Effets d'une explosion solaire cataclysmique

Vous avez dit éruption solaire ?

Une éruption solaire est un événement primordial de l'activité du Soleil. Elle se produit à la surface de la photosphère et projette au travers de la chromosphère un jet de matière ionisée qui se perd dans la couronne à des centaines de milliers de km d'altitude. En plus des particules et des rayons cosmiques, l'éruption s'accompagne d'un intense rayonnement (UV, rayons X, etc.) qui perturbe les transmissions radioélectriques terrestres (orage magnétique) et provoquent l'apparition des aurores polaires en entrant en interaction avec le champ magnétique terrestre.

Échelle de mesure des éruptions

Les éruptions solaires sont classées en différentes catégories selon l'intensité maximale de leur flux (en Watts par mètres carrés, W/m2) dans la bande de rayonnement X de 1 à 8 Ångström au voisinage de la terre (en général, mesuré par l'un des satellites du programme GOES).

Les différentes classes sont nommées A, B, C, M et X. Chaque classe correspond à une éruption solaire d'une intensité dix fois plus importante que la précédente, où la classe X correspond aux éruptions solaires ayant une intensité de 10-4 W/m2. Au sein d'une même classe, les éruptions solaires sont classées de 1 à 10 selon une échelle linéaire (ainsi, une éruption solaire de classe X2 est deux fois plus puissante qu'une éruption de classe X1, et 4 fois plus puissante qu'une éruption de classe M5).

C'est donc une échelle logarithmique, à l'instar sur Terre de l'échelle de Richter.

Néanmoins l'échelle utilisée pour le soleil semble facilement pouvoir être dépassée ...

Deux des plus puissantes éruptions solaires ont été enregistrées par les satellites du programme GOES le 16 août 1989 et le 2 avril 2001 étaient de classe X20 (2 mW/m2). Soit déjà bien au-dessus du X10 qui marque la fin de l'échelle prévue. Elles ont cependant été surpassées par une éruption du 4 novembre 2003, la plus importante jamais enregistrée, estimée à X28 (heureusement pas dirigée vers la Terre).

Ces mesures s'étalant sur 20 ans, 2003: autant dire que c'était hier. C'est dire le peu de recul que nous avons sur cette échelle et sa pertinence...

Et si une éruption est *vraiment* très violente, qu'est ce qui change ?

Lors d'une forte éruption solaire "classique", dirigée vers la Terre, il survient ce que nous appelons un "orage magnétique": le soleil éjecte de la matière coronale qui s'accompagne d'un rayonnement augmenté dans toutes les longueurs d'ondes. Cette matière coronale parcours alors le système solaire à des vitesses impressionnantes et lorsqu'elle atteint la terre provoque un orage magnétique. Il existe deux types d'orage magnétique:

• L'orage à début brusque (SSC : Storm Sudden Commencement) qui touche toutes les latitudes, plus intense pendant les maxima du cycle solaire et suivant les éruptions solaires (chromosphériques) de quelques dizaines d'heures, il est accompagné d'une intense émission de rayons UV et X affectant les couches ionosphériques, s'ajoutant à des averses de protons rapides ;

• l'orage à début progressif : d'intensité moyenne, aux conséquences plus localisées et se produisant souvent avec une certaine régularité correspondant à la période de rotation du Soleil sur lui-même.

Les orages géomagnétiques sont susceptibles, par des mécanismes physiques différents, de produire au niveau du sol des courants induits qui peuvent affecter le système électrique d'une manière similaire à certains effets d'une explosion EMP (composante E3 du PGE). Des perturbations causées par des tempêtes géomagnétiques, tels que l'effondrement du réseau d'Hydro Québec pendant la tempête géomagnétique de 1989, ont été observées à plusieurs reprises dans le passé

Cependant, si la quantité de plasma solaire reçu (matière) augmente (pour peu que nous soyons dans la direction du jet) le rayonnement aussi. S'il est acquit que la Terre reçoit pendant une éruption les classiques rayonnements infrarouges, UV, X ... il aussi possible qu'elle reçoive une importante dose de rayonnement Gamma. Et cela s'apparenterait à scénario de cauchemar puisque c'est ce rayonnement qui est utilisé dans une explosion nucléaire pour créer un effet EMP ! (Electro-Magnetic Pulse)

Car si, notre atmosphère constitue normalement un écran opaque au rayonnement gamma, cela ne signifie pas pour autant que cela nous "protège" des effets secondaires: il s’avère en l'occurrence que c'est l'atmosphère qui permet *conjointement au rayonnement* de créer l'effet EMP.

