légèrement avec l'activité solaire, la nouvelle reconstruction indique que
le Soleil brille un peu plus à l'heure actuelle que durant les 8000 dernières années.
2005
Les colères du soleil
Une équipe de scientifiques britanniques et français a utilisé les observatoires spatiaux du Soleil
SOHO, ACE et la constellation Cluster II pour étudier aussi précisément que possible une
importante explosion magnétique survenue à la surface du Soleil en janvier 2004, de sa formation à
son impact contre la Terre.
Cette étude fournie ainsi aux scientifiques des indices précieux sur l'activité énergétique à la surface
du Soleil. Ces nouvelles données laissent envisager une meilleure prévision de l'activité solaire dans
ce domaine et renforcer nos capacités de prévision des effets néfastes des éjection de masse
coronale (CME) sur la Terre et l'activité humaine en orbite.
Les scientifiques ont localisé la source de cette éjection, survenue le 20 janvier 2004 et ont analysé
comment son champ magnétique se modifie lors de son déplacement dans l'espace interplanétaire,
entre le Soleil et la Terre. L'éjection de masse coronale a été détectée par SOHO qui localisera
ensuite sa source. Deux jours plus tard, ce sont les quatre satellites de Cluster II qui sont entrés en
jeu et ont détecté son champ magnétique en déplacement rapide entre le Soleil et la Terre. Leur
formation tétraédrique a permis de mesurer sa vitesse de déplacement et la direction de son champ
magnétique. Mesures également confirmées par le satellite ACE de la NASA.
Éjection de masse coronale (CME)
Les CME sont dues à de puissantes explosions magnétiques dans la couronne du Soleil, qui
projettent le plasma ionisé dans l'espace interplanétaire, et le gaz neutre associé par collision. Les
éjections de masse coronale transportent des milliards de tonnes de matière. La détente, dans
l'espace interplanétaire peu dense, du plasma initialement comprimé par les fortes pressions existant
à la surface du Soleil, augmente son volume jusqu'à des tailles supérieures à celle du Soleil. Une
gigantesque bulle de plasma s'éloigne à vitesse supersonique du Soleil, à plus de 300 000 km/h, en
ouvrant les lignes de force du champ magnétique solaire.
A son arrivée au voisinage de la Terre après trois à quatre jours, la CME interagit avec le champ
magnétique protecteur de la Terre, produit des aurores boréales et australes, des orages
géomagnétiques, perturbe les communications radio, les satellites et les systèmes de distribution
d'électricité.
1859 : un orage magnétique le plus puissant historiquement connu s'est produit durant la canicule
provoquant des aurores polaires recouvrant pratiquement toute la surface terrestre et paralysant
complètement le tout jeune télégraphe, empêchant toute communication électrique filaire.
1989 : tout le réseau électrique d'Hydro-Québec était paralysé durant 9 heures.
1994 et 1997 : plusieurs satellites ont été détruits par une telle manifestation de colère de notre astre
du jour,
Dans l'espace, les astronautes en sortie extra véhiculaires sont les plus exposés et risquent d'être
sérieusement irradiés. Quant aux astronautes à bord de la Station spatiale internationale et de la
navette, ils sont également concernés par ces risques sur leur santé. Les instruments à bord sont à
même d'être sérieusement endommagés. Pour éviter un tel incident, ou du moins réduire les risques,
les États-Unis et la NASA et la Russie ont mis en place une procédure qui consiste pour la Station à
positionner sa partie la plus importante face aux déferlements de plasma ionisé et de particules de
vent solaire électriquement chargées de façon à agir comme un bouclier pour protéger les
astronautes. Cette procédure s'inspire de ce que faisait alors l'ex-URSS avec sa station Mir.
