Effets d'une explosion solaire cataclysmique
Sommaire
- 1 L'éruption solaire
- 2 Cas d'une explosion solaire qui serait d'une puissance très supérieure à celle de 1859
- 3 Mécanisme de fonctionnement de l'arme EMP (Pulse Electro-Magnétique)
- 4 Effets sur les infrastructures
- 5 L'activité propre au soleil génère des rayons gamma ? Allons! Cela se saurait ...
- 6 Références
L'éruption solaire
Une éruption solaire est un événement primordial de l'activité du Soleil.
Lors d'une éruption solaire deux types de phénomènes sont essentiellement produits:
- Depuis la surface de la photosphère est projeté au travers de la chromosphère un jet de matière ionisée de plusieurs centaines de milliers de kilomètres de long. Ce jet de matière (plasma) peut-être éjecté dans l'espace et voyage amprs à une vitesse comprise entre 200 et 1000 km/s, dépendant de la puissance de l'éruption initiale.
- En plus des particules et des rayons cosmiques, l'éruption s'accompagne d'un intense rayonnement (UV, rayons X, etc.) qui perturbe les transmissions radioélectriques terrestres (orage magnétique) et provoquent l'apparition des aurores polaires en entrant en interaction avec le champ magnétique terrestre.
Ces deux composantes ne voyageant pas à la même vitesse elles arrivent au voisinage de la Terre de manière asynchrone, le premier mettant quelques à dizaines heures pour atteindre la terre, le second quelques minutes.
L'orage magnétique (plasma)
L'"orage magnétique" est provoqué par les rafales de matière coronale que le soleil éjecte. Ordinairement, le champ géomagnétique terrestre dévie la plupart de cette matière coronale. Toutefois une partie du plasma solaire peut s'approcher des couches les plus denses de l'atmosphère en circulant le long des lignes de champ magnétique ce qui crée des aurores boréales. Généralement elles se forment au niveau des cercles polaires, là ou les lignes de champ magnétique se rapprochent du sol tout en conservant une intensité suffisante.
Le phénomène se généralise lorsque la pression du plasma devient très intense, le champ géomagnétique terrestre s'écrase et la matière ionisée peut alors embraser l'atmosphère sous toutes les latitudes.
Ces vagues de plasma, lorsqu'elles sont importantes créent au niveau du sol des champs magnétiques induits: ce sont ces champs qui sont mesurés. Au delà d'un certain seuil d'activité elles provoquent ce que l'on nomme un orage magnétique. Il existe deux types d'orage magnétique:
- l'orage à "démarrage progressif" : d'intensité moyenne, aux conséquences plus localisées et se produisant souvent avec une certaine régularité correspondant à la période de rotation du Soleil sur lui-même.
- L'orage à "démarrage brutal" : (SSC : Storm Sudden Commencement) qui touche toutes les latitudes, plus intense pendant les maxima du cycle solaire et suivant les éruptions solaires (chromosphériques) de quelques dizaines d'heures, il est accompagné d'une intense émission de rayons UV et X affectant les couches ionosphériques, s'ajoutant à des averses de protons rapides ;
 Un orage magnétique est induit par l'activité des vagues de plasma solaire sur les lignes du champ magnétique terrestre. |
 Etendue et intensité d'un orage magnétique sur l'hémisphère nord. |
Nature des risques les plus élevés tels qu'identifiés par le NOAA
Une tempête géomagnétique dite "extrême" est notée notée G5 par la NOAA. C'est l'indice le plus élevé dans son échelle de notation. Une telle tempête aurait les effets suivants:
- Systèmes d'alimentation: généralisation des problèmes de contrôle des réseaux d'alimentation, certains systèmes de la grille peuvent s'effondrer complètement ou présenter des interruptions. Les transformateurs peuvent être endommagés.
- Satellites : les satellites peuvent rencontrer des problèmes liés à des dépôts de charge en surface (causant des arcs électriques), connaître des problèmes d'orientation, de communication et de suivi du satellite.
