Télégraphe 1er système?
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Météo spatiale Canada
Effets géomagnétiques sur les câbles de communication
Introduction
Le télégraphe a été le premier système artificiel nécessitant l'emploi de longs conducteurs électriques et par conséquent fut le premier système à être affecté par des perturbations magnétiques. Dans l'histoire des ces effets, on fait beaucoup référence à des systèmes télégraphiques qui sont devenus inutilisables lorsqu'un aurore était visible dans le ciel. Même que certaines références mentionnent que des ingénieurs en télégraphie utilisaient le " Pouvoir céleste" associé à l'aurore pour envoyer des messages.
Au 20ième siècle, la technologie des câbles de communication a changé; mais tous les câbles ont été affectés par des courants induits géomagnétiquement.
Les premiers effets
Durant les premières années du télégraphe, on a eu recours à diverses méthodes pour enregistrer le signal transmis le long des fils. Le «télégraphe chimique» de Bain utilisait du papier spécialement préparé : le courant émanant d'un stylet provoquait une réaction chimique, laissant une trace colorée sur le papier. Mais au cours de l'orage magnétique du 19 février 1852, le courant s'est tellement intensifié qu'une «flamme» suivait le stylet et a enflammé le papier.
Les premiers systèmes téléphoniques n'étaient munis de prises de masse que par l'intermédiaire de dispositifs de protection contre la foudre installés aux extrémités des lignes. La tension de claquage de ces dispositifs était supérieure à celle engendrée pendant la plupart des perturbations magnétiques. Toutefois, au cours de l'orage magnétique du 24 mars 1940, les communications téléphoniques aux États-Unis ont été perturbées; on estime que la tension s'est élevée à plus de 500 volts. En Suède, plusieurs orages magnétiques ont fait augmenter la tension au point de provoquer l'apparition d'arcs électriques dans les dispositifs protecteurs en carbone. Une fois amorcé, l'arc s'est maintenu, même lorsque la tension a commencé à diminuer. Les dispositifs protecteurs en carbone se sont échauffés à un point tel qu'ils ont pris feu.
Comment les orages magnétiques affectent les système de câbles
Au vingtième siècle, les fils nus ont été remplacés par des câbles coaxiaux. Leur introduction a permis d'accroître la largeur de bande des systèmes de communication, mais exige l'emploi d'amplificateurs de répétition pour compenser l'affaiblissement du signal dans le câble. Ces répéteurs sont montés en série avec le conducteur central du câble et sont alimentés par un courant direct à partir des stations situées aux extrémités du câble. Lors d'une perturbation géomagnétique, le changement du champ magnétique induit un voltage directement dans le conducteur central du câble coaxial. Ce voltage va s'additionner ou se soustraire au voltage venant de la source d'alimentation du câble.
Effets sur les câbles continentaux
Le 4 août 1972, une coupure dans le système de câbles coaxiaux L4 dans la mi-ouest américaine a eu lieu pendant une forte perturbation magnétique. L'étude de celle-ci a révélé qu'au moment de la coupure, le champ magnétique terrestre avait été fortement comprimé par l'impact des particles rapide venant du soleil.
La perturbation magnétique résultante a présenté un taux de variation maximal de 2 200 nT/min, observé à l'observatoire magnétique de Meanook, de la Commission géologique du Canada, près d'Edmonton. Le taux de variation du champ magnétique à l'emplacement du câble a été évalué à 700 nT/min. On estime que le champ électrique induit dans le câble était de 7,4 V/km, ce qui était supérieur au seuil de 6,5 V/km de coupure en cas de courant excessif.
Effets sur les câbles sous-marins
Pendant l'orage magnétique du 10 février 1958, la communication transatlantique entre Clarenville à Terre-Neuve, et Oban en Écosse, a pris successivement la forme de forts cris rauques et de faibles chuchotements selon que la tension induite naturellement agissait avec ou contre la tension d'alimentation du câble.
