Comment les « saisons » du Soleil affectent-elles nos satellites ?

Tous les 11,5 ans, le Soleil tra­verse une période d’activité intense. Cette période est carac­té­ri­sée par un vent solaire plus impor­tant ain­si que des pannes de satel­lites plus fré­quentes dues à un bom­bar­de­ment de par­ti­cules pro­ve­nant du soleil. Mais que l’activité solaire soit éle­vée ou basse, la vie est rude pour nos tech­no­lo­gies en orbite. Le Soleil a un impact sur son envi­ron­ne­ment proche, sur les pla­nètes plus éloi­gnées, mais aus­si sur toute la région de l’espace entou­rant notre Sys­tème solaire qu’on appelle « héliosphère ».

Les consé­quences de l’interaction de ce flux de par­ti­cules solaires avec la magné­to­sphère ter­restre — le champ magné­tique de notre pla­nète — sont mul­tiples et variées. L’une des plus belles est bien sûr l’observation d’aurores (boréales dans l’hémisphère Nord, aus­trales dans l’hémisphère Sud). Au niveau des pôles, une petite frac­tion du vent solaire peut tra­ver­ser la magné­to­sphère (voir image du champ magné­tique ter­restre ci-des­sous) et venir alors inter­agir vio­lem­ment avec l’atmosphère ter­restre. Ce trans­fert d’énergie va exci­ter les atomes et molé­cules raré­fiées au som­met de l’atmosphère qui la réémet­tront sous forme de magni­fiques dra­pés de lumière.

Mais d’autres consé­quences sont plus pro­blé­ma­tiques. Les satel­lites en orbite autour de notre pla­nète sont très expo­sés aux par­ti­cules du vent solaire. Ce bom­bar­de­ment per­ma­nent est une cause majeure de leur vieillis­se­ment ou de pannes éven­tuelles. À l’image des pro­cé­dés d’irradiation uti­li­sés dans l’industrie sur Terre, les pro­prié­tés méca­niques, élec­triques et/ou optiques des com­po­sants des satel­lites vont pro­gres­si­ve­ment être alté­rées. Des pannes, tran­si­toires ou défi­ni­tives, concer­nant l’électronique embar­quée pour­ront aus­si sur­ve­nir (plus fré­quem­ment en période de maxi­mum solaire bien sûr). C’est pour­quoi ils sont sou­vent blin­dés et leur élec­tro­nique « dur­cie » pour mieux y résister.

Nos acti­vi­tés au sol ne sont pas tota­le­ment indé­pen­dantes du cycle solaire non plus. Si la tem­pé­ra­ture et l’intensité lumi­neuse du Soleil ne changent pas au cours du cycle solaire (il ne fait pas plus chaud tous les 11,5 ans), les orages géo­ma­gné­tiques pro­vo­quées par l’arrivée dans l’environnement ter­restre d’une éjec­tion de masse coro­nale peuvent être si intenses que de gigan­tesques cou­rants élec­triques induits appa­raissent dans le réseau élec­trique ter­restre. C’est ain­si qu’en 1989, une panne d’électricité géné­ra­li­sée a blo­qué le Cana­da pen­dant 9 heures. Tout le réseau s’est effon­dré en seule­ment 25 secondes. Pro­blé­ma­tique lorsque l’on songe à la dépen­dance gran­dis­sante de notre civi­li­sa­tion à l’électricité…

Depuis long­temps, les astro­nomes cherchent à carac­té­ri­ser l’héliosphère dont on parle qui déli­mite deux zones de l’espace : l’intérieur, domi­né par le vent solaire, et l’extérieur, consti­tué des par­ti­cules bai­gnant le milieu inter­stel­laire. Le Soleil émet­tant les par­ti­cules du vent solaire de manière glo­ba­le­ment iso­trope, sa forme a d’abord été ima­gi­née comme une « bulle » allon­gée entou­rant le sys­tème solaire. Cepen­dant, un article récent¹ pro­pose, sur la base de lourdes simu­la­tions numé­riques et d’importantes obser­va­tions du ciel, que l’héliosphère de notre Sys­tème solaire ait la forme… d’un crois­sant. En cause : les inter­ac­tions com­plexes entre les atomes d’hydrogène du milieu inter­stel­laire et les par­ti­cules char­gées émises par le Soleil.

La forme de cette hélio­sphère va bien évi­dem­ment dépendre de la com­po­si­tion, de la den­si­té et de la vitesse de ce flux de par­ti­cules pro­ve­nant du Soleil. Chaque seconde, c’est envi­ron 1 mil­lion de tonnes d’électrons, de noyaux d’hydrogène et d’hélium qui sont per­dus par le Soleil en un « vent » qui s’étend autour de lui, bai­gnant les pla­nètes et les autres corps jusqu’aux confins du Sys­tème solaire. C’est, par exemple, ce vent solaire qui donne sa forme à l’une des deux queues des comètes en empor­tant les par­ti­cules de pous­sière et de gaz éjec­tées du noyau de la comète dans la direc­tion oppo­sée au Soleil.