2008
Les observatoires solaires spatiaux ont récemment enregistré à la surface du Soleil une nouvelle
zone de champ magnétique élevé. On estime que le processus d'accroissement du magnétisme
témoigne du commencement d'un nouveau cycle d'activité solaire, le 24e depuis que les hommes le
mesurent. Il faut reconnaître que ce phénomène ne promet rien de bon aux Terriens.
Guerres, révolutions, échecs intellectuels, scientifiques et techniques, assassinats, catastrophes
naturelles ou technologiques : tout cela pourrait être lié à l'activité solaire. Comprendre la nature de
ces corrélations et prévoir l'intensité de l'activité solaire est un objectif vital de la science
contemporaine.
De petites zones d'activité magnétique éphémère à champ inversé avaient déjà été enregistrées en
août 2007. Mais ce n'étaient probablement que les précurseurs sporadiques du nouveau cycle dans
un contexte d'activité minimale du cycle précédent.
Les cycles sont numérotés depuis 250 ans, lorsqu'on a commencé à effectuer des observations
quotidiennes du nombre de taches sur le disque visible du Soleil.
Au début du cycle, les taches solaires sont peu nombreuses. Par la suite, en quelques années, leur
nombre atteint une sorte de maximum, avant de retomber lentement jusqu'au minimum. Par
conséquent, on appelle la période où il y a le plus de régions actives "le maximum du cycle solaire",
et celle où elles sont presque inexistantes "le minimum". La succession des maximums et des
minimums se reproduit, en moyenne, tous les onze ans, ce qui correspond donc à un cycle d'activité
solaire.
Ces 80 dernières années, l'évolution des cycles solaires s'est légèrement accélérée et leur durée
moyenne est tombée à 10 ans et demi. Le Soleil possède probablement une sorte d'horloge interne
qui définit la durée de chaque cycle. Le mécanisme de cette horloge reste, il est vrai, encore peu
connu.
Maximum et minimum de l'activité peuvent coïncider dans des cycles différents. Ainsi, lors de la
deuxième moitié du XVIIe siècle, l'activité solaire a été très faible. A cette époque, on a observé une
baisse considérable des températures moyennes en Europe : c'est ce qu'on appelle le petit âge
glaciaire. Il est probable que ce phénomène ait été lié à la diminution de l'influence du Soleil sur le
climat de la Terre.
Actuellement, l'activité solaire enregistrée est la plus intense depuis un millier d'années. Au siècle
dernier, le nombre de taches solaires s'est considérablement accru. Parallèlement, on observe
également ces dernières années un réchauffement sensible du climat. On peut expliquer ce
processus par la pollution anthropique de l'environnement. Cependant, de l'avis de nombreux
savants, le lien entre les changements climatiques globaux et l'activité du Soleil en tant qu'étoile est
plus probable.
Le cycle précédent, le 23e, s'est distingué par une intensité exceptionnellement élevée. Ainsi,
l'éruption solaire du 28 octobre 2003 est la plus puissante jamais observée dans toute l'histoire. Elle
a même dépassé l'amplitude de mesure des appareils d'observation, c'est pourquoi il a été
impossible d'évaluer précisément la quantité, probablement immense, d'énergie dégagée.
Heureusement, l'éruption s'est produite à l'extrémité du nimbe solaire. Si une telle explosion avait
eu lieu au centre du disque solaire, elle aurait pu entraîner de graves conséquences.
Des événements extraordinaires se produisent ces derniers temps non seulement à la surface du
Soleil, mais aussi sur Jupiter. Fait inédit dans l'histoire de l'observation des astres, on a vu apparaître
sur cette planète une seconde mystérieuse Tache Rouge, en plus de la première déjà étudiée. La
période de rotation autour du Soleil de la plus grande planète de notre système est proche des 11 ans
de l'activité solaire, par conséquent, on ne peut exclure l'existence d'un lien entre les processus qui
se produisent sur le Soleil et sur Jupiter.
