La plus forte tempête géomagnétique en 20 ans a fait grimper la thermosphère au-delà des 1000°C ! Quelles conséquences ?

    Le 10 mai 2024, la première tempête géomagnétique G5 ou « sévère » à frapper la Terre depuis plus de vingt ans a été enregistrée. En raison de son importance et de ses effets sur la planète, elle a été baptisée « tempête de Gannon ».

    L’Observatoire de la dynamique solaire de la NASA a capturé cette image du Soleil le 7 mai 2024 en lumière ultraviolette extrême (à une longueur d’onde de 304 Ångströms). Au centre, la région active à l’origine de la tempête de Gannon s’étend sur une superficie équivalente à environ 17 fois celle de la Terre. (Une image de la Terre à l’échelle est incluse à titre de comparaison.) Début mai 2024, cette région active a libéré une série de puissantes éruptions solaires, dont plusieurs éjections de masse coronale (CME), ces immenses nuages de particules solaires, qui ont fusionné pour former une super-tempête arrivée sur Terre le 10 mai. Avant son arrivée, l’Agence américaine d’observation océanique et atmosphérique (NOAA) avait émis sa première alerte de tempête géomagnétique sévère depuis près de vingt ans. Crédit : NASA/Helioviewer
    L’Observatoire de la dynamique solaire de la NASA a capturé cette image du Soleil le 7 mai 2024 en lumière ultraviolette extrême (à une longueur d’onde de 304 Ångströms). Au centre, la région active à l’origine de la tempête de Gannon s’étend sur une superficie équivalente à environ 17 fois celle de la Terre. (Une image de la Terre à l’échelle est incluse à titre de comparaison.) Début mai 2024, cette région active a libéré une série de puissantes éruptions solaires, dont plusieurs éjections de masse coronale (CME), ces immenses nuages de particules solaires, qui ont fusionné pour former une super-tempête arrivée sur Terre le 10 mai. Avant son arrivée, l’Agence américaine d’observation océanique et atmosphérique (NOAA) avait émis sa première alerte de tempête géomagnétique sévère depuis près de vingt ans. Crédit : NASA/Helioviewer

    Il y a un an, des représentants de la NASA et d’une trentaine d’agences gouvernementales américaines se sont réunis lors d’une rencontre spéciale pour simuler et anticiper une menace imminente venue de l’espace. Cette menace n’était ni un astéroïde ni des extraterrestres, mais notre propre Soleil, source de vie.

    Le tout premier Space Weather Tabletop Exercise — ou Exercice de simulation sur la météorologie spatiale — devait être un événement de formation permettant aux experts d’analyser en temps réel les conséquences d’une tempête géomagnétique, une perturbation globale du champ magnétique terrestre. Déclenchées par des éruptions solaires, ces tempêtes peuvent endommager les satellites, surcharger les réseaux électriques et exposer les astronautes à des radiations dangereuses. Réduire leur impact nécessite une coordination étroite, et cette réunion offrait justement l’occasion de s’y entraîner.

    Puis, leur simulation est devenue réalité.

    « Le plan était d’analyser un scénario hypothétique, en identifiant ce qui fonctionnait dans nos protocoles actuels et ce qui devait être amélioré », a déclaré Jamie Favors, directeur du Programme de météorologie spatiale de la NASA au siège de l’agence à Washington. « Mais notre scénario fictif a soudainement été interrompu par un scénario bien réel. »

    La première tempête géomagnétique sévère depuis 20 ans

    Le 10 mai 2024, la première tempête géomagnétique de catégorie G5, dite « sévère », en plus de vingt ans, a frappé la Terre. L’événement, baptisé tempête de Gannon en hommage à la physicienne renommée en météorologie spatiale Jennifer Gannon, n’a pas provoqué de dégâts catastrophiques. Cependant, un an plus tard, les données essentielles recueillies lors de cette tempête nous aident à mieux comprendre et anticiper les futures tempêtes géomagnétiques.

    Conséquences de la tempête

    La tempête Gannon a eu des répercussions aussi bien sur Terre que dans l’espace.

    Au sol, certaines lignes à haute tension se sont déclenchées, des transformateurs ont surchauffé et des tracteurs guidés par GPS ont dévié de leur trajectoire dans le Midwest des États-Unis, perturbant davantage les semis déjà retardés par les fortes pluies de ce printemps-là.

