Ce que les satellites nous révèlent sur le bouclier plus faible au-dessus de l'Atlantique Sud : onze années de mesures ininterrompues de la constellation Swarm de l'ESA ont fourni l'image la plus précise à ce jour de la manière dont l'Anomalie de l'Atlantique Sud (South Atlantic Anomaly, SAA) s'étend, se remodèle et affecte les satellites, la navigation et notre quotidien technologique. Une analyse cumulative des données pour la période 2014-2025 confirme une tendance à long terme à l'affaiblissement du champ magnétique dans cette zone, ainsi que le renforcement et l'affaiblissement simultanés d'autres « points chauds » sur la planète, révélant à quel point notre bouclier géomagnétique est un système dynamique.

Le champ magnétique terrestre n'est ni simple ni statique. Au lieu d'un « aimant droit », il s'agit d'un phénomène complexe en constante évolution, alimenté par la dynamo planétaire dans le noyau externe liquide : dans un « océan » de fer en fusion, à environ 3000 kilomètres sous nos pieds, un fluide électriquement conducteur circule, tourbillonne et crée des courants électriques. Ces courants génèrent la majeure partie du champ géomagnétique. L'image finale à la surface est formée par la superposition de plusieurs sources – le noyau, le manteau, la croûte et les océans – et de courants électriques dans l'ionosphère et la magnétosphère. C'est pourquoi la cartographie et le suivi des changements ne sont possibles que par une combinaison de mesures précises depuis l'espace et au sol, ainsi que des modèles avancés qui séparent et assemblent ces signaux en un tout cohérent.

Comment savons-nous que l'Anomalie de l'Atlantique Sud s'étend

Swarm se compose de trois satellites identiques sur des orbites proches, quasi polaires, lancés le 22 novembre 2013 dans le cadre du programme d'exploration de la Terre de l'ESA. Leur instrumentation – magnétomètres vectoriels et scalaires, accéléromètres et systèmes de mesure électrique – permet de séparer le signal du noyau des influences atmosphériques et spatiales et de suivre en temps réel les fines variations spatiales et temporelles du champ géomagnétique. Deux satellites volent en formation rapprochée, et le troisième à une altitude légèrement supérieure ; cette géométrie augmente la sensibilité aux gradients du champ et offre un aperçu approfondi du noyau à l'ionosphère.

En comparant les données de plusieurs années, les équipes de traitement du signal construisent des modèles mondiaux du champ magnétique. Ces modèles, mis à jour de 2014 à 2025, montrent de manière cohérente l'expansion de la zone de faible intensité au-dessus de l'Atlantique Sud, l'anomalie elle-même ne se comportant pas comme une seule « tache ». Au lieu de cela, elle apparaît comme une mosaïque de plusieurs minimums dont l'intensité et la position changent à des rythmes différents : l'un vers le sud-est de l'Amérique du Sud, l'autre vers le sud-ouest de l'Afrique. Dans la période après 2020, l'affaiblissement le plus rapide est enregistré juste au sud-ouest de l'Afrique, où l'on observe un changement d'intensité du champ plus prononcé et plus rapide que plus à l'ouest au-dessus de l'océan.

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Pourquoi l'AAS est-elle importante pour les satellites, les télescopes et les réseaux sur Terre

L'Anomalie de l'Atlantique Sud est particulièrement pertinente pour tout ce qui vole à basse altitude au-dessus de la Terre – des satellites de recherche à la Station spatiale internationale. Dans ce couloir, notre bouclier magnétique s'affaiblit et la ceinture de radiation interne de Van Allen se rapproche de la surface de la planète, augmentant le flux de particules énergétiques. Les conséquences sont très pratiques : des erreurs de type « bit-flip » plus fréquentes dans les puces mémoire, des réinitialisations logicielles inattendues, la dégradation des détecteurs sensibles (en particulier les instruments UV et à rayons X) et des interruptions occasionnelles des mesures lors du passage à travers l'anomalie. Les opérateurs résolvent ce problème par une combinaison de blindage, d'électronique redondante, de codes correcteurs d'erreurs et de calendriers d'observation qui anticipent les périodes « calmes » lorsque l'engin spatial entre dans l'AAS.

