Éruptions solaires : des chercheurs de l’X à la une de “ Nature ”

Tahar AMARI et son équipe ont publié dans la revue « Nature » leurs tra­vaux d’ob­ser­va­tion et de cal­cul per­met­tant de pré­voir l’éner­gie maxi­male libé­rée lors d’une érup­tion solaire. 

L’atmo­sphère du Soleil est sans cesse per­tur­bée par des érup­tions solaires, dont les plus intenses sont sus­cep­tibles d’impacter les ins­tal­la­tions tech­no­lo­giques de notre pla­nète (réseaux de satel­lites de com­mu­ni­ca­tion, de loca­li­sa­tion, dis­tri­bu­tion d’électricité, tra­fic aérien, etc.). 

“On peut estimer l’énergie maximale libérable par l’éruption solaire”

Afin d’améliorer la pré­vi­sion de ces érup­tions, une équipe de cher­cheurs a mis au point un modèle capable d’estimer l’énergie maxi­male poten­tiel­le­ment libé­rée lors d’une érup­tion solaire. 

Ces tra­vaux, menés par Tahar Ama­ri et Auré­lien Canou du Centre de phy­sique théo­rique (CNRS / École poly­tech­nique), en col­la­bo­ra­tion avec Jean-Jacques Aly du labo­ra­toire d’Astrophysique, inter­pré­ta­tion – modé­li­sa­tion (CNRS / CEA / Paris- Dide­rot), Fran­çois Delyon du Labo­ra­toire de phy­sique théo­rique de la matière conden­sée (CNRS / Sor­bonne Uni­ver­si­té) et Fré­dé­ric Alau­zet de l’Inria, ont fait la une de Nature le 8 février 2018. 

Une équipe spécialiste des éruptions solaires

En 2014, une équipe de recherche pilo­tée par Tahar Ama­ri fai­sait déjà la une de la pres­ti­gieuse revue grâce à la mise en évi­dence d’une struc­ture par­ti­cu­lière des lignes de champs magné­tiques qui forment une corde tor­sa­dée dans les heures pré­cé­dant une érup­tion solaire. 

Mais alors qu’il s’était concen­tré sur les érup­tions éjec­tant de la matière, le cher­cheur s’est, cette fois-ci, inter­ro­gé sur le méca­nisme régis­sant les érup­tions sans éjec­tion de masse, qui peuvent être tout aus­si puis­santes mais ne libèrent de l’énergie que sous la forme de rayon­ne­ments puissants. 

Rendre visible l’invisible

« Pour avoir accès au champ magné­tique, nous avons étu­dié les der­nières heures de la “gros­sesse” qui a don­né nais­sance à l’éruption », explique Tahar Ama­ri. Le cher­cheur image ain­si le phé­no­mène afin de mieux faire com­prendre la méthode, ana­logue à une écho­gra­phie, qui leur a per­mis de déduire le champ magné­tique dans l’atmosphère du Soleil. 

En effet, les méthodes d’observation « clas­siques », qui consistent à ana­ly­ser le spectre de lumière du Soleil pour en déduire le champ magné­tique, ne fonc­tionnent pas pour l’atmosphère solaire car ce spectre est dégra­dé par les très hautes températures. 

Afin d’observer l’éruption, ce « bébé magné­tique », Tahar Ama­ri récolte des don­nées qu’il image comme des écho­gra­phies magné­tiques : « En mesu­rant le champ magné­tique à la sur­face du Soleil, nous en dédui­sons les champs magné­tiques dans l’atmosphère solaire. L’analogie s’arrête ici car contrai­re­ment à une écho­gra­phie qui observe l’intérieur du corps, notre méthode per­met de voir le bébé magné­tique à l’extérieur du Soleil à par­tir de mesures à sa surface. » 

Les mesures réa­li­sées par des satel­lites sont cou­plées à la réso­lu­tion d’équations dans un modèle théo­rique déve­lop­pé par les cher­cheurs et simi­laire aux modèles météo­ro­lo­giques. Grâce à cette métho­do­lo­gie, les cher­cheurs ont réus­si à déter­mi­ner la forme des champs magné­tiques dans la cou­ronne solaire. 

