Space weather

La météorologie de l'espace

Grâce à l'observation des phénomènes météorologiques dans l'espace, des chercheurs de l'Université de Calgary espèrent contribuer à réduire les dommages sur Terre
1 mai 2005
« Forts vents solaires suivis de pluies de météores » : voilà un bulletin météo pour le moins différent de nos prévisions météorologiques habituelles. Pourtant, dans l’espace extra-atmosphérique, c’est la routine.

Des chercheurs de l’Université de Calgary affirment que la météorologie spatiale pourrait avoir des retombées importantes sur la vie sur Terre et même contribuer à protéger les appareils et les systèmes que nous utilisons quotidiennement, des radios aux téléphones cellulaires en passant par les réseaux électriques.

La pluie, les giboulées et la neige sont des phénomènes météorologiques courants sur Terre. Les conditions météo dans l’espace prennent, en revanche, une forme complètement différente. Elles résultent de l’activité des électrons et des protons, deux des éléments qui, avec les neutrons, composent un atome. Ces particules en provenance du Soleil sont transportées par les vents solaires dans des nuages de plasma, constitués d’électrons et d’ions se déplaçant librement, qui se forment à des températures élevées. La majorité des particules sont déviées par le champ magnétique terrestre, mais certaines d’entre elles pénètrent dans l’atmosphère.

« Nous voulons comprendre les phénomènes physiques qui sous-tendent les réactions de notre haute atmosphère aux tempêtes solaires et déterminer comment prévoir et éviter certains de leurs effets néfastes », explique Andrew Yau, professeur au département de physique et d’astronomie de l’Université de Calgary.

Les conditions météorologiques dans l’espace peuvent, entre autres effets, causer des anomalies magnétiques susceptibles de mettre hors fonction des satellites — et de perturber les systèmes de communication et de navigation. Elles peuvent aussi avoir des répercussions sur les réseaux électriques.

Cette volonté de prévoir, et même de prévenir de telles situations, est la source de motivation de l’équipe de chercheurs dirigée par Andrew Yau. Les chercheurs travaillent actuellement à mettre au point la sonde de mesure de l’écoulement du plasma dans le vent polaire (ePOP). Cette sonde étudiera les conditions météorologiques spatiales dans l’ionosphère — la région située à une centaine de kilomètres au-dessus de la Terre, entre la haute atmosphère et la magnétosphère terrestre —, là où le vent solaire interagit avec le champ magnétique terrestre et provoque des perturbations ainsi que des phénomènes lumineux spectaculaires comme les aurores boréales.

La sonde canadienne ePOP voyagera à bord du nouveau satellite Cassiope dont le lancement est prévu pour 2007, vraisemblablement à partir d’une fusée russe. Cassiope représente une nouvelle génération de satellites plus petits et plus rentables. La sonde ePOP transportera un ensemble de huit instruments scientifiques, dont six sont conçus et construits au Canada, un provient du Japon et l’autre des États-Unis.

Dans le cadre du projet ePOP, l’équipe de recherche canadienne a sous sa responsabilité une série d’imageurs de plasma, de récepteurs d’ondes radio, de magnétomètres et de caméras qui recueilleront des données à des résolutions jamais atteintes jusque-là. La sonde ePOP réalisera une lecture en temps quasi réel de l’ionosphère en conjonction avec des stations radars au sol. Elle sera en mesure de fournir des données beaucoup plus rapidement que ne pouvaient le faire les anciens satellites.

« La sonde ePOP aura recours à un système de télécommunication appelé Cascade, le premier service de messagerie numérique spatial au monde », indique Berthier Desjardins, directeur du projet ePOP pour l’Agence spatiale canadienne. Ce service avant-gardiste de « messagerie du ciel » assurera le transfert de fichiers de données numériques allant jusqu’à 500 gigaoctets, soit l’équivalent de 500 camionnettes remplies de papier.

Avec le satellite Cassiope comme plateforme et le système Cascade qui servira de messagerie, la sonde ePOP nous permettra de mieux comprendre la météo de l’espace. Ainsi, il n’est peut-être pas loin le jour où vous consulterez la météo locale pour savoir si une tempête solaire est imminente.