Swarm a lui-même servi de sorte de « détecteur » de risques environnementaux : les statistiques sur dix ans des survols et des erreurs enregistrées montrent que l'impact des radiations dans l'anomalie diffère du reste de l'orbite et nécessite des ajustements opérationnels. Les données de la constellation ont été intégrées dans des modèles opérationnels de météorologie spatiale et de champ magnétique utilisés par les agences spatiales, l'aviation, la marine et l'industrie pour la planification des orbites, la définition du blindage et la prolongation de la durée de vie opérationnelle des engins spatiaux. C'est précisément à cause de l'AAS que de nombreux instruments ont des modes « no-go » – par exemple, ils s'éteignent ou réduisent leur sensibilité pendant un survol – pour minimiser le risque de dommages et de fausses lectures.

Ce qui se passe profondément sous nous : les zones de flux inversé et la « dérive vers l'ouest »

Pour comprendre l'anomalie, il est crucial de regarder la frontière entre le noyau et le manteau. Les mesures et les modèles numériques montrent l'apparition de ce que l'on appelle des zones de flux inversé – des zones localisées où les lignes de champ magnétique, au lieu de sortir du noyau, y rentrent. Leur renforcement et leur migration, souvent vers l'ouest, se projettent à la surface comme des poches de champ affaibli. Lorsqu'une telle zone « s'attarde » sous l'Atlantique Sud puis se déplace vers l'Afrique, le minimum de champ en surface suit son mouvement – précisément le schéma que nous observons de plus en plus clairement ces dernières années dans le secteur sud-ouest de l'anomalie.

Ces structures ne sont pas un « défaut » statique, mais un résultat naturel de la convection turbulente dans le fer en fusion, modulée par la rotation de la Terre et les gradients thermochimiques. À mesure que les flux changent, les zones se renforcent, s'affaiblissent ou se divisent. Cela explique pourquoi l'AAS prend parfois une géométrie bilobée – avec deux minimums plus prononcés – et pourquoi l'intensité et la position des minimums au-dessus de l'Amérique du Sud et du sud-ouest de l'Afrique ne changent pas de manière synchrone. Pour la planification opérationnelle, cela signifie que les transits à travers les zones à risque deviennent plus fréquents ou plus longs, même si l'intensité moyenne globale du champ est apparemment inchangée.

Navigation, ionosphère et communications : pourquoi le géomagnétisme n'est pas seulement une « boussole »

Le champ magnétique intervient dans la navigation à plusieurs niveaux. Le plus directement, par le biais de la déclinaison et de l'inclinaison magnétiques qui sont utilisées pour l'orientation des boussoles sur les navires, les aéronefs et les systèmes terrestres. Indirectement, le géomagnétisme façonne l'ionosphère – la couche électriquement conductrice de l'atmosphère, cruciale pour la propagation des ondes radio et la précision du positionnement GNSS. Lorsque les lignes de champ et le flux de particules chargées changent, la densité d'électrons dans l'ionosphère change également, de sorte que les signaux peuvent errer, s'affaiblir ou changer de trajectoire. C'est pourquoi les routes aériennes à haute latitude (où les changements sont les plus prononcés) nécessitent des mises à jour plus fréquentes des modèles et une plus grande dépendance à la fusion multi-capteurs (données inertielles et satellitaires en plus des magnétomètres).

Dans les réseaux électriques, de fortes perturbations géomagnétiques peuvent induire des courants qui surchargent les transformateurs. L'AAS en elle-même n'est pas une condition de « tempête », mais le fait que le champ mondial traverse des phases de forts changements régionaux (affaiblissement au-dessus de l'Atlantique Sud, redistribution de l'intensité au-dessus de la Sibérie et du Canada) est une raison pour les opérateurs d'infrastructures de se concentrer sur les étalonnages, la surveillance de la météo spatiale et l'adaptation des protocoles de protection. En pratique, cela inclut l'intégration de mesures satellitaires et terrestres en temps réel dans des systèmes de prédiction qui avertissent d'un risque accru d'interférences dans les communications et les réseaux.

Chiffres, tendances et « centres de gravité » du système géomagnétique

Dans l'hémisphère sud, une zone de champ particulièrement fort se distingue, tandis qu'au nord, il y en a deux – au-dessus du Canada et de la Sibérie. Au cours de la dernière décennie, le rapport de force a changé : l'intensité au-dessus du Canada s'affaiblit, tandis que celle au-dessus de la Sibérie se renforce. Par conséquent, le pôle Nord magnétique s'est déplacé à un rythme accéléré vers la Sibérie, ce qui a nécessité des mises à jour plus fréquentes des modèles de navigation. De plus, les cartes des champs forts montrent que le « maximum canadien » a diminué en superficie, tandis que le « sibérien » s'est étendu. Ce « débordement » géographique d'énergie explique également les changements de déclinaison aux hautes latitudes ressentis par les pilotes, les marins et les services arctiques.

