Le laboratoire virtuel d’aurores polaires : explorer la météorologie de l’espace grâce aux jumeaux virtuels

L’activité intense du Soleil, quoique invisible à l'oeil nu, joue un rôle critique dans notre quotidien. Lors des tempêtes solaires, d’importantes quantités d’énergie et de plasma sont projetées dans l’espace avant d'interagir avec le champ magnétique terrestre. Ces phénomènes, appelés « météorologie de l’espace », peuvent perturber les satellites, les réseaux électriques, les systèmes de navigation ou encore les communications. Dans un monde toujours plus dépendant des technologies, mieux comprendre et anticiper ces événements représente un enjeu scientifique et sociétal majeur.

Les aurores polaires constituent l’une des manifestations les plus spectaculaires de cette activité solaire. Derrière la beauté de ces lumières se cachent des phénomènes physiques complexes mettant en jeu la physique des plasmas, l’électromagnétisme et les interactions entre l’espace et l’atmosphère terrestre, à diverses échelles de temps et d'espace.

Chercheur au CNRS à l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG), spécialiste reconnu de la météorologie de l’espace, et passionné de médiation scientifique, Jean Lilensten consacre depuis de nombreuses années une partie de son travail à la diffusion des connaissances de ces phénomènes complexes auprès du grand public. Avec l’équipe d’AurorAlpes, association grenobloise à but non lucratif oeuvrant à la transmission des savoirs scientifiques, il développe des projets permettant de rendre accessibles des phénomènes complexes et de sensibiliser le public aux enjeux de la météorologie de l’espace.

Cette démarche s’appuie notamment sur la Planeterrella, une expérience scientifique imaginée par Jean Lilensten pour reproduire des aurores polaires miniatures dans un environnement contrôlé. Inspirée de l’expérience Terrella créée au début du XXe siècle par le physicien norvégien Kristian Birkeland, ce simulateur physique permet aux scientifiques, aux étudiants et au public d’observer et de mieux comprendre les mécanismes physiques à l’origine des aurores. Dans la continuité de ce travail, le projet de laboratoire virtuel d’aurores polaires vise à proposer une expérience pédagogique immersive et interactive afin de sensibiliser un large public à la météorologie de l’espace.

Simuler les aurores polaires à l’échelle planétaire demanderait une puissance de calcul considérable dont on ne dispose pas encore aujourd’hui. Pour contourner cette difficulté, le projet s’appuie sur des systèmes auroraux de petite taille pouvant être reproduits expérimentalement. Grâce au soutien de La Fondation Dassault Systèmes et à l’expertise de ses volontaires dans les technologies 3D et la simulation électromagnétique, un jumeau virtuel de la Planeterrella a été développé.

Ce travail a permis de créer le premier laboratoire virtuel dédié aux aurores polaires. Pour la première fois, des simulations 3D du comportement des plasmas, d’un régime transitoire jusqu’à un état stationnaire, ont pu être réalisées afin d’étudier les instabilités à l’origine de la formation des aurores. En rendant visibles et interactifs des phénomènes habituellement invisibles, ce laboratoire virtuel propose un nouvel outil puissant pour la recherche, l’enseignement et la médiation scientifique.

Le projet ouvre en effet de nouvelles perspectives pour l’apprentissage des sciences. Grâce à une approche immersive, les étudiants du supérieur peuvent explorer de manière concrète des disciplines telles que l’électromagnétisme, la physique des plasmas, la spectroscopie ou la physique théorique. Au-delà des concepts théoriques, ils peuvent désormais visualiser, manipuler et expérimenter des phénomènes complexes dans un environnement interactif.

Pour les chercheurs, le laboratoire virtuel ouvre de nouvelles perspectives d’investigation en permettant d’étudier la dynamique des particules, les interactions entre champs magnétiques, ainsi que les phénomènes auroraux observés sur d’autres planètes. Plus largement, la science des plasmas, au cœur du projet, est à l’origine d’innovations dans de nombreux domaines : la santé, où elle contribue à améliorer la cicatrisation et à lutter contre les bactéries résistantes ; l’énergie, notamment à travers le développement de la fusion thermonucléaire ; l’exploration spatiale, grâce à des systèmes de propulsion ionique plus performants ; et l’industrie, en particulier dans la fabrication des semi-conducteurs. En facilitant l’accès à ces phénomènes, le projet accélère la recherche interdisciplinaire et ouvre la voie à de futures avancées technologiques.

La Planeterrella est aujourd’hui utilisée dans des universités, des laboratoires et des musées à travers le monde. Toutefois, son installation et son utilisation nécessitent des compétences techniques spécifiques, ce qui peut limiter sa diffusion à grande échelle. Pour remédier à cet obstacle, les volontaires de La Fondation Dassault Systèmes ont également développé un guide de montage interactif en 3D permettant aux établissements de prendre en main plus facilement le dispositif (installation, opération et maintenance) tout en préservant sa rigueur scientifique. 

En associant expérimentation physique et simulation virtuelle, le projet contribue à rendre la science plus accessible et à renforcer les liens entre recherche, éducation et médiation scientifique à l’échelle internationale.

Adopté par l’ensemble des États membres de l’Organisation des Nations unies, l’Agenda 2030 constitue un plan d’action commun en faveur de la paix et de la prospérité pour les populations et la planète, aujourd’hui et demain. Ce plan s’articule autour de 17 objectifs de développement durable (ODD), qui constituent un appel urgent lancé à l’ensemble des pays développés et en voie de développement dans le cadre d’un partenariat mondial. La Fondation Dassault Systèmes soutient le projet Laboratoire virtuel d'aurores polaires qui répond à trois des ODD : Éducation de qualité, Egalité entre les sexes, Industrie, Innovation et Infrastructures, et Partenariats pour la réalisation des objectifs.