Observatoire de Paris Institut national de recherche scientifique français Univerité Pierre et Marie Curie Université Paris Diderot - Paris 7

3SOLEIL/CERCLe : Cycle, Eruptions et Rayonnement Cosmique au Lesia

lundi 3 juillet 2023, par Nicolas Fuller

L’action du CERCLe (Cycle Eruptions et Rayonnement Cosmique au LESIA), au sein du pĂ´le HĂ©liosphère et Plasmas Astrophysiques (HPA) du LESIA et du service national d’observation 3SOLEIL, s’inscrit dans la thĂ©matique des relations Soleil-Terre. Les consĂ©quences de l’activitĂ© de notre Ă©toile sur l’homme, sa technologie et son environnement sont nombreuses [1]. Comme son nom l’indique les membres du CERCLe Ă©tudient plus spĂ©cifiquement les sujets suivants :

  • Le cycle solaire Ă  long terme (prĂ©vision de l’indice des taches)
  • Les particules de haute Ă©nergie Ă©mises lors des Ă©ruptions solaires
  • Les particules du rayonnement cosmique d’origine galactique

La modulation du rayonnement cosmique

Cycle solaire, rayonnement cosmique, GLE et décroissance Forbush
Cycle solaire, rayonnement cosmique, GLE et décroissance Forbush

 

 

Les trois points mentionnĂ©s ci-dessus sont intimement liĂ©s. En effet si l’on mesure de manière continue le rayonnement cosmique au niveau du sol au moyen de moniteurs Ă  neutrons, on constate que d’une part ce rayonnement est modulĂ© par le cycle solaire (voir figure ci-contre) et que d’autre part il peut varier de manière sporadique en fonction de l’activitĂ© Ă©ruptive du Soleil.

Deux cas peuvent se prĂ©senter : une augmentation du nombre de particules dĂ©tectĂ©es due Ă  un Ă©vĂ©nement Ă  particules solaires (principalement des protons), ou bien une diminution due aux perturbations du champ magnĂ©tique interplanĂ©taire (rĂ©sultant d’une Ă©jection de masse coronale par exemple). On parle dans le premier cas de GLE (Ground Level Event) et dans le deuxième cas d’effet Forbush. Au LESIA l’Ă©tude de ces phĂ©nomènes sert Ă  mieux comprendre les mĂ©canismes d’accĂ©lĂ©ration des particules lors d’Ă©ruptions solaires et leur propagation dans le milieu interplanĂ©taire.


Les stations françaises

Il existe deux stations françaises pour la mesure du rayonnement cosmique, l’une aux Iles Kerguelen dans l’ocĂ©an indien, et l’autre sur le continent Antarctique, en Terre AdĂ©lie. L’IPEV (Institut polaire français Paul Emile Victor) et les TAAF (Terres Australes et Antarctiques Françaises) prennent en charge l’hĂ©bergement de ces moniteurs ainsi que les opĂ©rations logistiques associĂ©es. Les moniteurs sont opĂ©rĂ©s 365 jours/an par des Volontaires du Service Civique qui assurent un "hivernage" dans les stations Antarctiques et sub-Antarctiques. La responsabilitĂ© scientifique et technique de ces instruments est assurĂ©e par l’Observatoire de Paris.

Moniteur Ă  neutrons aux Iles Kerguelen
Moniteur Ă  neutrons aux Iles Kerguelen

Ces moniteurs ne mesurent pas directement les particules d’origine galactique ou solaire, mais les neutrons crĂ©Ă©s dans l’appareil Ă  partir de particules secondaires incidentes (au niveau du sol surtout des neutrons et des protons), elles-mĂŞme crĂ©Ă©es dans l’atmosphère par le rayonnement cosmique primaire. On parle de "douche cosmique" ou encore de "gerbe cosmique". Suite Ă  l’annĂ©e GĂ©ophysique Internationale (1957), de nombreux moniteurs ont Ă©tĂ© installĂ©s dans diffĂ©rentes rĂ©gions du globe. Les donnĂ©es historiques des moniteurs français remontent au dĂ©but des annĂ©es 60 et sont en partie disponibles en ligne sur le site web du CERCLe. L’ensemble des donnĂ©es est disponible via une base de donnĂ©es europĂ©enne regroupant la plupart des moniteurs au niveau mondial (NMDB).