L'Anomalie de l'Atlantique Sud, quant à elle, se « divise » parfois en deux lobes distincts. Lorsque cela se produit, un satellite qui traversait auparavant une seule zone plus étroite peut maintenant connaître deux intervalles distincts de rayonnement élevé en un seul passage. Les tableaux opérationnels de survol deviennent donc plus détaillés, et les instruments (par exemple, les détecteurs UV des télescopes spatiaux) interrompent plus fréquemment leurs mesures pendant le passage. De tels schémas sont particulièrement prononcés pendant les périodes d'activité solaire élevée, lorsque des particules et des courants supplémentaires dans la magnétosphère amplifient les variations ionosphériques.

Des mesures brutes aux modèles opérationnels

La clé de la contribution de Swarm est la combinaison multicouche de données et de techniques d'inversion. Les magnétomètres vectoriels fournissent une structure spatiale détaillée, le magnétomètre scalaire sert de norme d'étalonnage absolue, les accéléromètres séparent les forces non gravitationnelles affectant l'orbite (par exemple, la traînée de l'atmosphère raréfiée), et les instruments électriques surveillent les courants dans l'ionosphère. Sur cette base, des modèles mondiaux sont construits qui décrivent le champ en fonction de l'altitude et du temps, isolent la contribution du noyau par rapport à l'atmosphère et à l'espace, et permettent des comparaisons au fil des ans. Lorsque de tels modèles sont « découpés » en séries chronologiques de 2014 à aujourd'hui (14 octobre 2025), on voit clairement que l'AAS s'est étendue et remodelée, et que les points chauds géographiques du champ fort au nord ont échangé leurs rôles.

Swarm a été conçu comme un « explorateur de la Terre » (Earth Explorer) – une mission qui teste de nouvelles technologies et fournit des données pour la science fondamentale – mais au fil du temps, il est devenu l'épine dorsale opérationnelle de toute une gamme de services : des modèles magnétiques mondiaux utilisés dans la navigation, aux outils de surveillance de la météo spatiale, en passant par l'étalonnage d'autres satellites. À mesure que la mission se prolonge, la valeur de la série continue augmente – un enregistrement cohérent et pluriannuel permet de distinguer les tendances à long terme (par exemple, les processus du noyau) des « pics » à court terme causés par le Soleil.

Histoire et leçons pour les années à venir

L'Anomalie de l'Atlantique Sud a été enregistrée pour la première fois dès le 19ème siècle au sud-est de l'Amérique du Sud, mais ce ne sont que les satellites de haute précision qui ont révélé sa structure interne et son lien avec les processus du noyau. La vue d'ensemble est que le champ mondial s'affaiblit à long terme, mais de manière inégale : alors que le maximum au-dessus du Canada s'affaiblit, celui au-dessus de la Sibérie se renforce ; alors que le minimum au-dessus de l'Atlantique Sud s'étend, des contrepoids se forment ailleurs. Une telle « mosaïque » montre que les changements régionaux ne sont pas des exceptions mais le résultat attendu d'un système chaotique, mais physiquement gouverné, dans le noyau liquide.

Pour une utilisation pratique, cela signifie des mises à jour plus fréquentes des cartes de navigation, des stratégies plus robustes pour la protection de l'électronique des satellites et une surveillance constante des conditions ionosphériques et magnétosphériques. Alors que nous approchons de la fin de 2025, les périodes de faible activité solaire aident à « séparer » davantage les signaux du noyau du bruit solaire, ce qui facilitera des prévisions plus précises – de la déclinaison magnétique locale aux hautes latitudes au développement probable de l'AAS dans les années à venir.

Ce que cela signifie pour les lecteurs, l'industrie et la science

Pour les utilisateurs de services de navigation et de géolocalisation, le message le plus important est le suivant : la navigation moderne ne repose pas sur une seule boussole. Les avions et les navires combinent des données magnétiques, inertielles et satellitaires ; les changements locaux dans la carte géomagnétique ne provoquent pas de « perte de cap », mais ils nécessitent des tableaux de déclinaison à jour et une intégration correcte des capteurs. Pour l'industrie spatiale, l'expansion de l'AAS signifie des exigences plus élevées pour les tests de résistance aux radiations, des calendriers d'observation plus intelligents, des algorithmes de correction d'erreurs et une utilisation toujours meilleure des modèles de prédiction de la météo spatiale. Pour la science, des mesures continues comme celles de Swarm transforment des processus abstraits au plus profond de nos pieds en données concrètes qui sont utiles à la fois en orbite et sur Terre.