Programme canadien de surveillance géospatiale

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

La population du Canada a maintenant accès à un autre type de prévisions. En effet, les scientifiques canadiens sont à préparer des prévisions météorologiques spatiales qui permettront de prévoir les turbulences en haute atmosphère terrestre, où se rencontrent un flux de rayonnement électromagnétique et des particules ionisées.

Le rayonnement solaire et les particules interagissent de manière complexe tant au niveau de l'exosphère que du champ magnétique terrestre, ce qui produit une gamme de phénomènes, notamment les aurores et les tempêtes spatiales, qui peuvent endommager les satellites et les astronefs, perturber les communications à l'échelle de la planète et surcharger les réseaux d'énergie électrique.

Les événements comme ceux-ci confèrent à cet immense, et souvent tumultueux secteur de la science géospatiale une grande importance économique et scientifique.

« Il y a des milliards de dollars dans cette région de l'espace», indique John Manuel, un scientifique de programme à l'Agence spatiale canadienne (ASC), qui finance des recherches en vue d'améliorer les prévisions météorologiques spatiales. « De mauvaises conditions météorologiques spatiales peuvent endommager et parfois détruire ces ressources. »

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, 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 chiffrent en centaines de millions de dollars. Plusieurs autres satellites ont subi des défaillances qui ont entrainé des interruptions de services des médias, de cellulaires et de systèmes de navigation GPS.

M. Manuel mentionne aussi que les aéronefs qui se déplacent en haute altitude le long des routes polaires, sont également affectés par la météo spatiale et les niveaux élevés de rayonnement.

« De plus en plus de vols traversent ces régions polaires qui sont moins protégées des perturbations qui se produisent dans l'espace », a indiqué M. Manuel.

L'ASC collabore avec Ressources naturelles Canada afin d'améliorer la prévision des conditions météorologiques spatiales.

« Tout comme nous disposons d'un service météorologique qui nous informe sur la température et le climat , nous sommes à mettre sur pied un service de prévisions météorologiques spatiales. »

Ressources naturelles Canada a créé le site Météo Spatiale Canada en tant que centre régional d'avertissement de l'International Space Environment Service.

La capacité de prévoir les conditions météorologiques spatiales dépend de la vitesse de propagation des particules entre le Soleil et la Terre. Le rayonnement solaire et certaines particules chargées atteignent la Terre en quelques minutes seulement alors que d'autres particules peuvent prendre plusieurs jours à se rendre. Les éjections de matière coronale, par exemple, se déplacent plus lentement, selon M. Manuel.

« Ce sont des explosions qui se produisent à la surface du Soleil durant les périodes actives et qui propulsent dans l'espace des milliards de tonnes de gaz ionisés. Si la Terre se trouve sur la trajectoire de l'une de ces éjections, cela peut causer des perturbations majeures du champ magnétique. Puisque ces masses de matière ionisée peuvent prendre quelques jours à arriver à la Terre, les prévisionnistes de météo spatiale ont le temps d'émettre des avertissements à l'industrie du transport aérien, aux opérateurs de satellites et de réseaux hydroélectriques qui prendront les mesures appropriées. »

Les compagnies de transport aérien peuvent modifier ou annuler les vols transpolaires, et les entreprises d'électricité faire des ajustements à leur réseau de distribution. Les opérateurs de satellites peuvent mettre les systèmes en mode de veille et mettre hors tension les circuits importants ou vulnérables.

M. Manuel a indiqué que le Canada était l'endroit tout indiqué pour faire l'étude de la météo spatiale puisque c'est le pays qui comporte la plus grande surface continentale à se trouver sous les aurores boréales et les perturbations géomagnétiques de l'ionosphère, une partie de la haute atmosphère qui se caractérisée par la présence de particules chargées et où se produisent les aurores.

« Grâce à sa situation géographique exceptionnelle, le Canada se trouve aux premières loges. C'est au Canada que l'on peut le plus facilement suivre le déplacement des aurores boréales ce qui nous permet d'installer nos réseaux d'instruments juste en dessous. »

Depuis plusieurs années, le Canada utilise cet avantage géographique pour étudier l'impact su l'ionosphère que produisent les interactions entre le Soleil et la Terre. Le Canada est devenu un chef de file mondial dans ce domaine. Actuellement, nous équipons cette infrastructure avec de nouveaux instruments pour créer un réseau encore plus étendu servant à observer l'environnement géospatial. Le Programme canadien de surveillance géospatiale (PCSG) est opéré par des universités et des laboratoires gouvernementaux canadiens, chacun contribuant de son expertise. Le PCSG est constitué des infrastructures de pointe et des instruments suivants :