- Autres systèmes: les courants induits sur les pipelines peuvent atteindre des centaines d'ampères, la propagation des ondes radio HF peut être rendue impossible pendant un ou deux jours, la navigation par satellite peut être dégradée pendant quelques jours, la fréquence radio-navigation basse fréquence peut-être "out" pendant plusieurs heures. Des aurores sont observées à des latitudes de 40°.
Selon le NOAA type ce type tempête géomagnétique se produit 4 fois en moyenne par cycle de 11 ans.
Notons immédiatement 4 événements tous les 11 ans, ce n'est pas si rare! Cela nous laisse entrevoir l'existence possible de tempêtes géomagnétique d'ordres de puissance bien plus élevés.. Ci-après, j'ai projeté les probabilités que de tels événements géomagnétiques surviennent au-delà de l'indice G5 et jusqu'à des ordres de grandeur 100 000 fois supérieurs :
D'une lecture directe de ce tableau :
- un événement ayant 10 fois la puissance d'un G5 surviendrait une fois tous les 17 ans,
- un événement ayant 100 fois la puissance d'un G5 surviendrait une fois tous les 246 ans,
- un événement ayant 1000 fois la puissance d'un G5 surviendrait une fois tous les 5 346 ans !
Ce sont des échelles de temps qui ne rendent pas à un tel événement improbable lors de notre existence. Que se passera t-il alors ? Difficile à dire. On imagine toutefois que des orages géomagnétiques de cette force seraient susceptibles, de produire au niveau du sol des courants induits qui peuvent affecter le système électrique d'une manière similaire à certains effets d'une explosion EMP ; bien qu'il ne s'agisse pas directement d'une explosion EMP, ou alors d'une explosion EMP "molle".
Ce qui est certain à ce stade, c'est que cette hypothèse et ses risques ne semblent pas être correctement appréhendés puisqu'exempts d'indications sur le site du NOAA... La NASA a toutefois réalisé une étude prospective, sans toutefois que je ne puisse relever des comparaisons chiffrés.
- Voir Courants géomagnétiques induits sur wikipedia.
La tempête de radiations solaires (rayonnement)
Cas d'une explosion solaire qui serait d'une puissance très supérieure à celle de 1859
La tempête de 1859 est considérée comme la plus violente tempête solaire jamais enregistrée par l'homme (http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89ruption_solaire_de_1859). Toutefois, cette tempête s'est produit dans un contexte historique qui ne permet pas - à puissance égale- de comparer les effets qu'elle a eut sur la société d'alors avec les effets qu'elle aurait aujourd'hui: notre société actuelle est radicalement différente et, en particulier, est devenue totalement dépendante des moyens électroniques qu'elle a mis en place.
Le rayonnement solaire est quand à lui absorbé en grande partie par la haute atmosphère.
Si la quantité de plasma solaire (matière ionisée) reçue augmente (pour peu que nous soyons dans la direction du jet) le rayonnement incident aussi. S'il est acquit que la Terre reçoit pendant une éruption les classiques rayonnements infrarouges, UV, X ... il aussi possible qu'elle reçoive un rayonnement Gamma en provenance du soleil. Et cela s'apparenterait à scénario de cauchemar puisque c'est ce rayonnement qui est utilisé dans une explosion nucléaire pour créer un effet EMP ! (Electro-Magnetic Pulse)
Car si, notre atmosphère constitue normalement un écran opaque au rayonnement gamma, cela ne signifie pas pour autant qu'elle nous "protège" d'un effet qu'elle participe dans ce cas à créer: l'effet EMP.
En effet, si la cause d’un effet EMP est généralement l'intense émission de rayons gamma qui suit une explosion d'engin nucléaire, cet effet ne s’exerce pas directement. Les rayons gamma entrent en collision avec les électrons des molécules de l'air et les éjectent en leur communiquant une énergie importante selon un processus appelé "diffusion par effet Compton" : les électrons libérés entrent à leur tour en collision avec des électrons liés et ceci crée de nouveaux électrons libres et se désintègrent en formant une cascade d’électrons. Il se produit également de la lumière, c’est l’effet « Tcherenkov ».
