Dans la même collection :

Chasseur de comètes, Michel Ory, 192 pages

L’IA peut-elle penser ?, Hubert Krivine, 128 pages

Les exoplanètes, Flavien Kiefer, 208 pages

Transition énergétique, Bertrand Cassoret, 160 pages

Les trous noirs. À la poursuite de l’invisible, 2e édition, Alain Riazuelo, 208 pages

Le climat dans tous ses états, Pierre Martin, 192 pages

Pourquoi le nucléaire, Bertrand Barre, 176 pages

Initiation à la physique quantique. La matière et ses phénomènes, Valerio Scarani, 192 pages

L’univers secret de la cryptographie, Gilles Dubertret, 176 pages

La matière noire. Clé de l’Univers ?, Francoise Combes, 192 pages

Constellations et légendes grecques, Marie-Francoise Serre, 224 pages

La météo à l’origine de tous nos maux ?, Jacques Fontan, 160 pages

Pour toute information sur notre fonds et les nouveautés dans votre domaine de spécialisation, consultez notre site web :

www.deboecksuperieur.com

Remerciements

Le chapitre 4 sur les impacts de la météorologie doit beaucoup à l’aide de Kader Amsif, qui nous a fourni les documents du CNES donnant les chiffres relatifs aux débris spatiaux. Nous remercions également Denis Bousquet, Global Chief Technical Officer and Space Underwriting chez AXA XL pour avoir accepté de nous communiquer quelques-uns des chiffres sur l’assurance spatiale. Une partie de ce qui concerne le climat a été préparée en collaboration avec Thierry Dudok de Wit, professeur à l’université d’Orléans et chercheur au LPCEE. Nous le remercions de son aimable autorisation. Le chapitre 5 doit beaucoup au témoignage du major Lionel Birée, que nous remercions également.

Nous tenons à remercier nos amis collègues et étudiants qui ont accepté de nous fournir gracieusement des illustrations : le plus grand photographe d’éclipses solaires, Jean Mouette /IAP-CNRS-SU ; l’un des plus brillants jeunes astrophotographes, Maxime Tessier ; Mike Rietveld, responsable de la section chauffage du consortium EISCAT ; Aude Chambodut sans qui la France ne brillerait pas si fort dans l’expertise magnétique ; les étudiants qui nous ont accompagnés en mission polaire ; Anne Vialatte et Eliott Curaba. Un merci spécial et chaleureux à Cyril Simon Wedlund pour son accompagnement et ses photographies.

Préface

Entre le 2 et le 4 août 1972, vers la fin de la guerre du Vietnam et entre deux vols spatiaux remarquables, ceux d’Apollo 16 et Apollo 17, un groupe de taches solaires baptisé McMath Region 11976 produit une série de flashs très intenses. De violentes éruptions, dans la ligne de visée de la Terre, sont observées à la surface de notre étoile. Et le 4 août, une tempête de particules issue d’une éruption surpuissante heurte notre globe. Le ciel s’allume de draperies incandescentes ; de spectaculaires aurores polaires éclairent l’Amérique du Nord et l’Europe, jusqu’en Espagne. La tempête provoque de nombreux incidents dans les réseaux électriques et de communication des États-Unis et du Canada. Et, plus surprenant, le tsunami de particules solaires déclenche la détonation simultanée et spontanée d’au moins deux douzaines de mines marines américaines dans le golfe du Tonkin. Conçues pour exploser aux abords des ports du Nord-Vietnam quand la grande masse métallique d’un bateau passe à proximité, elles ont été leurrées par un signal émis à… 150 millions de kilomètres de là.

Loin d’être la plus violente de toutes les manifestations observées sur le Soleil depuis quatre siècles – à partir de l’invention de la lunette –, cet aléas marque tous les chroniqueurs des événements célestes, pour une bonne raison : si, au même moment, des astronautes étaient partis pour la Lune, qu’ils aient été dans leur capsule ou à la surface de notre satellite naturel, ils auraient été irradiés et ne seraient sans doute jamais revenus vivants. Les calculs montrent que les doses d’irradiation reçues auraient été semblables à celles enregistrées lors de l’accident de l’usine de retraitement de Tokaimura, qui a eu lieu au Japon le 30 septembre 1999, où les normes acceptées pour ces radiations ont été dépassées de 4 000 fois, et qui a fait deux morts et un blessé grave.