Le lien empirique entre l'activité du Soleil et les différents processus en cours sur notre planète a été
établi depuis longtemps. L'ensemble des phénomènes dus à l'influence des rayonnements
corpusculaires et électromagnétiques solaires sur les processus géomagnétiques, atmosphériques,
biologiques et autres processus terrestres fait l'objet d'une matière à part que l'on nomme les
relations Soleil-Terre. Ses principaux préceptes ont été énoncés au début du XXe siècle dans les
ouvrages des éminents savants russes Vladimir Vernadski, Konstantin Tsiolkovski et Alexandre
Tchijevski.
L'accroissement de l'intensité du "vent solaire", flux de plasma de la couronne solaire qui s'accroît
considérablement en raison de l'intensification de l'activité du Soleil, entraîne non seulement la
formation d'aurores boréales, mais aussi des perturbations dans la magnétosphère de la Terre. Des
tempêtes magnétiques provoquent des pannes des lignes électriques et de télécommunications, des
systèmes d'exploitation des gazoducs et des pipelines, et peuvent avoir une influence directe sur la
santé des gens, non seulement physique, mais aussi psychique.
Il est impossible de prédire l'intensité du nouveau cycle solaire, ni quand il atteindra son maximum.
Certains chercheurs estiment qu'à ce moment-là, le nombre de taches solaires atteindra 140 et que
cela se produira en octobre 2011. D'autres estiment que le nombre de taches ne dépassera pas 90 et
que cela se produira vers août 2012. Il ne sera possible de confirmer ou d'infirmer ces prévisions
qu'un an après l'enregistrement du minimum de l'activité solaire. Si cette dernière augmente
rapidement, son maximum devrait être plus puissant et plus rapide qu'en cas d'évolution lente de
l'activité solaire. Autrement dit, si cela se produit en 2011, il s'agira d'une activité de très grande
intensité.
Selon les estimations préalables, le nouveau cycle d'activité solaire dépassera par sa puissance de 30
à 50% le précédent cycle, qui a déjà été marqué par de sérieux cataclysmes. Il convient d'ajouter
que, jusque-là, les savants n'ont publié des prévisions sur l'évolution de l'activité solaire que deux
fois : en 1989 et 1996. Ces prévisions se sont, pour l'essentiel, confirmées.
Le soleil connaît une période de calme inégalée depuis près d’un siècle, selon des physiciens de la
NASA. Le signe de cette activité minimale est l’absence de taches sur le Soleil.
Selon la NASA, en 2008 aucune tache solaire n’a été observée pendant 266 jours, un record inégalé
depuis 50 ans. Il faut remonter à l’année 1913, avec 311 jours sans une tache solaire, pour trouver
un minimum solaire si bas.
L’activité du Soleil varie en fonction de cycles qui durent en moyenne 11 ans, marqués par des
phases d’activités intenses (maximums) et d’autres très calmes (minimums). L’une des
manifestations de cette activité sont les taches sombres qui sont liées aux champs magnétiques
solaires : plus il y a de taches visibles à la surface de l’étoile, plus son activité, et donc son
rayonnement sont importants. Le rayonnement solaire participe également aux fluctuations de la
température moyenne de la Terre comme en témoigne le petit âge glaciaire entre 1645 à 1715 qui
s'est caractérisé par une quasi absence de taches solaires.
Actuellement, le Soleil se trouve dans une phase calme de son cycle. Cependant, cette phase
marquée par l'absence de taches solaires est particulièrement remarquable.
le rayonnement solaire a diminué de 0,02% dans la lumière visible, de 6% dans certaines longueurs
d’ondes. Avec 78 jours sans taches sur 90 écoulés, l’année 2009 s’annonce elle aussi en service
minimum.
