Observer et prédire la météo spatiale au Canada
Station radar SuperDARN (Paride Legovini, Wikimedia Commons)
Station radar SuperDARN (Paride Legovini, Wikimedia Commons)
Quels sont les liens avec mon programme d'études?
Découvre comment les scientifiques canadiens observent et prédisent la météo spatiale.
Une prévision météorologique fournit habituellement des renseignements sur les nuages, les précipitations ou le vent. Mais savais-tu qu’il y a un autre type de prévisions météorologiques? Il s’agit des prévisions météorologiques spatiales!
Météo spatiale : tout commence avec le Soleil
La météo spatiale est causée par le Soleil. Il projette des particules chargées (électrons ou protons) dans le système solaire. C’est ce qu’on appelle le vent solaire. Le champ magnétique de la Terre forme un bouclier invisible qui redirige le vent solaire autour de notre planète. Cette bulle magnétique est appelée magnétosphère et est des milliers de fois plus grande que notre planète!
Tandis que la magnétosphère de la Terre nous protège contre le vent solaire, les lignes du champ magnétique sont tirées et étirées par le vent solaire. Ce mouvement de tirage et d’étirement cause des courants électriques au fur et à mesure que les particules chargées sont poussées autour de la bulle magnétique de la Terre. Quand le Soleil est plus actif, il projette plus de vent solaire qui vient assaillir le champ magnétique de la Terre, ce qui a pour conséquence de causer des courants électriques plus puissants. Lorsque les conditions sont ainsi perturbées, on parle alors d’orage géomagnétique ou de tempêtes météorologiques spatiales. Découvrons quels sont les effets de ces tempêtes sur la Terre, ainsi que le travail des gens qui tentent de les prédire.
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Illustration couleur de volutes de matière orange soufflée du Soleil en direction de la Terre.
Le Soleil est illustré par une sphère orange lumineuse dans le coin inférieur gauche. Le champ magnétique du Soleil est représenté par de fines lignes orange formant une forme qui ressemble à une pomme dans l’espace autour du Soleil. Des traînées vaporeuses sont diffusées à partir du Soleil vers la Terre. Cela crée une lueur orange à l’extérieur du champ magnétique et des lignes droites orange qui se déploient vers le champ magnétique de la Terre.
La Terre est visible dans le coin supérieur droit. La toute petite planète est entourée par son immense champ magnétique mauve. Une partie du champ magnétique de la Terre ressemble à une petite bulle ovale qui fait face au Soleil et l’autre partie ressemble à une queue en forme de goutte qui s’étire vers la droite, en direction opposée au Soleil. Le champ est illustré par des couches concentriques de divers tons de mauve, indiquant les lignes du champ.
Météo spatiale et ionosphère
L’ionosphère joue un rôle très important dans la météorologie spatiale. Dans cette région (à partir d’environ 60 km jusqu’à quelques centaines de kilomètres), une partie de l’air a été scindée en électrons et en ions. C’est pour cette raison que l’ionosphère est nommée ainsi. C’est une zone importante pour la météo spatiale parce que les courants électriques qui circulent autour de la magnétosphère peuvent seulement se connecter ensemble dans l’ionosphère par l’entremise de courants électriques horizontaux. La majorité des phénomènes liés à la météo spatiale qui posent un danger pour les humains sont dus au fait que ces courants horizontaux circulent à quelques centaines de kilomètres au-dessus de la surface de la Terre.
Le savais-tu?
Les aurores se produisent dans l’ionosphère quand les particules chargées entrent en collision avec notre atmosphère.
Répercussions de la météo spatiale
En 2012, une puissante éjection de masse coronale provenant du Soleil à manquer de peu la Terre. Elle a été observée par un satellite scientifique de la NASA appelé STEREO. Si la Terre s’était trouvée à un point différent de son orbite, cela aurait pu entraîner des milliards de dollars de dommages.
La météo spatiale peut influencer le courant électrique sur Terre. En 1989, une tempête solaire a perturbé le réseau de distribution électrique d’Hydro-Québec. Cela a entraîné une panne de courant de neuf heures. Les tempêtes solaires causent de telles perturbations en faisant surchauffer et en endommageant les transformateurs. Les transformateurs augmentent et diminuent la tension dans un système électrique. Lorsqu’ils tombent en panne, l’électricité ne peut pas circuler à travers le réseau.
