La météo spatiale au-dessus du Canada

(Source : NASA)

Quand les gens entendent les mots « prévisions météorologiques », ils pensent aux nuages, à la pluie, à la neige ou au vent.

Mais de nos jours, les scientifiques canadiens sont à préparer un autre genre de prévisions – des prévisions météorologiques spatiales qui permettront de prévoir les changements dans les plus hautes régions de l'atmosphère terrestre, là où un flux de rayonnement électromagnétique et de particules ionisées nous arrivent de l'espace.

Le rayonnement solaire et les particules interagissent de manière complexe avec la haute atmosphère et le champ magnétique de la Terre, ce qui produit une gamme de phénomènes, notamment les aurores et les tempêtes spatiales, capables d'endommager les satellites et les astronefs, de perturber les communications et la navigation à l'échelle de la planète et d'endommager les réseaux de distribution électrique au sol.

En raison d'événements comme ceux-ci, la météo spatiale revêt une importance économique et scientifique considérable pour le Canada, et le reste de la planète.

En 1989, c'est une tempête spatiale qui a causé la panne du réseau électrique d'Hydro-Québec, plongeant la population dans le noir pendant neuf heures avec un impact économique de plusieurs millions de dollars. En 1994, les deux satellites de télécommunications canadiens Anik E-1 et E-2 ont été désactivés à la suite de tempêtes spatiales avec des conséquences qui se sont chiffrées en centaines de millions de dollars. Depuis, plusieurs autres satellites ont subi des défaillances qui ont entraîné des interruptions de services des médias, des réseaux cellulaires et de systèmes de positionnement mondial (GPS).

En 2012, une salve extrêmement puissante du Soleil, observée par les satellites scientifiques de la National Aeronautics and Space Administration (NASA) « STEREO », a fort heureusement manqué la Terre. Si cette salve, appelée « éjection de masse coronale », s'était produite juste une semaine plus tôt, la Terre aurait été probablement frappée de plein fouet, ce qui aurait perturbé les réseaux électriques, les communications et la navigation GPS à travers le monde, causant des dommages se chiffrant en milliards de dollars. La dernière fois que la Terre a été percutée par une telle salve, c'était en 1859 : la technologie la plus importante d'alors était le télégraphe, qui a réagi de façon erratique, même quand il était hors tension, et des aurores étaient observées jusque dans les Caraïbes.

L'Agence spatiale canadienne (ASC) collabore avec Ressources naturelles Canada afin d'améliorer la prévision des conditions météorologiques spatiales. Ressources naturelles Canada exploite le Centre canadien de météo spatiale, un centre d'alerte régional de l'International Space Environment Service qui fournit des données à l'Organisation météorologique mondiale. Des scientifiques d'universités canadiennes conçoivent et exploitent des instruments qui recueillent les données nécessaires pour améliorer notre compréhension des causes et des processus de la météo spatiale.

Les industries peuvent prendre des mesures pour réduire leur vulnérabilité lorsqu'elles savent que de graves perturbations des conditions météorologiques spatiales se dirigent vers nous. Les compagnies aériennes peuvent modifier ou annuler des vols, les entreprises d'électricité peuvent faire des ajustements à leur réseau de distribution et les services de navigation peuvent diffuser des alertes. Les exploitants de satellites peuvent mettre leurs engins spatiaux en mode de veille à faible puissance et mettre hors tension les circuits importants ou vulnérables.

L'initiative de l'Observatoire géospatial (GO) canadien

La nécessité de surveiller et de prévoir les conditions de météo spatiale augmente à mesure que croît notre dépendance à la technologie. Vu sa position nordique, le Canada est grandement touché par les effets de la météo spatiale, mais cela donne aussi au pays une place de choix pour observer l'environnement spatial circumterrestre (la région géospatiale) où se produisent les phénomènes reliés à la météo spatiale.

L'initiative de GO canadien appuie la communauté universitaire en recueillant des données sur la région géospatiale, en menant des recherches scientifiques et en transformant les connaissances scientifiques en applications dont bénéficient les Canadiens.

GO Canada – Instruments et données

À la suite de la publication d'un Avis d'offre de participation en mai 2013, on a retenu dix projets de cinq universités canadiennes. Les accords de contribution ont été conclus avec les universités de l'Alberta, de Calgary, de la Saskatchewan et du Nouveau-Brunswick, ainsi qu'avec l'Université Athabasca. Leur valeur se chiffre à 6,2 millions de dollars sur 5 ans et, grâce à eux, les données sont recueillies de façon continue et le public et les scientifiques canadiens peuvent y accéder librement.

