Mise à jour le 7 Février 2015
CONFÉRENCE
«SOLEIL ET ENJEUX SOCIÉTAUX»
Par Sylvaine TURK-CHIÈZE CEA
Organisée par l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14ème
Le Mardi 3 Février 2015 à 19H30
Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos
BREF COMPTE RENDU
Nous fêtons aujourd’hui les vingt ans des conférences publiques de l’IAP.
Bravo, continuez !
Sylvaine Turck-Chièze s’est d’abord intéressée à la physique nucléaire puis au bout d’une douzaine d’années elle s’est tournée vers l’astrophysique et plus particulièrement l’héliophysique en participant activement à la mission solaire (US/Europe) SOHO.
Elle exploite d’ailleurs toujours les données de ce satellite pour ainsi dire éternel.
Elle s’intéresse aussi à la physique des plasmas.
Elle travaille plus précisément au département IRFU du CEA.
Signalons qu’elle est aussi Présidente de l'association Femmes & Sciences.
LE SOLEIL UN VÉRITABLE LABORATOIRE DE PHYSIQUE.
Dès la fin du 19ème siècle, on avait compris qu’il y avait incompatibilité entre l’âge supposé de la Terre (Millions d’années) et l’âge supposé aussi du Soleil (Milliards d’années).
C’est Jean Perrin qui, en 1919, est à l’origine de l’idée que la source interne de la puissance solaire est une réaction nucléaire au centre du Soleil et plus généralement des étoiles. (Article paru d’ailleurs dans la revue l’Astronomie volume 36).
Ce n’est que dans les années 1960 que l’on procède aux premières simulations numériques.
Puis dans les années 1980, on découvre l’héliosismologie.
Enfin on se met à lancer des satellites dédiés à l’étude du Soleil : SOHO, Corot, SDO, etc…
CONDITIONS DE TEMPÉRATURE, DENSITÉ ET STRUCTURE DU SOLEIL.
Compléments de la Rédaction :
Le Soleil utilise la fusion nucléaire, c’est à dire la transformation de 4 noyaux d’Hydrogène (des protons) en un noyau d’Hélium (2 protons et 2 neutrons). Mais cette réaction nucléaire fournit aussi une énergie colossale.
En effet le résultat (He) est plus léger que ses constituants, la différence de masse apparaît sous la forme d’énergie (suivant la célèbre formule d’Einstein E=mc2) ; c’est cela la puissance du Soleil !
Cette énergie est créée au centre du Soleil, elle est due à la pression énorme de la gravité ce qui induit une température énorme : 15 à 20 millions de degrés, et c’est cela qui déclenche les réactions nucléaires.
Soleil (et étoile) = équilibre entre la pression due à la gravité (vers l’intérieur) et la pression nucléaire (vers l’extérieur).
L’étoile meurt quand la gravité prend le dessus !
Le centre du Soleil est le siège d’une incroyable densité de particules qui empêchent les photons crées par les réactions nucléaires de sortir, ils sont obligés de se frayer un chemin en zig zag vers l’extérieur, chemin semé d’embûches : absorption, diffusion ré-émission etc. Bref ce n’est qu’au bout de approximativement un millions d’années que ces photons ayant perdu une partie de leur énergie peuvent enfin s’échapper et nous atteindre ensuite au
bout de 8 minutes (temps du trajet Soleil Terre à la vitesse de la lumière).
Ces photons émettent maintenant dans le visible (40%) l’IR proche (50%) et l’UV (10%).
On y distingue plusieurs zones de température différente.
La couche interne : 15 millions K, la « surface » (photosphère) étant de l’ordre de 5000°C, mais la couronne de quelques millions de degrés. Pourquoi ? C’est encore en partie un mystère.
Les étoiles plus massives ont un cœur plus chaud : 50 millions K et une densité de 120 g/cm3.
Les étoiles comme les naines blanches peuvent aller jusqu’au milliard de K.
La production d’énergie est comme déjà dit due à la fusion de l’Hydrogène en Hélium.
À cette occasion 6,5 1010 neutrinos sont produits par cm2 et par seconde, ils sont produits au cœur même du Soleil.
Cette production est très sensible à la Température puisqu‘elle est en puissance 24 ! Si bien qu’ils servent à vérifier la température interne du Soleil.
Les neutrinos produits par le Soleil sont sensibles à l’interaction faible (l’un des 4 forces fondamentales).
Sur les dizaines de milliards de neutrinos émis par le Soleil par cm2 et par sec, seulement 5000 sont détectés par an au Super Kamiokande au Japon, mais on s’est aperçu qu’il en manquait (déficit).
Le détecteur de Sudbury au Canada (SNO), voit, lui tous les types de neutrinos, c'est lui qui nous met sur la voie : les neutrinos se sont transformés pendant leur voyage.
L’héliosismologie.