Le Soleil, la Terre et la Lune, mais aussi l’espace ont besoin qu’on pose eux un nouveau regard. Depuis quelques décennies, nous vivons, sans aucun doute, une révolution majeure. Cinq siècles après les voyageurs de la Renaissance partis cartographier les terræ incognitæ du Nouveau Monde, et cinq siècles, toujours, après la révolution copernicienne qui a délogé la Terre du centre de l’Univers d’alors, de nouvelles explorations et des découvertes scientifiques majeures nous obligent à penser le monde autrement. Comme Kepler le fit en fiction dans Le Songe, les récits des hommes sur la Lune et leurs photos de la Terre vue de loin nous ont transportés dans un ailleurs hostile, stérile et désolé, où la seule vue rassurante est celle d’une petite boule bleue suspendue dans un ciel noir. Vaisseau spatial de l’Humanité, mais aussi de toutes les vies qu’elle héberge et protège, cette planète-là est bien plus complexe que nous l’imaginions. Et surtout, elle est en constante interaction avec ses éléments naturels et son environnement. Ce livre, Météorologie de l’espace, en est une formidable démonstration.

À l’image du temps vu par saint Augustin – « Qu’est-ce que le temps ? Quand on ne me le demande pas, je le sais ; mais dès qu’on me le demande et que je tente de l’expliquer, je ne le sais plus » –, pour un large public, la définition de l’espace est souvent confuse. Il est confondu avec son exploration habitée – ridiculement proche et très souvent propagandiste –, avec son utilisation satellitaire – pour des services de communication, de météo, pour l’observation civile et le renseignement militaire – ou encore avec l’idée d’un ailleurs infini, parfois effrayant, souvent fantasmé et régulièrement détourné. L’espace dont il est question dans les pages qui suivent, est le fruit d’une histoire dont les auteurs – tous scientifiques passionnés et avides de comprendre la complexité du monde – nous racontent combien il fut long et difficile d’en prendre la mesure. Quatre siècles d’histoire des sciences qui embrassent de nombreux champs et voient émerger une discipline originale, la météorologie de l’espace, dont les enjeux récents ne sont pas encore suffisamment connus.

Nous constituons sans aucun doute une civilisation solaire, dont l’avenir, si nous réussissons à traverser les multiples crises globales qui s’annoncent, dépendra de la source d’énergie qui a permis à la vie de s’établir et de prospérer sur cette planète depuis 4 milliards d’années, celle du Soleil, une étoile parmi des milliards de milliards d’autres. Tous parents, mais tous différents, les humeurs de ces lampions nucléaires autorisent – ou non – une vie stable et pérenne dans les « zones d’habitabilité ». Et nous nous sommes habitués, tout jeunes et nouveaux que nous sommes, à bénéficier d’une heureuse constance de l’activité solaire. Las, nos progrès scientifiques et techniques fulgurants nous ont aussi rendus spatio-dépendants. Les flux de données qui alimentent nos sociétés gavées d’informations, nos échanges, notre sécurité et bientôt nos milliards d’objets connectés peuvent être coupés si de violentes tempêtes solaires viennent à endommager ou à détruire ces réseaux mondialisés. Tout le monde comprend donc l’intérêt de la prévision, de la prévention, et mesure la nécessité de mettre en place des systèmes d’alerte chargés d’éviter un black-out total dont l’impact serait considérable.

Mais l’intérêt de la météorologie de l’espace n’est pas seulement utilitaire. Elle participe aussi à cette redécouverte d’une Terre que nous croyons bien connaître. D’une planète que nous devons habiter autrement, au risque de disparaître, en en comprenant la complexité, les zones d’ombre, la variabilité de ses frontières, l’interdépendance avec son étoile, bref, en pénétrant au cœur d’une science en marche, guidés par d’infatigables explorateurs. Dont le désir de partage est ardent comme un joyeux rayon de soleil !

Alain Cirou

Crédit : Cyril Simon Wedlund, IPAG-CNRS / IWF-Graz, Autriche.

Introduction

La météorologie de l’espace est une discipline récente, à l’interface entre l’astrophysique et la géophysique, ainsi qu’entre la recherche fondamentale et la prévision opérationnelle pour de nombreuses applications industrielles, publiques, civiles ou militaires. Elle vise à prévoir les variations de l’activité solaire, et à quantifier leurs effets sur l’environnement spatial et sur notre monde technologique. L’Organisation de coopération et de développement économiques (OCDE) l’a classée en 2011 parmi les cinq risques planétaires, à l’égal des risques financiers systémiques, des cyberrisques, des troubles sociaux et… des pandémies.

