Les éruptions stellaires (ou flares) sont des bouffées électromagnétiques soudaines, localisées et très intenses, qui proviennent d'étoiles comme le Soleil. Elles sont fréquemment accompagnées d'éjections massives de matière (plasma).
Les puissantes éruptions solaires observées en 2024 ont ainsi provoqué des aurores boréales à basse latitude. Peut-on imaginer des super-éruptions (ou superflares) solaires, encore plus énergétiques, dont l'impact sur les satellites, les aéronefs ou la santé humaine serait potentiellement catastrophique ? Et si oui, quelle pourrait être leur fréquence ?
Pour retrouver les traces des « colères » passées du Soleil, les chercheurs n'effectuent des mesures directes que depuis l'avènement des satellites mais ils peuvent interroger des archives naturelles comme des cernes d'arbres préhistoriques ou des carottes glaciaires millénaires. L'analyse de ces archives suggère qu'une tempête solaire extrême est survenue en moyenne tous les 1 500 ans sur une période de 12 000 ans. Elle ne permet cependant pas de détecter une super-éruption sans éjection de matière.
Un relevé statistique de super-éruptions stellaires
Des chercheurs de l'Irfu ont choisi, quant à eux, d'explorer une autre voie : la statistique des super-éruptions d'étoiles similaires au Soleil. Parmi les données du télescope Kepler de la NASA, ils ont ainsi sélectionné 56 450 étoiles dont la température et la luminosité sont proches de celles du Soleil. Au total, ils ont pu cumuler 220 000 ans d'activité stellaire, soit 18 fois plus que les archives naturelles.
Ils ont identifié 2 889 « pics » de luminosité, caractéristiques de super-éruptions, pour 2 527 étoiles. Soit, en moyenne, une occurrence par étoile et par siècle. Cette valeur a beaucoup surpris les astrophysiciens qui s'attendaient à une récurrence tous les 1000 ou 10 000 ans à partir des connaissances acquises sur le Soleil.
Le Soleil peut engendrer des super-éruptions
En réalité, les données solaires obtenues à partir d'observations spatiales entre 1986 et 2020 s'accordent avec les résultats stellaires, selon lesquels la fréquence des éruptions diminue avec l'énergie libérée. De plus, des simulations réalisées par des astrophysiciens du CEA-Irfu confirment qu'une étoile à rotation lente comme le Soleil (révolution de 28 jours) peut accumuler assez d'énergie pour produire une super-éruption. « Les calculs de dynamo haute performance des étoiles de type solaire expliquent facilement les origines magnétiques de l'intense libération d'énergie lors de ces superflares », assure Allan-Sacha Brun (Irfu).
En moyenne une fois par siècle, le Soleil pourrait donc connaître une super-éruption libérant jusqu'à 100 fois l'énergie de la plus puissante éruption solaire jamais enregistrée (tempête solaire de 1859 connue sous le terme d'événement de Carrington). Heureusement, les archives terrestres montrent que ces événements ne sont pas systématiquement accompagnés d'éjections massives de particules chargées et énergétiques ! Celles-ci pourraient entraîner la perte de satellites, la coupure de réseaux électriques, la déviation, voire l'arrêt des vols aériens, des black-out radio, etc.
Se protéger de tempêtes spatiales dangereuses
Il est donc primordial d'anticiper la survenue de telles super-éruptions afin de mettre en place des contre-mesures efficaces.
C'est pourquoi le CEA-Irfu a fait de la météorologie spatiale une de ses spécialités. À l'aide de superordinateurs, ses chercheurs simulent le Soleil et le milieu complexe entre le Soleil et la Terre, où interagissent le vent et la magnétosphère solaires (projets WholeSun, Stormgenesis et WindTRUST). Ces travaux s'appuient sur un vaste réseau d'observations continues du Soleil, notamment grâce à l'instrument STIX, conçu en partie par l'Irfu et embarqué à bord du satellite Solar Orbiter. Le satellite Plato et la sonde Vigil de l'ESA, auxquels collabore l'Irfu, complèteront les données à compter de fin 2026 et 2031 respectivement.