L'année 2008 est sans doute la dixième année la plus chaude depuis 1850, date à laquelle ont débuté
les relevés instrumentaux, d'après les données compilées par l'Organisation météorologique
mondiale (OMM). Preuve, si il en fallait encore, que le réchauffement climatique reste très
fortement lié aux activités polluantes de nos sociétés...
occidentaux GOES et SOHO pour analyser l'activité du Soleil. L'observatoire solaire russe TESIS,
installé à bord de la sonde Koronas-Photos, est en panne depuis décembre 2009.
2010,
Une éruption solaire de classe M8.3, la plus puissante depuis 2004, s'est produite vendredi 12
février, à 11h26 GMT, a annoncé l'Institut de physique Lebedev (FIAN) de Moscou sur le site
internet de l'observatoire solaire russe TESIS.
"L'éruption n'a duré que 14 minutes, de 14h22 à 14h36 heure de Moscou (11h22 à 11h36 GMT).
Elle a eu un précurseur: une éruption plus faible, de classe C7.9 sur l'échelle GOES, soit 10%
seulement de l'intensité de niveau M8.3, s'est produite vers 10h20 (07h20 GMT) dans le même
secteur", est-il indiqué dans un communiqué du Laboratoire d'astronomie des rayons X du Soleil de
l'Institut FIAN.
Les éruptions solaires sont rangées dans 5 classes - A, B, C, M, et X - en fonction de la puissance du
rayonnement X. Chaque classe correspond à une éruption d'une intensité dix fois plus importante
que la précédente. La classe minimale, notée A0.0, correspond à une puissance de rayonnement sur
l'orbite de la Terre de 10 nanowatts par mètre carré. Au sein d'une même classe, les éruptions
solaires sont classées de 1 à 10 selon une échelle linéaire (ainsi, une éruption solaire de classe X2
est deux fois plus puissante qu'une éruption de classe X1). Des éruptions accompagnées d'un flux de
rayonnement de plus d'un million de nanowatts, classées X17, ont été enregistrées fin octobre 2004,
lors du maximum solaire précédent. Si l'éruption solaire avait été 20% plus intense, elle aurait
atteint le niveau X, le plus élevé, précisent les chercheurs russes, qui utilisent les données recueillies
par les satellites.
À la surface du Soleil, une gigantesque protubérance de gaz chaud vient d'éclater, libérant des
milliards de particules électriquement chargées à travers le système solaire. Cet événement en date
du 30 mars dernier a pu être filmé avec une résolution sans précédent grâce au satellite SDO (pour
Solar Dynamics Observatory, " Observatoire de la Dynamique Solaire ") lancé par la NASA le 11
février 2010.
Cette éruption est sans conteste une des plus spectaculaires de ces deux dernières décennies.
Lorsqu'il a atteint les parages de la Terre quelques jours plus tard, le flux de particules libéré par
cette éruption, entrant en interaction avec le champ magnétique terrestre, a engendré de superbes
aurores polaires.
Au-delà de ces premières images très prometteuses, le satellite SDO poursuivra sa mission jusqu'en
2015. Elle consiste principalement à étudier les variations de l'activité du Soleil et leur influence sur
la Terre.
Le Soleil entre dans un nouveau cycle d'activité qui devrait connaître son apogée en mai 2013. Cette
période, pourrait être l'occasion de tempêtes solaires jusqu'alors inconnues de nos sociétés
modernes. Or, la plupart des technologies du XXIème siècle sont vulnérables aux tempêtes
géomagnétiques.
Les cycles solaires
Le Soleil connaît des cycles en fonction du nombre de taches solaires qui apparaissent à sa surface.
Ces cycles sont suivis depuis le milieu du 19ème siècle et se caractérisent par des montagnes russes
sur un graphique avec une période d'environ 11 ans. A première vue, ces cycles semblent réguliers
mais la réalité et les prédictions ne sont pas toujours conformes. En fait, les cycles varient entre 9 et
14 ans et certains ont un nombre de taches élevé, d'autres plus faible. Les minimums sont
généralement brefs et ne durent que quelques années mais au 17ème siècle, le Soleil a plongé dans
une période de 70 ans connu sous le nom de minimum de Maunder qui déconcerte toujours les
scientifiques.
