Comment une tempête solaire pourrait assommer le réseau électrique et Internet

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Les 1er et 2 septembre 1859, les systèmes télégraphiques du monde entier ont échoué de manière catastrophique. Les opérateurs des télégraphes ont déclaré avoir reçu des décharges électriques, du papier télégraphique prenant feu et pouvant faire fonctionner des équipements avec des batteries déconnectées. Pendant les soirées, les aurores boréales, plus communément appelées aurores boréales, pouvaient être vues aussi loin au sud que la Colombie. En règle générale, ces lumières ne sont visibles qu’à des latitudes plus élevées, dans le nord du Canada, en Scandinavie et en Sibérie.

Ce que le monde a vécu ce jour-là, maintenant connu sous le nom d’événement Carrington, était une énorme tempête géomagnétique. Ces tempêtes se produisent lorsqu’une grosse bulle de gaz surchauffé appelée plasma est éjectée de la surface du soleil et frappe la Terre. Cette bulle est connue sous le nom d’éjection de masse coronale.

Le plasma d’une éjection de masse coronale est constitué d’un nuage de protons et d’électrons, qui sont des particules chargées électriquement. Lorsque ces particules atteignent la Terre, elles interagissent avec le champ magnétique qui entoure la planète. Cette interaction provoque la distorsion et l’affaiblissement du champ magnétique, ce qui conduit à son tour au comportement étrange des aurores boréales et d’autres phénomènes naturels. En tant qu’ingénieur électricien spécialisé dans le réseau électrique, j’étudie comment les orages géomagnétiques menacent également de provoquer des pannes de courant et d’Internet et comment s’en protéger.

Orages géomagnétiques

L’événement Carrington de 1859 est le plus grand récit enregistré d’une tempête géomagnétique, mais ce n’est pas un événement isolé.

Des tempêtes géomagnétiques ont été enregistrées depuis le début du 19e siècle, et les données scientifiques provenant d’échantillons de carottes de glace de l’Antarctique ont montré des preuves d’une tempête géomagnétique encore plus massive qui s’est produite vers 774 après JC, maintenant connue sous le nom d’événement Miyake. Cette éruption solaire a produit l’augmentation la plus importante et la plus rapide du carbone 14 jamais enregistrée. Les tempêtes géomagnétiques déclenchent de grandes quantités de rayons cosmiques dans la haute atmosphère terrestre, qui à leur tour produisent du carbone 14, un isotope radioactif du carbone.

Une tempête géomagnétique 60% plus petite que l’événement Miyake s’est produite vers 993 après JC. Des échantillons de carottes de glace ont montré des preuves que des tempêtes géomagnétiques à grande échelle avec des intensités similaires à celles des événements Miyake et Carrington se produisent à un rythme moyen d’une fois tous les 500 ans.

De nos jours, la National Oceanic and Atmospheric Administration utilise l’échelle des tempêtes géomagnétiques pour mesurer la force de ces éruptions solaires. L’« échelle G » a une note de 1 à 5, G1 étant mineur et G5 étant extrême. L’événement Carrington aurait été classé G5.

Cela devient encore plus effrayant lorsque vous comparez l’événement Carrington avec l’événement Miyake. Les scientifiques ont pu estimer la force de l’événement Carrington sur la base des fluctuations du champ magnétique terrestre enregistrées par les observatoires à l’époque. Il n’y avait aucun moyen de mesurer la fluctuation magnétique de l’événement Miyake. Au lieu de cela, les scientifiques ont mesuré l’augmentation du carbone 14 dans les cernes des arbres à partir de cette période. L’événement Miyake a produit une augmentation de 12 % du carbone 14. En comparaison, l’événement Carrington a produit moins de 1% d’augmentation du carbone 14, de sorte que l’événement Miyake a probablement éclipsé l’événement G5 Carrington.

Couper le pouvoir

Aujourd’hui, une tempête géomagnétique de la même intensité que l’événement de Carrington affecterait bien plus que les fils télégraphiques et pourrait être catastrophique. Avec la dépendance croissante à l’égard de l’électricité et des technologies émergentes, toute perturbation pourrait entraîner des milliards de dollars de pertes monétaires et un risque pour la vie dépendant des systèmes. La tempête affecterait la majorité des systèmes électriques que les gens utilisent quotidiennement.