Mais ce vent solaire inter­agit aus­si avec les pla­nètes du Sys­tème solaire, plus ou moins direc­te­ment, en fonc­tion de la pré­sence ou pas d’un champ magné­tique autour d’elles. La tem­pé­ra­ture très éle­vée du Soleil « éclate » ses atomes en une soupe de noyaux et d’électrons libres appe­lée « plas­ma », très sen­sible aux champs élec­triques et magné­tiques. C’est ain­si que lorsque ces par­ti­cules arrivent près de la Terre, son champ magné­tique va en détour­ner une part non négli­geable et dévie­ra cette pluie de par­ti­cules avant qu’elle ne puisse irra­dier et sté­ri­li­ser la sur­face terrestre.

Si le Soleil nous envoie un « vent » de par­ti­cules, on peut s’interroger sur ses pro­prié­tés. Est-il constant ? Régu­lier ? Ou existe-t-il des « tem­pêtes de vent solaire » ? De même, y a‑t-il, comme sur Terre, des « sai­sons » où le vent solaire est plus intense ? La réponse est oui pour les deux questions.

De la même manière que les sai­sons sur Terre reviennent régu­liè­re­ment, et ce chaque année, l’activité solaire (qui regroupe tous les phé­no­mènes qui se passent à la sur­face et autour du Soleil) évo­lue aus­si pério­di­que­ment en sui­vant un long cycle d’environ 11 ans et demi.

Durant ce cycle, le Soleil passe par un maxi­mum d’activité (le vent solaire y sera en moyenne plus dense et plus rapide) et un mini­mum. Mais cette varia­tion d’activité ne se limite pas à la quan­ti­té de par­ti­cules du vent solaire. Le Soleil pro­duit aus­si régu­liè­re­ment des phé­no­mènes érup­tifs appe­lés « éjec­tions de masse coro­nale ». Ces bouf­fées très intenses de par­ti­cules solaires sont pro­duites très loca­le­ment sur la sur­face de notre étoile et sont éjec­tées radia­le­ment, loin du Soleil.

Lorsque la Terre se trouve dans cette direc­tion, on assiste, 2 à 3 jours après le début de cette éjec­tion, à l’arrivée d’une « vague » de par­ti­cules par­ti­cu­liè­re­ment dense dont l’action, pen­dant quelques heures, va s’ajouter à celle du vent solaire clas­sique. Et bien évi­dem­ment, ce sont pen­dant les années de maxi­mum d’activité solaire que la pro­ba­bi­li­té est la plus grande de voir sur­ve­nir ces puis­sants phé­no­mènes érup­tifs qui pro­duisent des « orages géo­ma­gné­tiques » dans l’environnement terrestre.

Néan­moins, on aurait tort de pen­ser que les acti­vi­tés spa­tiales sont plus calmes en période de mini­mum solaire. Car si le vent solaire est alors moins dense et les érup­tions solaires moins nom­breuses, d’autres phé­no­mènes prennent le devant de la scène. Comme, par exemple, le fait que l’atmosphère ter­restre varie aus­si en fonc­tion de la « pres­sion » du vent solaire. Au mini­mum solaire, la pres­sion est moins grande et l’atmosphère s’étend plus loin dans l’espace, impri­mant aux satel­lites en orbite basse des contraintes aéro­dy­na­miques qui réduisent sen­si­ble­ment leur durée de vie.

En conclu­sion, notre étoile influe sen­si­ble­ment sur l’environnement ter­restre. Ses doigts de plas­ma nous caressent nuit et jour, et c’est par la com­pré­hen­sion des inter­ac­tions com­plexes entre le Soleil et la Terre que l’humanité pour­ra conti­nuer à com­prendre l’espace, et mieux s’y étendre.

Pour en savoir plus

• https://www.arte.tv/fr/videos/086132–019‑A/reconnexion/
• https://​www​.you​tube​.com/​w​a​t​c​h​?​v​=​-​K​E​x​5​5​zyLEo
• https://​www​.poly​tech​nique​.edu/​f​r​/​c​o​n​t​e​n​t​/​e​r​u​p​t​i​o​n​s​-​s​o​l​a​i​r​e​s​-​d​e​s​-​c​h​e​r​c​h​e​u​r​s​-​d​e​-​l​x​-​l​a​-​u​n​e​-​d​e​-​n​ature