Conception d’un nouveau système d’alerte pour la météorologie spatiale
L’espace dispose lui aussi d’une météo aussi, et elle peut avoir des impacts considérables: sur la Terre et pour notre équipement et notre personnel en orbite. Les tempêtes géomagnétiques, par exemple, sont causées par des particules et des radiations électromagnétiques émises par le soleil et qui atteignent la planète. Cela perturbe la magnétosphère terrestre et peut entraîner le dépôt de charges électriques dans les composants des satellites, provoquant des mini-décharges qui peuvent détruire les composants électroniques. Les particules énergétiques peuvent également être nocives pour les astronautes, perturber les communications radio et induire des courants susceptibles d’endommager les réseaux électriques. Dans le cadre du projet PAGER financé par l’UE, une équipe d’experts universitaires et industriels de premier plan a créé un nouveau système capable de prévoir les tempêtes géomagnétiques à un ou deux jours. Le système permettra aux opérateurs de satellites européens d’évaluer les menaces potentielles et d’agir en conséquence. «Des prévisions fiables peuvent aider les opérateurs à mettre le matériel en mode de sécurité, à éviter les lancements de satellites lorsque les conditions sont perturbées, à éviter la maintenance ou les mises à niveau et à émettre des alertes. Elles peuvent également aider à mieux comprendre les raisons des anomalies spatiales», explique Yuri Shprits, professeur de physique spatiale et de météorologie spatiale à l’Université de Potsdam chez GFZ-Potsdam, coordinateur du projet PAGER.
Courants circulaires et environnements de ceintures de radiations
Le nouveau système prédit notamment l’état des courants annulaires et de la ceinture de radiation des environnements terrestres, deux populations de particules énergétiques piégées par le champ magnétique de la Terre. Lorsqu’une tempête géomagnétique frappe la Terre, le courant annulaire et les particules de la ceinture de radiation sont excités et peuvent endommager les satellites, même ceux qui sont bien protégés. «Prévoir avec précision l’état des courants annulaires et des ceintures de radiation nous permet d’estimer les risques associés à cet environnement hostile», explique Yuri Shprits.
Prévision du risque de charge des satellites
Les parties prenantes du gouvernement et de l’industrie ont besoin de prévisions avec un délai suffisant pour leur permettre de réagir. Pour y remédier, le système PAGER modélise l’environnement spatial à partir des images du Soleil, afin de pouvoir prédire le vent solaire (le flux de particules chargées provenant du Soleil) avec un délai d’un à deux jours. Ces prévisions sont ensuite combinées avec d’autres données, appelées «codes», sur l’environnement spatial et la charge des satellites, y compris le courant annulaire et la ceinture de radiation. «Il a fallu déployer des efforts considérables pour rassembler ces codes et les coupler afin qu’ils puissent fonctionner ensemble», ajoute Yuri Shprits. Le résultat final était un délai de quatre jours pour les prévisions concernant la ceinture de radiation, et de deux jours pour la charge de la surface des satellites. Pour garantir le niveau de confiance élevé des prédictions, l’équipe a adapté les codes pour permettre des prédictions distinctes avec différents niveaux de confiance: en regroupant le scénario le plus probable et le scénario le plus pessimiste. Un simple système de feux tricolores permet aux utilisateurs de comprendre clairement et facilement le risque lié à la charge des satellites. Le système fournit également des prévisions sur les vents solaires, en utilisant des alertes en temps réel sur les éjections de masse coronale: une autre forme de météorologie spatiale qui peut avoir des répercussions importantes sur les systèmes électriques de la Terre.
Un effort de collaboration
Selon Yuri Shprits, il était essentiel de disposer d’une équipe d’experts universitaires et industriels de premier plan capables de modéliser des phénomènes relevant de différents domaines de recherche, notamment la génération et la propagation du vent solaire, son influence sur le courant annulaire et les ceintures de radiation, ainsi que la charge des satellites. «Nous fournissons actuellement le code de la ceinture de radiation et les prévisions concernant la plasmasphère au NASA Community Coordinated Modeling Center. À l’avenir, nous souhaitons transférer notre logiciel vers l’ESA », explique Yuri Shprits. Le système est accessible sur le site web du projet PAGER.
Mots‑clés
PAGER, espace, météo, tempêtes géomagnétiques, satellite, charge, ceintures de radiation, électromagnétique, infrastructure