Voici la liste des projets qui ont été retenus en vue de la conclusion d'un accord de contribution avec l'ASC. Ces accords visent à appuyer l'exploitation et la collecte de données à l'aide d'instruments scientifiques qui explorent l'espace au-dessus du Canada, afin de nous permettre de mieux comprendre l'impact de la météo spatiale sur les infrastructures canadiennes.

Université Nom du projet
Université de l'Alberta Réseau de magnétomètres CARISMA
Université de l'Alberta Bobines d'induction magnétique et réseau de magnétomètres autonomes de nouvelle génération CARISMA
Université Athabasca Extension du réseau de magnétomètres THEMIS de la UCLA par l'Université d'Athabasca
Université de Calgary Réseau d'instruments d'observation en large bande des émissions VLF/ELF
Université de Calgary GO visant les protons dans la zone aurorale
Université de Calgary Projet de GO portant sur les systèmes d'information de riomètres imageurs et le réseau de riomètres
Université de Calgary GO de la raie rouge du spectre des aurores et GO auroral
Université du Nouveau-Brunswick Dynamique des molécules neutres de la thermosphère
Université du Nouveau-Brunswick Réseau d'ionosondes numériques pour la surveillance de l'ionosphère dans l'Arctique et réseau étendu de récepteurs GPS
Université de la Saskatchewan Radars SuperDARN de Saskatoon, Inuvik et Prince-George

GO canadien – Recherche scientifique et applications

À la suite de la publication d'un Avis d'offre de participation en juin 2014, on a retenu huit projets de trois universités canadiennes qui recevront un total de 1,43 million de dollars sur 27 mois. Ces accords de subvention ont été conclus avec les universités de l'Alberta, de Calgary et de Waterloo. Ils permettront d'appuyer la recherche scientifique faisant appel à des données scientifiques provenant de satellites et de réseaux situés dans tout le nord du Canada. Les études scientifiques menées nous permettront de mieux comprendre la manière dont sont générés les phénomènes de météo spatiale. Les équipes de projet de ces universités élaboreront des modèles informatiques afin d'étudier et de surveiller les phénomènes météorologiques spatiaux. Les dommages causés aux satellites et à l'infrastructure au sol, la perturbation des signaux de communication et de navigation, comme le GPS, et les pannes des réseaux électriques pourraient être réduits si nous pouvions mieux prédire la météo spatiale, prendre les mesures voulues pour en atténuer l'impact, comme la mise hors tension des systèmes fragiles à bord des satellites, et trouver des techniques novatrices permettant de protéger nos biens spatiaux et terrestres.

Les projets énumérés ci-dessous visent à mener des recherches scientifiques pour comprendre les processus qui génèrent les phénomènes météorologiques spatiaux et à développer des applications qui augmenteront la résistance de l'infrastructure canadienne à l'impact de la météo spatiale. Plus particulièrement, les scientifiques de ces universités utiliseront des données acquises par des instruments canadiens déjà déployés dans le nord canadien et dans l'espace afin d'étudier la météo spatiale, puis de créer des modèles informatiques dont pourraient se servir le gouvernement et l'industrie pour atténuer l'impact de ces phénomènes.

