Structure du Soleil : Guide complet du Noyau à l'Atmosphère

1. La Structure Interne du Soleil

Si nous pouvions couper le Soleil en deux, que verrions-nous ?

L'intérieur est divisé en trois couches principales : le Noyau, la Zone radiative et la Zone convective. Chaque couche possède une méthode unique pour créer ou transporter l'énergie. Imaginez un œuf avec le jaune, le blanc et la coquille : chaque partie joue un rôle distinct.

1-1. Le Noyau : La Centrale Énergétique

Le noyau occupe environ 20 à 25 % du rayon solaire. Bien qu'il ne représente qu'un quart de la taille, c'est là que toute l'énergie est générée.

Les conditions y sont inimaginables. La température est d'environ 15 millions de degrés Celsius et la pression est environ 250 milliards de fois celle de l'atmosphère terrestre. Dans cet environnement extrême, la matière existe sous forme de « plasma » : une soupe d'électrons et de noyaux atomiques en mouvement rapide.

Ici, les noyaux d'hydrogène entrent en collision à grande vitesse et fusionnent pour former de l'hélium. C'est la Fusion Nucléaire.

Lorsque quatre noyaux d'hydrogène fusionnent en un noyau d'hélium, une infime partie de la masse est perdue. Où va-t-elle ? Selon la célèbre équation d'Einstein E=mc², cette masse est directement convertie en énergie.

Le Soleil convertit environ 600 millions de tonnes d'hydrogène en hélium chaque seconde. Sur ce total, environ 4 millions de tonnes deviennent de l'énergie pure libérée dans l'espace. Malgré cette consommation massive, le Soleil est si énorme qu'il ne manquera pas de carburant avant 5 milliards d'années.

1-2. La Zone Radiative : Le Long Voyage

L'énergie née dans le noyau ne s'échappe pas instantanément. Elle doit d'abord traverser la « Zone radiative ».

Cette zone couvre environ 70 % du rayon solaire. Ici, l'énergie voyage sous forme de photons (particules de lumière). Cependant, le plasma est si dense que les photons ne peuvent pas voyager en ligne droite.

Un photon parcourt une distance infime, heurte une particule, est absorbé, puis réémis dans une direction aléatoire. Ce jeu de « flipper » se produit des milliards de fois. En raison de ce mouvement aléatoire, il faut environ 170 000 ans pour qu'un photon s'échappe du noyau vers la surface (Source : Stanford Solar Center).

La lumière du soleil qui touche votre visage aujourd'hui a été créée au centre du Soleil bien avant le début de la civilisation humaine.

1-3. La Zone Convective : La Marmite Bouillante

Les 30 % extérieurs de l'intérieur solaire forment la « Zone convective ». Ici, le transport de l'énergie change radicalement.

Comme la température chute d'environ 2 millions de °C à 5 500 °C près de la surface, le plasma devient trop opaque pour que le rayonnement fonctionne efficacement. C'est la convection qui prend le relais. Le plasma chaud monte, libère sa chaleur en surface, refroidit et redescend.

Imaginez une casserole de soupe ou d'eau qui bout. La chaleur du fond fait remonter et circuler le liquide. Le Soleil fait exactement la même chose.

Ce mouvement crée des motifs à la surface appelés « granules ». Chaque granule mesure environ 1 000 km de diamètre — soit à peu près la taille de la France — et ne dure que 8 à 20 minutes. La surface du Soleil est littéralement en ébullition.

2. L'Atmosphère Solaire

Autour du corps principal du Soleil se trouve son atmosphère, composée de trois couches : la Photosphère, la Chromosphère et la Couronne.

2-1. La Photosphère

Lorsque nous « regardons » le Soleil (ne le regardez jamais directement !), nous voyons la Photosphère. C'est la surface visible.

Elle est relativement fine, environ 500 km d'épaisseur. La température y est d'environ 5 500 °C, ce qui donne au Soleil sa couleur blanc-jaune.

Les caractéristiques les plus célèbres ici sont les Taches Solaires. Ce sont des zones sombres à la surface qui paraissent noires uniquement parce qu'elles sont plus froides (~4 000 °C) que la zone environnante. Elles sont causées par des champs magnétiques intenses qui empêchent le flux de plasma chaud.

2-2. La Chromosphère

Juste au-dessus de la photosphère se trouve la Chromosphère (« Sphère de couleur »). Généralement invisible à cause de l'éclat de la photosphère, on peut l'apercevoir sous forme d'un anneau rougeâtre lors d'une éclipse solaire totale.

La couleur rouge provient de l'hydrogène émettant de la lumière à une longueur d'onde spécifique (H-alpha). Curieusement, contrairement à un feu où la température baisse quand on s'éloigne, la température dans la chromosphère augmente à mesure que l'on s'éloigne, atteignant jusqu'à 20 000 °C.

