Impacts des éruptions solaires sur la vie – Le Soleil

Jonathan Landry a commencé son parcours par un DEC en techniques de génie mécanique au cégep de Limoilou. Il a ensuite poursuivi à l’ÉTS au baccalauréat en génie mécanique, puis à la maîtrise en génie aérospatial. Cet article a été écrit lors de sa participation à l’International Space University (ISU).

Note de l’éditeur

« La météo de l’espace a un effet destructeur » est une affirmation forte que peu de gens comprennent dans notre société. Ce n’est que récemment que des chercheurs ont entrepris de révéler certaines des forces qui gouvernent l’activité du Soleil. Leurs découvertes sont impressionnantes et inquiétantes à la fois; elles nous apprennent que le Soleil n’est pas toujours notre meilleur ami. Les études portant sur l’éruption solaire de 1859 ont démontré que de grandes explosions à la surface du Soleil peuvent avoir des effets dévastateurs sur la vie terrestre. Cet article (parties 1 et 2) résume le premier chapitre de SolarMAX : a space weather survival guide, un projet d’équipe du programme d’études spatiales 2013 (SSP13) de l’International Space University (ISU).

La rotation différentielle

La plupart des tempêtes solaires n’atteignent pas notre planète et n’ont pas la force requise pour mettre en péril les infrastructures terrestres ou la vie humaine; toutefois, certaines y parviennent, exceptionnellement. Voyons quels sont l

La structure du Soleil est composée de plusieurs strates différentes, comme illustré à la figure 1 : le noyau, la zone radiative, la zone convective, la photosphère, la chromosphère et la couronne [1]. À l’intérieur du noyau, la densité atteint les 150 g/cm³ et la température dépasse les 15 millions de degrés K, permettant la fusion de l’hydrogène. À l’autre extrême, près de la base de la couronne, la densité descend à 1 X 10^-15 g/cm³ [2]. Pour ce qui est de la température, elle diminue à mesure que l’on s’éloigne du noyau, où la chaleur est produite, jusqu’aux environs de 6 000 K à la photosphère, la surface du Soleil. Puis, la température augmente de nouveau à plus de 2 millions de K dans la couronne, pourtant située dans la couche la plus éloignée du noyau. À ce jour, ce phénomène n’a pas encore été expliqué de façon satisfaisante.

La matière du Soleil est sous forme de « plasma », un gaz ionisé à haute température, ce qui permet au soleil de tourner sur lui-même plus vite à l’équateur (environ 25 jours par rotation) qu’à plus haute latitude (environ 35 jours par rotation). Ce phénomène est connu sous le nom de « rotation différentielle ». Comme le plasma est composé de particules chargées, ses mouvements génèrent un champ magnétique par un effet dynamo. On peut se représenter ce champ magnétique par une série de lignes invisibles reliant les deux pôles. Les particules chargées de la couronne se déplacent le long de ces lignes de champ et forment les vents solaires [3].

Des taches solaires aux éruptions solaires

À l’intérieur de la couche convective, de puissants champs magnétiques se déplacent par des canaux cylindriques connus sous le nom de « tubes de flux magnétique ». Lorsque ces tubes se tordent sous l’effet de la rotation différentielle et croisent la photosphère, ils forment des taches solaires (image 1). Une tache solaire est une zone plus froide et plus sombre que son entourage, créée par la difficulté que les particules chargées, prises à l’intérieur du champ magnétique, éprouvent à se déplacer d’une ligne de champ à l’autre : la convection et par le fait même la circulation de la chaleur s’en trouvent inhibées. Les taches solaires ont des champs magnétiques de l’ordre de 2000 à 4000 Gauss (beaucoup plus puissants que ceux du Soleil lui-même) et surviennent par paire, chaque tache agissant comme pôle magnétique.  Elles durent habituellement quelques jours, les plus imposantes pouvant rester jusqu’à quelques semaines. Les taches solaires sont associées aux « éruptions solaires » et aux « éjections de matière coronale » (CME) à cause de la puissance de leurs champs magnétiques [4].

Les champs magnétiques de la couronne solaire contiennent aussi de grandes quantités d’énergies. Lorsque les lignes de champ se reconnectent, une partie de l’énergie est libérée sous forme d’énorme explosion, l’éruption solaire (image 2), composée de rayons gamma, de rayons X, de protons et d’électrons [5]. Toutefois, la palme de la puissance revient aux CME, qui  sont responsables des plus grands dégagements d’énergie dans le système solaire.  Les CME se produisent lorsque d’immenses bulles de plasma et des lignes de champ magnétique sont éjectées du Soleil sur une période de plusieurs heures. Bien que fréquemment associées aux éruptions solaires, les CME surviennent parfois seules [5]. Ces deux phénomènes peuvent causer de sérieux problèmes pour l’humanité lorsqu’ils sont dirigés en direction de la Terre [6].

Les CME mettent de deux à trois jours à atteindre la magnétosphère de la Terre, où elles peuvent déclencher des « tempêtes géomagnétiques » spectaculaires et potentiellement destructives. Les CME tendent à apparaître plus souvent lors d’un maximum solaire, mais peuvent quand même survenir en tout temps durant le cycle solaire. Au maximum solaire, le nombre de CME de forte puissance observées à la surface du Soleil est d’environ trois par jour [6]. De plus, des CME de plus faible puissance sont aussi perçues grâce à des instruments dans l’espace [7]. Le nombre d’ondes de choc détectées près de la terre n’est cependant que de 0,3 par jour, ce qui veut dire que seulement un dixième des CME nous atteignent [8]. Les CME interagissent avec la magnétosphère de la Terre de façon magnétohydrodynamique comme montré dans la vidéo plus haut. Ces interactions sont  appelées tempêtes géomagnétiques.

À suivre…

Nous vous invitons à lire la seconde partie de cet article intitulé Impacts des éruptions solaires sur la vie – Les répercussions sur Terre à paraître sous peu.

Remerciements

L’auteur, à titre de membre de l’équipe SolarMax, souhaite remercier tous les employés de ISU qui les ont aidés à rédiger le rapport en moins d’un mois. Il aimerait remercier les chefs de départements, le Dr Simon Pete Worden et le Dr Rogan Shimmin de NASA Ames, de même que leur infatigable et toujours optimiste assistant, David Haslam.