Université Nom du projet Description
Université de l'Alberta Signatures au sol de l'intrant énergétique des ondes ULF dans l'ionosphère, la thermosphère et les ceintures de radiation Les tempêtes géomagnétiques ont un impact dans l'espace et sur Terre. Elles peuvent endommager des satellites en orbite proche de notre planète et constituent une menace pour les astronautes qui travaillent dans l'espace. Elles peuvent aussi avoir une incidence sur la navigation par satellite et les communications, et elles peuvent nuire considérablement à l'infrastructure au sol et perturber les réseaux de distribution électriques. L'équipe utilisera des données provenant d'instruments scientifiques canadiens déployés à bord de quatre satellites, ainsi que des données tirées d'une série d'instruments au sol déployés à travers le Canada pour élaborer des simulations informatiques de tempêtes géomagnétiques afin de mieux comprendre les effets de la météo spatiale et de les atténuer.
Université de l'Alberta Spécification et prévisions améliorées du rayonnement des ceintures de radiation et de la météo spatiale à l'aide de données du GO canadien L'équipe du projet générera des modèles informatiques pour approfondir notre compréhension des ceintures de radiation de la Terre. Les ceintures de radiation contiennent des particules énergétiques qui nuisent aux satellites. L'équipe utilisera des données provenant des réseaux de magnétomètres canadiens déployés à travers le Canada et d'instruments à bord de satellites scientifiques étrangers pour créer leurs simulations informatiques et apprendre comment les particules dans l'espace circumterrestre subissent une accélération remarquable et s'approchent de la vitesse de la lumière. Le but est de mieux comprendre la manière dont ce rayonnement spatial hostile est créé et, par conséquent, d'améliorer les prévisions de la météo spatiale et la protection des satellites contre les effets violents des phénomènes météorologiques spatiaux.
Université de l'Alberta Déclenchement de sous-tempêtes et progrès dans la spécification et les prévisions de grands courants induits géomagnétiquement (CIG) à l'aide de données du GO canadien L'équipe du projet va étudier le lien entre les perturbations dans la magnétosphère de la Terre et les CIG au sol. Les CIG ont un effet sur les conducteurs à la surface de la Terre. Ils peuvent endommager les réseaux de distribution électrique, accroître la corrosion des pipelines et causer des pannes des transformateurs électriques. L'équipe utilisera des données provenant des réseaux de magnétomètres canadiens déployés à travers le Canada et les données d'instruments installés à bord de satellites scientifiques canadiens et étrangers pour que nous puissions mieux comprendre les événements menant à la production de grands CIG. Une meilleure compréhension du phénomène nous aidera à réduire l'impact des phénomènes météorologiques spatiaux sur l'infrastructure canadienne.
Université de Calgary Un produit de météo spatiale aurorale lié aux systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) – quantification des effets des aurores sur les systèmes mondiaux de navigation L'équipe du projet créera un modèle informatique afin de mieux comprendre l'impact des phénomènes météorologiques spatiaux sur les GNSS et des appareils comme les dispositifs du GPS. On sait que les événements météorologiques spatiaux comme les aurores perturbent les signaux radio transmis par les satellites du GPS et peuvent entraîner la perte des signaux GPS et donc de graves conséquences pour les utilisateurs. L'équipe utilisera des données provenant des réseaux d'instruments canadiens déployés à travers le Canada qui observent l'ionosphère et les aurores pour élaborer leurs modèles et les mettre à l'essai, et pour mener leur étude.
Université de Calgary Variabilité géomagnétique canadienne – le passé, le présent et une prédiction L'équipe du projet créera des modèles informatiques de la variabilité du champ magnétique à travers le Canada. Des changements dans le champ magnétique de la Terre peuvent générer des courants électriques indésirables dans les pipelines et les réseaux électriques, en plus de nuire à des activités comme le forage dirigé en vue de l'extraction de pétrole et de gaz. Afin de mieux comprendre et aborder cette question, l'équipe utilisera des données provenant des réseaux de magnétomètres canadiens déployés à travers le Canada pour élaborer leurs modèles et les mettre à l'essai.
Université de Calgary Modèle de précipitation des particules énergétiques de GO canadien L'équipe du projet créera des modèles informatiques simulant les électrons à haute énergie et d'autres particules chargées qui tombent sur la haute atmosphère au-dessus du Canada. Il est important de mieux comprendre ce phénomène, car ces particules nuisent aux communications radio et ont un effet sur la chimie atmosphérique, ce qui peut avoir une incidence sur notre climat. L'équipe utilisera des données provenant d'un éventail d'instruments canadiens déployés à travers le Canada pour créer ses simulations et les mettre à l'essai.
Université de Calgary Modélisation de la dépolarisation des sous-tempêtes et de la précipitation des particules énergétiques dans l'ionosphère L'équipe du projet créera un modèle informatique montrant les changements dans le champ magnétique de la Terre qui créent des électrons énergisés et d'autres particules chargées pendant les tempêtes géomagnétiques. Ce phénomène constitue une grave menace pour les satellites, car leurs composants électroniques sont sensibles à ces particules. L'équipe utilisera des données provenant de réseaux d'instruments canadiens déployés à travers le Canada qui observent l'ionosphère et les aurores pour créer leurs simulations et les mettre à l'essai.
Université de Waterloo Module adaptatif de haut niveau de simulation de la magnétosphère pour la météo spatiale L'équipe du projet va créer un modèle informatique de la magnétosphère et de l'ionosphère de la Terre pour aider à prédire la météo spatiale. Les particules énergétiques provenant du Soleil déclenchent souvent des perturbations dans la magnétosphère. Il est très important de comprendre ces perturbations, car elles ont une incidence sur les activités au sol, dans les airs et dans l'espace. L'équipe utilisera des données provenant de nombreux réseaux d'instruments canadiens déployés à travers le Canada pour créer ses modèles informatisés et les mettre à l'essai.