2-3. La Couronne (Corona)

La couche la plus externe est la Couronne. Ce halo blanc nacré s'étend sur des millions de kilomètres dans l'espace et est visible lors des éclipses totales.

La Couronne présente un grand mystère scientifique : sa température grimpe à 1 à 3 millions de degrés Celsius. Pourquoi l'atmosphère est-elle des millions de degrés plus chaude que la surface ? C'est comme s'éloigner d'un radiateur et sentir l'air devenir plus chaud au lieu de refroidir.

La sonde Parker Solar Probe de la NASA traverse actuellement la couronne pour tenter de résoudre cette énigme.

3. L'Activité Solaire

Le Soleil n'est pas une boule de lumière statique. C'est une étoile dynamique et active.

3-1. Les Taches et le Cycle de 11 ans

Le nombre de taches solaires augmente et diminue selon un cycle régulier d'environ 11 ans. C'est ce qu'on appelle le Cycle Solaire.

Pendant le « Maximum Solaire », les taches sont nombreuses et les éruptions fréquentes. Pendant le « Minimum Solaire », le soleil peut rester immaculé pendant des jours. Ce rythme est piloté par la dynamo magnétique interne du Soleil.

3-2. Éruptions et Éjections de Masse

Parfois, l'énergie magnétique près des taches solaires est libérée de manière explosive. C'est une Éruption Solaire. Une éruption peut libérer l'énergie équivalente à des millions de bombes H en quelques minutes.

Ces éruptions sont souvent accompagnées d'Éjections de Masse Coronale (CME), où des milliards de tonnes de plasma sont propulsées dans l'espace. Si elles sont dirigées vers la Terre, elles peuvent provoquer des tempêtes géomagnétiques.

3-3. Vent Solaire et Aurores

Le Soleil émet constamment un flux de particules chargées appelé Vent Solaire. Se déplaçant à des vitesses d'environ 300 à 800 km par seconde, ce vent frappe le champ magnétique terrestre.

Lorsque ces particules sont piégées par la magnétosphère terrestre et guidées vers les pôles, elles interagissent avec notre atmosphère pour créer les **Aurores**. Dans l'hémisphère nord, ce sont les aurores boréales, et dans le sud, les aurores australes. Ces lumières vertes et rouges sont en fait la lueur des atomes d'oxygène et d'azote excités par les particules solaires.

▶ Article connexe : Qu'est-ce qu'une éruption solaire ? Mécanismes et effets expliqués

4. Le Cycle de Vie du Soleil

Comme toutes les étoiles, le Soleil a eu une naissance et connaîtra une mort.

4-1. De la Naissance à Aujourd'hui

Il y a environ 4,6 milliards d'années, un nuage moléculaire géant s'est effondré sous l'effet de la gravité pour former notre Soleil. Actuellement, c'est une étoile de la « Séquence principale », brûlant stablement de l'hydrogène en hélium. Il est à peu près à la moitié de sa vie.

4-2. La Phase de Géante Rouge

Dans environ 5 milliards d'années, le carburant hydrogène du noyau sera épuisé. Le noyau rétrécira, mais les couches externes se dilateront massivement. Le Soleil deviendra une Géante Rouge.

Il grossira tellement qu'il engloutira Mercure et Vénus, et peut-être la Terre. Même si la Terre n'est pas avalée, les océans s'évaporeront et la planète deviendra inhabitable.

4-3. La Fin : Naine Blanche

Après la phase de Géante Rouge, le Soleil expulsera ses couches externes dans l'espace, créant une belle coquille de gaz lumineuse appelée Nébuleuse Planétaire.

Ce qui restera du noyau deviendra une Naine Blanche. Elle aura environ la taille de la Terre mais sera incroyablement dense. Le Soleil n'explosera pas en supernova ; sa masse n'est pas assez importante. Au lieu de cela, il s'éteindra lentement sur des milliards d'années.

5. Mythes Courants

5-1. « Le Soleil est en feu »

Le feu nécessite de l'oxygène. Il n'y a pas d'oxygène qui brûle dans l'espace. Le Soleil brille grâce à la fusion nucléaire (atomes qui entrent en collision et fusionnent), ce qui est bien plus puissant qu'une combustion chimique.

5-2. « Le Soleil est jaune »

Si vous voyiez le Soleil depuis l'espace, il paraîtrait blanc. Il semble jaune ou orange sur Terre parce que notre atmosphère diffuse la lumière bleue (diffusion de Rayleigh), laissant les couleurs plus chaudes atteindre nos yeux.

5-3. « Le Soleil a une surface solide »

Vous ne pouvez pas marcher sur le Soleil. Il est entièrement constitué de plasma. La « surface » que nous voyons (la photosphère) est simplement la couche où le gaz devient suffisamment transparent pour que la lumière s'échappe.