Effets sur les câbles des fibres optiques
Les nouveaux câbles sous-marins utilisent des fibres optiques pour acheminer les signaux, mais il y a encore dans le câble un conducteur qui alimente les répéteurs. Au moment de l'orage de mars 1989, un nouveau câble à fibres optiques de communication transatlantique était déjà en service. Son fonctionnement n'a pas été perturbé, mais de fortes tensions induites ont été observées sur les câbles d'alimentation. Grâce à l'amélioration des fibres optiques, les câbles de l'avenir nécessiteront peut-être moins de répéteurs et une tension motrice plus faible. Toutefois, si on réduit la taille de l'équipement d'alimentation sans prendre en compte les tensions induites, les systèmes de l'avenir risquent d'être plus vulnérables aux effets géomagnétiques.
Selon leurs analyses, le prochain maximum solaire devrait culminer vers 2010, avec un nombre de taches de 160, plus ou moins 25. Cela en ferait un des cycles solaires les plus violents des 50 dernières années, soit un des plus puissants des temps historiques tout court. Les astronomes comptent les taches solaires depuis Galilée, surveillant les hauts et les bas de l’activité solaire le long de leur cycle de 11 ans. Etrangement, 4 des 5 cycles les plus intenses connus se sont produits au cours de 50 dernières années.
http://www-istp.gsfc.nasa.gov/earthmag/magspher_fr.html
Que sont ces "orages magnétiques" qui perturbent parfois le champ magnétique terrestre? Contrairement aux changements du champ interne, ils surviennent vite, en quelques heures ou jours et les variations magnétiques provenant de l'aurore polaire ("les lumières du nord") sont encore plus rapides. Ce qui causent ces orages doit donc être extérieur à la terre, et non à cause du noyau de celle-ci. De quoi s'agit-t'il?
La terrella de Birkeland
Les orages magnétiques et les cycles des taches solaires semblent subtilement liés. Les grands orages apparaissent le plus souvent (mais pas seulement) pendant les années de forte activité des taches solaires. Ces orages créent des aurores en des lieux peu communs, bien loin des pôles (centre de l'Europe ou les U.S.A.).
Kristian Birkeland, physicien norvégien, fit une expérience en 1895, en s'inspirant de Gilbert, il prit une terrella, la plaça dans une chambre à vide faite en verre. Il bombarda cette terrella par un faisceau d'électrons et observa leur passage par la décharge que ces électrons produisaient dans l'air résiduel resté dans la chambre à vide. La décharge suivait les lignes du champ magnétique (lignes de force) et convergeait près des pôles magnétiques de la terrella.
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| La terrella de Birkeland |
Est-ce une preuve que les aurores polaires se produisent à distance limitée (càd aux hautes latitudes) autour des pôles magnétiques?
C'était, en effet, bien exact. Le mathématicien français Henri Poincaré, et 50 ans plus tard, avec plus de détails le suédois Hannes Alfvén--analysèrent le mouvement de ces électrons, et conclurent qu'ils étaient guidés par des lignes de champ magnétique, comme des perles sont enfilées sur un fil. De son expérience avec la terrella, Birkeland avait deviné que l'aurore était causée par des électrons en provenance du Soleil, guidés par les lignes du champ magnétique vers les pôles terrestres. Ces électrons produisaient alors une décharge, lorsqu'ils atteignaient la haute atmosphère. En fait il s'avèra que tout était bien pensé sauf que le soleil n'était pas la source des électrons..
Bien sûr, les courants électriques ont besoin de circuler dans un circuit fermé, mais nous ignorons, à ce jour, où et comment ces circuits se ferment. Pour certains de ces courants, il est dit (sans doute une simplification) que les extrêmités éloignées des lignes de champ qui les transportent, plongent dans le vent solaire (qui peut conduire l'électricité), en quelque sorte à la manière des fils que Faraday plongea dans l'eau sous le pont de Waterloo (voir la section du site sur les dynamos). Ceci générerait une dynamo puisant son énergie à partir du flot du vent solaire.
