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L'Observatoire géospatial (GO) canadien : surveiller et prévoir les conditions météorologiques spatiales

Vue d'artiste de phénomènes solaires

Vue d'artiste de phénomènes solaires modifiant les conditions de l'environnement spatial près de la Terre. (Source : NASA.)

La nécessité de surveiller et de prévoir les conditions météorologiques spatiales augmente à mesure que croit notre dépendance à la technologie. Le rayonnement spatial a des effets sur les astronautes, les satellites et les systèmes terrestres. Des phénomènes météorologiques spatiaux ont causé une panne de courant au Québec en , des défaillances des satellites Anik E1 et Anik E2 en , et la perte de 40 satellites Starlink en . Vu sa position nordique, le Canada est grandement touché par les effets des conditions météorologiques spatiales. En revanche, c'est aussi un endroit idéal pour observer l'environnement spatial près de la Terre (le géoespace) où se produisent les phénomènes météorologiques spatiaux.

Les phénomènes météorologiques spatiaux

Les phénomènes météorologiques spatiaux peuvent perturber un grand nombre de nos technologies et infrastructures essentielles. (Source : NASA.)

L'Observatoire géospatial (GO) canadien est une initiative qui vise à aider la communauté universitaire à recueillir des données météorologiques spatiales qui permettront d'effectuer des recherches scientifiques et de créer des applications utiles aux Canadiens. Pour connaitre les conditions météorologiques spatiales, l'idéal est de combiner les mesures prises du sol à celles prises depuis l'espace, de surveiller les perturbations magnétiques dans l'espace ou la façon dont les ondes radio sont absorbées ou déviées, ou encore d'observer leur manifestation visuelle : les aurores polaires.

Instruments de collecte de données géospatiales

Après la publication d'un avis d'offre de participation en , sept projets ont été sélectionnés. Les ententes de financement, qui totalisent trois millions de dollars sur 30 mois, soutiennent l'utilisation d'instruments scientifiques sondant l'espace au-dessus du Canada pour recueillir des données qui amélioreront la compréhension des effets des phénomènes météorologiques spatiaux sur les infrastructures du pays. Elles assurent aussi la collecte continue des données et leur accès ouvert aux scientifiques canadiens et au public. Voici les projets retenus.

AUTUMN EAST-WEST – Université d'Athabasca

Photo d'une aurore prise par l'astronaute français Thomas Pesquet

Photo d'une aurore prise par l'astronaute français Thomas Pesquet durant sa mission de six mois à la Station spatiale internationale. (Source : ESA/NASA.)

L'équipe du projet AUTUMN EAST-WEST utilisera des détecteurs magnétiques de précision à certains endroits du Québec pour étudier les aurores et leurs effets sur le réseau d'Hydro-Québec, et dans l'Ouest canadien en complément des travaux d'autres réseaux de recherche. Les aurores actives (des phénomènes météorologiques spatiaux) causent des effets terrestres qui sont grandement étudiés par l'intermédiaire des changements des champs magnétiques et électriques. La compréhension de ces phénomènes et des mesures d'atténuation possibles fait partie de l'évaluation des dangers qui assure le fonctionnement fiable des réseaux électriques et des systèmes de communication aujourd'hui essentiels à la vie quotidienne.

Les données du AUTUMN EAST-WEST (en anglais seulement) sont accessibles sur le site de l'Université Athabasca.

Équipe du projet

  • Martin Connors, Ph. D., Université d'Athabasca (chercheur principal)
  • Ian Schofield, Université d'Athabasca
  • Sébastien Guillon, Hydro-Québec TransÉnergie

CARISMA – Université de l'Alberta

Les magnétomètres à vanne de flux et à bobine d'induction sont des outils essentiels pour la surveillance des conditions météorologiques spatiales et la recherche dans le domaine des sciences Soleil-Terre au sujet des influences du vent solaire sur le géoespace et de ses interférences avec celui-ci. Ensemble, ces deux types de magnétomètres permettent de mesurer les champs magnétiques terrestres avec une grande précision et aident à comprendre les processus et les courants électriques qui transportent la masse et l'énergie à travers la magnétosphère et l'ionosphère près de la Terre. L'équipe du projet exploitera 19 observatoires magnétiques existants du réseau CARISMA pour fournir des mesures scientifiques libres d'accès à l'appui de missions satellitaires comme CASSIOPE/e-POP de l'ASC, THEMIS de la NASA, SWARM de l'ESA et ARASE de la JAXA.