Au niveau du sol, l’atmosphère nous protège à peu près totalement des rayons gamma. Quelques rares évènements peuvent être perçus par notre rétine sous la forme d'une lumière qui s'apparente à celle d'une migraine ophtalmique, mais cela est rare (1 ou 2 événements par an)

En effet, si la cause d’un effet EMP est l'intense émission de rayons gamma qui suit, (habituellement, une explosion d'engin nucléaire), cet effet ne s’exerce pas directement. Les rayons gamma entrent en collision avec les électrons des molécules de l'air et les éjectent en leur communiquant une énergie importante selon un processus appelé "diffusion par effet Compton" : les électrons libérés entrent à leur tour en collision avec des électrons liés et ceci crée de nouveaux électrons libres et se désintègrent en formant une cascade d’électrons. Il se produit également de la lumière, c’est l’effet « Tcherenkov ».

ces électrons désintégrés peuvent être observés par des télescopes de nouvelle génération permettant par déduction de retrouver la source des rayons gamma

Mécanisme de destruction

S'il y a bien un effet qu'il faut redouter, c'est précisément l'effet Compton : il détruit les équipements électriques en les mettant en court-circuit.
L'originalité des armes électromagnétiques réside dans le fait qu'ayant atteint un sous-élément conducteur de l'électricité, leur action peut se trouver propagée à distance par les conducteurs auxquels il se trouve relié.
Précisément, les rayons gamma lorsqu’ils pénètrent l’atmosphère n’arrivent pas jusqu’au sol : ils sont arrêtés bien avant : ils descendent rarement en dessous de 10km d’altitude et n’arrivent presque jamais au niveau du sol.
Malheureusement pour nous, ce sont les impulsions gammas libérées à 30 km et plus qui donnent naissance aux effets EMP de plus grande ampleur : leurs effets destructeurs sont considérablement amplifiés. Une couche de gaz ionisé se forme sous le point d’injection du rayonnement gamma dont le diamètre dépend de l'horizon lié à l'explosion. Considérant une diffusion de rayons gamma provenant du soleil, l’effet serait incalculable.

Diamètre de l'effet EMP en fonction de l'altitude

L'impact des rayons gamma crée des électrons très énergétiques (MeV) qui accélèrent et spiralent le long des lignes du champ magnétique terrestre. Cela rappelle évidemment l’expérience Russe! Par contre la trajectoire était-elle orientée suivant les lignes de champ terrestre (approx N/S) ? A voir dans un prochain article)

Effets sur les infrastructures

Des courants destructeurs sont propagés par les antennes, et plus généralement par tous les fils conducteurs, les objets métalliques (comme les avions ou même les armatures métalliques des constructions). Le réseau de distribution électrique serait complètement paralysé.

Dans une ville, une zone habitée ou un espace industriel, il y aurait une perte immédiate des moyens d’alimentation électrique, des outils de communication. Paralysie pouvant s’étendre sur plusieurs mois.

Et même si les lieux sont protégés et blindés contre ce type d’attaque, la moindre faille peut permettre au souffle électromagnétique d’atteindre sa cible.

La présence d'électronique dans la plupart des systèmes utiles aux activités civiles, les rendent particulièrement vulnérables aux effets des attaques électromagnétiques. Une attaque EMP à grande échelle toucherait de nombreux secteurs critiques que sont l'approvisionnement électrique, les communications, les transports, le système bancaire ou encore les commodités, impactant de manière très sensible l'activité économique, voire les activités les plus basiques des particuliers.

De nombreuses infrastructures industrielles, usines de produits chimiques, raffineries ou encore centrales électriques gèrent leurs installations grâce à des systèmes électroniques (SCADA), qui régulent les différents flux en envoyant des ordres à des automates programmables industriels (API ou PLC). Ces modules électroniques ne sont généralement pas protégés contre les IEM et peuvent être installés dans des zones reculées. Plusieurs incidents liés à des impulsions électromagnétiques accidentelles sur les modules SCADA de pipelines et de gazoduc, ont eu des conséquences désastreuses.

Les interconnexions entre chacune des infrastructures essentielles aux activités humaines renforcent cette vulnérabilité et augmentent le nombre de points d'entrée pour les effets dévastateurs d'une attaque électromagnétique. Elles constituent également un risque de dommages en cascade, la mise hors service d'un réseau critique entraînant la chute des infrastructures qui en dépendent. La perte des réseaux de communications, essentiels à la coordination des services d'urgences et de dépannage, entraverait les opérations d'assistance aux personnes et la reconstruction des systèmes touchés par l'IEM.