Pourtant, elle est encore mal connue du grand public. Le propos de ce livre est de pallier cette méconnaissance, non pour rajouter du stress à un monde déjà hautement anxiogène, mais pour informer et partager. Au cours des dernières décennies, nous avons considérablement reculé les bornes de notre environnement. Nous les avons repoussées jusqu’au Soleil lui-même. Et nous avons appris que nous sommes, à bien des égards, tributaires de ses sursauts.

Jusqu’à la fin du xixe siècle, la physique cantonnait les sources d’énergie du Soleil à de la chimie, essentiellement celle du charbon. Elle expliquait également que la « force1 » centrifuge compensait la force de gravité à quelques kilomètres d’altitude, au-dessus desquels il ne pouvait plus y avoir d’atmosphère, mais peut-être un éther sur lequel « s’appuyait » la lumière pour se propager. Les caractéristiques de cet éther étaient peu contraintes et peu connues. Pourtant, des interrogations apparaissaient çà et là. Les premiers sondages à haute altitude contredisaient les prévisions, et la détermination de l’altitude des aurores polaires montrait qu’il existait quelque chose de dynamique au-dessus de cent kilomètres. De quoi pouvait-il s’agir ? Les avancées de l’électromagnétisme posaient également des problèmes importants. Ce qu’on observait au laboratoire devait se produire dans le champ magnétique de la Terre. Comment, avec quelle périodicité ? L’observation des taches solaires montrait une curieuse périodicité qui semblait corrélée avec celle des aurores polaires : coïncidence ou causalité ? C’était alors le temps des interrogations.

Mais au début du xxe siècle, la physique a fait des progrès considérables, et la source d’énergie nucléaire du Soleil a bientôt été mise en évidence. En parallèle, des émetteurs radio révèlent que notre atmosphère s’étend bien au-delà des quelques kilomètres prédits, qu’elle existe encore à plus de trois cents kilomètres, où se trouvent non seulement du gaz électriquement neutre mais aussi des ions et des électrons. D’où viennent-ils ? Des physiciens aventureux démontrent que la source principale en est le Soleil. Il leur a fallu une audace inouïe pour supposer qu’il émettait du rayonnement énergétique et aussi que des particules pouvaient s’en échapper en dépit de sa gravité fantastique. C’est alors le temps de la découverte de notre espace, l’objet du chapitre 2.

L’ère spatiale et la complexification de l’instrumentation au sol vont bientôt conférer au tableau toute sa richesse, faite d’une multitude de détails. Elles vont mettre en branle le tableau encore rigide et statique qui prévalait jusqu’aux années 1950, et montrer à quel point l’environnement spatial varie d’une heure à l’autre parfois. Tout bouge, et tout s’y mélange : particules, champ électrique, champ magnétique. Les zones qui nous entourent sont multiples, subtiles, toujours en interaction, jamais clairement délimitées. Le chapitre 3 fait la part belle à cette révolution conceptuelle2.

Ainsi, nous avons choisi, pour aborder la météorologie de l’espace, l’approche historique. Elle permet de rendre hommage aux précurseurs et de mettre en perspective les progrès acquis. Une perspective étourdissante, vertigineuse même, tant l’accélération a été forte ces dernières décennies.

Le chapitre 4 est l’aboutissement de cette maturation impressionnante, et le cœur du sujet. Il détaille toutes les implications de l’activité solaire sur notre environnement spatial, sur notre technologie moderne. Elles sont nombreuses, et un événement solaire de grande envergure pourrait avoir des conséquences économiques importantes, dont nous donnons les estimations aujourd’hui en notre possession.

Le cinquième et dernier chapitre n’est certainement pas un travail de prospective : l’expérience nous a appris à être prudents, et nous savons que même si nous écrivons le futur, le futur n’est pas écrit. Il est l’ouverture vers les méthodes modernes encore en état de défrichage pour les prévisions opérationnelles : la mise en réseau, le big data, l’intelligence artificielle3. Ainsi la météorologie de l’espace est-elle passée, en un siècle, du questionnement de paillasse aux centres opérationnels les plus sophistiqués.