Dans leur modèle, le com­por­te­ment de l’atmosphère ter­restre est rem­pla­cé par le com­por­te­ment de l’atmosphère solaire qui obéit à des lois de la phy­sique bien spé­ci­fiques : la dyna­mique des fluides élec­tri­que­ment conducteurs. 

En réa­li­sant une suc­ces­sion de ces écho­gra­phies (mesures + réso­lu­tions par leur modèle théo­rique), ils ont pu, dans la conti­nui­té de leurs tra­vaux de 2014, mettre en évi­dence qu’une corde magné­tique se déve­lop­pait éga­le­ment lors de ces érup­tions sans éjec­tion de masse. 

La nature des éruptions solaires déterminée par un rapport de force magnétique

Les cher­cheurs ont fait une autre décou­verte : la corde gran­dit dans un « cocon », une cage de champs magné­tiques, qui aide la corde à se déve­lop­per en la confi­nant à proxi­mi­té du Soleil. Lorsque la corde est suf­fi­sam­ment intense, un rap­port de force s’établit alors entre elle et sa cage. 

Écho­gra­phie magné­tique à l’aide des don­nées du champ magné­tique à la sur­face du Soleil (satel­lite SDO de la NASA) et d’un modèle puis­sant mul­ti-échelles, quelques minutes avant le début de l’éruption. Le résul­tat révèle la pré­sence d’une cage magné­tique ren­for­cée mul­ti­couche (jaune, rose, blanc) dans laquelle se déve­loppe pen­dant les der­nières heures avant l’éruption la corde magné­tique (bleu).
© Tahar Ama­ri et al./Centre de phy­sique théo­rique (CNRS-École polytechnique)

Dans le cas de l’éruption obser­vée le 24 octobre 2014, les cher­cheurs ont pu éta­blir que la cage était suf­fi­sam­ment ren­for­cée pour rete­nir la corde et l’empêcher d’éjecter de la matière. Leur modèle théo­rique dyna­mique va plus loin car à par­tir de don­nées mesu­rées dix minutes avant l’éruption, les cher­cheurs ont été capables d’estimer l’énergie maxi­male libé­rable par l’éruption solaire. 

Cette méthode les a aidés à bien com­prendre le rap­port de force entre la cage et la corde : ain­si, comme dans l’éruption qu’ils ont étu­diée, une cage très ren­for­cée empêche l’éruption de pro­duire une éjec­tion de masse. Mais ce modèle est éga­le­ment valable pour les érup­tions qui éjectent de la masse : en affai­blis­sant la cage dans leur modèle, ils ont démon­tré que si cette der­nière n’est pas assez ren­for­cée par rap­port à la corde, l’éruption va pou­voir rompre la cage en éjec­tant une bulle magné­tique de plasma. 

Des conséquences pour le GPS

Tahar Ama­ri et ses col­la­bo­ra­teurs ont ain­si amé­lio­ré la com­pré­hen­sion des méca­nismes qui régissent les érup­tions solaires et laissent ain­si entre­voir la pos­si­bi­li­té de réa­li­ser des pré­vi­sions pré­coces de leurs inten­si­tés, s’ils dis­posent de mesures en amont d’une érup­tion solaire. 

Ce para­mètre est essen­tiel pour anti­ci­per notam­ment l’extinction de satel­lites dont les appa­reils tech­no­lo­giques pour­raient être endom­ma­gés, cou­pant ain­si les accès au sys­tème GPS ou aux réseaux de communication. 

Ces pré­vi­sions ne seront pos­sibles qu’à condi­tion de dis­po­ser de suf­fi­sam­ment de don­nées néces­si­tant l’envoi de nou­velles mis­sions, dans les­quelles la France est impli­quée, afin de sur­veiller le Soleil sous dif­fé­rents angles. 

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