Jusqu'à présent, le cycle solaire se trouvait dans un minimum, le plus faible du siècle passé. En
2008 et en 2009, le Soleil a battu des records en terme de faible nombre de taches solaires,
d'irradiance (alors que la hausse de la température de la planète établissait également des records) et
de vent solaire. "Dans notre carrière professionnelle, nous n'avons jamais rien vu de pareil",
déclarait Dean Pesnell du Goddard Space Flight Center, principal représentant de la NASA sur ce
thème. Si ce calme solaire fut propice à l'observation astronomique, depuis l'année dernière, le
Soleil a commencé à retrouver un peu d'activité. Des petites taches émergent, d'énormes courants de
plasma dérivent lentement vers l'équateur du Soleil et ses ondes radio augmentent légèrement. Tous
ces signes avant-coureurs annoncent l'arrivée du cycle solaire 24.
Richard Fisher, directeur de Heliophysics Division à la NASA nous explique ce qu'il en est : "le
Soleil se réveille d'un profond sommeil, dans les prochaines années, nous devrions assister à des
niveaux beaucoup plus élevés de l'activité solaire. Dans le même temps, notre société technologique
a développé une sensibilité sans précédent aux tempêtes solaires." Ce risque est notamment à
l'origine du forum "Space Weather Enterprise" qui s'est tenu le 8 juin 2010 à Washington.
L'Académie Nationale des Sciences (NAS) évoquait ce problème il y a deux ans dans un important
rapport intitulé "Severe Space Weather Events—Societal and Economic Impacts." Il soulignait
combien les Hommes sont dépendants de la technologie pour leur vie quotidienne : réseaux
électriques "intelligents", navigation GPS, voyages aériens, services financiers, météo,
communication radio pour les urgences... Autant de services devenus indispensables qui peuvent
être rendus inopérants par une activité solaire intense. Or, l'Académie des Sciences a mis en garde
contre le coût économique d'une tempête solaire séculaire : plus de 20 fois les dommages engendrés
par l'ouragan Katrina et de 4 à 10 ans de réparations ! Rappelons que l'ouragan Katrina a été le
cyclone le plus coûteux de l'histoire des États-Unis avec un record de 135 milliards de dollars de
dégâts !
Ce nouveau regain d'activité solaire, dénommé cycle 24, pourrait avoir lieu en mai 2013, avec
toutefois un déficit de taches solaires par rapport à la moyenne. "Si nos prédictions sont exactes, le
cycle solaire 24 aura un nombre maximum de taches solaires inférieur à 90, le plus faible nombre
depuis le cycle solaire de 1928 où le cycle 16 avait atteint un maximum de 78 taches solaires"
indiquait fin mai 2009, Doug Biesecker du Space Weather Prediction Center de la NOAA. Lors du
cycle précédent, le maximum était de 125 et même de 250 durant les autres cycles.
"Même un cycle en dessous de la moyenne est capable de produire des tempêtes solaires sérieuses"
soulignait Doug Biesecker. Ainsi, la grande tempête géomagnétique de 1859, par exemple, a eu lieu
lors d'un cycle solaire équivalent à celui qui est prédit pour 2013. La tempête solaire de 1859, connu
sous le nom de l'évènement "Carrington" après son observation par l'astronome du même nom, s'est
manifestée par des incendies dans les télégraphes, des câbles de transmission endommagés et des
aurores boréales si brillantes qu'il était possible de lire un journal en pleine nuit.
La plupart des dégâts qui résulteraient d'une tempête solaire pourraient être atténués si les décideurs
savaient quand elle aura lieu. Mettre les satellites en mode "sécurité" et déconnecter les
transformateurs pourrait éviter des surtensions électriques sur les réseaux. Cependant, ces actions
préventives réclament des prévisions extrêmement précises : un travail qui a été confié à la National
Oceanic and Atmospheric Administration, l'agence américaine responsable de l'étude de l'océan et
de l'atmosphère.