La météo spatiale peut aussi endommager les satellites. Les gens dépendent des satellites pour certains services de télévision, d’Internet et de téléphonie cellulaire. Nous avons aussi besoin des satellites pour utiliser le système de localisation GPS. En 1994, une tempête solaire a endommagé deux satellites de communications canadiens. Par conséquent, la compagnie a perdu des millions de dollars. Depuis cet incident, les tempêtes solaires ont endommagé de nombreux autres satellites.
La météo spatiale influence les systèmes reliés au champ magnétique de la Terre. Cela comprend les systèmes d’arpentage et de forage qui utilisent le champ magnétique de la Terre pour localiser des emplacements. Durant les tempêtes solaires, ces systèmes deviennent moins exacts. Elle peut aussi influencer les courants dans les longs conducteurs électriques comme les lignes électriques et les pipelines. Cela peut faire en sorte que le métal contenu dans ces objets se corrode plus rapidement.
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Diagramme couleur de protons d’éruptions solaires affectant différentes choses autour de la Terre.
L’atmosphère de la Terre est illustrée par trois couches dans des tons de mauve différents. La couche la plus foncée est la plus éloignée de la surface de la Terre et la plus claire est la plus rapprochée.
En partant de la couche supérieure, il y a un satellite et un autre engin spatial. De longues flèches rouges pointent du coin supérieur droit vers chacun d’eux. Elles sont étiquetées « Protons des éruptions solaires ». Une flèche verte plus petite pointe à partir du coin supérieur gauche vers le bas, vers l’engin spatial. Elle est étiquetée « Électrons énergétiques ». Une inscription indique « Dommage à l’électronique des vaisseaux spatiaux ». De longues flèches bleues en zigzag partent du satellite et pointent vers le bas vers un avion juste au-dessus de la surface de la Terre sur laquelle se trouve un tracteur dans un champ.
Dans la couche en dessous, une épaisse flèche jaune pointe vers la gauche et est étiquetée « Courants ionosphériques ». À la droite, deux petits nuages bleus traversent les flèches provenant du satellite plus haut. Ils sont étiquetés « Scintillations des signaux GPS ».
Dans la couche la plus basse, trois flèches différentes pointent vers le gros avion blanc. La première est la longue flèche rouge étiquetée « Protons des éruptions solaires ». L’endroit où elle rencontre l’avion est étiqueté « Effets des radiations sur l’avionique ». La deuxième est la flèche bleue en zigzag qui provient du satellite. La troisième est un éclair rose étiqueté « Perturbations des ondes radio HF ». Un deuxième éclair rose s’étire vers un petit édifice au sol. En dessous, un plus petit avion à hélice rouge tire un long câble. Il n’y a pas de flèche qui pointe vers cet avion, mais il est étiqueté « Interférence magnétique dans les levés d’exploration ».
Au sol, en partant de la gauche, une ligne de transport d’électricité est étiquetée « Courants induits géomagnétiquement dans les réseaux électriques ». Près de la fin de la ligne de transport d’électricité se trouve l’édifice avec l’éclair rose étiqueté « Perturbations des ondes radio HF » qui pointe vers son toit. En dessous, une ligne jaune menant à un chevalet de pompage de pétrole est étiquetée « Courants telluriques dans les pipelines ». À la droite, une ligne blanche traverse l’eau entre deux masses terrestres et est étiquetée « Effets induits dans les câbles sous-marins ».
Prédire la météo spatiale au Canada
Tout comme la météo sur Terre, la météo spatiale peut faire l’objet de prévisions. L’Agence spatiale canadienne et Ressources naturelles Canada collaborent pour améliorer les prévisions de la météo spatiale.
Le Centre canadien de météo spatiale est une source centrale d’information. Des scientifiques d’universités canadiennes ont conçu ce site Web et le gèrent. Le site comprend de nombreux outils qui aident les scientifiques à prédire les graves perturbations des conditions météorologiques spatiales.
Un des types d’information qu’ils et elles fournissent est les prévisions solaires à long terme. Il s’agit de prévisions de 27 jours de l’activité magnétique pour trois régions du Canada, soit la calotte polaire, la zone aurorale et la zone sub-aurorale.