Les orages géomagnétiques génèrent des courants induits qui traversent le réseau électrique. Les courants géomagnétiques induits, qui peuvent dépasser 100 ampères, circulent dans les composants électriques connectés au réseau, tels que les transformateurs, les relais et les capteurs. Cent ampères équivaut au service électrique fourni à de nombreux foyers. Des courants de cette taille peuvent causer des dommages internes aux composants, entraînant des pannes de courant à grande échelle.

Une tempête géomagnétique trois fois plus petite que l’événement Carrington s’est produite au Québec, au Canada, en mars 1989. La tempête a provoqué l’effondrement du réseau électrique d’Hydro-Québec. Pendant la tempête, les courants élevés induits magnétiquement ont endommagé un transformateur dans le New Jersey et déclenché les disjoncteurs du réseau. Dans ce cas, la panne a conduit à cinq millions de personnes sans électricité pendant neuf heures.

Rompre les connexions

En plus des pannes électriques, les communications seraient perturbées à l’échelle mondiale. Les fournisseurs de services Internet pourraient tomber en panne, ce qui empêcherait les différents systèmes de communiquer entre eux. Les systèmes de communication à haute fréquence tels que les radios sol-air, à ondes courtes et navire-terre seraient perturbés. Les satellites en orbite autour de la Terre pourraient être endommagés par les courants induits de la tempête géomagnétique brûlant leurs circuits imprimés. Cela conduirait à des perturbations du téléphone, de l’internet, de la radio et de la télévision par satellite.

De plus, lorsque les tempêtes géomagnétiques frappent la Terre, l’augmentation de l’activité solaire provoque l’expansion de l’atmosphère vers l’extérieur. Cette expansion modifie la densité de l’atmosphère où les satellites sont en orbite. Une atmosphère de densité plus élevée crée une traînée sur un satellite, ce qui le ralentit. Et s’il n’est pas manœuvré vers une orbite plus élevée, il peut retomber sur Terre.

Un autre domaine de perturbation susceptible d’affecter la vie quotidienne est celui des systèmes de navigation. Pratiquement tous les modes de transport, des voitures aux avions, utilisent le GPS pour la navigation et le suivi. Même les appareils portables tels que les téléphones portables, les montres intelligentes et les balises de suivi dépendent des signaux GPS envoyés par les satellites. Les systèmes militaires dépendent fortement du GPS pour la coordination. D’autres systèmes de détection militaires tels que les radars transhorizon et les systèmes de détection de sous-marins pourraient être perturbés, ce qui entraverait la défense nationale.

En termes d’Internet, une tempête géomagnétique à l’échelle de l’événement de Carrington pourrait produire des courants induits géomagnétiquement dans les câbles sous-marins et terrestres qui forment l’épine dorsale d’Internet ainsi que dans les centres de données qui stockent et traitent tout, des e-mails aux messages texte. aux ensembles de données scientifiques et aux outils d’intelligence artificielle. Cela perturberait potentiellement l’ensemble du réseau et empêcherait les serveurs de se connecter les uns aux autres.

C’est une question de temps

Ce n’est qu’une question de temps avant que la Terre ne soit frappée par une autre tempête géomagnétique. Une tempête de la taille d’un événement Carrington serait extrêmement dommageable pour les systèmes électriques et de communication dans le monde entier, avec des pannes pouvant durer des semaines. Si la tempête est de la taille de l’événement Miyake, les résultats seraient catastrophiques pour le monde avec des pannes potentielles pouvant durer des mois, voire plus. Même avec les avertissements de météo spatiale du Space Weather Prediction Center de la NOAA, le monde n’aurait que quelques minutes à quelques heures de préavis.

Je pense qu’il est essentiel de continuer à rechercher des moyens de protéger les systèmes électriques contre les effets des orages géomagnétiques, par exemple en installant des dispositifs qui peuvent protéger les équipements vulnérables comme les transformateurs et en développant des stratégies pour ajuster les charges du réseau lorsque les tempêtes solaires sont sur le point de frapper. En bref, il est important de travailler maintenant pour minimiser les perturbations du prochain événement Carrington.

David Wallace est professeur clinicien adjoint de génie électrique à la Mississippi State University.

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