"Les prévisions météorologiques spatiales n'en sont qu'à leurs balbutiements mais nous progressons
rapidement" indique Thomas Bogdan, directeur du Space Weather Prediction Center de la NOAA à
Boulder dans le Colorado.
Thomas Bogdan juge la collaboration entre la NASA et la NOAA comme la clé : "la flotte d'engins
spatiaux de la NASA dédiés à l'observation du Soleil nous fournit des données dans la minute sur ce
qui se passe sur le Soleil. Elle est un complément essentiel à nos propres satellites GOES et POES
qui se concentrent davantage sur l'environnement proche de la Terre."
Les jours ne durent pas 24h00...
Une équipe franco-russe de géophysiciens et de mathématiciens appliqués conduite par Jean-Louis
Le Mouël, physicien à l'Institut de Physique du Globe de Paris (INSU-CNRS, Paris Diderot), vient
d'identifier une corrélation forte entre certaines variations de la longueur du jour et l'évolution
décennale à multi-décennale de l'activité solaire.
La longueur du jour (en moyenne 86 400 secondes) n'est pas tout à fait constante et varie de
quelques millisecondes ou fractions de millisecondes dans une vaste gamme de périodes allant de
quelques mois (et moins) à plusieurs siècles (et plus à l'échelle des temps géologiques).
Les variations dont la pseudo-période est de quelques années à quelques dizaines d'années sont en
général attribuées à des échanges de moment angulaire entre le manteau (quasi-rigide) et la partie
fluide du noyau terrestre, là où est généré le champ magnétique. Les variations saisonnières, avec
des périodes de 6 mois, un an et deux ans notamment, sont presque entièrement dues à des
variations de la circulation atmosphérique, plus précisément les vents zonaux, c'est-à-dire les vents
qui circulent en suivant les parallèles géographiques.
Quelques auteurs, notamment Bourget et al (1992), avaient commencé à mettre en évidence des
corrélations entre l'activité solaire et la longueur du jour, et plus récemment, Abarca el Rio et al
(2003) et Winkelnkemper (2008) dans sa thèse ont remarqué que l'amplitude de la composante
semi-annuelle (de période 6 mois) de la longueur du jour et du moment angulaire de l'atmosphère
étaient anti-corrélées avec les variations de même période de la "constante solaire". Quel pourrait-
donc être le lien entre certaines variations de la longueur du jour, les vents zonaux et l'activité
solaire?
Pour tenter de répondre à cette question, Le Mouël et ses collègues ont analysé une série de 48
années (de 1962 à 2009) de mesures journalières de la longueur du jour, fournies par le service
international de la rotation de la Terre et des systèmes de référence situé à l'Observatoire de Paris.
Ils en ont extrait la composante de période 6 mois et ont mis en évidence de fortes variations de
l'amplitude de cette composante, de l'ordre de 30%, qu'ils ont comparé d'une part au nombre de
taches solaires (le nombre de Wolf, un indicateur traditionnel de l'activité solaire mesuré depuis
plusieurs siècles) et d'autre part au flux de rayon cosmiques galactiques.
Les auteurs mettent en évidence une bonne corrélation entre ces trois paramètres, plus précisément,
ce sont les évolutions des rayons cosmiques et de l'amplitude de la composante semi-annuelle de la
longueur du jour qui sont corrélées (coefficient de corrélation de l'ordre de 0,7), et qui sont en
phase. La corrélation est améliorée quand on retire à la courbe de la longueur du jour une tendance
linéaire, qui pourrait être liée à des phénomènes se produisant dans le noyau. Il est établi par ailleurs
que les variations des rayons cosmiques sont en opposition de phase avec les taches solaires et
décalées d'environ un an (ceci est attribué au mécanisme de modulation des rayons cosmiques
galactiques par le vent solaire et son champ magnétique).
