Les chercheurs ont créé un système de feux de signalisation amélioré pour prédire les tempêtes géomagnétiques. Ils testent actuellement dans quelle mesure ces algorithmes peuvent nous préparer à l’arrivée de tempêtes spatiales susceptibles de faire des ravages en détruisant les satellites dans l’espace et les réseaux électriques sur Terre.
Yuri Shprits, scientifique spatial au Centre allemand de recherche en géosciences à Potsdam, a pour mission de sauver notre planète.
Nous savons depuis longtemps qu’une grande partie de notre mode de vie moderne est menacée par les caprices du soleil. Si notre étoile entre soudainement dans une période plus active, cela peut provoquer des tempêtes géomagnétiques qui détruisent les satellites ou provoquent des pannes d’électricité sur Terre.
Mais pouvons-nous prédire quand ces tempêtes arriveront, comment elles affecteront l’environnement et les infrastructures de la Terre et garantir que nous y sommes préparés ? C’est ce sur quoi Shprits a travaillé, en commençant par un projet européen nommé Bipeur qui s’est déroulé de 2020 à 2023.
Prédire la météo spatiale
L’objectif des chercheurs était de développer un algorithme capable d’extraire les données des télescopes et des satellites d’observation du soleil ainsi que celles des satellites en orbite autour de la Terre. Sur cette base, ils pourraient prédire quand une dangereuse tempête géomagnétique se dirige dans notre direction et quelles en seraient les conséquences pour les infrastructures dans l’espace et au sol.
À cette fin, les chercheurs ont connecté différents modèles informatiques de l’environnement solaire et de l’espace proche de la Terre.
Dans le meilleur des cas, a déclaré Shprits, cela pourrait « nous prendre une heure ou deux pour calculer ce qui arriverait sur Terre et quels effets cela aurait sur l’environnement proche de la Terre, mais il faudrait en réalité deux jours pour que cette perturbation se manifeste. arriver. »
Comme l’accumulation des radiations potentiellement nocives pour les satellites peut prendre encore quelques jours, cela pourrait laisser un peu de temps pour se préparer.
L’algorithme conçu par l’équipe PAGER est actuellement mis à l’épreuve pour voir à quel point il peut être utile.
« Après des décennies de recherche spatiale fondamentale, qui ont commencé avec la découverte du premier satellite américain en 1958 avec des rayonnements spatiaux nocifs, nous sommes enfin parvenus à un point où nous avons atteint des capacités prédictives », a déclaré Shprits. « Nous sommes très excités. »
Front de tempête
Une tempête géomagnétique se produit lorsqu’une puissante éruption solaire interagit avec le champ magnétique de notre planète.
Lorsque le vent solaire se déplace du soleil vers la Terre, il peut transporter des particules chargées qui interagissent avec le champ magnétique protecteur de la Terre. Celles-ci s’échauffent davantage à l’intérieur de la magnétosphère, créant des particules hautement énergétiques qui peuvent être nocives pour les satellites.
La collision de ces particules avec des particules de l’atmosphère terrestre peut produire les magnifiques aurores boréales vues depuis la Terre. Mais ils représentent également un danger car ils peuvent interférer avec les systèmes électroniques des satellites. De telles tempêtes géomagnétiques ont récemment frappé nos installations spatiales.
En février 2022, la société américaine SpaceX a perdu 38 de ses satellites Internet Starlink lorsqu’une puissante tempête géomagnétique les a ramenés dans l’atmosphère terrestre après leur lancement.
La société américaine Intelsat a quant à elle perdu le contrôle de son satellite Galaxy 15 en avril 2010 à cause d’une tempête géomagnétique. « Il a commencé à dériver, menaçant d’autres engins spatiaux, à cause des interférences de fréquence », a expliqué Shprits. « Cela pourrait être très coûteux car le prix d’un vaisseau spatial peut dépasser le milliard d’euros. »
Les tempêtes géomagnétiques causent également des problèmes sur Terre. Les courants électriques qu’ils créent peuvent surcharger les centrales électriques et provoquer des pannes temporaires. Cela s’est produit au Québec, au Canada, en 1989, lorsqu’une tempête géomagnétique a provoqué une panne d’électricité généralisée de neuf heures.
De très fortes tempêtes en octobre et novembre 2003 ont provoqué une interruption des services par satellite, des anomalies sur de nombreux satellites et une interruption des communications, des réseaux électriques et de la navigation GPS dans de nombreuses régions du monde.