    La couleur violette dans cette animation représente les aurores détectées sur la face nocturne de Mars, observées par le spectrographe imageur ultraviolet embarqué à bord de l’orbiteur MAVEN (Atmosphère de Mars et Évolution Volatile) de la NASA. Plus le violet est intense, plus la présence d’aurores est marquée. MAVEN a capturé ces images entre le 14 et le 20 mai 2024, alors que des particules énergétiques issues d’une tempête solaire atteignaient la planète rouge. La séquence s’arrête à la fin, lorsque les particules les plus puissantes ont saturé l’instrument avec du bruit. MAVEN a réalisé ces observations en orbite autour de Mars, en surveillant sa face nocturne. (Le pôle Sud martien est visible à droite, baigné par la lumière du Soleil.) Crédit : NASA/Université du Colorado/LASP
    La couleur violette dans cette animation représente les aurores détectées sur la face nocturne de Mars, observées par le spectrographe imageur ultraviolet embarqué à bord de l’orbiteur MAVEN (Atmosphère de Mars et Évolution Volatile) de la NASA. Plus le violet est intense, plus la présence d’aurores est marquée. MAVEN a capturé ces images entre le 14 et le 20 mai 2024, alors que des particules énergétiques issues d’une tempête solaire atteignaient la planète rouge. La séquence s’arrête à la fin, lorsque les particules les plus puissantes ont saturé l’instrument avec du bruit. MAVEN a réalisé ces observations en orbite autour de Mars, en surveillant sa face nocturne. (Le pôle Sud martien est visible à droite, baigné par la lumière du Soleil.) Crédit : NASA/Université du Colorado/LASP

    « Toutes les exploitations agricoles n’ont pas été touchées, mais celles qui l’ont été ont enregistré une perte moyenne de 17 000 dollars par ferme », a déclaré Terry Griffin, professeur d’économie agricole à l’Université d’État du Kansas.

    Dans les airs, la menace d’une exposition accrue aux radiations, ainsi que les pertes de communication et de navigation, ont contraint plusieurs vols transatlantiques à modifier leur trajectoire.

    La thermosphère a dépassé les 1000 °C

    Pendant la tempête, la couche supérieure de l’atmosphère terrestre, la thermosphère, a atteint des températures exceptionnellement élevées. À 160 kilomètres d’altitude, la température culmine normalement autour de 595 °C, mais elle a dépassé les 1055 °C lors de l’événement. La mission GOLD (Global-scale Observations of the Limb and Disk) de la NASA a observé l’expansion de l’atmosphère sous l’effet de la chaleur, générant des vents puissants qui ont soulevé des particules lourdes d’azote.

    En orbite, cette atmosphère dilatée a accru la résistance aérodynamique subie par des milliers de satellites. Le satellite ICESat-2 de la NASA a perdu de l’altitude et est passé en mode sécurisé, tandis que le CubeSat CIRBE (Colorado Inner Radiation Belt Experiment) de la NASA est sorti prématur��ment de son orbite cinq mois après la tempête. D’autres, comme la mission Sentinel de l’Agence spatiale européenne, ont dû mobiliser davantage d’énergie pour maintenir leur orbite et éviter des collisions avec des débris spatiaux.

    La tempête a également profondément modifié la structure de l’ionosphère, cette couche atmosphérique chargée électriquement. Une zone dense de l’ionosphère, qui se forme normalement au-dessus de l’équateur pendant la nuit, s’est déplacée vers le pôle Sud, dessinant une sorte de « coche » et créant ainsi une brèche temporaire au niveau de l’équateur.

    La tempête de Gannon a aussi secoué la magnétosphère terrestre, cette bulle magnétique qui enveloppe notre planète. Les missions MMS (Magnetospheric Multiscale) et THEMIS-ARTEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms – Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of Moon’s Interaction with the Sun) de la NASA ont détecté d’immenses vagues de particules ondulantes et des champs magnétiques enroulés le long des bords des éjections de masse coronale. Ces ondes avaient la taille idéale pour injecter régulièrement de l’énergie magnétique et de la masse supplémentaires dans la magnétosphère, entraînant la plus grande intensité de courant électrique observée dans la magnétosphère depuis 20 ans.

    L’énergie et les particules en provenance du Soleil ont également formé deux ceintures temporaires de particules énergétiques à l’intérieur de la magnétosphère. Découvertes par CIRBE, ces ceintures sont apparues entre les ceintures de radiation de Van Allen qui entourent en permanence la Terre. Cette découverte est cruciale pour les engins spatiaux et les astronautes, qui peuvent être exposés aux électrons et protons hautement énergétiques présents dans ces zones.