Les données du CARISMA (en anglais seulement) sont accessibles sur le site de l'Université de l'Alberta.

Équipe du projet

  • Ian R. Mann, Ph. D., Université de l'Alberta (chercheur principal)
  • Andrew Yau, Ph. D., Université de Calgary
  • David Knudsen, Ph. D., Université de Calgary
  • Jesper Gjerloev, Ph. D., Laboratoire de physique appliquée, Université Johns-Hopkins
  • Peter Chi, Ph. D., Université de la Californie à Los Angeles
  • Kathryn McWilliams, Ph. D., Université de la Saskatchewan
  • Vassilis Angelopoulos, Ph. D., Université de la Californie à Los Angeles
  • Yoshizumi Miyoshi, Ph. D., Université de Nagoya
  • David G. Sibeck, Ph. D., centre spatial Goddard
  • Jonathan Rae, Ph. D., University College London
  • Emma Louise Spanswick, Ph. D., Université de Calgary

CHAIN – Université du Nouveau-Brunswick

Illustration de l'ionosphère au-dessus de l'Arctique

Illustration de l'ionosphère au-dessus de l'Arctique. (Source : CHAIN, Université du Nouveau-Brunswick.)

L'équipe du projet prend des mesures des électrons dans l'ionosphère en continu et en temps quasi réel en déterminant la distorsion des signaux provenant des satellites du système de localisation GPS. Pour ce faire, elle emploie le Réseau ionosphérique de l'Extrême-Arctique canadien (CHAIN), qui se compose de 28 récepteurs du système GPS et de 10 ionosondes numériques canadiennes sophistiquées réparties dans l'Arctique canadien. Les mesures serviront à la recherche et à des applications relatives à la météo spatiale. L'infrastructure utilisée est financée par la Fondation canadienne pour l'innovation, la Fondation de l'innovation du Nouveau-Brunswick et le ministère de la Défense nationale.

Les données du CHAIN (en anglais seulement) sont accessibles sur le site de l'Université du Nouveau-Brunswick.

Équipe du projet

  • P. Thayyil Jayachandran, Ph. D., Université du Nouveau-Brunswick (chercheur principal)
  • Christopher Watson, Ph. D., Université du Nouveau-Brunswick
  • Richard Langley, Ph. D., Université du Nouveau-Brunswick
  • David Themens, Ph. D., Université du Nouveau-Brunswick
  • Anton Kashcheyev, Ph. D., Université du Nouveau-Brunswick
  • Anthony McCaffrey, Ph. D., Université du Nouveau-Brunswick
  • Todd Kelly, Université du Nouveau-Brunswick

Établissement national de recherche du Canada du SuperDARN – Université de la Saskatchewan

Aurore boréale au-dessus du site radar canadien du SuperDARN à Saskatoon

Aurore boréale au-dessus du site radar canadien du SuperDARN à Saskatoon. (Source : Ashton Reimer.)

Le Super Dual Auroral Radar Network (SuperDARN) est un réseau mondial de radars scientifiques qui sert à surveiller les conditions dans l'environnement spatial près de la Terre. Les radars permettent aux chercheurs d'observer l'effet des conditions météorologiques spatiales sur les flux de particules chargées dans l'ionosphère et la magnétosphère de la Terre. Les changements sont attribuables à des perturbations dans l'espace et sur Terre qui touchent des infrastructures modernes d'importance capitale, notamment des satellites, des réseaux électriques, des pipelines, des systèmes de communication radio et des stations spatiales (dangers dus au rayonnement). Le Canada contribue de manière fondamentale au SuperDARN en exploitant les cinq radars canadiens du réseau, situés à Saskatoon, Prince George, Rankin Inlet, Inuvik et Clyde River.

Les données du SuperDARN (en anglais seulement) sont accessibles sur le site de l'Université de la Saskatchewan.

Équipe du projet

  • Kathryn McWilliams, Ph. D., Université de la Saskatchewan (chercheuse principale)
  • Glenn Hussey, Ph. D., Université de la Saskatchewan
  • Alexandre Koustov, Ph. D., Université de la Saskatchewan

Opérations radar ICEBEAR – Université de la Saskatchewan

Radar auroral expérimental bistatique à ondes entretenues pour la région E de l'ionosphère

Radar auroral expérimental bistatique à ondes entretenues pour la région E de l'ionosphère (ICEBEAR) nouvellement construit près de Prelate, en Saskatchewan. (Source : Kevin Krieger, ingénieur de recherche, Université de la Saskatchewan.)

