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Activité Solaire, quelles conséquences sur votre appareil GNSS ?

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APPROCHE ÉMINENTE
DU MAXIMUM SOLAIRE 

Le 30 mars 2022, notre Soleil a émis une puissante éruption. Ce phénomène est impressionnant. Ces tempêtes géomagnétiques troublent fortement les équipements électroniques dans notre quotidien : satellites, réseau de télécommunications et de géolocalisation …

Quelles sont les conséquences réelles sur les appareils de mesure GNSS ? Comment prévenir les perturbations et continuer son activité de topographie sur le terrain ?

Ces bulles géantes modifient les caractéristiques atomiques du vent solaire. Le vent solaire se déplace dans l’espace interstellaire dans toutes les directions y compris la Terre.

Le champ magnétique des tempêtes solaires (EMC) est très fort. Quand les éjections se dirigent vers la Terre et l’atteignent, leurs champs magnétiques interagissent avec notre bouclier magnétique (magnétosphère terrestre). Les reconnexions magnétiques des deux champs provoquent des tempêtes géomagnétiques. On observe une compression des lignes de champ terrestre allant jusqu’à leur ouverture. Cette réaction engendre un affaiblissement de notre bouclier magnétique.

Affaibli, notre bouclier devient alors temporairement perméable à certaines émissions solaires. Lorsque des éjections de masse coronale se succèdent en direction de la Terre, les effets sur l’environnement terrestre et nos appareils technologiques peuvent alors être très importants.

En général, la grande majorité des particules émises par les vents solaires est bloquée par le champ magnétique terrestre et n’a donc aucune conséquence. Ce phénomène est visible sur Terre dans les zones proches des pôles et porte le nom d’« aurore polaire ».

Cependant, depuis le début d’année le Soleil subit des éjections de masse coronale (EMC) quasi-quotidiennement, selon la National Oceanic and Atmospheric Admistration. Et, sa fréquence va continuer de s’intensifier. Pourquoi ?

1859

L’événement de Carrington, est connu aujourd’hui comme le plus grand orage géomagnétique jamais enregistré (supérieur à la catégorie X10). Il a perturbé les services télégraphiques en Amérique du Nord et en Europe. Certains témoignages indiquent que les lignes télégraphiques étaient mises sous tension sans aucune source électrique, que des opérateurs se seraient électrocutés ou encore que certaines lignes télégraphiques auraient pris feu. Si cet évènement avait eu lieu de nos jours, les conséquences auraient été beaucoup plus importante.

1989

Les EMC les plus intenses peuvent produire des courants telluriques dans les longues lignes électriques, générant des tensions et des courants d’intensité considérable pouvant aller au-delàs des seuils de sécurité des équipements de réseau. En 1989 et en 2003, des courants telluriques ont occasionné localement un blackout électrique.

5, 6, 13 et 14 décembre 2006

Les signaux du réseau satellite GPS ont été fortement perturbés durant plusieurs heures suite à de gigantesques éjections de masse coronale mesurées pour la plus intense à X9.

5 avril 2010

Une éruption solaire a perturbé la trajectoire d’un satellite de télécommunication en orbite, en coupant toute communication avec la station de contrôle. Le satellite Galaxy 15 d’IntelSat est alors devenu incontrôlable.

17 Avril 2015

Une éjection de masse coronale de catégorie M1.05 a provoqué des orages magnétiques ayant eu des conséquences sur les services PPP et RTK en Norvège. Lors de cet événement, connu sous le nom de la Tempête de la St Patrick, une baisse significative de la précision a pu être observée. Cela serait dû à la forte diminution du nombre de satellites de positionnement pris en compte suite à des perturbations sur la couche ionosphérique.

4 février 2022

40 des 49 satellites lancés par le programme SpaceX n’ont pas atteint leurs orbites et ont été détruits dans l’atmosphère.

Mars 2022

C’est un blackout radio provoqué par une éruption solaire de classe X qui a touché les Amériques, l’Asie du Sud-Est et l’Australie.

Surcharge des transformateurs électriques provoquant des blackouts électriques

Des dommages sur les satellites en orbite haute

Des perturbations sur l’horodatage des transactions financières

Irradiation des passagers lors des voyages en avion

Des perturbations des signaux de télécommunication

Les appareils Monofréquence

Un appareil GNSS (communément appelé GPS) monofréquence calcule sa position par triangulation en utilisant qu’une seule fréquence (L1) émise par plusieurs constellations de satellites (voir notre article « GNSS comment ça marche »).

Pour corriger les erreurs liées à la traversée des signaux dans l’ionosphère, les récepteurs monofréquence intègrent une modélisation de l’ionosphère qui peut s’avérer inadaptée lors d’orages magnétiques soudain.

En conséquence, la précision du récepteur peut fortement se dégrader et dans certains cas, il devient impossible de fixer les ambigüités même sur de courtes lignes de base.

Les appareils Bi-Fréquence

Depuis plusieurs années, les appareils GNSS se sont améliorés par l’utilisation d’un deuxième signal (L2). Avec le fonctionnement en bi-fréquence, il n’est plus nécessaire d’utiliser de modèle ionosphérique. Il est possible d’utiliser par combinaison linéaire une fréquence dite iono-free pour résoudre les ambiguïtés. Il y a donc moins d’erreurs à corriger lors des calculs de position. L’appareil peut alors fournir  un positionnement précis.

Bien que le sujet de la modélisation de l’ionosphère soit résolu, un autre subsiste, celui de la « scintillation ».Les fortes éruptions solaires, telles que les EMC, peuvent générer des changements rapides de phase et d’amplitude des signaux. Cette scintillation importante dans les basses fréquences peut engendrer un rejet de certains satellites générant une perte de précision ou l’arrêt du service de positionnement de l’appareil.

Le phénomène de perturbation ionosphérique est ponctuel. Il impacte principalement les mesures en milieu de journée où les perturbations sont les plus intenses. Il reste d’une ampleur relativement faible comparativement aux perturbations mesurées au niveau de l’équateur magnétique.
Si votre appareil est mono ou bi-fréquence, il est donc recommandé de privilégier une utilisation en début et fin de journée.

Afin de mieux cerner les plages favorables d’utilisation, TERIA propose de consulter le niveau de perturbation ionosphérique en temps réel. Pour cela, vous pouvez observer l’état de l’Ionosphère directement sur cet article grâce au module ci-contre développé par nos ingénieurs.

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