L'aurore polaire est créée à partir des électrons qui se déplacent vers le sol alors qu'ils transportent ce courant.. Ils gagnent de la vitesse grâce à la force électromotrice et après avoir atteint l'atmosphère, les électrons rentrent en collision avec des atomes d'oxygène ou d'azote, ces derniers excités, émettent de la lumière. Une aurore typique émet une lumière verte, caractéristique de l'oxygène.
http://www-istp.gsfc.nasa.gov/earthmag/demagint_fr.html
En 1600, William Gilbert, qui fut plus tard le médecin de la reine Elizabeth I d'Angleterre, publiait sa grande étude sur le magnétisme, "De Magnete"--"A propos du Magnétisme". Il y donnait la première explication rationnelle du mystérieux comportement qu'a l'aiguille de la boussole à pointer dans la direction nord/sud: la Terre elle-même était magnétique."De Magnete" ouvrait l'ère de la physique et l'astronomie moderne, et débutait alors un siècle, marqué par les grands travaux de Galilée, Kepler, Newton et d'autres..
http://www-istp.gsfc.nasa.gov/earthmag/inducemg_fr.html
Plaçons l'extrémité du second clou juste à côté, et utilisons le pouce et l'index pour maintenir les deux clous ensemble parallèles l'un à l'autre. Maintenant, séparons légèrement les doigts, comme illustré sur le dessin, et constatons que les extrémités des deux clous se repoussent l'une l'autre, comme décrit dans le schéma de Gilbert. En augmentant et diminuant l'espace entre le pouce et l'index, on peut facilement démontrer l'existence de cette répulsion.
...et à propos:
Si vous avez des notions d'électricité, vous avez peut-être réalisé que ce que vous avez créé est l'analogue magnétique d'un électroscope, un dispositif sensible utilisé pour la détection des charges électriques. Dans un électroscope, deux minces feuillets en or sont situés l'un à côté de l'autre à l'extrimité d'une barre de métal placée sur un isolant Si on transmet une charge électrique à ce barreau, par exemple en le touchant avec un object chargé électriquement, une partie de la charge va se retrouver finalement dans les feuillets. Puisque les feuillets auront les mêmes charges (soit positives soit négatives), elles vont se repousser mutuellement et former un angle, exactement comme les clous de notre expérience.
prend 2 aimants. Gilbert savait que des pôles magnétiques peuvent s'attirer ou se repousser selon la polarité. Au contraire, le fer ordinaire est toujours attiré par un aimant mais perd tout son magnétisme lorsqu'on retire l'aimant.
Gilbert proposa, de manière parfaitement correcte, que près d'un aimant permanent, le fer devient un aimant temporaire, d'une polarité en rapport avec l'attraction. C'est à dire que l'extrémité de la barre de fer positionnée contre le pôle sud d'un aimant devient temporairement un pôle nord. Parce que les pôles magnétiques se présentent toujours par paire, l'autre extrêmité du barreau devient temporairement un pôle sud, et peut à son tour attirer plus de fer.
Vous vous en rendez mieux compte si vous plongez un aimant en forme de fer à cheval dans une tasse pleine d'aiguilles en fer. Beaucoup de ces aiguilles vont se coller aux pôles de l'aimant, mais certaines d'entre elles vont aussi s'attacher aux aiguilles déjà collées. Pourtant lorsqu'on les détache, elles semblent toutes être non-magnétiques.
Gilbert confirma sa proposition sur le magnétisme temporaire ("induit") en utilisant des cordes pour suspendre 2 barreaux de fer en parallèle au-dessus d'un pôle de la terrella, et remarqua qu'ils se repoussaient l'un l'autre. Sous l'influence de la terrella, chacun des barreaux devient un aimant temporaire avec des polarités identiques, et les pôles temporaires de chaque barreau repoussent ceux de l'autre barreau.