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Carte en noir et blanc du Canada avec trois cercles concentriques dont le centre est le pôle Nord.
Le plus petit cercle couvre la majeure partie des îles de l’Arctique du Canada. Il est étiqueté « Calotte polaire ».
Le deuxième plus grand cercle comprend les parties continentales des Territoires du Nord-Ouest et du Nunavut, la presque totalité du Yukon ainsi que les parties du nord de la Colombie-Britannique, de l’Alberta, de la Saskatchewan, de l’Ontario, du Québec et du Labrador. Il est étiqueté « Zone aurorale ».
Le plus grand cercle s’étend par-delà les limites de la carte. Il comprend les parties au sud des provinces de l’Ouest et des prairies, le centre du Canada et toutes les provinces de l’Atlantique. Il est étiqueté « Zone sub-aurorale ».
Tu peux explorer l’activité prévue pour chaque région ici.
Que remarques-tu quand tu regardes ces trois graphiques?
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Trois graphiques en noir et blanc représentant les prévisions pour les mêmes dates dans trois régions différentes.
Tous les graphiques ont le même axe X. Il est marqué de dates allant de 2023-10-20, à gauche, jusqu’à 2023-11-15, à droite. Les axes Y sont étiquetés « DRX (nT) », mais chaque graphique couvre une plage différente entre 0 et 300. Le côté droit de chaque graphique est étiqueté à différents niveaux. Le plus bas est « Calme ». Le suivant est « Agitée ». Puis « Active ». La partie la plus élevée de chaque graphique est étiquetée « Orageux ». Des barres noires dans chaque graphique représentent la plage d’activité pour chaque journée.
Le graphique du haut est intitulé « Polaire ». Son axe Y est marqué de 0 à 200. Ses barres noires vont de 40-50 pour leur extrémité inférieure jusqu’à 70-90, pour leur extrémité supérieure. Elles se trouvent majoritairement dans la partie « Agitée » du graphique.
Le graphique du milieu est intitulé « Aurorale ». Son axe Y est marqué de 0 à 300. Ses barres noires vont de 30-50 pour leur extrémité inférieure jusqu’à 70-90, pour leur extrémité supérieure.
Le graphique du bas est intitulé « Sub-aurorale ». Son axe Y est marqué de 0 à 120. Ses barres noires vont de 0-5 pour leur extrémité inférieure jusqu’à 20-25, pour leur extrémité supérieure.
Il est également possible de consulter les prévisions à court terme et les rapports. Ceux-ci couvrent les 24 dernières heures et les 24 heures à vernir. Des codes de couleurs aident les utilisateurs et utilisatrices à comprendre le niveau d’activité orageuse.
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Tableau couleur avec des colonnes pour les trois régions et des rangées pour six périodes.
Le titre, « Rapport et Prévision de l’activité magnétique pour 2023-11-09 18:45 TU (2023-11-09 13:45 TU) », est en caractère gras en haut du tableau. Les colonnes sont étiquetées, de gauche à droite : « Sub-aurorale », « Aurorale » et « Polaire ». Les rangées sont étiquetées, de haut en bas : « Rapport de 24 heures », « Rapport de 6 heures », « Conditions actuelles », « Prévision de 6 heures », « Prévision de 24 heures » et « Prévision des 24 heures suivantes ». Chaque cellule contient une ou deux phrases décrivant le niveau d’activité, avec un fond de couleur correspondant. Les cellules « Calmes » sont en vert, les « Agitées » sont en jaune, les « Actives » sont en orange clair et les « Orageuses » sont en orange foncé. Une large boîte de texte est située sous le tableau et dit « Aucune veille d’orage n’est en vigueur ».
Le rapport de 24 heures pour la zone sub-aurorale indique des conditions calmes avec une période de conditions agitées. Les conditions sont aussi calmes pour le rapport de 6 heures et pour la période actuelle. Les prévisions de 6 heures, de 24 heures et des 24 heures suivantes sont aussi calmes.
Le rapport de 24 heures pour la zone aurorale indique des conditions agitées avec une période de conditions orageuses. Le rapport de 6 heures indique des conditions calmes avec une période active. Les conditions actuelles sont calmes. La prévision de 6 heures indique des conditions calmes avec une période agitée. La prévision de 24 heures indique des conditions agitées avec une période active. La prévision des 24 heures suivantes indique des conditions calmes.
