Les éruptions solaires et les tempêtes géomagnétiques vers la terre

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1 Les éruptions solaires et les tempêtes géomagnétiques vers la terre

2 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 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 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 :

3 "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 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 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

4 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. Les colères du soleil 2005 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 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 : 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 : tout le réseau électrique d'hydro-québec était paralysé durant 9 heures et 1997 : plusieurs satellites ont été détruits par une telle manifestation de colère de notre astre du jour,

5 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 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 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

6 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 D'autres estiment que le nombre de taches ne dépassera pas 90 et que cela se produira vers août 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 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.

7 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 , 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.

8 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 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 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!

9 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 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 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-

10 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.

11 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 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

12 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

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