Mécanisme de fonctionnement de l'arme EMP (Pulse Electro-Magnétique)
S'il y a bien un effet qu'il faut redouter, c'est précisément l'effet Compton. Précisément, les rayons gamma lorsqu’ils pénètrent l’atmosphère n’arrivent quasiment jamais jusqu’au sol : ils sont arrêtés par les couches denses de l'atmosphère qui les transforment en cascades d'électrons créant ainsi "l'effet EMP".
Malheureusement pour nous, ce sont les impulsions gammas libérées à 30 km et plus qui donnent naissance aux effets EMP de plus grande ampleur : leurs effets destructeurs sont considérablement amplifiés. Une couche de gaz ionisé se forme sous le point d’injection du rayonnement gamma dont le diamètre dépend de l'horizon lié à l'explosion. Considérant une diffusion de rayons gamma provenant du soleil, avec un niveau d'énergie suffisant, l’effet pourrait être incalculable.
Lorsque les électrons chargés arrivent au niveau du sol, sans protection, ils détruisent les équipements électriques en les mettant en court-circuit.
L'originalité des armes électromagnétiques réside dans le fait qu'ayant atteint un sous-élément conducteur de l'électricité, leur action peut se trouver propagée à distance par les conducteurs auxquels ceux-ci sont eux-mêmes reliés.
- Nuclear Weapon EMP Effects : décrit en détail la formation et la propagation de l'effet EMP dû à une bombe E.
- Référence à une expérience menées dans le cadre d'un Projet Argus (fait penser à l'explosion russe) : "three small devices were exploded in the Van Allen belts as part of Project Argus. That experiment was intended to explore the methods by which electrons were trapped and traveled along magnetic field lines."
- En octobre 1957 il a proposé une grande expérience à l'Armée de l'Air US : lancer des fusées avec de petites bombes atomiques, explosant dans l'espace. Les bombes atomiques produisent un grand nombre d'électrons énergétiques, et Christofilos espérait que ces électrons seraient emprisonnés dans le champ magnétique comme une ceinture de radiations artificielle.
- Background of the HAARP Project et les ceintures de Van Allen. Projet Argus: Comprendre les ceintures de Van Allen et Tester l'effet d'un pulse EMP ! (http://www.ias.ac.in/jarch/currsci/28/00000159.pdf)
Effets sur les infrastructures
Les courants destructeurs sont propagés par les antennes, et plus généralement par tous les fils conducteurs, les objets métalliques (comme les avions ou même les armatures métalliques des constructions). Le réseau de distribution électrique serait complètement paralysé.
Dans une ville, une zone habitée ou un espace industriel, il y aurait une perte immédiate des moyens d’alimentation électrique, des outils de communication. Paralysie pouvant s’étendre sur plusieurs mois.
Et même si les lieux sont protégés et blindés contre ce type d’attaque, la moindre faille peut permettre au souffle électromagnétique d’atteindre sa cible.
La présence d'électronique dans la plupart des systèmes utiles aux activités civiles, les rendent particulièrement vulnérables aux effets des attaques électromagnétiques. Une attaque EMP à grande échelle toucherait de nombreux secteurs critiques que sont l'approvisionnement électrique, les communications, les transports, le système bancaire ou encore les commodités, impactant de manière très sensible l'activité économique, voire les activités les plus basiques des particuliers.
De nombreuses infrastructures industrielles, usines de produits chimiques, raffineries ou encore centrales électriques gèrent leurs installations grâce à des systèmes électroniques (SCADA), qui régulent les différents flux en envoyant des ordres à des automates programmables industriels (API ou PLC). Ces modules électroniques ne sont généralement pas protégés contre les IEM et peuvent être installés dans des zones reculées. Plusieurs incidents liés à des impulsions électromagnétiques accidentelles sur les modules SCADA de pipelines et de gazoduc, ont eu des conséquences désastreuses.