Comment la vitesse de rotation de la Terre peut-elle donc être sensible à la modulation des rayons
cosmiques ?
La réponse est dans le système des vents. Ceux qui contribuent le plus aux variations saisonnières
du moment angulaire sont les vents de relativement basse altitude, en dessous de 30km. Prise en
moyenne sur une année, la différence entre le rayonnement reçu du Soleil et celui qui est réémis par
la Terre vers l'extérieur dans les grandes longueur d'onde (infra-rouge) est positif vers l'équateur et
négatif au delà de 40° de latitude. Ce gradient en latitude doit être équilibré par un flux d'énergie de
l'équateur vers les pôles : ce transport est assuré par les mouvements méridionaux (c'est-à-dire le
long des méridiens géographiques) de l'atmosphère, moyennés en longitude, et les tourbillons. Les
vents zonaux sont la conséquence de ce transport à cause de la conservation du moment angulaire :
en allant vers les pôles on se rapproche de l'axe de rotation de la Terre et les changements de cette
distance doivent être compensés par des changements de la vitesse. Les variations saisonnières
d'insolation entraînent des variations de même période du transport le long des méridiens et, partant
de là, de la moyenne des vents zonaux.
La variation semi-annuelle de la longueur du jour est donc reliée à un trait fondamental du climat :
la distribution en latitude et le transport de l'énergie et de la quantité de mouvement dans
l'atmosphère. On pense souvent que les variations solaires sont trop faibles pour pouvoir influencer
le climat dans la troposphère : elles sont de l'ordre de 1 pour 1000 pour l'irradiance totale (c'est à
dire sommée sur toutes les longueurs d'onde). Mais en fait, l'activité solaire peut modifier l'équilibre
de la troposphère de manière indirecte. Ainsi, les rayons cosmiques galactiques sont des particules
chargées, influencées par l'activité solaire, qui en entrant dans la partie de l'atmosphère où la teneur
en vapeur d'eau est suffisante peuvent déclencher ou modifier la condensation des gouttes d'eau
liquide ou des particules de glace (un peu comme dans la chambre de Wilson des physiciens des
particules). Ceci affecte la micro-physique des nuages, domaine très complexe et encore mal
compris. Et quand la couverture nuageuse change, les quantités d'énergie solaire incidente réfléchie,
absorbée et transmise vers le sol changent de conserve. Une corrélation entre rayon cosmiques et
couverture nuageuse a été observée et une théorie proposée par Svensmark et Friis-Christensen dès
les années 90. Une expérience (CLOUD) est en cours au CERN pour en tester la validité : elle
devrait très bientôt fournir ses premiers résultats.
Il existe une autre voie par laquelle les nuages peuvent être affectés : l'atmosphère est en effet
pénétrée par un courant électrique vertical de quelques nano-Ampère par mètre carré, qui fluctue au
gré des courants ionosphériques et donc de l'activité solaire. Ces courants verticaux chargent
électriquement les nuages et, là encore, modifient leur état micro-physique. Les deux mécanismes
peuvent d'ailleurs co-exister. Ce qui les caractérise, c'est que les variations induites par celles de
l'activité solaire se mesurent en dizaines de pour cent et non en partie par millier. C'est là que se
niche l'importante amplification du phénomène.
Ainsi, la Terre (et plus précisément le manteau terrestre) dont la rotation est accélérée ou freinée au
gré des fluctuations des rayons cosmiques sous l'influence de l'activité solaire par l'intermédiaire
des vents zonaux, fournit un magnifique dispositif d'intégration des variations du moment angulaire
de l'atmosphère et de la circulation des vents zonaux qu'il est difficile de mesurer directement.