Retombées

 

Les phénomènes météorologiques de l’espace peuvent causer des anomalies magnétiques qui perturbent, voire neutralisent les appareils de communication comme les téléphones cellulaires, les systèmes de navigation des avions et les lignes électriques. Une meilleure compréhension des conditions météorologiques spatiales pourrait permettre d’éviter quelques-uns de ces problèmes.

« Si nous savons qu’une tempête solaire se prépare, nous pouvons temporairement mettre hors fonction un satellite vulnérable et réacheminer sa charge de travail à un autre satellite », déclare Andrew Yau. Lui et son équipe utiliseront la sonde de mesure de l’écoulement du plasma dans le vent polaire (ePOP) pour mieux comprendre les phénomènes météorologiques et travailler à améliorer les prévisions météorologiques spatiales.

Cette meilleure compréhension de la météo de l’espace pourrait aussi être utile dans d’autres secteurs d’activité comme l’exploration spatiale. Les phénomènes qui affectent les instruments technologiques, comme les systèmes globaux de positionnement, pourraient aussi constituer une menace pour les astronautes et leur équipement. Si une mission est lancée vers Mars, on doit comprendre et prendre en considération les dangers associés aux conditions météorologiques spatiales. Sans même avoir à nous rendre jusqu’à Mars, nous pouvons, grâce à une meilleure connaissance de la météo spatiale, en apprendre davantage sur les raisons pour lesquelles Mars a perdu la majeure partie de son atmosphère et sur les risques que la Terre subisse le même sort.

Les travaux d’Andrew Yau portent aussi sur ce que le chercheur appelle l’« impulsion géomagnétique », un phénomène qui se produit quand il y a inversion des pôles Sud et Nord. Depuis sa découverte en 1831, le pôle Nord magnétique s’est déplacé. S’il continue à se déplacer au même rythme, on prévoit que, dans une cinquantaine d’années, il sera situé non plus au Canada mais en Russie. Une impulsion géomagnétique aurait cependant des conséquences beaucoup plus graves, et les relevés géologiques révèlent qu’une telle situation est déjà survenue dans le passé. Si elle devait se reproduire, nos systèmes de navigation pourraient être détruits. Une connaissance accrue des forces magnétiques en présence dans les phénomènes météorologiques spatiaux pourrait nous aider à solutionner ce casse-tête.

Il existe également un lien entre la météo spatiale et le climat de notre planète. Les chercheurs ont constaté que les tempêtes solaires avaient eu une certaine influence sur les changements climatiques à long terme. Comme le changement climatique est au cœur des préoccupations environnementales au Canada, mieux nous comprendrons ces aspects, mieux nous serons outillés pour protéger notre environnement.

Tous ces facteurs justifient la mise en œuvre de ce nouveau jalon majeur dans les efforts menés par le Canada pour demeurer à l’avant-scène des activités de recherche et développement sur l’espace. « Des projets comme la sonde ePOP contribuent à attirer et à garder ici les cerveaux dont le Canada a besoin pour rester à la fine pointe », explique Berthier Desjardins.

Partenaires

L’équipe du projet ePOP se compose de scientifiques et d’ingénieurs issus de trois organismes de recherche et de sept universités canadiennes : les universités de Calgary, de l’Alberta, de la Saskatchewan, de Western Ontario, du Nouveau-Brunswick, Athabasca et York.

Le Centre de recherche sur les communications, situé à Ottawa, ainsi que l’Institut de science spatiale et d’astronautique du Japon et l’U.S. Naval Research Laboratory sont aussi associés au projet.

MacDonald, Dettwiler and Associates (MDA) de Richmond, en Colombie-Britannique, Bristol Aerospace Limited de Winnipeg et EMS Technologies constituent les partenaires industriels du projet ePOP. La charge utile sera transportée à bord de Cassiope, la mission canadienne conjointe de sciences et télécommunications dont le lancement est prévu pour 2007.

Pour en savoir plus

Apprenez-en plus au sujet de la météo spatiale sur le site Web de l’U.S. National Weather Service. (Site anglophone)