    La tempête de Gannon a généré deux ceintures de radiation supplémentaires, situées entre les deux ceintures permanentes de Van Allen. L’une de ces nouvelles ceintures, représentée en violet, contenait une population de protons, lui conférant une composition unique jamais observée jusqu’alors. Cette découverte est particulièrement importante pour la protection des engins spatiaux lancés en orbite géostationnaire, car ils traversent les ceintures de Van Allen à plusieurs reprises avant d’atteindre leur orbite finale. Crédit : NASA/Centre de vol spatial Goddard/Kristen Perrin
    La tempête de Gannon a généré deux ceintures de radiation supplémentaires, situées entre les deux ceintures permanentes de Van Allen. L’une de ces nouvelles ceintures, représentée en violet, contenait une population de protons, lui conférant une composition unique jamais observée jusqu’alors. Cette découverte est particulièrement importante pour la protection des engins spatiaux lancés en orbite géostationnaire, car ils traversent les ceintures de Van Allen à plusieurs reprises avant d’atteindre leur orbite finale. Crédit : NASA/Centre de vol spatial Goddard/Kristen Perrin

    Aurores inhabituelles

    La tempête a également provoqué des aurores partout dans le monde, y compris dans des régions où ces spectacles lumineux célestes sont rares. Le projet Aurorasaurus de la NASA a reçu plus de 6000 signalements d’observateurs issus de plus de 55 pays et des sept continents.

    Les photographes ont aidé les scientifiques à comprendre pourquoi les aurores observées au Japon étaient magenta plutôt que rouge, comme c’est habituellement le cas. En analysant des centaines de photos, les chercheurs ont découvert que ces aurores étaient exceptionnellement hautes, à environ 967 kilomètres d’altitude — soit 322 kilomètres plus haut que les aurores rouges classiques.

    Dans un article publié dans la revue Scientific Reports, l’équipe de recherche indique que la couleur inhabituelle est probablement le résultat d’un mélange d’aurores rouges et bleues, produites par des molécules d’oxygène et d’azote qui se sont élevées plus haut que d’ordinaire, à mesure que la tempête de Gannon réchauffait et dilatait les couches supérieures de l’atmosphère.

    « Normalement, des conditions très particulières sont nécessaires, comme celles que nous avons observées en mai dernier », a déclaré Josh Pettit, coauteur de l’étude au Centre de vol spatial Goddard de la NASA, à propos des aurores magenta observées au Japon. « Un événement véritablement unique. »

    Des effets venus d’ailleurs

    Les conséquences de l’intensification de l’activité solaire ne se sont pas limitées à la Terre. La région active du Soleil à l’origine de la tempête de Gannon a fini par pivoter et s’éloigner de notre planète, orientant alors ses éruptions en direction de Mars.

    youtube video id=9i47b__igEw

    Alors que les particules énergétiques issues du Soleil frappaient l’atmosphère martienne, la sonde MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) de la NASA a observé des aurores envelopper la planète rouge entre le 14 et le 20 mai.

    Les particules solaires ont saturé la caméra stellaire de l’orbiteur Mars Odyssey 2001 de la NASA (utilisée pour orienter la sonde à l’aide des étoiles), ce qui a entraîné son arrêt pendant près d’une heure.

    À la surface de Mars, les caméras de navigation du rover Curiosity ont montré des images ponctuées de « neige » : des stries et taches causées par des particules chargées. Dans le même temps, le détecteur de radiation embarqué sur Curiosity a enregistré la plus forte hausse de rayonnement depuis son atterrissage en 2012. Si des astronautes s’étaient trouvés sur place, ils auraient reçu une dose de 8100 micrograys — l’équivalent d’environ 30 radiographies thoraciques.

    Le plus dur est peut-être encore à venir

    La tempête de Gannon a provoqué des aurores jusqu’à des latitudes exceptionnellement basses et est aujourd’hui considérée comme la tempête géomagnétique la mieux documentée de l’histoire. Un an plus tard, nous ne faisons que commencer à en dévoiler les secrets. Les données recueillies lors de cet événement historique seront analysées pendant des années, offrant de nouvelles leçons sur la nature des tempêtes géomagnétiques et les meilleures façons d’y faire face.

    Référence de l'article :

    Xinlin Li et al, A New Electron and Proton Radiation Belt Identified by CIRBE/REPTile‐2 Measurements After the Magnetic Super Storm of 10 May 2024, Journal of Geophysical Research: Space Physics (2025). DOI: 10.1029/2024JA033504