  • Imageurs plein ciel : L'Université de Calgary opère 13 appareils photo permettant de mesurer les aurores en différentes longueurs d'onde. La couleur des aurores se produit lorsque des particules chargées provenant de l'espace et frappent des atomes de la haute atmosphère. L'étude de ces couleurs fournit des renseignements importants sur les régions de l'espace d'où proviennent ces particules et les processus physiques qui produisent les aurores.
  • Photomètres à balayage suivant un méridien : L'Université de Calgary exploite quatre de ces instruments pour observer de très faibles aurores qui ne peuvent être captées par les imageurs. Ces mesures fournissent des informations inégalées sur les processus dynamiques qui provoquent les tempêtes spatiales et affectent la haute atmosphère de façon spectaculaire. Ensemble, les imageurs et photomètres fournissent une mine de données pour les scientifiques auroraux, et sont de plus en plus utilisés pour comprendre la météorologie spatiale et ses effets sur notre atmosphère.
  • Riomètres : L'Université de Calgary et Ressources naturelles Canada exploitent plus de 30 de ces instruments qui mesurent les émissions radio provenant du rayonnement de fond cosmique. Des perturbations dans l'ionosphère causées par les particules de haute énergie de l'espace perturbent ces signaux. Les chercheurs canadiens sont devenus des leaders mondiaux pour comprendre à l'aide des riomètres comment les particules provenant de l'espace affectent notre atmosphère.
  • Ionosondes : L'Université du Nouveau-Brunswick exploite six de ces instruments servant à émettre des ondes radio dans l'atmosphère. Ces derniers fonctionnent comme de petits radars, et les échos retournés fournissent de l'information sur les propriétés importantes de la haute atmosphère. Les ionosondes canadiennes offrent l'un des seuls moyens existant de suivi des effets de la météo spatiale sur les propriétés électriques de la haute atmosphère.
  • Système de positionnement global (GPS) : L'Université du Nouveau-Brunswick exploite neuf de ces instruments qui mesurent les signaux GPS transmis par les satellites de navigation. Des perturbations dans la haute atmosphère affectent ces signaux et révèlent l'emplacement de régions ionisées qui interfèrent avec les communications radio et la navigation.
  • Radars Haute Fréquence (HF) : L'Université de la Saskatchewan exploite 4 de ces radars. Ces instruments émettent de l'énergie radioélectrique sous forme l'impulsions radar à haute fréquence et mesurent la rétrodiffusion du signal provenant des régions perturbées de l'ionosphère. Contrairement aux ionosondes qui émettent des signaux directement vers le haut, le radar HF propage des signaux à l'horizontale ou à angle oblique. Ces radars peuvent servir à détecter les mouvements horizontaux de gaz électrisés dans l'ionosphère, lesquels sont causés par la chaleur générée par les aurores, et sont utilisés pour créer des cartes de vent ionosphérique au dessus du Canada.
  • Magnétomètres électroniques à sursaturation : L'Université de l'Alberta et Ressources naturelles Canada exploitent plus de 30 de ces instruments qui servent à mesurer avec une grande précision la force du champ magnétique entourant la Terre. Les champs magnétiques et les courants électriques sont inextricablement liés. L'ionosphère est submergée de courants électriques causés par les interactions entre le Soleil et la Terre et ces courants ont un effet sur la magnétosphère terrestre. La mesure de l'intensité du champ magnétique terrestre peut révéler des renseignements importants sur l'état des courants électriques dans les couches supérieures de l'ionosphère.
  • Magnétomètres à induction : L'Université de l'Alberta exploite sept de ces instruments qui servent à détecter les variations très rapides du champ magnétique terrestre tout en complémentant les données des magnétomètres électroniques à sursaturation. Ces ondes magnétiques sont utilisées pour étudier les processus physiques associés aux aurores, le vent solaire et les tempêtes spatiales.
  • Dispositif de surveillance du flux radio solaire : Le Conseil national de recherches utilise depuis plus de 60 ans une antenne qui mesure les ondes radio émises par le Soleil. L'intensité de ce rayonnement est liées au nombre de taches présentes sur le Soleil. Les taches solaires sont des zones relativement froides et sombres sur la surface du Soleil et qui sont associées à une activité magnétique intense. Ce projet a permit la création d'un registre sans précédent de la variabilité solaire. L'étude du flux solaire est importante pour la météo spatiale, les études du changement climatique et pour étudier la relation possible entre le Soleil et les phénomènes mesurés au sol par le PCSG.
  • Simulations informatiques : Les universités de l'Alberta et de Waterloo ont des programmes de modélisation et de simulation informatique qui sont conçus pour explorer le fonctionnement de l'environnement géospatial et dans quelle mesure il est affecté par le Soleil. Ces programmes utilisent les données provenant des instruments PCSG et des modèles informatiques sophistiqués pour tester des hypothèses de processus physiques qui régissent l'environnement géospatial. Un objectif à long terme du PCSG est de raffiner cette compréhension au point d'être en mesure de pouvoir effectuer des prévisions de météorologie spatiale.

« Notre compréhension de la façon dont fonctionne l'environnement géospatial est encore à ses débuts. Elle est semblable à , notre compréhension de la météo terrestre voilà un siècle », a déclaré M. Manuel. Il a remarqué que les prévisions météorologiques se sont grandement améliorées lorsque les satellites ont pu observer la Terre et étudier les systèmes météorologiques dans leur ensemble. « Le PCSG pourrait un jour faire de même pour la météo spatiale en rendant possible la télédétection des phénomènes physiques en cours au-dessus du Canada tout comme les satellites météorologiques actuels qui observent notre atmosphère. »