Effet du rayonnement cosmique sur le personnel navigant

Dose de radiation en fonction de l'altitude
Dose de radiation en fonction de l’altitude

Une des consĂ©quences du rayonnement cosmique sur Terre, qu’il soit d’origine solaire ou galactique, est l’irradiation du personnel navigant. Comme on peut le voir sur la figure ci-contre, la dose de radiation augmente avec l’altitude. Les pilotes, hĂ´tesses ou stewards sont donc plus exposĂ©s aux rayonnements ionisants qu’ils ne le seraient au niveau du sol. Ces doses restent très faibles, mais depuis 2003, elles doivent lĂ©galement faire l’objet d’une surveillance. C’est le but du système SIEVERT auquel est associĂ© L’Observatoire de Paris. Grâce aux moniteurs Ă  neutrons et Ă  des modèles adĂ©quats, il est possible d’estimer la dose de radiation en un point de l’atmosphère donnĂ© et donc de calculer la dose reçue sur toute la durĂ©e d’un vol.


La prévision des événements à particules

Des particules énergétiques du Soleil, même si elles ne pénètrent pas dans l’atmosphère, peuvent néanmoins gêner le fonctionnement de satellites artificiels, en générant dans les ordinateurs de bord des signaux parasites, voire endommager leur électronique. Les lancements de satellites et les opérations de véhicules spatiaux sont suspendus au cours d’un fort événement à particules. Il devient de plus en plus important de prévoir ces événements et, pour un événement qui a débuté, de caractériser ses durée et intensité. C’est un challenge – nous pouvons utiliser, pour une prévision à court terme, les moniteurs à neutrons puisqu’ils détectent les particules qui se propagent presque à la vitesse de la lumière et nous parviennent ainsi une dizaine de minutes avant les particules moins rapides. Ces dernières sont bien plus nombreuses et constituent le danger majeur. On cherche aussi à trouver quelles caractéristiques du rayonnement électromagnétique d’une éruption, qui est le premier signal qui nous parvient, pourraient nous permettre de prévoir si des particules énergétiques arriveront à la Terre et quelle sera l’évolution dans les heures à venir. La prévision à plus long terme (1 ou plusieurs jours), nécessaire pour déclencher ou arrêter les opérations de lancement d’un satellite, doit analyser les configurations magnétiques au Soleil pour évaluer la probabilité d’une éruption. C’est un vaste programme de recherche qui lie étroitement recherches fondamentale et appliquée. Le pôle HPA du LESIA participe activement à des recherches dans ce domaine, avec le CNES et CLS (Collecte Localisation Satellite).


Les services du CERCLe

DĂ©bit de doses de radiation estimĂ©e lors de l'Ă©vĂ©nement du 20 janvier 2005 (...)
DĂ©bit de doses de radiation estimĂ©e lors de l’Ă©vĂ©nement du 20 janvier 2005 (hĂ©misphère sud, 39000 pieds).

CrĂ©dits image : Observatoire de Paris/LESIA/CERCLe

Historiquement, l’entitĂ© CERCLe est issue du centre de prĂ©vision de l’activitĂ© solaire et gĂ©omagnĂ©tique de l’Observatoire de Meudon. CERCLe se concentre dĂ©sormais sur la surveillance du rayonnement cosmique et sur ses applications, comme la modĂ©lisation des doses de radiations en cas d’Ă©ruption solaire (modèle SiGLE). Il fournit un soutien actif aux acteurs en dehors de la recherche, tel l’IRSN pour SIEVERT. Il fournit depuis 2019 le modèle temps rĂ©el SiGLERT pour un service de mĂ©tĂ©orologie de l’espace au bĂ©nĂ©fice de l’aviation civile internationale (OACI)

info portfolio

Prévision de l'indice des taches (Ri12)

Notes

[1Un aperçu de ces effets est disponible ici