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Pour la toute première fois, des scientifiques ont réussi à capturer une activité solaire pour le moins exotique ! En effet, une nouvelle étude révèle des images du plasma provenant du Soleil et émettant une lumière pulsée.

Le plasma, qui constitue la majeure partie du soleil, est le « quatrième état de la matière », succédant aux trois formes les plus connues : l’état solide, liquide et gazeux. Il s’agit d’un état désordonné, constitué de charges électriques libres dans un champ de force et ayant une durée de vie longue comparée aux temps caractéristiques des déplacements.

La matière devient un plasma quand elle est chauffée à très haute température (soit environ 2000 degrés Celsius) ou soumise à un champ électromagnétique intense. À savoir également que le plasma est un gaz électriquement conducteur qui se produit lorsque des électrons chargés négativement sont retirés du gaz, dans le cadre d’un processus appelé ionisation.

Tandis que le plasma est commun dans l’espace, il est rare sur Terre, ce qui le rend extrêmement difficile à étudier. Certains laboratoires permettent de recréer l’environnement froid de l’espace pour effectuer des recherches sur le plasma, mais en étudiant le soleil, les chercheurs peuvent mieux analyser « comment se comporte le plasma avec des températures et des conditions de pression plus extrêmes, que l’on rencontre dans une étoile », expliquent justement les chercheurs.

« L’atmosphère solaire est un foyer d’activité extrême », a déclaré Eoin Carley, chercheur post-doctoral au Trinity College de Dublin et du Dublin Institute for Advanced Studies, auteur principal de l’étude.

Selon Carley, dans l’atmosphère solaire, le plasma peut dépasser les 1 million de degrés Celsius : « Les particules se déplaçant à la vitesse de la lumière brillent aux longueurs d’onde radio. Nous pouvons donc surveiller avec précision le comportement du plasma avec [l’utilisation de] grands radiotélescopes », a-t-il ajouté.

jet trou noir

Dans certains cas, de puissants jets plasmatiques composés de particules ultra-énergétiques peuvent être éjectés, sous l’effet du champ magnétique des trous noirs, dans l’espace. Crédits : NASA

Afin de pouvoir imager les pulsations de lumière que le plasma émet (mieux connues sous le nom de fréquence plasma ou pulsation plasma), les chercheurs ont combiné les observations de la Station de Radioastronomie de Nançay (située à deux heures de Paris) avec celles effectuées par des caméras à ultraviolet embarquées sur le satellite Solar Dynamics Observatory, de la NASA.

Emplacement de la source radio de pulsation au sein du champ magnétique de la région solaire active. a) Un magnétogramme avec une extrapolation du champ magnétique est représenté en bleu. La source radioélectrique à impulsions est superposée en une image tricolore : 228 MHz (rouge), 298 MHz (vert) et 327 MHz (bleu), à 12h55 min 32s. b) Un zoom de la région active avec une extrapolation magnétique NLFFF en bleu. Au moins une partie de la source radio est située au point P, certaines émissions s’étendant dans la région du champ fermée par les points bas de la boucle magnétique, marquée “Q”. Notez que la région située au-dessus de l’intensité du champ négatif la plus élevée dans le magnétogramme (régions noires) présente une intensité supérieure dans les fréquences les plus élevées (coloration jaune), indiquant que cette émission est probablement liée à l’intensité du champ magnétique. Crédits : Nature Communications

C’est par le biais de cette collaboration d’instruments au sol et dans l’espace que les scientifiques ont réussi à capturer le comportement des pulsations, notamment « à quel point le plasma devient instable dans l’atmosphère solaire », a déclaré Carley.

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Étudier le comportement du plasma présente également des applications pratiques. En effet, l’équipe de recherche à souligné le fait qu’en apprendre davantage sur le plasma solaire pourrait aider les ingénieurs du monde entier à construire des usines à fusion nucléaire, qui ont été présentées comme des vecteurs d’énergie bien plus efficaces. (Bien que pour cela il faudrait également être en mesure de faire durer plus longtemps les pulsations du plasma, pour pouvoir en exploiter l’énergie).

trou noir supermassif jet plasma

Dans l’espace, le plasma est très commun. Sur cette illustration, un trou noir particulier. Situé à environ 7800 années-lumière de la Terre, V404 Cygni dévore une jeune étoile géante rouge et émet des jets relativistes qui soufflent des nuages de plasma à haute vitesse. Crédits : ICRAR

« La fusion nucléaire est un autre type de production d’énergie nucléaire qui fuse les atomes de plasma ensemble, plutôt que de les briser, comme le fait la fission nucléaire », a déclaré Peter Gallagher, professeur au Dublin Institute for Advanced Studies, qui a collaboré à la recherche. « La fusion est plus stable et plus sûre, et ne nécessite pas de carburant hautement radioactif. En fait, le principal déchet de la fusion est l’hélium inerte », explique-t-il.

fusion nucleaire plasma champ magnetique

La fusion nucléaire repose sur la fusion de deux éléments légers en un élément plus lourd. Encore au stade de prototypes, de nombreux réacteurs expérimentaux arrivent aujourd’hui à confiner un plasma de plusieurs millions de degrés à l’intérieur d’un champ magnétique. Crédits : Université de Princeton

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« Le seul problème… c’est que la fusion nucléaire des plasmas est très instable. Dès que le plasma commence à générer de l’énergie, des processus naturels ‘annulent’ la réaction. Tandis que ce comportement d’arrêt peut être un véritable interrupteur de sécurité intrinsèque — des réacteurs de fusion ne peuvent pas former des réactions de ce type — cela signifie donc également que le plasma est difficile à maintenir dans un état assez stable pour pouvoir générer de l’énergie », a-t-il ajouté.

À présent, les scientifiques vont donc devoir continuer leurs recherches afin d’en apprendre davantage sur la manière dont les plasmas se comportent, et comment ils deviennent instables. Cela nous permettra à terme de, peut-être, découvrir comment maîtriser le plasma sur Terre, à des fins d’études ou pour générer de l’énergie.

Source : Nature Communications

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