Effets d'une explosion solaire cataclysmique

L'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.

Ordinairement, une éruption solaire n'a que peu d'effets sur Terre. En effet, notre planète est protégée par un champ géomagnétique qui dévie la plupart des particules chargées vers l'espace. Toutefois, ce bouclier naturel présente des failles près des cercles polaires, et une partie de la matière ionisée peut à cet endroit s'approcher des couches denses de l'atmosphère pour former les aurores boréales. Le rayonnement solaire est quand à lui absorbé en grande partie par la haute atmosphère.

Cas "typique" d'une forte éruption solaire

Lors d'une forte éruption solaire il peut survenir plusieurs phénomènes, généralement conjoints mais pouvant être produits à des intensités variables. Ils dépendent des deux composantes d'une éruption solaire: le rayonnement d'une part, et le jet de matière (plasma) produit par l'éruption solaire d'autre part. Ces deux composantes ne voyagent pas à la même vitesse et arrivent au voisinage de la Terre de manière asynchrone.

L'orage magnétique (plasma)

L'"orage magnétique" est provoqué par la matière coronale que le soleil éjecte. Cette matière coronale parcours alors le système solaire à des vitesses impressionnantes et lorsqu'elle atteint la Terre sous forme de rafales provoque un orage magnétique. Il existe deux types d'orage magnétique:

• l'orage à "démarrage 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.

• L'orage à "démarrage brutal" : (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 ;

Un orage magnétique est induit par l'activité des vagues de plasma solaire sur les lignes du champ magnétique terrestre.

Etendue et intensité d'un orage magnétique sur l'hémisphère nord.

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 - par des champs EM de type ELF

• Voir Courants géomagnétiques induits sur wikipedia.

Cas d'une explosion solaire qui serait d'une puissance très supérieure à celle de 1859

La tempête de 1859 est considérée comme la plus violente tempête solaire jamais enregistrée par l'homme (http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89ruption_solaire_de_1859). Toutefois, cette tempête s'est produit dans un contexte historique qui ne permet pas - à puissance égale- de comparer les effets qu'elle a eut sur la société d'alors avec les effets qu'elle aurait aujourd'hui: notre société actuelle est radicalement différente et, en particulier, est devenue totalement dépendante des moyens électroniques qu'elle a mis en place.

Dans le cas d'une super explosion solaire, les aspects "ciel rouge" lié à l'ionisation et "blackout" électrique sont généralement appréhendés. Moins connus la tempête d'éclairs (tempête électromagnétique) et les aspects chimiques tels que la destruction de la couche d'ozone et la production de nitrates (NO_x), à terme, bien plus destructeurs. Nous avons trace de ces nitrates par les carottages qui sont réalisés dans les glaces.

Si la quantité de plasma solaire (matière ionisée) reçue augmente (pour peu que nous soyons dans la direction du jet) le rayonnement incident aussi. S'il est acquit que la Terre reçoit pendant une éruption les classiques rayonnements infrarouges, UV, X ... il aussi possible qu'elle reçoive un rayonnement Gamma en provenance du soleil. 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 qu'elle nous "protège" d'un effet qu'elle participe dans ce cas à 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 généralement l'intense émission de rayons gamma qui suit 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 fonctionnement de l'arme EMP (Pulse Electro-Magnétique)

S'il y a bien un effet qu'il faut redouter, c'est précisément l'effet Compton. Précisément, les rayons gamma lorsqu’ils pénètrent l’atmosphère n’arrivent quasiment jamais jusqu’au sol : ils sont arrêtés par les couches denses de l'atmosphère qui les transforment en cascades d'électrons créant ainsi "l'effet EMP".

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, avec un niveau d'énergie suffisant, l’effet pourrait être incalculable.

Lorsque les électrons chargés arrivent au niveau du sol, sans protection, ils détruisent 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 ceux-ci sont eux-mêmes reliés.

Schéma récapitulatif à reprendre avec les réactions chimiques en jeu. Exemple d'un autre phénomène survenant : la production de nitrates par interaction forte avec des atomes d'azote et d'oxygène de la haute atmosphère terrestre

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)

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

• Nuclear Weapon EMP Effects : décrit en détail la formation et la propagation de l'effet EMP dû à une bombe E.
  • Référence à une expérience menées dans le cadre d'un Projet Argus (fait penser à l'explosion russe) : "three small devices were exploded in the Van Allen belts as part of Project Argus. That experiment was intended to explore the methods by which electrons were trapped and traveled along magnetic field lines."
  • En octobre 1957 il a proposé une grande expérience à l'Armée de l'Air US : lancer des fusées avec de petites bombes atomiques, explosant dans l'espace. Les bombes atomiques produisent un grand nombre d'électrons énergétiques, et Christofilos espérait que ces électrons seraient emprisonnés dans le champ magnétique comme une ceinture de radiations artificielle.
  • Background of the HAARP Project et les ceintures de Van Allen. Projet Argus: Comprendre les ceintures de Van Allen et Tester l'effet d'un pulse EMP ! (http://www.ias.ac.in/jarch/currsci/28/00000159.pdf)

Effets sur les infrastructures

Les 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.

Effets sur le réseaux de transport électrique, en particulier les transformateurs touchés. Une nuit noire s'installerait pour plusieurs semaines voire mois.

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.

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: 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…

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.

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.

L'activité propre au soleil génère des rayons gamma ? Allons! Cela se saurait ...

En dehors de l'effet compton inverse qui produit des quantités diffuse de rayonnement gamma dans l'atmosphère solaire, on ne se sait que depuis très peu d'années que le soleil génère directement de tels rayonnements : 2002.
En effet, c'est depuis 2002 qu'un satellite - RHESSI - étudie le soleil dans le gamma. Et la réponse est OUI! LE SOLEIL EMET DES RAYONS GAMMA! Mais pas exactement là où on les attendait, c'est à dire qu'ils ne se situent pas à l'emplacement du point d'émission des rayons X.

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

Voir ces deux animations du phénomène ou les rayonnements de haute énergie sont indiqués 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

Références

• Stewart Super Flare (Wikipedia)
• Richard Christopher Carrington (Wikipedia)
• The Aurora Borealis (The New York Times - 30 août 1859)
• Carrington Super Flare (NASA)
• The Great Storm: Solar Tempest of 1859 Revealed (Space.com)
• The Solar Super-Storm of 1859 (Odd Culture)