Expédition antarctique, île Jan Mayen.
Images reproduites dans le Lexique météorologique publié
par l’Office national météorologique en 1926.
Le vent solaire est un flux de plasma éjecté par le Soleil. D’une grande sensibilité aux champs électriques et magnétiques, ce flux varie en vitesse et en température en fonction de l’activité solaire.
Une indication de leur existence est liée à l’observation des queues de comètes, qui sont systématiquement orientées à l’opposé du soleil lorsqu’elles passent à sa proximité.
Habitués à consigner le passage des comètes depuis le VIIIe siècle av. J.-C, les Chinois avaient déjà noté ce phénomène au tournant des VIe siècle et VIIe siècle.
C’est la tempête solaire de 1859 qui permit à l’astrophysicien Carrington de démontrer leur existence. Le phénomène de l’orientation des queues de comètes ne fût expliqué qu’autour des années 1950, par Ludwig Biermann.
Tempêtes solaires. Les rafales de vent solaire particulièrement énergétiques sont appelées tempêtes solaires. Pendant une éruption solaire, le nombre de particules atteignant l’atmosphère terrestre peut être mille fois supérieur aux périodes calmes. Les sondes spatiales et les satellites peuvent alors être soumis à de grandes doses de radiations. Ce qui va perturber fortement la transmission des signaux électromagnétiques comme ceux de la radio et de la télévision.
Elles peuvent générer sur Terre des courants continus sur les lignes à haute tension de grandes longueurs, ce qui provoque des surchauffes dans les transformateurs des postes électriques. Par exemple, en 1989 au Canada, environ six millions de personnes desservies par Hydro-Québec se sont retrouvées sans électricité à cause d’un orage magnétique. Elles peuvent également provoquer des courants induits dans les pipelines ce qui accélère leur corrosion.
La magnétosphère nous protège contre le vent solaire et agit comme un bouclier. Elle est déformée par le vent solaire. Elle est compressée du côté du Soleil, alors qu’elle s’étend à de grandes distances du côté nocturne.
Les orages magnétiques.
Au cours des éruptions solaires géantes, les orages magnétiques sont causés par des fluctuations brusques du magnétisme terrestre. La tempête solaire de 1859 ayant fortement affecté les télécomunications télégraphiques et s’étant manifestée par des aurores polaires visibles jusqu’à l’équateur, a permis à l’astronome Richard Carrington de mettre en évidence la présence du vent solaire.
Un événement d’une telle ampleur mettrait aujourd’hui à mal les satellites artificiels de la Terre et l’ensemble des services connectés qui organisent nos sociétés.
Magnétosphère
Le vent solaire s’écoule de part et d’autre de la magnétosphère. En avant de la magnétopause se trouve la surface de choc, lieu où le plasma solaire est ralenti et chauffé avant de s’écouler dans la magnétogaine, zone de turbulence comprise entre la surface de choc et la magnétopause. Dans les régions exposées au Soleil se trouvent les cornets polaires qui agissent comme des entonnoirs dans lesquels les particules électrisées du vent solaire peuvent pénétrer et provoquer l’apparition d’aurores polaires. Les aurores, boréales dans l’hémisphère nord, ou australes dans l’Antarctique, se forment dans les zones aurorales nord et sud : la ionosphère.
La ionospère
L’ionosphère est la couche supérieure de l’atmosphère terrestre ionisée par les rayons UV solaires.
L’énergie électromagnétique disponible dans la magnétosphère est conduite dans la ionosphère par les courants de Birkeland. Cette énergie dans les couches supérieures de l’atmosphère produit les aurores polaires.
Les aurores polaires sont la manifestation la plus spectaculaire de ce transfert d’énergie.
La ionosphère commence à environ 70 km d’altitude et atteint plus de 1 000 km. La ionosphère de la Terre varie constamment en fonction de :
- l’heure de la journée ;
- la saison ;
- la position géographique ;
- l’activité solaire.
Cette zone de l’atmosphère est constituée de plusieurs couches conductrices en électricité et réfléchissant les ondes radioélectriques. Cette caractéristique est intéressante pour la détection des météores, mais en particulier dans le secteur des télécommunications. Elle ne peut pas être ignorée par les opérateurs de satellites, notamment pour perturber les calculs de géolocalisation.
Certains effet de la ionosphère sur l’activité humaine
Ondes Radio
L’état de la ionosphère détermine la qualité des communications radios. Il a également une influence sur les signaux issus des satellites.
Comprendre et prévoir les régions turbulentes de l’ionosphère et leurs effets sur les communications par satellite a d’importantes applications pour :
- les opérations militaires dans des sites distants ;
- les réseaux planifiés de satellites de télécommunications mobiles ;
- les systèmes de géolocalisation par satellite (GPS américain, GLONASS russe, Galileo européen).
En bleu foncé, la Ionosphère agit comme un miroir réfléchissant les ondes radio.
Propagation ionosphérique
On appelle propagation ionosphérique la propriété des ondes électromagnétiques de parcourir des distances plus grandes que la simple ligne de vue (limite de l’horizon) par réflexion sur l’ionosphère. Les conditions de la propagation ionosphérique dépendent de plusieurs facteurs tels le cycle solaire, l’heure et les saisons.
Puisqu’elle n’est pas limitée par la courbure de la Terre, cette propagation peut être utilisée notamment pour communiquer sur des distances intercontinentales.
Ce phénomène touche surtout les ondes courtes, soit les ondes à hautes fréquences. De ce fait, les ondes d’une station lointaine de radiodiffusion AM peuvent être perçues aussi clairement que si la station était rapprochée. Cela peut également se produire avec les stations de télévision à basses fréquences, lors de conditions particulières.
Original public domain image from Wikimedia Commons
Aurores polaires
Egalement appelées aurores boréales dans l’hémisphère nord et aurores australes dans l’hémisphère sud. On les nommait autrefois « lumières du nord ». Ce sont des phénomène lumineux atmosphériques souvent spectaculaires et caractérisés par des voiles extrêmement colorés dans le ciel nocturne, le vert étant prédominant.
Elles sont provoquées par l’interaction entre les particules chargées du vent solaire et la haute atmosphère. Les aurores se produisent principalement dans les régions proches des pôles magnétiques. Elles peuvent être visibles sous d’autres latitudes lors des épisodes les plus intenses.
Complément d’information sur la magnétogaine.
Une infographie sur les orages magnétiques.
Complément d’information sur la Radio AM.