D'un bout à l'autre du Canada, des yeux restent rivés sur les orages cosmiques

Des scientifiques reçoivent de l'aide pour percer les secrets des aurores boréales

Qu'est-ce qu'un apiculteur, un administrateur de collège et une mine de diamants ont en commun? Ils jouent tous un rôle essentiel dans la mise en œuvre du projet THEMIS, que dirigent la NASA et l'Agence spatiale canadienne et qui a pour objectif d'étudier le mystère des aurores boréales. D'un océan à l'autre, un groupe sélect de personnes issues de toutes les couches de la société se sont portées volontaires pour entretenir des caméras numériques qui sont installées dans leur jardin et balaient systématiquement le ciel nocturne à la recherche des aurores boréales.

L'installation de l'observatoire THEMIS à Whitehorse. (Photo : Université de Calgary)

L'installation de l'observatoire
THEMIS à Whitehorse.
(Photo : Université de Calgary)

« C'est la première fois que l'on tente d'enregistrer des images d'aurores à l'échelle du continent et nos « gardiens de caméra » constituent un élément essentiel de cette mission sophistiquée conjointe de la NASA et de l'ASC », explique Mike Greffen, chef du projet THEMIS pour le Canada à l'Université de Calgary. « Nous avons une chance inouïe de pouvoir bénéficier d'une aide aussi enthousiaste pour la surveillance et l'entretien de nos stations terrestres dans chacune des communautés. »

Scruter le ciel

Deux ans seulement après le lancement de ce projet historique, ces observatoires et cinq satellites ont déjà commencé à apporter des éléments de réponse à l'une des questions les plus fondamentales sur cet intriguant phénomène spatial : Qu'est-ce qui déclenche ces feux d'artifice cosmiques?

Les aurores boréales résultent de l'interaction entre le champ magnétique terrestre et les particules chargées qui ont voyagé dans l'espace interplanétaire après avoir été éjectées du Soleil sous la forme de vent solaire. Cette interaction déclenche les lueurs colorées et apparemment aléatoires qui sont caractéristiques des aurores et qui portent également le nom de « sous-orages ». La mission THEMIS a pour objectif de mieux comprendre ces sous-orages. Lorsque des aurores boréales se manifestent, les satellites de THEMIS mesurent et analysent les processus dynamiques qui ont lieu dans l'espace extra-atmosphérique proche de la Terre tandis qu'un réseau d'observatoires répartis sur tout le territoire canadien scrute le ciel. Cela permet de créer une mosaïque synchronisée du ciel nocturne tout en captant l'activité des sous-orages. Ce phénomène intrigue les chercheurs depuis plusieurs décennies mais les études menées jusqu'à présent n'ont pas permis de préciser le lieu où l'énergie du vent solaire est injectée lors de la manifestation dynamique des aurores.

Un observatoire avec vue panoramique : gros plan sur le dôme installé au sommet d'un poteau électrique. C'est M. Sawicki qui en a la charge. (Photo : Université de Calgary)

Un observatoire avec vue panoramique : gros plan sur le dôme installé au sommet d'un poteau électrique. C'est M. Sawicki qui en a la charge. (Photo : Université de Calgary)

Pour essayer de percer ce mystère, l'équipe de THEMIS à l'Université de Calgary exploite un réseau de 16 observatoires terrestres répartis dans le Nord du Canada et mis en place dans des communautés telles que Whitehorse, Yellowknife, Inuvik, Athabaska, Chibougamou et Goose Bay. Au cœur de chaque station se trouve une caméra numérique automatisée ultra-grand-angulaire dotée d'un champ de vision de 360o, protégée par un dôme et pointée vers le haut. La nuit tombée, la caméra enregistre une image de tout le ciel toutes les trois secondes jusqu'à l'aube. M. Greffen explique que ces images sont sauvegardées sur un disque externe que le gardien remplace environ tous les quatre mois. Le gardien se charge également d'envoyer aux chercheurs chaque disque plein emballé dans une boîte Pelican en port payé. « Ces données sont vraiment importantes parce que nous n'obtenons par Internet qu'une version des photos à faible résolution. La version numérique pleine résolution nous parvient grâce aux bons vieux services de Postes Canada. »

Rien de surprenant au fait que l'équipe THEMIS nage littéralement dans un océan de données : elle recueille environ un gigaoctet de données par nuit et par site. Au dernier décompte, l'ensemble de données occupe 16 téraoctets après 2 à 4 ans d'exploitation. Les observatoires devraient continuer de fonctionner jusqu'à une date avancée de 2011.

