Explications : Pourquoi ? Comment ?

 Comme nous avons pu constater, plusieurs problèmes apparaissent suite à la formation d’éruptions solaires. Nous allons donc donner des explications sur les perturbations qu’entrainent les orages magnétiques sur notre planète.

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- Pannes électriques et endommagement de transformateurs industriels ?

Les tempêtes magnétiques sont accompagnées de fortes fluctuations du champ magnétique à la surface de la Terre.

Ces perturbations induisent des courants élèctriques qui se propagent dans les conducteurs longs, comme les lignes hautes tensions et les câbles téléphoniques. Souvent, les réseaux électriques comportent des boucles, or, un champ magnétique variable peut y induire des différences de voltages incontrôlables et imprévisibles. Lors d’un puissant orage magnétique, la différence de voltage peut être de quelques centaines de volts. Ces courants créent une surtension qui entraine une surcharge du système de distribution et le réseau électrique est ainsi mis hors d’usage.

Par ailleurs, les surtensions font disjoncter le réseau, et peuvent endommager de gros transformateurs électriques qui coûtent des millions d’euros. Effectivement, les courants induits par le champ magnétique terrestre s’écoulent dans les enroulements des transformateurs des postes de conversion, ce qui produit un champ magnétique supplémentaire qui peut saturer le cœur des transformateurs. Cette saturation produit une surchauffe des transformateurs et une défaillance des relais et des autres appareils du réseau.

 

La vulnérabilité d'un réseau électrique aux perturbations géomagnétiques est accrue lorsque le réseau est lourdement chargé. La demande croissante d'électricité et la déréglementation de l'industrie incite les exploitants à faire fonctionner les réseaux électriques plus près de leurs limites, ce qui rend ces réseaux plus vulnérables aux perturbations extérieures.

 

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- Communications radios interrompue, affectation du positionnement GPS, et avions retardés ?

Les ondes voyageant par le biais de la haute atmosphère, la propagation des ondes radio est intimement liée à l’état de l’ionosphère. Elle peut être favorisée ou perturbée selon la fréquence de l’onde radio, la position géographique de l’émetteur et du récepteur ainsi que le moment où la communication est tentée. Le moment de la journée, la saison et le cycle solaire peuvent être des paramètres très importants dans certains cas.

 

 

Lors d’un sous orage géomagnétique, des faisceaux de particules chargée très énergétiques sont produites par les éruptions solaires et pénètrent dans l’ionosphère dans les régions proches des pôles magnétiques. Ainsi, l’ionosphère polaire devient très ionisée et est composée essentiellement de plasma (gaz composé de particules électriquement chargées). L’ionosphère ne remplit alors plus son rôle de « miroir ». En conséquence, une absorption forte est provoquée ainsi qu’un affaiblissement des signaux radios près des pôles, et les ondes peuvent alors souffrir de dispersion, être fortement voire totalement atténuées ou être réfractées, provoquant alors des interférences. De plus, la vitesse de propagation des ondes radioélectriques est modifiée.

Les communications téléphoniques et radios sont alors énormément perturbées. Il en est de même pour les systèmes de navigation modernes utilisant les signaux des ondes radioélectriques qui se propagent dans l’ionosphère, tels que le système de positionnement global (GPS).

Communications entre satellites et moyens de transport

Par ailleurs, un autre phénomène est responsable des perturbations de communications téléphoniques : les courants électriques supplémentaires causés par les tempêtes géomagnétiques engendrent le dysfonctionnement des câbles téléphoniques en modifiant leur tension électrique.

Schématisation d'un câble téléphonique

 

De plus, nous remarquons que les avions dont les vols traversent les ovales auroraux sont systématiquement retardés ou annulés en cas de forte activité solaire. Ceci s’explique par le fait que les avions communiquent par liaisons radios et que celles-ci sont brouillées lors d’orages magnétiques.

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- Perturbations des transmissions d’informations des satellites et pollution de l’espace ?

Les orages magnétiques sont accompagnés de vents solaires puissants qui dévient les satellites de leur trajectoire, ce qui peut les rendre défaillants si on ne les remet pas rapidement sur la bonne orbite.

Les orbites les plus touchées sont celles qui se situent hors de la magnétosphère et dans les ceintures de Van Allen. Les ceintures de Van Allen se peuplent de protons et d’électrons de haute énergie lors des sous-orages géomagnétiques pendant des semaines voire des mois, constituant une menace importante pour les satellites qui traversent ces régions, étant donné que ces particules pénètrent profondément à l’intérieur de la matière des satellites (quelques mm pour les électrons, quelques cm pour les protons). Elles y accumulent également des charges électriques qui font dysfonctionner le matériel informatique embarqué qui y est très sensible.

