Parcours · du Soleil aux réseaux
L’essentiel
Une éruption solaire est une libération brutale d’énergie magnétique dans l’atmosphère du Soleil. Son rayonnement atteint la Terre en environ 8 minutes. Elle peut aussi expulser un nuage de plasma magnétisé, l’éjection de masse coronale. Celle-ci atteint la Terre en 1 à 3 jours et peut déclencher une tempête géomagnétique : satellites et réseaux électriques sont alors exposés.
Suivez une éruption, de sa source sur le Soleil jusqu’à ses effets sur les satellites et les réseaux électriques. Faites défiler pour avancer le long de la chaîne.
Visualisation d’illustration.
Commencer par : satellites réseaux
01 · La source
Au-dessus d’une région active, une structure magnétique torsadée, la corde magnétique, s’élève puis entre en éruption. L’éjection de masse coronale (EMC) emporte du plasma magnétisé dans l’espace interplanétaire.
C’est là que se concentre la physique de SKEION : la configuration magnétique avant l’éruption, objet de travaux publiés en couverture de Nature en 2014 et 2018.
02 · Le trajet
Une EMC atteint en général la Terre en 1 à 3 jours, les plus rapides en moins de 18 heures. Un choc la précède et comprime le vent solaire.
Ici : un front à 1 000 km/s ; le choc atteint la Terre en 38 heures environ, le front de l’éjecta environ 4 heures plus tard.
03 · Le bouclier
À l’arrivée du choc, la magnétosphère est comprimée côté jour : ici, la magnétopause passe de 11 à 6 rayons terrestres environ, sous l’orbite géostationnaire (6,6).
Vient ensuite l’éjecta. Son champ magnétique, orienté vers le sud (Bz négatif), détermine en grande partie l’intensité de la tempête. Cette orientation est liée à la configuration de la corde magnétique à sa source, là où se concentre la physique de SKEION.
04 · Satellites
Un satellite géostationnaire proche de midi se retrouve hors du bouclier, dans le vent solaire choqué. L’ovale auroral s’étend vers les basses latitudes.
Statut : Objectif Des alertes adaptées à chaque secteur, livrées par API.
05 · Réseaux électriques
Sous l’ovale auroral, l’électrojet s’intensifie en quelques minutes. Il induit un champ électrique dans le sol et des courants dans les longues lignes à haute tension (courants induits géomagnétiquement). Ces courants risquent de saturer les transformateurs : le 13 mars 1989, le réseau du Québec s’est effondré en 92 secondes.
Selon la NOAA, environ 91 % des bénéfices économiques estimés de son programme d’observation Space Weather Next (États-Unis, 2025–2050) concernent les réseaux électriques.
06 · La chaîne complète
Notre ambition : couvrir toute cette chaîne, de la configuration magnétique du Soleil jusqu’à l’impact sur les satellites et les réseaux électriques, en passant par la propagation dans l’espace. Nous la construisons en partant de la physique de la source.
Nous cherchons des partenaires pilotes, d’abord dans les secteurs des satellites et de l’énergie. Dans un projet pilote, nous voyons avec vous comment nos solutions peuvent répondre à vos besoins précis et résoudre vos problèmes. À partir de votre cas, nous les adaptons et les améliorons pour qu’elles s’intègrent au travail de vos équipes.
En détail
Au-dessus d’une région active, une structure magnétique torsadée s’élève, puis entre en éruption. Le champ magnétique du Soleil peut s’y enrouler en une corde magnétique : un faisceau de lignes de champ torsadées. Les arches magnétiques qui le recouvrent le retiennent : c’est sa « cage ». L’énergie s’y accumule au fil des jours. Quand l’équilibre se rompt, la corde s’élève de plus en plus vite et libère cette énergie en quelques minutes à quelques heures. Si la corde franchit sa cage, elle emporte un nuage de plasma magnétisé, l’éjection de masse coronale (EMC) ; sinon, l’éruption reste confinée. Cette configuration, avant l’éruption, est l’objet des travaux de Tahar Amari publiés en couverture de Nature en 2014 et 2018.
Une éjection de masse coronale atteint en général la Terre en 1 à 3 jours, les plus rapides en moins de 18 heures. Elle quitte le Soleil à des vitesses allant de quelque 250 à près de 3 000 km/s. Une EMC rapide pousse devant elle une onde de choc, qui comprime le vent solaire. Derrière le choc vient la gaine, un plasma dense et turbulent, puis le nuage magnétique lui-même. À l’arrivée, tout dépend de l’orientation de son champ magnétique. Tourné vers le sud, à l’opposé du champ terrestre, il permet au vent solaire de transférer son énergie à la magnétosphère. Toutes les EMC ne visent pas la Terre : seules comptent celles qui partent vers elle, ou l’effleurent.
À l’arrivée du choc, le bouclier magnétique de la Terre est comprimé côté jour. La magnétosphère, la région où règne le champ magnétique terrestre, tient d’ordinaire le vent solaire à distance, à environ 11 rayons terrestres côté jour. Quand arrivent le choc, puis la gaine dense, la pression du vent solaire est multipliée par vingt environ. Dans l’exemple montré, la frontière de la magnétosphère, la magnétopause, recule de 11 à 6 rayons terrestres environ. Elle passe sous l’orbite géostationnaire (6,6 rayons terrestres du centre de la Terre, soit 35 786 km d’altitude). C’est le commencement brusque de la tempête géomagnétique.
