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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