Cela peut produire une perte des moyens de défense d’un pays ainsi qu’un aveuglement des stations de surveillance. Les espaces médicaux (type hôpitaux), des milliers de personnes hospitalisées en soins intensifs, reliées à des appareils électro-mécaniques ou en chirurgie lourde se retrouveraient privées de ces aides et en danger de mort.

Et bien sur, les installations informatiques, les appareils de radio-transmissions, les véhicules ou encore les missiles, qui disposent tous de systèmes électroniques sont particulièrement exposés aux risques électromagnétiques.

Dans son rapport de 2008, l'EMP Commission américaine a estimé qu'une impulsion électromagnétique déclenchée à une altitude comprise entre 50 et 130km d'altitude, au dessus d'une zone Baltimore-Washington-Richmond, produirait une impulsion couvrant un rayon d'au moins 800km et causerait des dégâts cumulés pouvant atteindre plus de 770 milliards de dollars. Dans les conditions les plus favorables, avec des infrastructures protégées au mieux contre les attaques EMP, les dégâts entraîneraient des pertes de 9 à 34 milliards de dollars.

Ces évaluations concernent la pire des hypothèses, à savoir une impulsion électromagnétique de forte puissance d'origine nucléaire.

Typiquement, les commandes de tous les avions, civils ou militaires, cesseraient de répondre, condamnant les personnes à bord. Les sous-marins proches de la surface et soumis à ce souffle, se retrouveraient sérieusement paralysés et risqueraient de sombrer…

Une expérience menée par les russes en octobre 1962, appelée ‘Operation K’
(ABM System A proof tests) 300-kt burst at 290-km altitude near Dzhezkazgan. Prompt gamma ray-produced EMP induced a current of 2,500 amps measured by spark gaps in a 570-km stretch of 500 ohm impedance overhead telephone line to Zharyq, blowing all the protective fuses. The late-time MHD-EMP was of low enough frequency to enable it to penetrate the 90 cm into the ground, overloading a shallow buried lead and steel tape-protected 1,000-km long power cable between Aqmola and Almaty, firing circuit breakers and setting the Karaganda power plant on fire.

Effet Tcherenkov dans l'espace

Les astronautes des missions Apollo s'étaient tous plaints de phosphènes lors de leurs missions. On découvrit que ces troubles visuels lumineux étaient dues à l'effet Tcherenkov de particules du vent solaire à l'intérieur du liquide oculaire des astronautes. Dans son livre, "Sonate au clair de terre", le spationaute français Jean-Loup Chrétien indique que de tels phosphènes se produisent sur Terre, au rythme d'un ou deux par année pour une personne moyenne. Dans la station Mir, Chrétien en a vu quelques uns par jour… Cet effet est beaucoup plus marqué chez les astronautes des missions lunaires, qui ne sont plus protégés par le champ magnétique terrestre.

Diamètre de l’effet EMP en fonction de l’altitude

The impacts create MeV-energy Compton electrons that then accelerate and spiral along the Earth's magnetic field lines. (Cela rappelle évidemment l’expérience Russe! Par contre la trajectoire était-elle orientée suivant les lignes de champ électrique ??)

Mais le soleil génère t-il des rayons gamma ? Cela se saurait ...

En réalité cela ne se sait que depuis très peu d'années : 2002. En effet, c'est depuis cette année là qu'un satellite - RHESSI - étudie le soleil dans le gamma. Et la réponse est oui, le soleil émet des rayons gammas! Mais pas exactement là où on les attendait...

http://indico.nucleares.unam.mx/getFile.py/access?contribId=600&sessionId=11&resId=0&materialId=paper&confId=4

This superposition of RHESSI images of gamma-ray and X-ray emissions with a TRACE UV image (taken 90 minutes later) of the July 23, 2002, solar flare, clearly shows the large separation between the high-energy emissions. Solar physicists expected to see X-rays and gamma rays emerging from the same spots at the base of the flare loops. Credit: NASA/LMSAL

Et deux superbes animations de ce phénomène. Les rayonnements de haute énergie en bleu et rouge:

• http://svs.gsfc.nasa.gov/stories/RHESSI_20030902/images/rhessi_AR10039_320x240.mpeg
• http://svs.gsfc.nasa.gov/stories/RHESSI_20030902/images/multisun_noinstr_320x240.mpeg

Et, ce qu’il y a d’inquiétant dans cette animation c’est sa localisation : l'origine du rayonnement gamma se situe sur le plan équatorial du soleil…