L'activité solaire reconstituée sur un millénaire

Ce qui se passe dans le soleil ne peut être observé qu'indirectement. Les taches solaires, par exemple, donnent des informations sur le degré d'activité du soleil - plus il y a de taches visibles à la surface du soleil, plus notre astre central est actif en son sein. Même si les taches solaires sont connues depuis l'Antiquité, elles n'ont été documentées en détail que depuis l'invention de la lunette astronomique il y a environ 400 ans. Depuis lors, on sait par exemple que le nombre de taches varie régulièrement selon des cycles de onze ans et qu'il existe en outre des phases de longue durée d'activité solaire forte et faible qui se répercutent également sur le climat terrestre.

Jusqu'à présent, il était toutefois difficile de savoir comment l'activité solaire avait évolué avant le début de ces enregistrements systématiques. Une équipe de recherche internationale dirigée par Hans-Arno Synal et Lukas Wacker au Laboratoire de physique des faisceaux d'ions de l'ETH, à laquelle ont participé entre autres l'Institut Max Planck pour la recherche sur le système solaire à G?ttingen et l'Université suédoise de Lund, a pu retracer le cycle de onze ans du Soleil jusqu'en 969 à l'aide de mesures de la teneur en carbone radioactif dans les anneaux des arbres. En même temps, les chercheurs ont ainsi créé une base de données importante pour déterminer l'?ge avec plus de précision à l'aide de la méthode C14. Leurs résultats ont été publiés récemment dans la revue spécialisée Nature Geoscience.

Activité solaire à partir d'anneaux d'arbres

Pour reconstituer l'activité solaire sur un millénaire avec une résolution temporelle extrêmement bonne de seulement un an, les scientifiques ont utilisé des archives d'anneaux d'arbres provenant d'Angleterre et de Suisse. Dans ces anneaux d'arbres, dont l'?ge peut être déterminé avec précision en comptant les anneaux, se trouve une infime partie de carbone radioactif C14, sachant que sur 1000 milliards d'atomes, seul un environ est radioactif. La demi-vie connue de cet isotope C14 - environ 5700 ans - permet alors de déduire la teneur en carbone radioactif qui se trouvait dans l'atmosphère terrestre au moment de la formation d'un anneau annuel. Comme le carbone radioactif est principalement produit par des particules cosmiques, qui sont à leur tour plus ou moins tenues à l'écart de la Terre par le champ magnétique du Soleil - plus le Soleil est actif, plus il protège la Terre -, une modification de la teneur en C14 de l'atmosphère permet de déduire l'activité solaire.

Des méthodes de détection modernes améliorent les résultats

Les mesures précises de la modification de cette teneur déjà très faible ressemblent toutefois à la recherche d'un grain de poussière sur une aiguille dans une énorme botte de foin. "Les seules mesures de ce type ont été effectuées dans les années 80 et 90", explique Lukas Wacker, "mais seulement pour les 400 dernières années et avec la méthode de comptage extrêmement co?teuse". Cette méthode consiste à compter directement les événements de désintégration radioactive du C14 dans un échantillon avec un compteur Geiger, ce qui nécessite comparativement beaucoup de matériel et, en raison de la longue demi-vie du C14, encore plus de temps. "Gr?ce à la spectrométrie de masse moderne par accélérateur, nous avons désormais pu déterminer en quelques heures la teneur en C14 avec une précision d'environ un pour mille sur un échantillon de cernes mille fois plus petit", ajoute Nicolas Brehm, doctorant responsable de ces analyses.

Lors de la spectrométrie de masse par accélérateur, les atomes de C14 et de C12 (le carbone "normal", non radioactif ; le C14, en revanche, contient deux neutrons de plus dans son noyau) du matériau de l'arbre, d'abord chargés électriquement, sont accélérés avec une tension de plusieurs milliers de volts, puis traversent un champ magnétique. Dans ce champ magnétique, les isotopes de carbone de poids différents sont déviés de manière différente et peuvent ainsi être comptés séparément. Pour obtenir les informations souhaitées sur l'activité solaire à partir de ces données brutes, les chercheurs doivent ensuite les soumettre à une analyse statistique complexe et les traiter au moyen de modèles informatiques.

Cycle régulier de onze ans

Cette démarche a permis aux chercheurs de reconstituer sans faille l'activité solaire de 969 à 1933. A partir de là, ils ont pu confirmer à la fois la régularité du cycle de onze ans sur un millénaire et le fait que l'amplitude de ce cycle (c'est-à-dire la force de l'excursion de l'activité solaire vers le haut et vers le bas) est également plus faible en cas de minima solaires de longue durée. De telles découvertes sont importantes pour une meilleure compréhension de la dynamique interne du Soleil. Les données de mesure ont également permis de confirmer l'événement solaire avec des protons énergétiques de l'année 993. Lors d'un tel événement, les protons fortement accélérés qui arrivent sur Terre pendant une éruption solaire entra?nent une légère surproduction de C14. En outre, l'équipe de recherche a trouvé des signes de deux autres événements inconnus jusqu'à présent en 1052 et 1279, ce qui pourrait indiquer que de tels événements - qui peuvent perturber sensiblement les circuits électroniques sur Terre et dans les satellites - sont plus fréquents qu'on ne le pensait auparavant.

Une datation plus précise gr?ce à la méthode C14

Comme il existe des archives Baumring pour les 14'000 dernières années, les chercheurs veulent prochainement déterminer avec leur méthode les concentrations annuelles de C14 jusqu'à la fin de la dernière période glaciaire. En quelque sorte, les données de la nouvelle étude pourront être utilisées à l'avenir pour une datation beaucoup plus précise des matériaux organiques avec la méthode C14 et ont déjà été intégrées dans la nouvelle édition des courbes d'étalonnage au radiocarbone (IntCal) reconnues au niveau international. "Auparavant, l'ETH n'avait pas participé à cette base de données de référence", explique Lukas Wacker, "mais maintenant, gr?ce à nos résultats, nous avons contribué d'un coup à un tiers des valeurs mesurées".