Etienne Pariat

Le soleil, astre à l'activité incessante, présente chaque jour un nouveau visage. Une des taches quotidiennes importantes consiste donc à regarder l'état de ce dernier sur les sites web collectant et présentant les dernières observations du Soleil.

Le soleil est après la terre, le second astre le plus ausculté et scruté par l'être humain. C'est bien normal, tant le Soleil influence sur l'environnement de notre terre : à très long terme sur le climat terrestre mais aussi à court terme par l'entremise des éruptions solaires qui peuvent fortement perturber l'environnement électromagnétique de la Terre et les satellites artificiels que nos sociétés utilisent de plus en plus.

Ainsi, plus de huit satellites prennent en permanence des images des humeurs du Soleil et le même nombre de satellites mesurent le flux de matières et de particules qu'il émet dans l'espace interplanétaire auquel il faut rajouter. Chacun de ces instruments apporte une information bien spécifique sur notre astre. Certains observent le bas de l'atmosphère (en lumière visible), plusieurs s'intéressent à l'atmosphère haute du Soleil (dans le domaine Ultraviolet) dont la température moyenne est de l'ordre de millions de degrées, d'autres encore apportent des informations sur les régions les plus froides de cette atmosphère ou bien au contraire sur les régions extrêmement chaudes (plusieurs millions de degrées) qui apparaissent lorsque une région du soleil entre en éruption. Chaque détecteur apporte donc une information unique qui permet d'ausculter l'état du Soleil.

Sur le site suivant, qui compile des observations de multiples sources, je me renseigne donc sur l'état de forme du soleil : Solar Monitor Je consulte aussi ce site qui présente les dernières images du Solar Dynamic Observatory avec lequel je travaille le plus, et qui fournit les images quotidiennes les plus remarquables de notre astre à l'heure actuelle : The Sun Today Je regarde combien de groupe de taches sont présent à sa surface (en lumière visible) correspondant aux "régions actives" solaires, zone brillante en Ultraviolet, sources de la plupart des évènements énergétiques du Soleil. Je m'informe sur l'étendue de ces taches, sur leur forme, sur la complexité du champ magnétique qui les constituent. Je regarde aussi si des éruptions ont eu lieu et je construis des films de celles qui me paraissent les plus intéressantes (ou les plus spectaculaires).

 
Une éruption solaire en UV. Observation d’une éruption solaire par le satellite SDO © NASA

D'autres structures peuvent éventuellement attirer mon attention. Ce peut être les filaments solaires, ces grandes allongées qui apparaissent sombre dans les images en Ultraviolet. Ces structures correspondent à de la matière froide (seulement quelques milliers de dégrées) plongée au sein de l'atmosphère solaire qui est elle mille fois plus chaude. C'est grâce au champ magnétique très important que possède ces filaments, que ces structures sont isolés du reste de l'atmosphère. Ces structures sont parfois déstabilisées et sont éjectés vers l'espace interplanétaire entrainant des milliards de tonne de matière solaire avec elle.

Deux filaments solaires © SolarMonitor

Les trous coronaux sont d'autres structures dignes d'intérêts. Ces larges zones qui apparaissent sombre dans les images en ultraviolet. Ces régions correspondent à des zones ou le champ magnétique du Soleil est directement connecté à l'espace interplanétaire, et pourquoi pas à la terre. Ce type de régions est particulièrement propice pour découvrir de multiples jets. Ces trous coronaux sont les zones d'ou s'échappe une partie de la matière solaire, constituant le vent solaire, et qui va structurer l'ensemble de la zone d'influence du Soleil dans l'univers: l'héliosphère.

Exemple de Trou Coronal situé sur le disque solaire et observée en Ultraviolet par le satellite SDO © NASA

La seconde partie importante de ma journée porte sur l'analyse et le développement de véritables expériences numériques. La taille phénoménale des objets que j'étudie (une région active solaire fait plusieurs fois la taille de la terre), leurs caractéristiques physiques - température très élevée (millions de degrée), densité de matière extrêmement faible (plusieurs milliards de fois plus faible que l’atmosphère terrestre), flux magnétique intense - rendent l'expérimentation impossible. De plus, aucune sonde actuelle ne pouvant à l'heure actuelle plonger au sein même du Soleil, il est aussi impossible de mesurer directement ce qui se passe sous la "surface" solaire. Il est donc obligatoire, pour comprendre les phénomènes solaires, d'utiliser la simulation numérique pour reproduire avec des ordinateurs ce qui se produit sur le Soleil.

J’utilise des méthodes de calcul numérique de plus en plus sophistiquées fonctionnant sur des supercalculateurs, des ensembles d’ordinateurs mettant en jeux des milliers de microprocesseurs calculant simultanément en parallèle et échangeant une partie de l’information, tels ceux du Centre Informatique National de l’Enseignement Supérieur. Une expérience typique que je mets en place porte sur l’évolution du champ magnétique lors des éruptions solaires. Quotidiennement, je consulte l’avancement des mes expériences numériques. Je vérifie si elles se sont interrompues. Je visualise une partie des données (cf. figure ci-dessous) et vérifie que l’évolution correspond aux phénomènes observées sur le Soleil.

Exemple d’une sortie de simulation numérique. Le plan orange montre la surface solaire. Les lignes représentent le champ magnétique. Les isosurfaces bleues claires indiquent les régions de densité plus forte, montrant un jet. © DR

En fonction des résultats d’une simulation, je peux décider de changer les conditions initiales de l’expériences afin d’obtenir une expérience plus réaliste (correspondant plus aux observations solaires) ou de modifier certains paramètres afin de clarifier les effets et le rôle respectifs des différents ingrédients participant au déclanchement des évènements éruptifs.

Ma journée comporte ainsi des allés et retour très fréquent entre données d’expériences théoriques et observation du Soleil. C’est une des grandes chances mais aussi une véritable épreuve de compréhension. En se basant sur une quasi infinité d’observations nulle n’étant équivalente à l’autre, un physicien solaire doit s’extraire de la complexité des observations pour tenter de retrouver les principes généraux de fonctionnement du Soleil. La théorie de la physique solaire est très fortement contrainte par les observations continuelles du Soleil. C’est un challenge particulièrement excitant de ce domaine de l’Astrophysique.