Un orage magnétique, aussi appelé tempête magnétique ou encore tempête géomagnétique, est un phénomène lié aux interactions entre les variations de l'activité solaire et le champ magnétique terrestre, qui mènent à des fluctuations énergétiques brusques et intenses. Ces fluctuations peuvent influencer l'atmosphère terrestre, notamment l'ionosphère[1] en créant, notamment, des aurores polaires. Elles ont également un effet significatif sur l'électronique. Les effets des orages géomagnétiques varient en fonction, notamment, de l'altitude et de la latitude.
La fréquence des orages géomagnétiques fluctue avec le cycle des taches solaires. Les orages géomagnétiques sont plus fréquents lors d'un maximum solaire[2],[3].
Description et caractéristiques physiques
Schéma des différentes phases d'un orage magnétique.
La magnétosphère est d'abord comprimée lorsque la pression du vent solaire augmente. Le champ magnétique du vent solaire interagit alors avec le champ magnétique de la Terre, transférant plus d'énergie dans celle-ci. Les deux interactions engendrent la mobilité du plasma dans la magnétosphère, ce qui amène la création d'un courant électrique dans la magnétosphère et l'ionosphère[3]. Pendant la phase principale d'un orage géomagnétique, le courant électrique dans la magnétosphère génère une force magnétique qui pousse la barrière magnétosphère-vent solaire en sens opposé du Soleil[6]. Ces phénomènes sont responsables d'un certain nombre d'évènements météorologiques spatiaux[7].
Type et intensité
Magnétosphère dans l'environnement spatial proche de la Terre.
On dénombre au moins deux types d'orages magnétiques :
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.
Quant à elle, l'intensité des orages géomagnétiques est évaluée à l'aide d'échelles basées sur les indices Kp et A. Ces indices K vont de 0 à 9 et sont basés sur la plage maximale de variation du champ magnétique dans une échelle quasi logarithmique[9],[10].
On peut aussi rencontrer dans certains articles la classe G (G1, G2/modérée, G3/fort[11] à G5) définie par la NOAA, liée à l'indice Kp.
L'éruption solaire du 1er septembre 1859 a mené à un orage magnétique majeur sur Terre environ 18 heures plus tard. Elle est la plus grande tempête magnétique enregistrée de l'histoire[13],[14]. L'orage engendre la destruction d'une partie du réseau télégraphiqueaméricain nouvellement établi, provoquant des incendies et effrayant certains opérateurs télégraphiques.
Dix ans plus tard, en 1931, Sydney Chapman et Vincenzo C. A. Ferraro publient un article, A New Theory of Magnetic Storms, qui tente d'expliquer le phénomène des orages magnétiques[12],[17]. Ils y argumentent que lorsque le Soleil entre en éruption, il émet également un « nuage de plasma ». Ce plasma voyage à une vitesse d'environ 800 km/s et atteint la Terre en un peu plus de deux jours. Le nuage compresse alors le champ magnétique terrestre[18].
Les orages magnétiques peuvent affecter le matériel électronique, surtout les infrastructures à grande échelle tels que les réseaux de communication, ainsi que les satellites. Ainsi, les systèmes électriques peuvent être endommagés par les courants induits[20],[21],[22],[23],[16],[24],[25]. Par exemple, la tempête géomagnétique en 1989 a suralimenté les courants induits par le sol, perturbant la distribution d'électricité dans la majeure partie du Québec[26] et provoquant des aurores au sud jusqu'au Texas[27].
↑ a et b(en) L. R. Cander, S. J. Mihajlovic, « Forecasting ionospheric structure during the great geomagnetic storms », Journal of Geophysical Research: Space Physics, vol. 103, no A1, , p. 391–398 (ISSN2156-2202, DOI10.1029/97JA02418, Bibcode1998JGR...103..391C)
↑(en) W. C. Feldman,J. R. Asbridge,S. J. Bame,M. D. Montgomery,S. P. Gary, « Heat flux instabilities in the solar wind », agupubs.onlinelibrary.wiley.com, Journal of Geophysical Research, vol. 80, no 31, , p. 4181–4196 (ISSN0148-0227, DOIhttps://doi.org/10.1029/JA080i031p04181, lire en ligne)
↑(en) Tibor Török, Cooper Downs, Jon A. Linker, R. Lionello, Viacheslav S. Titov, Zoran Mikić, Pete Riley, Ronald M. Caplan,Janvier Wijaya, « Sun-to-Earth MHD Simulation of the 2000 July 14 "Bastille Day" Eruption », https://iopscience.iop.org, The Astrophysical Journal, vol. 856, no 1, (DOI10.3847/1538-4357/aab36d, lire en ligne)
↑(en) Wen-Hao Xu, Zan-Yang Xing, Nanan Balan, Li-Kai Liang, Yan-Ling Wang, Qing-He Zhang, Zi-Dan Sun, Wen-Bin Li, « Spectral analysis of geomagnetically induced current and local magnetic field during the 17 March 2013 geomagnetic storm », https://www.sciencedirect.com, Advances in Space Research, vol. 69, no 9, , p. 3417-3425 (ISSN0273-1177, DOIhttps://doi.org/10.1016/j.asr.2022.02.025., lire en ligne)
↑(en) LE.O. Falayi, P.O. Amaechi, A.T. Adewole, T.O. Roy-Layinde, F.O. Ogunsanwo, A.J. Alomaja, « Nonlinear time series analysis of ionospheric electric current disturbance associated with geomagnetic storm », Advances in Space Research, (ISSN0273-1177, DOIhttps://doi.org/10.1016/j.asr.2022.03.024.)