Modélisation d'une corde magnétique pendant une éruption solaire

Comprendre et prévoir les éruptions solaires

Dossier : ExpressionsMagazine N°702 Février 2015
Par Tahar AMARI

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

Mod­éli­sa­tion de la corde mag­né­tique pen­dant l’éruption.
© TAHAR AMARI, CENTRE DE PHYSIQUE THÉORIQUE, CNRS-ÉCOLE POLYTECHNIQUE.

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.

LA CORDE MAGNÉTIQUE

À l’aide de données recueillies par satellite et de modèles, les chercheurs du Centre de physique théorique (CNRS-École polytechnique) et du laboratoire Astrophysique, interprétation, modélisation (CNRS-CEA-université Paris-Diderot) ont pu suivre l’évolution du champ magnétique solaire dans une zone ayant un comportement éruptif.
Leurs calculs mettent en évidence la formation d’un enchevêtrement de lignes de force magnétiques torsadées, appelé « corde magnétique », qui émerge de l’intérieur du Soleil et est associée à l’apparition d’une tache solaire, jouant un rôle important dans le déclenchement de l’éruption.
En caractérisant la transition vers l’éruption, ces travaux ouvrent la voie vers la prévision des tempêtes solaires qui affectent la Terre. Ils font la une d’un récent numéro de la revue Nature.

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Modèle du champ magnétique dans la région où est survenue une éruption solaire majeure
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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