Le lecteur notera certainement un détail qui nous a nous-mêmes surpris au cours de la rédaction de cet ouvrage. Les chapitres 1 et 2 regorgent de noms de scientifiques. Il est passionnant d’y constater combien, bien avant l’ère numérique, les échanges étaient déjà vifs et abondants en science, d’un pays à l’autre, sans barrière de langue. Puis, subtilement, le chapitre 3 – le temps de la complexité – substitue des sondes spatiales et des grands instruments terrestres aux humains. Les noms des scientifiques pâlissent, on devine simplement qu’ils continuent à exister à l’ombre des instruments, mais on constate qu’ils sont presque devenus secondaires, effacés par un torrent de données. Le chapitre 5 est la suite logique de cette évolution : le big data et l’intelligence artificielle prennent cette fois le pas sur les grands instruments eux-mêmes. Un seul scientifique ne peut plus en maîtriser les calculs, il y faut des équipes entières, où l’individu semble se diluer dans la masse.

S’il est difficile d’échapper à cette tendance, nous pensons qu’elle n’est qu’une illusion. Nous sommes tous les quatre des acteurs de la recherche en météorologie de l’espace, nous travaillons sur l’ionosphère, la magnétosphère, le Soleil, les aurores, l’intelligence artificielle, les services opérationnels. Nous côtoyons nos collègues en France et à l’international lors des meetings, des campagnes de mesures. Nous savons que la météorologie de l’espace est avant tout humaine, qu’elle est portée par quelques passionnés de la nature, des scientifiques avides de comprendre et de prévoir.

Au terme de ce livre, le lecteur aura traversé quatre siècles d’histoire des sciences. Nous espérons qu’il aura compris à quel point notre société technologique est dépendante d’un environnement spatial solidement arrimé à l’activité solaire, et qu’un aléa nouveau est à considérer dans la marche de l’Humanité : la météorologie de l’espace.

1. Nous reviendrons sur les raisons d’entourer de guillemets le mot force s’agissant de la centrifuge.

2. Avec la complexification des connaissances physiques vient celle des explications. Le lecteur féru de science trouvera à se passionner dans ce chapitre, qui dresse le panorama des connaissances actuelles. Le lecteur plus intéressé par l’histoire et surtout par les applications de la météorologie de l’espace pourra sauter les paragraphes les plus ardus de ce chapitre sans obérer sa compréhension des chapitres suivants.

3. Comme dans le chapitre 3, nous avons choisi de ne pas simplifier à outrance certains concepts modernes. Le lecteur peu enclin à se plonger dans les méandres de la modélisation pourra sauter quelques paragraphes sans amoindrir sa compréhension globale du livre.

Index des sujets

A

Activité solaire

taches solaires 1

Atmosphère 1, 2

ionosphère 1

Aurores

polaires 1, 2

C

Champ 1

E

Électromagnétisme 1

Électrons 1

Électrostatique

champ électrique 1

électron 1

ion 1

Environnement spatial

magnétosphère 1

I

Instrumentation au sol

EISCAT 1

Ions 1

M

Magnétisme

champ magnétique 1

Météorologie de l’espace 1, 2, 2

Modélisation, Intelligence artificielle

intelligence artificielle 1

P

Précurseur 1

S

Satellites artificiels, expériences spatiales

Soleil

éclipse 1

taches solaires 1

Notes

1. Nous reviendrons sur les raisons d’entourer de guillemets le mot force s’agissant de la centrifuge.

2. Avec la complexification des connaissances physiques vient celle des explications. Le lecteur féru de science trouvera à se passionner dans ce chapitre, qui dresse le panorama des connaissances actuelles. Le lecteur plus intéressé par l’histoire et surtout par les applications de la météorologie de l’espace pourra sauter les paragraphes les plus ardus de ce chapitre sans obérer sa compréhension des chapitres suivants.

3. Comme dans le chapitre 3, nous avons choisi de ne pas simplifier à outrance certains concepts modernes. Le lecteur peu enclin à se plonger dans les méandres de la modélisation pourra sauter quelques paragraphes sans amoindrir sa compréhension globale du livre.

Copyright

© Vuibert – 2019

5 allée de la 2e DB, 75015 Paris

ISBN : 978-2-311-40647-4

Site internet : www.vuibert.fr

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Mise en page : SCM, Toulouse