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Relation Soleil - Terre

Cet axe thématique couvre aussi bien des questions de physique fondamentale que des aspects très appliqués de la recherche spatiale. Les trois grandes questions sur lesquelles nous travaillons sont :

1) Comment le vent solaire est-il chauffé et accéléré ?

Le milieu s’étendant entre le Soleil et la Terre est aussi un formidable laboratoire d’astrophysique, qui reproduit à plus petite échelle des phénomènes physiques qui agissent ailleurs dans l’univers. L’étude du vent solaire nous confronte à une des grandes questions de la physique contemporaine : comment ce vent émanant du Soleil (dont la surface avoisine les 6000 ºC) est-il accéléré et chauffé jusqu’à des températures dépassant le million de degrés C ?
Avec lancement prochain des satellites Solar Orbiter (ESA, 2018), Solar Probe Plus (NASA, 2018) et BepiColombo (ESA/JAXA, 2018) nous nous préparons à une riche moisson de mesures in situ du vent solaire grâce à nos capteurs magnétiques (sur Solar Orbiter et Solar Probe Plus) et à une sonde à impédance mutuelle (sur BepiColombo). Solar Probe Plus, en particulier, sera le premier satellite à pénétrer profondément dans l’atmosphère solaire, dans la région où le vent solaire est accéléré.
Ces données du vent solaire, nous les confrontons avec des modèles théoriques, et plus particulièrement à des modèles d’interaction faisceau-plasma qui décrivent la génération d’ondes associées à la propagation de faisceaux d’électrons dans un milieu inhomogène.

Simulation du champ électrique (en unités adimensionnées) associé au passage d’une onde de Langmuir modulée en amplitude.

Une de nos spécialités est le développement de techniques d’analyse de données qui font notamment appel à la transformation en ondelettes et à la séparation aveugle de sources. Ces techniques nous permettent notamment de mieux comprendre le rôle des structures cohérentes au sein de la turbulence du vent solaire.

2) Comment mieux prédire l’impact du rayonnent solaire sur notre atmosphère ?

L’environnement spatial de la Terre est en permanence exposé aux variations d’activité solaire, dont certaines peuvent avoir un impact direct sur nous et sur nos technologies : dysfonctionnement de satellites, communications radio perturbées, perte de localisation par GPS, etc. Une discipline émergente, appelée météorologie de l’espace, a vocation à mieux comprendre ces variations d’activité et à les prédire.
Grâce à plusieurs projets européens (SOTERIA, ATMOP, SOLID), nous avons développé des compétences nouvelles dans l’étude de la variabilité du rayonnement solaire (en particulier dans l’ultraviolet) et de son impact sur la haute atmosphère terrestre. Nous avons notamment mis en évidence le caractère systématique et dominant du rayonnement en lumière visible dans l’énergie totale des éruptions solaires.
Ces compétences sont mises à profit pour développer des produits opérationnels pour la météorologie de l’espace, et en particulier de nouveaux traceurs d’activité solaire pour améliorer la prévision de l’orbite des satellites. Ces études se font en partenariat avec le CNES (http://spaceweather.cls.fr) et dans le cadre du programme européen du Space Situational Awareness.

3) Comment mieux quantifier le rôle du Soleil dans les variations climatiques ?

Par analogie avec la météorologie classique, il est aujourd’hui aussi question de climatologie de l’espace, dans laquelle nous cherchons à mieux comprendre l’évolution du milieu spatial sur des durées plus longues, allant de l’année au siècle, et au-delà. Un des grands enjeux est ici l’impact de la variabilité solaire sur notre climat terrestre.
Pour répondre aux fortes attentes sur le lien présumé entre activité solaire et réchauffement climatique, nous avons coordonné de 2011 à 2015 un important réseau européen (TOSCA) pour dresser le bilan des mécanismes connus. Nous avons notamment contribué à reconstruire l’activité solaire de 1850 à aujourd’hui ; ces données serviront de référence au prochain rapport du GIEC.

Comparaison entre plusieurs reconstructions du forçage radiatif solaire (irradiance totale). La courbe en noir est la nouvelle référence.

Contact : Thierry Dudok de Wit

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