Les 1er et 2 septembre 1859, les systèmes télégraphiques du monde entier ont connu des défaillances catastrophiques. Les opérateurs des télégraphes ont déclaré avoir reçu des chocs électriques, que le papier télégraphique avait pris feu et qu’ils n’avaient pas pu faire fonctionner leur équipement. avec des batteries débranchées. Le soir, les aurores boréales, plus connues sous le nom d’aurores boréales, peuvent être observées jusqu’en Colombie. En général, ces lumières ne sont visibles qu’à des latitudes plus élevées, dans le nord du Canada, en Scandinavie et en Sibérie.
Ce que le monde a vécu ce jour-là, connu aujourd’hui sous le nom d'” aurore boréale “, est un phénomène de plus en plus répandu. Événement de Carringtonétait un massif tempête géomagnétique. Ces tempêtes se produisent lorsqu’une grande bulle de gaz surchauffé appelée plasma is ejected from the surface of the sun and hits the Earth. This bubble is known as a coronal mass ejection.
The plasma of a coronal mass ejection consists of a cloud of protons and electrons, which are electrically charged particles. When these particles reach the Earth, they interact with the magnetic field that surrounds the planet. This interaction causes the magnetic field to distort and weaken, which in turn leads to the strange behavior of the aurora borealis and other natural phenomena. As an electrical engineer who specializes in the power grid, I study how geomagnetic storms also threaten to cause power and internet outages and how to protect against that.
Geomagnetic storms
The Carrington Event of 1859 is the largest recorded account of a geomagnetic storm, but it is not an isolated event.
Geomagnetic storms have been recorded since the early 19th century, and scientific data from Antarctic ice core samples has shown evidence of an even more massive geomagnetic storm that occurred around A.D. 774, now known as the Miyake Event. That solar flare produced the largest and fastest rise in carbon-14 ever recorded. Geomagnetic storms trigger high amounts of cosmic rays in Earth’s upper atmosphere, which in turn produce carbon-14, a radioactive isotope of carbon.
A geomagnetic storm 60% smaller than the Miyake Event occurred around A.D. 993. Ice core samples have shown evidence that large-scale geomagnetic storms with similar intensities as the Miyake and Carrington events occur at an average rate of once every 500 years.
Typical amounts of solar particles hitting the earth’s magnetosphere can be beautiful, but too much could be catastrophic. Credit: Svein-Magne Tunli – tunliweb.no/Wikimedia, CC BY-NC-SA
Nowadays the National Oceanic and Atmospheric Administration uses the Geomagnetic Storms scale to measure the strength of these solar eruptions. The “G scale” has a rating from 1 to 5 with G1 being minor and G5 being extreme. The Carrington Event would have been rated G5.
It gets even scarier when you compare the Carrington Event with the Miyake Event. Scientist were able to estimate the strength of the Carrington Event based on the fluctuations of Earth’s magnetic field as recorded by observatories at the time. There was no way to measure the magnetic fluctuation of the Miyake event. Instead, scientists measured the increase in carbon-14 in tree rings from that time period. The Miyake Event produced a 12% increase in carbon-14. By comparison, the Carrington Event produced less than 1% increase in Carbon-14, so the Miyake Event likely dwarfed the G5 Carrington Event.
Knocking out power
Today, a geomagnetic storm of the same intensity as the Carrington Event would affect far more than telegraph wires and could be catastrophic. With the ever-growing dependency on electricity and emerging technology, any disruption could lead to trillions of dollars of monetary loss and risk to life dependent on the systems. The storm would affect a majority of the electrical systems that people use every day.
Le National Weather Service gère le Space Weather Prediction Center, qui surveille les éruptions solaires susceptibles de provoquer des tempêtes géomagnétiques.
Les tempêtes géomagnétiques génèrent des courants induits, qui circulent dans le réseau électrique. Les courants géomagnétiques courants induitsqui peuvent dépasser 100 ampères, circulent dans les composants électriques connectés au réseau, tels que les transformateurs, les relais et les capteurs. Cent ampères équivalent au service électrique fourni à de nombreux ménages. Des courants de cette taille peuvent provoquer des dommages internes dans les composants, entraînant des coupures de courant à grande échelle.