Comme le Soleil, presque toutes les étoiles oscillent, ces oscillations engendrent des ondes sonores qui se propagent dans l’étoile, cela permet de l’étudier de façon interne.
Les oscillations peuvent être de nature différente, pour le Soleil elles proviennent principalement de la surface.
Les différents modes de vibrations donnent des informations sur la matière solaire.
Les instruments MDI et Golf de Soho permettent de mesurer ces différents modes.
Le Soleil est une immense boule de gaz, et dans un gaz le son peut se propager (sur Terre dans l’air 330m/s) et sa vitesse dépend des propriétés physiques du milieu. On s’est donc mis à étudier la vitesse du son dans le Soleil.
À l’intérieur du Soleil, on a une valeur de vitesse du son de 300km/s, et de période approx 5 minutes (son très grave). La vitesse du son dans le Soleil augmente de la surface au centre.
L’étude de la propagation des ondes et de la mesure des différentes vitesses du son dans le Soleil, permettent de démontrer les différentes vitesses de rotation différentielle en surface. Mais à partir de la zone convective (0,7R) et en dessous, la vitesse reste constante.
La région de transition entre la zone radiative et la zone convective s’appelle la tachocline, c’est à partir de là que la rotation différentielle s’effectue.
IMPACT DU SOLEIL SUR L’ENVIRONNEMENT ET SUR L’HOMME.
C’est bien connu que le Soleil et le vent solaire ont des influences sur l’environnement terrestre comme par exemple : perturbations magnétiques, centrales électriques, perturbations satellitaires, influences sur les EVA des astronautes etc…
Contrepartie spectaculaire : les aurores !
Le cycle solaire actuel (cycle 24) est loin d’être un des plus actifs.
C’est un des plus bas connu, depuis qu’on l’étudie, à partir de 1755, c’est pour cela qu’on l’a baptisé min Max.
Un cycle normal dure approximativement 11 ans, celui-là pourrait être compris entre 9 et 14 ans ! On est vraiment en plein brouillard. Une possible explication, le champ magnétique du Soleil s’est inversé cette année.
Bilan radiatif du Soleil sur Terre.
Quelle est la quantité d’énergie émise par le Soleil ?
Les lois de la thermodynamique permettent de calculer la température de la surface solaire à partir de la longueur d’onde moyenne émise, et connaissant la dimension du rayon du Soleil, on peut aussi en déduire le flux lumineux et la puissance rayonnée.
Connaissant la distance Soleil-Terre on peut calculer la constante solaire dans l’espace au niveau de la Terre : 1370 W/m2 approx.
Mais, attention ce n’est pas ce qui arrive au sol, car les 1370 W/m2 sont pour une surface plane de 1m2, or la Terre est sphérique, et le rayonnement précédent arrive sur une surface 4 fois plus grande en 24H d’où la valeur au niveau de l’atmosphère (sphérique) terrestre : 342 W/m2. Ce chiffre n’est qu’une moyenne, en fait ensuite il faut faire jouer la latitude du lieu, l’albédo de la Terre etc.. pour voir ce que l’on reçoit
directement au sol.
Les variations de l’irradiance
totale sont très faibles de l’ordre de 0,1%.
L’impact du Soleil aujourd’hui est-il positif ou négatif par rapport aux activités humaines ? Il faut encore continuer à mener des études.
LE SOLEIL EN LABORATOIRE : LES LASERS DE PUISSANCE.
Voir l’excellente présentation de JP Chièze sur le sujet pour plus de détails.
Ce sont les lasers de puissance qui permettent de transférer autant d’énergie et de simuler les températures de fusion du Soleil.
Une application en cours : le Laser Méga Joule de Bordeaux.
La conférencière nous conseille de visionner le film du CEA sur la fusion.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Fonctionnement du Soleil, origine des variabilités ? Conférence de S Turck-Chièze.
Les mesures sismiques solaires
Explorer la Matière à l’aide des Grands Lasers conf de JP Chièze.
L’héliosismologie chez Astronomia.
Sur ce site les CR de conférences sur le Soleil :
Le Soleil , fusion et changement climatique : CR de la conf SAF de RM Bonnet le 10 Oct 2012
Du Soleil à la Terre, la mission STEREO : CR de la conférence SAF de F Auchère du 17 Janv 2008
Le Soleil sous toutes ses faces : CR de la conf. IAP de N Vilmer du 7 oct 2014
Le Soleil et ses effets sur la Terre : CR de la conf IAP de G Aulanier du 7 Mai 2013
Hinode et la physique du Soleil par S Tsuneta; présentation superbe!
Voyage aux sources du vent solaire : CR de la conf SAF M Maksimovic 13 Oct 2010
L'Univers des Neutrinos : CR de la conférence SAF de Th Lasserre
Bon ciel à tous !
Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.
Les autres CR des conférences IAP.
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