Le rapport de 24 heures pour la zone polaire indique des conditions calmes avec une période de conditions agitées. Le rapport de 6 heures indique des conditions agitées. Les conditions actuelles sont calmes. La prévision de 6 heures indique des conditions agitées. La prévision de 24 heures indique des conditions calmes avec une période agitée. La prévision des 24 heures suivantes indique des conditions agitées.
Ces prévisions avertissent les industries des tempêtes solaires qui sont à venir. Les compagnies aériennes peuvent modifier leurs trajectoires de vol, les compagnies d’électricité peuvent faire des ajustements à leur réseau de distribution et les services de localisation GPS peuvent diffuser des alertes. De plus, les opérateurs et opératrices peuvent faire passer les satellites en mode survie ou éteindre les systèmes qui pourraient être endommagés.
Le savais-tu?
Les phénomènes météorologiques spatiaux ne sont pas tous causés par le Soleil! Un volcan sur Terre est entré en éruption en janvier 2022. Cela a causé une « super bulle » dans l’ionosphère. Celle-ci a perturbé les systèmes de navigation des satellites!
Observer la météo spatiale au Canada
CASSIOPE
Le Canada observe la météo spatiale à l’aide d’un satellite nommé CASSIOPE, soit l’acronyme en anglais pour Cascade Smallsat and Ionospheric Polar Explorer. Il utilise un ensemble d’instruments scientifiques appelé ePOP pour observer l’ionosphère.
L’appellation « ePOP » est un autre acronyme anglais, qui signifie « enhanced Polar Outflow Probe ». Le tout comprend huit instruments scientifiques. Il s’agit d’imageurs de plasma, de récepteurs d’ondes radio, de magnétomètres et de caméras.
Le professeur Andrew Yau de l’Université de Calgary (en anglais) dirige le projet ePOP. Son équipe (en anglais) comprend des chercheurs et chercheuses et des ingénieurs et ingénieures provenant de sept universités canadiennes. Le Centre de recherches sur les communications Canada, l’Institut des sciences spatiales et astronautiques du Japon et le Naval Research Laboratory des États-Unis sont aussi des partenaires du projet.
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Un hexagone bleu contenant une illustration couleur d’un satellite dans l’espace au-dessus d’une aurore.
Le satellite est un bloc hexagonal couvert de panneaux grillagés bleus brillants. Des tiges grises avec des embouts dorés sortent de trois coins et trois minces antennes sortent du côté éloigné. Un des murs de l’hexagone est de couleur dorée avec un cylindre noir. Un faisceau blanc sort du cylindre et pointe vers la surface courbe de la Terre en dessous.
En arrière-plan, il y a d’épaisses traînées de lumière verte et mauve juste au-dessus de la surface blanche et bleue de la Terre. Surplombant le tout, l’espace noir est parsemé de minuscules étoiles blanches.
Dans le bas du logo se trouvent des logos plus petits de l’ASC et de CASSIOPPE, sur un demi-cercle blanc.
L’Observatoire géospatial canadien
L’Observatoire géospatial canadien soutient les chercheurs et chercheuses dans leur collecte de données sur la météo spatiale. Ces données sont utilisées pour améliorer l’observation météorologique spatiale.
La météo spatiale peut être observée et comprise de différentes façons. Par exemple, les scientifiques peuvent combiner des mesures provenant de l’espace et de la Terre. Ils et elles peuvent suivre les ondes radio afin de découvrir comment elles sont absorbées et réfléchies par la météo spatiale. Ils et elles peuvent aussi observer les tendances et les emplacements des aurores. En analysant toutes ces données, les chercheurs et chercheuses peuvent mieux comprendre la météo spatiale et ses répercussions sur la Terre.
Deux projets financés par l’Observatoire géospatial canadien sont le Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN) et Space Environment Canada.
SuperDARN
SuperDARN est un réseau mondial de systèmes de radars développé par l’Université de Saskatchewan. Les scientifiques utilisent ces radars pour surveiller les conditions dans l’ionosphère et la magnétosphère. Cela aide les chercheurs et chercheuses à comprendre comment la météo spatiale affecte la circulation des particules chargées dans ces trois régions.
SuperDARN exploite cinq radars au Canada. Ceux-ci sont situés à Saskatoon, Prince George, Rankin Inlet, Inuvik et Clyde River.