Un satellite géostationnaire proche de midi se retrouve hors du bouclier. Il se trouve alors dans la magnétogaine, le plasma du vent solaire choqué, entre la magnétopause et le choc d’étrave. En quelques heures, la tempête géomagnétique s’installe : l’ovale auroral s’étend vers les basses latitudes, la haute atmosphère s’échauffe et freine les satellites en orbite basse. En février 2022, une tempête mineure (Kp 5) a accru la traînée au point de faire perdre 38 des 49 satellites Starlink d’un même lancement.
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Au sol, la tempête fait circuler des courants dans les longues lignes électriques. Sous l’ovale auroral, de puissants courants électriques circulent vers 110 km d’altitude : l’électrojet auroral. Quand il s’intensifie en quelques minutes, le champ magnétique varie au sol et induit un champ électrique dans le sous-sol. Ce champ est d’autant plus fort que les roches sont résistantes, comme celles du Bouclier canadien. Dans les longues lignes à haute tension, ce champ fait circuler des courants quasi continus, les courants induits géomagnétiquement (GIC). Ils entrent dans les transformateurs par leur neutre à la terre et peuvent les saturer. Le 13 mars 1989, le réseau d’Hydro-Québec s’est effondré en 92 secondes, privant le Québec d’électricité pendant neuf heures.
Notre ambition : couvrir toute cette chaîne, de la configuration magnétique du Soleil jusqu’à l’impact sur les satellites et les réseaux électriques. Chaque maillon dépend du précédent, d’une région active jusqu’au courant dans un transformateur. SKEION part de la source. MeshMHD, le modèle magnétohydrodynamique du Soleil développé au CPHT (CNRS / École polytechnique) sous la direction de Tahar Amari, reconstruit en 3D les structures à l’origine des éruptions. Nous construisons cette chaîne étape par étape : d’abord la physique de la source, puis la propagation dans l’espace, jusqu’à l’impact sur les infrastructures.
Questions
C’est une libération soudaine d’énergie magnétique au-dessus d’une région active du Soleil, qui dure de quelques minutes à quelques heures. On classe les éruptions selon leur rayonnement X : A, B, C, M et X, chaque classe étant dix fois plus intense que la précédente. Ce rayonnement atteint la Terre en environ 8 minutes et peut perturber les liaisons radio haute fréquence (HF) côté jour. Une éruption peut aussi expulser une éjection de masse coronale, ou rester confinée sur le Soleil.
Ce sont trois étapes d’une même chaîne. L’éruption solaire se produit sur le Soleil : une libération d’énergie, visible comme un éclair de rayonnement. L’éjection de masse coronale est le nuage de plasma et de champ magnétique que l’éruption peut expulser dans l’espace. La tempête géomagnétique, ou orage magnétique, est la perturbation du champ magnétique terrestre. Elle survient quand ce nuage, ou un courant rapide de vent solaire, atteint la Terre avec un champ orienté vers le sud. La NOAA la classe de G1 à G5. « Tempête solaire » désigne couramment l’ensemble.
Trois délais coexistent. Le rayonnement de l’éruption arrive en environ 8 minutes, à la vitesse de la lumière. Les particules énergétiques les plus rapides suivent en quelques dizaines de minutes. L’éjection de masse coronale met en général 1 à 3 jours. Les plus rapides arrivent en 15 à 18 heures, et le record, en août 1972, est de 14,6 heures. Le choc qui la précède est détecté au point de Lagrange L1, à 1,5 million de km de la Terre. Il arrive 15 à 60 minutes plus tard.
En orbite basse, la tempête échauffe la haute atmosphère, ce qui accroît la traînée et fait perdre de l’altitude. En février 2022, 38 des 49 satellites Starlink d’un même lancement ont été perdus. En orbite géostationnaire, un satellite peut se retrouver hors de la magnétosphère, et les particules énergétiques perturbent l’électronique. Le positionnement par satellite (GNSS) et les liaisons radio haute fréquence (HF) peuvent se dégrader. Au sol, les courants induits géomagnétiquement peuvent saturer, voire endommager, les transformateurs : en mars 1989, le Québec a été privé d’électricité pendant neuf heures.
En partie. Les centres de météo de l’espace, comme celui de la NOAA, publient chaque jour des probabilités d’éruption à partir de l’observation des régions actives. Une fois l’éjection partie, ils publient une estimation de son heure d’arrivée. Sur cette heure d’arrivée, l’erreur absolue moyenne des estimations publiées est d’environ 13 heures (Riley et al., 2018). Le plus difficile reste de savoir, avant le déclenchement, si une région active va entrer en éruption. Il est tout aussi difficile de savoir si l’éruption éjectera de la matière ou restera confinée. Notre objectif, l’alerte précoce : vous prévenir avant l’éruption. Nous voulons repérer le moment où la structure magnétique d’une région du Soleil devient instable, puis affiner l’alerte d’heure en heure. Elle indiquerait son incertitude et préciserait mieux le lieu et le moment, à partir de la physique de la source.
Du champ magnétique. Les mouvements de la surface solaire tordent et cisaillent les lignes de champ qui émergent dans les régions actives. L’énergie s’accumule dans une corde magnétique torsadée, retenue par les arches qui la recouvrent, sa « cage ». En 2014, Tahar Amari et ses collègues ont reconstruit la corde à l’origine d’une grande éruption (classe X3.4, décembre 2006). Ils sont partis d’observations prises dans les quatre jours précédents. En 2018, ils ont montré que l’issue dépend de l’équilibre entre la corde et sa cage. Le 24 octobre 2014, une éruption de classe X3.1 est restée confinée, faute d’énergie pour franchir la cage. Avec une cage plus faible, une grande éjection de masse coronale aurait quitté le Soleil.
Glossaire
Sources
