Les satellites GPS sont davantage menacés par de légères tempêtes solaires que par des éruptions solaires monstrueuses

L'événement météorologique spatial le plus intense des deux dernières décennies a frappé l'orbite des satellites GPS juste après un minimum solaire.

De légères tempêtes solaires peuvent causer des problèmes plus graves aux satellites GPS que des événements qui surviennent une fois par siècle, selon une nouvelle étude.

Les tempêtes provoquées par le soleil créent des défis pour les satellites en orbite terrestre. Les scientifiques tentent de mieux comprendre ces événements pour aider les opérateurs à protéger leurs engins spatiaux. Et parfois, ils trouvent des surprises.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs du British Antarctic Survey (BAS) a découvert que les satellites en orbite du système de positionnement global (GPS) pourraient souffrir davantage des tempêtes solaires plus douces que des événements effrayants qui font des ravages sur les réseaux électriques et les réseaux de télécommunications sur Terre.

Nigel Meredith, chercheur en météorologie spatiale de la BAS, et ses collègues ont analysé 20 ans de données satellite et ont découvert que l'incident le plus difficile pour les engins spatiaux GPS américains – qui fournissent des services essentiels à de nombreux secteurs, notamment tous les types de transports, bancaires et de forage pétrolier. – provient d'une tempête solaire mineure en 2010, pendant une partie endormie du cycle d'activité de 11 ans du soleil. Et l’événement météorologique spatial le plus important de l’histoire récente, la tempête d’Halloween de 2003, a laissé les satellites GPS en orbite à 12 550 milles (20 200 kilomètres) au-dessus de la Terre pour la plupart indemnes.

"Parfois, les gens pensent que lorsqu'il y a une super tempête, tout va se passer en même temps. Mais notre étude montre que ce n'est pas nécessairement le cas", a déclaré Meredith à Space.com. "Nous avons observé les flux les plus importants [de particules énergétiques provenant du soleil] au cours de ce que beaucoup pourraient qualifier de tempête bénigne."

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Les tempêtes solaires sont causées par les interactions des particules chargées qui composent le vent solaire avec le champ magnétique terrestre et l'atmosphère de notre planète. Le vent solaire est un flux de gaz ionisé qui s’échappe constamment du soleil. Lors de vastes éruptions de matière solaire connues sous le nom d’éjections de masse coronale (CME), le soleil projette simultanément d’énormes quantités de ce vent solaire dans l’espace.

Les particules du vent solaire sont magnétisées et lorsque ces énormes éruptions de plasma frappent les lignes magnétiques terrestres avec le pôle magnétique opposé, elles déconnectent temporairement le bouclier magnétique protecteur de la planète et pénètrent profondément dans l'atmosphère. Les réactions des particules solaires avec les gaz atmosphériques déclenchent des aurores colorées mais induisent également des courants électriques qui peuvent, dans le cas des tempêtes les plus violentes, endommager les réseaux électriques et perturber les réseaux de télécommunications.

Les tempêtes solaires affectent les satellites de plusieurs manières. Lorsque les particules du vent solaire se mélangent aux molécules d'air, par exemple, l'atmosphère se réchauffe et gonfle, provoquant une augmentation de la densité des gaz ténus présents dans les couches supérieures de l'atmosphère. Les vaisseaux spatiaux en orbite terrestre basse, y compris la Station spatiale internationale, subissent soudainement davantage de résistance et commencent à perdre de l'altitude.

Les satellites à l’altitude GPS souffrent d’un effet différent de la météo spatiale. Alors que les puissantes explosions de vent solaire traversent le champ magnétique terrestre, les particules solaires chargées se retrouvent piégées derrière les lignes magnétiques de la planète, injectant une énergie supplémentaire dans la ceinture de rayonnement externe de la Terre. Dans cette région, qui s'étend entre des altitudes d'environ 8 000 milles (13 000 kilomètres) à 28 000 milles (45 000 km), les concentrations de particules énergétiques sont toujours assez élevées. Une tempête solaire de la bonne intensité peut considérablement réchauffer les choses, ce qui entraîne une augmentation spectaculaire du nombre d'électrons « tueurs », des électrons si énergétiques qu'ils tournent autour de la planète toutes les 10 minutes.

"[Ces électrons] ont une énergie très élevée. Ils peuvent pénétrer dans les surfaces des satellites, s'incruster dans les isolants et y rester", a déclaré Meredith. "Une fois qu'ils sont dans un isolant, la charge peut s'accumuler avec le temps, puis dépasser les niveaux d'une panne. Vous pouvez avoir une décharge électrostatique, qui peut endommager les composants électroniques."