Les auteurs, à la suite d'une série de publications indépendantes allant toutes dans le même sens et
de travaux en cours, soulignent l'importance de la modulation de certains paramètres climatiques
par l'activité solaire. Si le soleil peut ainsi influencer les vents zonaux, il peut selon les auteurs
affecter d'autres facteurs du climat global, comme les oscillations océaniques. La chaîne causale va
donc du Soleil aux vents et au climat, par le biais des rayons cosmiques, des courants
atmosphériques et des nuages. C'est ce qui conduit l'équipe à penser que le rôle du Soleil dans les
variations climatiques des dernières décennies a pu être notablement sous-évalué.
C'est une découverte qui va aider à faire la lumière sur le phénomène difficile à étudier que sont les
éruptions solaires. En analysant 11 ans de données obtenues par le satellite SOHO (ESA/NASA),
des chercheurs du Laboratoire de Physique et Chimie de l'Environnement et de l'Espace d'Orléans
(LPC2E, CNRS-INSU, Université d'Orléans, Observatoire des Sciences de l'Univers Centre-INSU),
en collaboration avec des équipes suisse et belge(1), sont en effet parvenus à isoler et à quantifier
pour la première fois le très faible signal d'éruptions de différentes amplitudes au sein de l'irradiance
solaire, c'est à dire le flux de lumière reçu à toute les longueurs d'onde par la Terre. A la clé, un
résultat inattendu : leur énergie globale serait bien supérieure à ce qui était envisagé jusqu'alors.
« Ces éruptions sont des explosions d'énergie se manifestant dans l'atmosphère du Soleil », rappelle
Matthieu Kretzschmar, chercheur au LPC2E et premier auteur de cette étude. « Lorsque localement
le champ magnétique solaire est instable, il peut se reconfigurer rapidement, dégageant une énergie
importante et accélérant les particules de l'atmosphère solaire. Celles-ci peuvent entrer en collision
avec le reste du plasma, le chauffer, et augmenter fortement ainsi la quantité de lumière émise ».
Au moins 20 000 éruptions seraient ainsi apparues lors du dernier cycle solaire. Problème : parmi
elles, seules 4 d'ampleur très importante ont pu être isolées dans l'irradiance solaire totale. « Nous
parvenons bien à observer ces éruptions dans le domaine ultra-violet lointain et les rayons X, car, à
ces longueurs d'onde, le contraste entre la lumière émise lors de l'éruption et celle émise par le
Soleil calme est fort », explique le chercheur. « L'énergie émise ensemble par toutes les longueurs
d'onde ainsi que celle émise dans le domaine visible sont au contraire cachées par les fluctuations
naturelles de l'irradiance solaire. Tout se passe comme si nous devions repérer des vagues de 1m
-causées par les éruptions- au milieu d'une mer agitée par des vagues de 70m -causées par les
fluctuations naturelles- ».
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont tenté d'amplifier ces « vagues d'un mètre », afin de
les rendre plus identifiables, et ce grâce à une analyse en « époques superposées ». « L'idée est de
superposer temporellement les fluctuations de l'irradiance solaire totale de plusieurs éruptions
distinctes », détaille Matthieu Kretzschmar. « Les fluctuations naturelles de l'irradiance tendent à
s'annuler, tandis que celles dues aux éruptions s'additionnent et s'amplifient ». Les scientifiques ont
ainsi obtenu un résultat surprenant : l'énergie totale émise par les éruptions est environ 100 fois
supérieure à l'énergie émise dans le domaine des rayons X uniquement, révélant une contribution
majeure de l'énergie émise dans le domaine visible et proche ultra-violet.
En permettant une quantification plus précise de l'énergie réellement émise par ces éruptions
solaires, ces résultats, obtenus dans le cadre du projet européen SOTERIA, vont permettre
d'améliorer les modèles théoriques actuels d'éruption. Ils permettront aussi d'évaluer le rôle de ces
évènements dans la variation de l'irradiance solaire reçue par notre planète.
Tempêtes magnétiques