Les rayons cosmiques émis par le soleil durant ces orages peuvent détruire des composants électroniques vitaux des satellites, comme le système du contrôle de la latitude. Le satellite peut devenir totalement hors d’usage et venir s’ajouter aux déchets en orbite dans l’espace.

 

Schéma représentant les ceintures de Van Allen

Trajectoire des protons d'éruptions solaires

Pénétration d'un ion à travers un composant de satellite

Les satellites sont également affectés par les forts rayons UV émis lors des éruptions solaires car ils altèrent la structure cristalline des panneaux solaires et diminuent ainsi leur rendement.

Un autre effet concerne l’orbitographie (détermination des éléments orbitaux). Il est alors essentiel de connaître précisément la position de chaque satellite et même des débris spatiaux pour éviter les collisions. Nous constatons cependant que les satellites se déplaçant sur des orbites basses (moins de 800 kilomètres d’altitude) rencontrent une résistance de l’atmosphère, qui les ralentit et leur fait perdre en permanence de l’altitude. Lors de sous orages magnétiques, les réchauffements de l’ionosphère et l’augmentation de la densité qui s’en suit accélèrent cette perte d’altitude. Certains satellites peuvent ainsi perdre plus de 10km d’altitude en quelques jours. Or, tout changement intempestif d’orbite nécessite de nouveaux calculs fastidieux de leur position. Ces effets sont particulièrement gênants pour les satellites d’observation de la Terre tels que Spot, dont la position doit être connue avec une grande précision.

De plus, ces bouleversements entrainent parallèlement des perturbations du positionnement par GPS, dépendant du fonctionnement des satellites : mesure de position fausse, signal des satellites plus capté.

Schéma d'un satellite

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- Corrosion accrue des conduits pétroliers ?

On remarque que l’Alaska, le nord du Canada et la Sibérie, régions pétrolifères exposées aux sous-orages magnétiques, sont particulièrement concernées par la corrosion de leurs conduits pétroliers.

Les oléoducs et gazoducs sont de grands conduits pétroliers traversant plusieurs pays. Ils sont parcourus par des courants électriques parasites dont la tension subit une réelle augmentation lorsqu’une éruption solaire a lieu. Les pipelines sont alors soumis à des tensions supérieures à la « gamme anticorrosion ». Ce phénomène favorise la corrosion et l’oxydation de ces conduits, réduisant ainsi leur durée de vie.

Les pipelines sont fabriqués à partir de mélanges de métaux parmi lesquels le fer est présent. En présence d’humidité, il est bien connu que celui-ci rouille. Il s’agit d’une réaction qui met en jeu des électrons arrachés au métal : l’oxydoréduction. Le couple d’oxydoréduction eau et oxygène a un potentiel supérieur (+0,40v) à celui du fer (-0,44v), ce qui permet une réaction d’oxydoréduction quand ils sont en contact. En effet une oxydation se traduit par une perte d’électrons, et une réduction par un gain d’électrons. Dans une réaction d’oxydoréduction, un oxydant fixe un ou plusieurs électrons fournis par le réducteur.

De plus, la corrosion est accrue par les courants électriques qui se propagent dans le sol lors des orages et sous orages magnétiques : la différence de potentiel avec le sol peut devenir positive de plusieurs volts, entrainant un départ des électrons.

Couple d'oxydoréduction mis en jeu dans la formation de la rouille

Schématisation de l'oxydation

Fe – 2 e- => Fe 2+

Donc : Fe2+ + 2(OH-) => Fe(OH)2

½ O2 + H2O + 2 e- => 2(OH-)

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Aujourd’hui, l’énergie électromagnétique s’est installée un peu partout et a rendu l’homme dépendant de cette énergie : téléphones portables, ordinateurs, satellites, électronique des voitures, réseaux électriques… Un incident magnétique et c’est toute la civilisation humaine qui se voit démunie de sa force.

En effet, l'impact de la tempête solaire de 1859, considéré comme la plus forte, était resté modéré car notre civilisation technologique en était à ses débuts. Si une tempête similaire survenait aujourd'hui les dégâts seraient considérables.

 

Schéma représentant les effets néfastes d'une éruption solaire

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