Ce projet vise à expliquer un phénomène naturel se produisant dans l'ionosphère terrestre, une couche de transition partiellement ionisée entre l'atmosphère neutre (dessous) et l'espace entièrement ionisé (au-dessus). Les milieux ionisés contiennent des particules électriquement chargées qui sont « libres » de se déplacer. Les champs électriques et magnétiques interagissent fortement avec ces milieux, qui se comportent très différemment de l'atmosphère neutre à la surface de la Terre. Un nouveau radar numérique sophistiqué et novateur, l'ICEBEAR (acronyme anglais pour « radar auroral expérimental bistatique à ondes entretenues pour la région E de l'ionosphère »), permet d'observer en détail la partie la plus basse de l'ionosphère. Il peut détecter le mouvement des particules ionisées, qui produisent les magnifiques aurores boréales. Très sensible, ce radar permet aussi d'observer les vents neutres de la haute atmosphère grâce au suivi des queues ionisées des micrométéorites qui percutent la Terre.

Les données du ICEBEAR (en anglais seulement) sont accessibles sur le site de l'Université de la Saskatchewan.

Équipe du projet

  • Glenn Curtis Hussey, Ph. D., Université de la Saskatchewan (chercheur principal)
  • Alexandre Koustov, Ph. D., Université de la Saskatchewan
  • Jean-Pierre St-Maurice, Ph. D., Université de la Saskatchewan

CAR-NGEN – Université de l'Alberta

Un flux de particules provenant du Soleil

Un flux de particules provenant du Soleil, le vent solaire, heurte la magnétosphère terrestre (zone bleue). (Source : ESA.)

Les magnétomètres à vanne de flux sont des outils essentiels pour la surveillance des conditions météorologiques spatiales et la recherche sur les divers effets du vent solaire sur le géoespace. Ils permettent de mesurer les champs magnétiques terrestres avec une grande précision et de déduire les processus et les courants électriques qui transportent la masse et l'énergie à travers la magnétosphère et l'ionosphère près de la Terre. S'appuyant sur de récents progrès technologiques, le projet CAR-NGEN (acronyme anglais pour « réseau de magnétomètres autonomes de nouvelle génération CARISMA ») vise l'établissement d'un réseau de magnétomètres à vanne de flux de calibre mondial afin de fournir des mesures scientifiques libres d'accès à l'appui de missions satellitaires comme CASSIOPE/e-POP de l'ASC, THEMIS de la NASA, SWARM de l'ESA et ARASE de la JAXA.

Équipe du projet

  • David K. Milling, Ph. D., Université de l'Alberta (chercheur principal)
  • Ian Robert Mann, Ph. D., Université de l'Alberta
  • Andrew Yau, Ph. D., Université de Calgary
  • David Knudsen, Ph. D., Université de Calgary
  • Jesper Gjerloev, Ph. D., Université Johns-Hopkins

TREx-ASI – Université de Calgary

Les aurores sont de splendides manifestations de processus survenant dans l'environnement spatial près de la Terre. Les images des aurores sont aussi un outil puissant pour la télédétection géospatiale. Le Canada dispose du plus grand territoire, aussi le plus facilement accessible, au-dessus duquel se produisent des aurores dans le monde. Notre situation géographique fait donc du Canada un endroit unique pour l'imagerie scientifique de ces phénomènes. TREx-ASI est un réseau novateur d'imageurs auroraux dont les champs observés couvrent l'Alberta, la Saskatchewan, le Manitoba et une grande partie des Territoires du Nord-Ouest. Il produira des images très utiles pour la recherche scientifique spatiale au Canada et favorisera les retombées scientifiques de satellites de recherche canadiens, européens et de la NASA.

Les données du projet TREx-ASI (en anglais seulement) sont accessibles sur le site de l'Université de Calgary.

Équipe du projet

  • Eric Donovan, Ph. D., Université de Calgary (chercheur principal)
  • Laila Andersson, Ph. D., Laboratoire de physique de l'atmosphère et de l'espace, Université du Colorado
  • Vassilis Angelopoulos, Ph. D., Institut de géophysique et de physique planétaire, Université de la Californie à Los Angeles
  • Christine Gabrielse, Service des sciences de l'espace, The Aerospace Corporation
  • Michael Henderson, Laboratoire national de Los Alamos
  • David Knudsen, Ph. D., Département de physique et d'astronomie, Université de Calgary

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