Une tempête géomagnétique trois fois plus petite que l’événement de Carrington s’est produite au Québec, au Canada, en mars 1989. La tempête a provoqué l’effondrement du réseau électrique d’Hydro-Québec.. Pendant la tempête, les courants élevés induits magnétiquement ont endommagé un transformateur au New Jersey et déclenché les disjoncteurs du réseau. Dans ce cas, la panne a entraîné cinq millions de personnes ont été privées d’électricité pendant neuf heures.
Rupture des connexions
En plus des pannes électriques, les communications seraient perturbées à l’échelle mondiale. Les fournisseurs d’accès à Internet pourraient tomber en panne, ce qui aurait pour effet d’empêcher les différents systèmes de communiquer entre eux. Les systèmes de communication à haute fréquence, tels que les radios sol-air, à ondes courtes et de bateau à bateau, seraient perturbés. Les satellites en orbite autour de la Terre pourraient être endommagés par les courants induits par la tempête géomagnétique, qui brûleraient leurs circuits imprimés. Cela entraînerait perturbations dans le téléphone, l’Internet, la radio et la télévision par satellite.
De plus, lorsque les tempêtes géomagnétiques frappent la Terre, l’augmentation de l’activité solaire provoque une expansion de l’atmosphère vers l’extérieur. Cette expansion modifie la densité de l’atmosphère où les satellites sont en orbite. Une atmosphère plus dense crée une résistance sur un satellite, ce qui le ralentit. Et s’il n’est pas manœuvré sur une orbite plus élevée, il peut retomber sur Terre.
Un autre domaine de perturbation qui pourrait potentiellement affecter la vie quotidienne est celui des systèmes de navigation. Pratiquement tous les modes de transport, des voitures aux avions, utilisent le GPS pour la navigation et le suivi. Même les appareils portatifs tels que les téléphones cellulaires, les montres intelligentes et les étiquettes de suivi dépendent des signaux GPS envoyés par les satellites. Les systèmes militaires dépendent fortement du GPS pour la coordination. D’autres systèmes de détection militaires, comme les radars à l’horizon et les systèmes de détection des sous-marins, pourraient être perturbés, ce qui entraverait la défense nationale.
En ce qui concerne Internet, un orage géomagnétique de l’ampleur de l’événement de Carrington pourrait produire des courants induits géomagnétiquement dans les câbles sous-marins et terrestres. qui forment l’épine dorsale de l’internet ainsi que les centres de données qui stockent et traitent tout, des courriels et des messages textuels aux ensembles de données scientifiques et aux outils d’intelligence artificielle. Cela pourrait potentiellement perturber l’ensemble du réseau et empêcher les serveurs de se connecter les uns aux autres.
Juste une question de temps
Ce n’est qu’une question de temps avant que la Terre ne soit frappée par une autre tempête géomagnétique. Une tempête de la taille de l’événement de Carrington serait la suivante extrêmement dommageable aux systèmes électriques et de communication du monde entier, avec des pannes pouvant durer des semaines. SiSi la tempête est de la taille de l’événement de Miyake, les résultats seraient catastrophiques pour le monde entier, avec des pannes potentielles durant des mois, voire plus. Même avec alertes météo spatiales du centre de prévision de la météo spatiale de la NOAA, le monde ne serait prévenu que quelques minutes ou quelques heures à l’avance.
Je pense qu’il est essentiel de continuer à rechercher des moyens de protéger les systèmes électriques contre les effets des tempêtes géomagnétiques, par exemple en en installant des dispositifs qui peuvent protéger les équipements vulnérables comme les transformateurs, et en élaborant des stratégies pour ajuster les charges du réseau lorsque les tempêtes solaires sont sur le point de frapper. En bref, il est important de travailler dès maintenant pour minimiser les perturbations causées par le prochain événement de Carrington.
Rédigé par David Wallace, professeur adjoint d’ingénierie électrique, Mississippi State University.