Ceintures de rayonnement
La plupart des satellites géocroiseurs opèrent également dans les ceintures de rayonnement terrestre, une région de l’espace située jusqu’à près de 58 000 kilomètres au-dessus de notre planète, où de nombreuses particules chargées sont piégées par le champ magnétique terrestre. Ces ceintures peuvent s’intensifier considérablement lors des tempêtes.
« Les satellites GPS opèrent au cœur de ces ceintures, là où les radiations sont les plus dommageables », a expliqué Shprits. Même si ces vaisseaux spatiaux sont bien protégés, les particules les plus énergétiques peuvent pénétrer leur blindage et néanmoins les endommager.
Pour se protéger contre les événements solaires, les pays d’Europe et les États-Unis disposent de centres de prévision météorologique spatiale capables de prévoir l’arrivée de fortes tempêtes sur Terre. Cependant, jusqu’à récemment, ces prédictions n’étaient pas liées à des modèles capables de prédire le rayonnement dans l’espace, la manière dont ce rayonnement pénétrerait dans les vaisseaux spatiaux ou les effets potentiels sur Terre.
Dans le cadre du projet PAGER, des scientifiques européens et américains ont combiné les modèles du soleil et de l’environnement solaire avec ceux de l’environnement terrestre pour développer un système prédictif complet.
Shprits a souligné que « certaines prévisions météorologiques spatiales sont vraiment complexes et alambiquées et que les parties prenantes n’ont parfois pas de doctorat en physique spatiale. Elles veulent juste savoir si cela sera sûr ou non ».
Feu de circulation spatial
L’objectif de l’équipe PAGER était donc de créer un système de feux tricolores simple basé sur des prédictions. Il indique à un opérateur de satellite si les conditions dans l’espace sont susceptibles d’être sûres ou non.
Grâce à PAGER, un opérateur saura immédiatement si la situation est rouge et devra envisager de mettre temporairement les satellites en mode de protection ou si les opérateurs de réseau électrique doivent prendre des mesures préventives. Le jaune signifie qu’ils doivent se méfier des effets potentiels, tandis que le vert indique que tout va bien.
« Le vert signifie ‘ne vous inquiétez pas, il ne se passe rien' », a déclaré Shprits. « Parfois, c’est en fait ce qui leur est le plus utile, car avec les tempêtes, ils veulent un signe clair qu’ils peuvent reprendre leurs opérations normales. »
Pour effectuer ces calculs, PAGER fonctionne en permanence sur des machines puissantes dans un centre informatique du Centre allemand de recherche en géosciences.
« Habituellement, les prévisions les plus difficiles sont effectuées au milieu de la nuit afin de ne pas surcharger les ordinateurs », a expliqué Shprits.
Il a expliqué que son équipe s’est tournée vers la prévision des probabilités, expliquant qu’il est pratiquement impossible de faire des prévisions très précises à long terme sur les effets de la tempête.
» Si on dit qu’avec une certitude de 80 %, il y aura des conditions très dures dans l’espace, c’est la même chose que pour la météo terrestre, quand on nous dit qu’il y a 80 % de chances qu’il pleuve. «
« Cela nous donne l’idée qu’il vaut mieux prendre un parapluie. C’est la même chose avec les satellites. »
Affiner les modèles
Shprits est actuellement en discussions avec l’Agence spatiale européenne (ESA) pour un nouveau projet qui permettrait à l’ESA d’adopter certains des modèles PAGER dans son fonctionnement.
L’objectif est de continuer à améliorer les services de prévision et d’améliorer de plus en plus l’analyse des événements météorologiques spatiaux entrants.
« Nous essayons d’utiliser l’apprentissage automatique dans de nombreux endroits et de l’intégrer dans cette infrastructure. Nous essayons également d’utiliser toutes les données disponibles en temps réel et de les mélanger à nos prévisions afin que les mesures puissent affiner nos modèles. »
Une autre chose qui pourrait aider serait davantage de données satellitaires. Shprits a expliqué qu’un prochain projet de l’ESA visant à surveiller l’environnement radiatif proche de la Terre fournira « des mesures en temps réel des rayonnements agressifs dans la magnétosphère, ce qui nous serait vraiment utile ». Pour ce faire, il survolera les ceintures de radiations et prendra des mesures.
« Il existe également des propositions visant à installer des détecteurs de rayonnement sur tous les engins spatiaux commerciaux », a-t-il déclaré. « Cela nous aiderait certainement à avoir une image bien meilleure et plus large de ce qui se passe dans l’espace. Nous avons maintenant développé des outils pour utiliser toutes ces données et améliorer nos prévisions. »