La dépendance de l’humanité à l’électricité a été renforcée par la pandémie mondiale de COVID-19. Il est impossible d’imaginer la vie moderne sans elle, manquant de tout, des lumières à Internet. Que se passerait-il si tout cela disparaissait pendant la nuit? Si tous nos réseaux électriques tombaient en panne essentiellement simultanément? C’est plus que le décor d’un roman dystopique : c’est une possibilité réelle. Une grande tempête géomagnétique déclenchée par le soleil pourrait souffler les transformateurs qui sont un composant essentiel de nos réseaux électriques. Et c’est déjà arrivé.

La physique

Le soleil émet un flux constant de particules chargées connu sous le nom de vent solaire. La Terre est en grande partie protégée de ce vent par son champ magnétique généré en interne. Le champ magnétique crée une sorte de bulle autour de la Terre connue sous le nom de magnétosphère. La magnétosphère nous protège du dangereux rayonnement solaire et empêche notre atmosphère d’être emportée par le vent. Aux pôles magnétiques, une partie du matériau du vent solaire peut se frayer un chemin dans l’atmosphère terrestre. C’est ce qui cause les aurores, et pourquoi elles ne peuvent généralement être vues qu’autour des pôles magnétiques Nord et Sud.

De temps en temps, le soleil peut libérer des poussées d’énergie plus fortes connues sous le nom d’éjections de masse coronale (EMC). Ces éjections peuvent éjecter des milliards de tonnes de matière de l’atmosphère étendue du soleil, la couronne solaire, et les envoyer se précipiter dans l’espace à des vitesses incroyables – parfois dans notre direction. Ils peuvent prendre de plusieurs jours à seulement 15 heures pour nous rejoindre. Les plus grandes CME résultent de la relaxation de lignes de champ magnétique fortement tordues, souvent accompagnées d’une éruption solaire. Ils se produisent généralement près de zones à forte activité de taches solaires et sont plus susceptibles lorsque l’activité du soleil est à un pic connu sous le nom de maximum solaire dans le cycle solaire.

L’histoire

Le soleil était à son maximum solaire en 1859, alors que l’électricité n’était pas encore répandue et était principalement utilisée avec les systèmes télégraphiques. Richard Carrington observait des taches solaires sur une image projetée du soleil le matin du 1er septembre lorsqu’il a remarqué deux points de lumière incroyablement brillants.

Figure 1: Les taches solaires et les éruptions solaires (étiquetées A et B) observées par Richard Carrington en 1859. Source: MNRA

Très tôt le lendemain matin, des aurores ont illuminé le ciel nocturne, s’étendant jusqu’au sud des Caraïbes dans l’hémisphère Nord. Plus le nord est éloigné, plus les aurores sont brillantes, réveillant les mineurs d’or dans les montagnes Rocheuses et fournissant suffisamment de lumière pour être lues dans le nord-est des États-Unis. Les systèmes télégraphiques en Europe et en Amérique du Nord ont échoué et certains opérateurs télégraphiques ont même subi de forts chocs.

L’événement a été causé par la plus grande EMC de l’histoire enregistrée. Les points lumineux observés par Carrington étaient des éruptions solaires qui accompagnaient l’éjection. Quelques heures plus tard, le CME a atteint la Terre et les particules chargées en mouvement rapide ont traversé la magnétosphère et sont entrées dans l’atmosphère, provoquant les brillantes aurores qui ont été observées dans le monde entier. Ces particules chargées ont dévalé les lignes télégraphiques et ont choqué les opérateurs lorsqu’ils ont atteint la fin.

Et si c’était arrivé aujourd’hui?

Nos réseaux électriques d’aujourd’hui sont incroyablement plus complexes que les systèmes télégraphiques de 1859. Le résultat exact d’un événement similaire de même ampleur est impossible à dire. L’événement le plus proche auquel nous pouvons le comparer est les tempêtes géomagnétiques de 1989, qui a été une année de forte activité solaire. En mars 1989, la province de Québec (qui est proche du pôle géomagnétique Nord) a perdu de l’électricité pendant 9 heures après qu’une tempête eut déclenché les disjoncteurs. Mais cet événement était nettement plus petit que celui de 1859.

Un événement de cette taille ou plus pourrait faire exploser des transformateurs, des éléments essentiels du réseau électrique, laissant beaucoup sans électricité. Selon l’endroit où la tempête frappe le plus fort, la protection du réseau contre les torchères et le nombre de transformateurs de rechange facilement disponibles, la panne de courant pourrait durer de 16 jours à quelques années et le coût pour les États–Unis pourrait s’élever à 0,6 – 2,6 billions de dollars.

Figure 2: Un modèle de la force relative des champs électriques causés par un autre événement au niveau de Carrington. L’ombrage violet indique des zones avec des champs électriques plus importants qui seraient plus durement touchées par une tempête. Les pires effets sont observés sur la côte atlantique et au Canada, en partie à cause de leur proximité du pôle géomagnétique Nord.(Source : rapport sur les risques de Lloyd’s.)

Un autre événement au niveau de Carrington est inévitable. Les enregistrements auroraux peuvent être utilisés pour mesurer la taille historique des tempêtes passées. Ils indiquent que des tempêtes comme celle qui frappe le Québec se produisent environ tous les 50 ans, tandis que des événements de niveau Carrington se produisent environ tous les 150 ans. Cela fait 162 ans depuis 1858, mais nous n’avons pas besoin de paniquer pour l’instant. Le soleil, qui fonctionne sur un cycle de 11 ans, vient d’avoir un minimum solaire il y a un an en avril 2019. Le prochain maximum solaire, la période d’activité la plus élevée, ne se produira pas avant 2023-2026 et certains maximums sont plus faibles que d’autres.

Après la tempête de 1989 qui a frappé le Québec, la province s’est préparée en modernisant son infrastructure électrique à un coût initial élevé, mais en sachant qu’elle économiserait de l’argent lorsqu’une autre tempête frapperait. Les États-Unis ne sont pas préparés de la même manière. En 2002, quinze pour cent des transformateurs de grande puissance encore utilisés étaient fabriqués avant 1972 (lorsque des transformateurs de grande robustesse ont été introduits). Même les transformateurs modernes ne sont pas nécessairement équipés pour faire face à un événement de niveau Carrington et il n’y a pas de réserve fédérale de transformateurs, car cela a été jugé trop coûteux dans un rapport du département américain de l’Énergie de 2017. Les compagnies d’électricité ont leurs propres réserves, mais le nombre exact et l’emplacement de ces réserves sont considérés comme des informations exclusives. Au lieu d’une réserve fédérale, le rapport exhortait le gouvernement à créer une évaluation indépendante de la fiabilité des transformateurs critiques et à travailler avec l’industrie pour élaborer des plans en cas de pannes majeures. On ne sait pas si cela s’est produit.

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