Le cerveau du système qui pilote les caméras est un ordinateur chargé de la gestion qui tient compte des coupures de courant et des températures extrêmes. Une batterie de réserve, un radiateur et un climatiseur permettent de garder les systèmes opérationnels 7 jours sur 7, 24 heures sur 24. Une connexion Internet à haute vitesse utilisant un modem satellite permet de surveiller l'équipement et de transmettre les données en basse résolution à l'Université de Calgary. Une unité GPS contrôle tous les imageurs du Canada de manière à ce qu'ils prennent leurs photographies au même moment. Cette synchronisation est importante pour pouvoir lier les données à celles des satellites THEMIS.

M. Greffen explique que chaque station est conçue de manière simple, en faisant appel à de nombreuses technologies grand public, mais qu'elles peuvent toutes fonctionner efficacement dans des lieux éloignés, dans des conditions environnementales extrêmes. Il n'a pas été facile de trouver les sites qui convenaient aux observatoires dans les endroits éloignés. Les observatoires doivent être situés loin de toute pollution lumineuse mais une alimentation électrique est nécessaire pour faire fonctionner l'équipement. « Nous avons dû faire certains compromis, simplement parce que dans le Nord où il fait nuit six mois par an, si les gens ont l'électricité, ils allument des lumières », ajoute-t-il.

Les gardiens doivent également faire face à des défis. Clint Sawicki, directeur du Northern Research Institute du Collège du Yukon à Whitehorse, a beaucoup d'arbres autour de l'observatoire situé sur sa propriété. M. Greffen et son équipe ont donc installé la caméra dont est chargé Sawicki au sommet d'un poteau électrique de 10 m. M. Sawicki avoue qu'il est parfois difficile d'aller nettoyer le dôme lorsqu'il fait -35 oC. Les animaux sauvages présentent un autre défi car ils s'intéressent parfois aux dômes des observatoires. Les gardiens de Pinawa, au Manitoba, qui sont également apiculteurs, doivent faire en sorte que les insectes restent éloignés de l'installation. À Fort Smith, dans les Territoires du Nord-Ouest, les grands corbeaux ont pris l'habitude de se percher sur le dôme chauffé pour garder leurs pattes au chaud lorsqu'il fait 40 oC. Le dôme finit évidemment par être rayé. Mais Mike Greffen a trouvé une solution au problème. « Je me trouvais à Gillam pour faire l'entretien de l'observatoire situé sur le toit d'un hangar pour hélicoptères. J'ai vu dans le hangar une bouteille de produit à polir et j'ai demandé aux pilotes à quoi il servait. J'arrivais tout juste de The Pas où il avait fallu remplacer le dôme terriblement endommagé. J'ai essayé le produit sur le dôme abîmé et le résultat a été étonnant. Maintenant, il y a des bouteilles de produit à polir à chaque site. »

Comme M. Sawicki, la plupart des gardiens, sinon tous, prennent à cœur leur activité et s'enthousiasment à l'idée qu'ils contribuent à faire avancer la science. « Les aurores boréales ont toujours été source d'admiration et il est fantastique de constater ce que les chercheurs peuvent faire avec ces données. Les résultats obtenus à partir de toutes les images sont assez époustouflants. »

M. Sawicki pense que ces lueurs magiques qui dansent dans le ciel font simplement partie du Nord et de la vie de ses habitants. « Des gens du monde entier viennent ici pour admirer les aurores boréales. De notre côté, nous les voyons comme faisant partie de notre culture, de notre ville. Nous avons simplement la chance de pouvoir les admirer régulièrement », poursuit-il. « Pour moi, les images obtenues dans le cadre du projet THEMIS permettent simplement d'en faire la synthèse. »