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Photographie couleur de rangées de tours en forme de T dans un champ.
À droite se trouve une rangée de 15 à 20 hautes tours argentées et étroites, en forme de T. La poutre principale verticale tout comme la poutre transversale de chaque T sont composées de poutrelles de métal. Une autre rangée de quatre tours semblables est visible au loin, à gauche. Il y a une petite cabane grise entre les deux rangées.
Le champ est plat avec de l’herbe et des buissons verts. En premier plan, on peut voir une courte clôture barbelée et dans le haut de la photo, le ciel bleu avec quelques nuages gris vaporeux.
Space Environment Canada (SEC)
SEC est le chef de file dans les recherches sur l’ionosphère. Il s’agit d’un réseau pancanadien qui comprend plus de 100 instruments au sol. Ceux-ci procurent aux chercheurs et chercheuses beaucoup de données! Ces données sont disponibles gratuitement. Elles sont utilisées dans les missions spatiales canadiennes et internationales.
L’installation Space Environment Canada est basée à l’Université Athabasca, l’Université de l’Alberta et l’Université de Calgary. Elle utilise des magnétomètres et les instruments suivants :
- imageurs plein ciel – caméras spécialisées qui prennent des images de l’ensemble du ciel pour étudier les aurores;
- riomètres – appareils qui mesurent l’intensité des ondes radio provenant de l’espace pour étudier les propriétés de l’ionosphère;
- spectrographes – appareils qui décomposent la lumière en couleurs individuelles et enregistrent leur intensité. Cela aide les scientifiques à analyser la composition chimique des objets.
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Neuf photographies couleurs d’instruments et de personnes, disposées en trois rangées.
En partant du coin supérieur gauche, la première image montre des petites boîtes blanches et des cylindres dorés montés sur un plateau rond et argenté. La deuxième image montre des blocs verts et blancs couverts de neige et montés sur un anneau argenté. Le tout est situé devant une personne, à la hauteur de sa taille, vêtue d’un habit de neige. La troisième image montre un long cylindre noir posé sur le plancher, avec un câble et un commutateur noir à une extrémité. La quatrième image montre une personne qui porte un chapeau et un gilet réfléchissant, se tenant debout à côté d’un arbre et saluant de la main. La cinquième image montre des ordinateurs et d’autres boîtes avec des fils et des câbles, montés sur des étagères en métal, dans un cabanon en contreplaqué. La sixième image montre une lentille de caméra qui pointe vers le ciel, montée sur une boîte grise, avec une rangée de tours en métal en arrière-plan. La septième image montre une personne qui regarde un enchevêtrement de câbles dans un haut caisson blanc, dans un atelier. La huitième image montre une banque de petites boîtes avec des lumières rouges et oranges, dans une pièce sombre. La dernière image montre une pyramide hexagonale faite de tiges de métal argentées, avec une boîte argentée fixée à son sommet.
Les technologies novatrices canadiennes aident à faire progresser notre compréhension de la météo spatiale. Plus nous en apprenons à ce sujet, mieux nous pouvons gérer ses effets sur la Terre!
Parlons sciences apprécie le soutien et la validation de contenu offert par l’Agence spatiale canadienne lors de l’élaboration de ce document d’information.
En savoir plus
Qu’est-ce que la météo de l’espace?
Page d’information de Stelvision sur la météorologie de l’espace particulièrement l’activité solaire.
ICON : Mieux comprendre la Ionosphère (2019)
Cette vidéo (9 min 24 s) de HobbySpace introduit la mission de la NASA consacrée à la Ionosphère ICON.
Références
Government of Canada. (2023, Jun. 1). Geospace Observatory (GO) Canada: Monitoring and predicting space weather. Canadian Space Agency.
Government of Canada. (2021, Mar. 22). Space weather effects on technology. Space Weather Canada.
Government of Canada. (2021, Mar. 22). 27 day magnetic activity forecast. Space Weather Canada.
Howell, E., & Whalen, D. (2015, Jun. 3). Caution light: The Anik E2 solar disruption and its effect on Telesat Canada. Science Direct. https://doi.org/10.1016/j.spacepol.2015.02.002.
NASA. (2019, Dec. 10). 10 Things to Know About the Ionosphere.