Les interconnexions entre chacune des infrastructures essentielles aux activités humaines renforcent cette vulnérabilité et augmentent le nombre de points d'entrée pour les effets dévastateurs d'une attaque électromagnétique. Elles constituent également un risque de dommages en cascade, la mise hors service d'un réseau critique entraînant la chute des infrastructures qui en dépendent. La perte des réseaux de communications, essentiels à la coordination des services d'urgences et de dépannage, entraverait les opérations d'assistance aux personnes et la reconstruction des systèmes touchés par l'IEM.
Cela peut produire une perte des moyens de défense d’un pays ainsi qu’un aveuglement des stations de surveillance. Les espaces médicaux (type hôpitaux), des milliers de personnes hospitalisées en soins intensifs, reliées à des appareils électro-mécaniques ou en chirurgie lourde se retrouveraient privées de ces aides et en danger de mort.
Les installations informatiques, les appareils de radio-transmissions, les véhicules ou encore les missiles, qui disposent tous de systèmes électroniques sont particulièrement exposés aux risques électromagnétiques: les commandes de tous les avions, civils ou militaires, cesseraient de répondre, condamnant les personnes à bord. Les sous-marins proches de la surface et soumis à ce souffle, se retrouveraient sérieusement paralysés et risqueraient de sombrer…
Dans son rapport de 2008, l'EMP Commission américaine a estimé qu'une impulsion électromagnétique déclenchée à une altitude comprise entre 50 et 130km d'altitude, au dessus d'une zone Baltimore-Washington-Richmond, produirait une impulsion couvrant un rayon d'au moins 800km et causerait des dégâts cumulés pouvant atteindre plus de 770 milliards de dollars. Dans les conditions les plus favorables, avec des infrastructures protégées au mieux contre les attaques EMP, les dégâts entraîneraient des pertes de 9 à 34 milliards de dollars.
Ces évaluations concernent la pire des hypothèses, à savoir une impulsion électromagnétique de forte puissance d'origine nucléaire.
Une expérience menée par les russes en octobre 1962, appelée ‘Operation K’
(ABM System A proof tests) 300-kt burst at 290-km altitude near Dzhezkazgan. Prompt gamma ray-produced EMP induced a current of 2,500 amps measured by spark gaps in a 570-km stretch of 500 ohm impedance overhead telephone line to Zharyq, blowing all the protective fuses. The late-time MHD-EMP was of low enough frequency to enable it to penetrate the 90 cm into the ground, overloading a shallow buried lead and steel tape-protected 1,000-km long power cable between Aqmola and Almaty, firing circuit breakers and setting the Karaganda power plant on fire.
Effet Tcherenkov dans l'espace
Les astronautes des missions Apollo s'étaient tous plaints de phosphènes lors de leurs missions. On découvrit que ces troubles visuels lumineux étaient dues à l'effet Tcherenkov de particules du vent solaire à l'intérieur du liquide oculaire des astronautes. Dans son livre, "Sonate au clair de terre", le spationaute français Jean-Loup Chrétien indique que de tels phosphènes se produisent sur Terre, au rythme d'un ou deux par année pour une personne moyenne. Dans la station Mir, Chrétien en a vu quelques uns par jour… Cet effet est beaucoup plus marqué chez les astronautes des missions lunaires, qui ne sont plus protégés par le champ magnétique terrestre.
L'activité propre au soleil génère des rayons gamma ? Allons! Cela se saurait ...
En dehors de l'effet compton inverse qui produit des quantités diffuse de rayonnement gamma dans l'atmosphère solaire, on ne se sait que depuis très peu d'années que le soleil génère directement de tels rayonnements : 2002.
En effet, c'est depuis 2002 qu'un satellite - RHESSI - étudie le soleil dans le gamma. Et la réponse est OUI! LE SOLEIL EMET DES RAYONS GAMMA! Mais pas exactement là où on les attendait, c'est à dire qu'ils ne se situent pas à l'emplacement du point d'émission des rayons X.
Voir ces deux animations du phénomène ou les rayonnements de haute énergie sont indiqués en bleu et rouge:
- http://svs.gsfc.nasa.gov/stories/RHESSI_20030902/images/rhessi_AR10039_320x240.mpeg
- http://svs.gsfc.nasa.gov/stories/RHESSI_20030902/images/multisun_noinstr_320x240.mpeg
