Comprendre et prévoir les éruptions solaires

Les érup­tions solaires sont des évé­ne­ments qui ont lieu dans l’atmosphère du Soleil. Elles se carac­té­risent par des émis­sions de lumière et de par­ti­cules ain­si que, pour celles à très grande échelle, par l’éjection d’une bulle de plasma.

Com­prendre l’origine de ces phé­no­mènes est inté­res­sant à plu­sieurs niveaux. En pre­mier lieu, ces érup­tions repré­sentent un exemple proche de nous et bien obser­vé de phé­no­mènes phy­siques se pro­dui­sant dans tout l’Univers.

“ Le champ magnétique joue un rôle prépondérant ”

Mais c’est sur­tout en rai­son de leur impact sur l’environnement ter­restre que l’étude et la pré­vi­sion des érup­tions consti­tuent un enjeu important.

Elles génèrent en effet des per­tur­ba­tions mul­tiples qui touchent, entre autres, les géné­ra­teurs élec­triques au sol, les satel­lites et les sys­tèmes GPS et de communication.

Une structure en plusieurs couches

L’atmosphère solaire est struc­tu­rée en plu­sieurs couches dont la pho­to­sphère, qui équi­vaut à la sur­face du Soleil, et la cou­ronne, zone la plus externe où se pro­duisent les éruptions.

Il existe, au niveau de ces couches, un champ magné­tique qui joue un rôle pré­pon­dé­rant dans les érup­tions solaires. Jusqu’ici, les obser­va­tions n’avaient cepen­dant pas per­mis de com­prendre exac­te­ment le méca­nisme et les struc­tures impli­qués, notam­ment parce qu’il est dif­fi­cile de mesu­rer le champ magné­tique en tout point de la cou­ronne très chaude et peu dense.

Une formation en quelques jours

Une érup­tion sur­ve­nue dans la nuit du 12 au 13 décembre 2006 a per­mis une avan­cée impor­tante. La région du Soleil concer­née était obser­vée par le satel­lite japo­nais Hinode au moment de l’éruption et dans les jours la précédant.

Des don­nées sur le champ magné­tique de la pho­to­sphère, plus froide et plus dense que la cou­ronne, ont pu être recueillies par le satel­lite et ont per­mis aux cher­cheurs de cal­cu­ler l’évolution de l’environnement magné­tique dans la cou­ronne durant ce laps de temps.

À par­tir de cal­culs réa­li­sés à l’IDRIS (CNRS), les scien­ti­fiques ont mon­tré qu’une struc­ture carac­té­ris­tique, en forme de corde magné­tique, appa­raît pro­gres­si­ve­ment dans les jours pré­cé­dant l’éruption. Elle est com­plè­te­ment for­mée la veille du phénomène.

Ce résul­tat est tout à fait en accord avec les obser­va­tions faites au niveau de la pho­to­sphère et de la cou­ronne : la for­ma­tion de la corde magné­tique concorde avec l’évolution de taches solaires dans la région de l’éruption.

Leurs cal­culs mettent éga­le­ment en lumière que l’énergie de cette corde magné­tique aug­mente au fur et à mesure de son émer­gence depuis l’intérieur du Soleil.

Des points critiques

Grâce à une seconde série de simu­la­tions numé­riques, les cher­cheurs ont ensuite sui­vi l’évolution du champ magné­tique dans la cou­ronne une fois la corde présente.

“ Prévenir les conséquences sur Terre des tempêtes solaires ”

Leurs résul­tats montrent que cette struc­ture est bien à l’origine de l’éruption et est même néces­saire pour son appa­ri­tion : la tran­si­tion vers l’événement érup­tif n’est pas pos­sible avant sa formation.

Cette tran­si­tion a pu être carac­té­ri­sée par plu­sieurs cri­tères : un seuil éner­gé­tique et une alti­tude don­née au-delà de laquelle les arcades magné­tiques qui retiennent la corde s’affaiblissent. Si ces points cri­tiques sont dépas­sés, il y a érup­tion solaire.

Une météorologie de l’espace

Ces tra­vaux pro­posent une méthode qui pour­ra être utile pour la pré­vi­sion des érup­tions. En se fon­dant sur des don­nées magné­tiques accu­mu­lées en « temps réel » et une chaîne de modèles numé­riques adap­tés, il sera à terme pos­sible de pré­voir la météo­ro­lo­gie dans l’espace et de pré­ve­nir les consé­quences sur Terre des tem­pêtes solaires.

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Modèle du champ magné­tique dans la région où est sur­ve­nue une érup­tion majeure le 13 décembre 2006. Ce modèle est obte­nu à l’aide de don­nées du champ magné­tique mesu­ré à la sur­face du Soleil et d’un code de cal­cul adap­tif à haute réso­lu­tion. Il met en évi­dence la pré­sence d’une corde magné­tique (en gris) quelques heures avant l’éruption, main­te­nue à l’état d’équilibre par des arcades magné­tiques (en orange). © TAHAR AMARI, CENTRE DE PHYSIQUE THÉORIQUE, CNRS-ÉCOLE POLYTECHNIQUE

Propos recueillis par Alice Tschudy

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Ce texte est une adap­ta­tion de l’article ori­gi­nal publié par la revue Nature : Tahar Ama­ri, Auré­lien Canou et Jean-Jacques Aly, “Cha­rac­te­ri­zing and pre­dic­ting the magne­tic envi­ron­ment lea­ding to solar erup­tions”, Nature, 23 octobre 2014.

Sur le même sujet, on consul­te­ra avec inté­rêt la vidéo d’obsr­va­tion du soleil prise par la NASA à par­tir de son satel­lite SDO, et publié dans notre article :

Notre soleil vu par la NASA

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