La façon dont nous pensons foudre a tendance à être quelque peu directionnel. Il descend du ciel en jets électriques craquants, symbole même de la puissance de la tempête.
Mais vers le bas ce n’est pas toujours comme ça que se passe la foudreet les scientifiques viennent de faire une première mesure qui peut nous aider à comprendre comment se forme cette puissante force de la nature.
Dans un certain type d’éclair qui frappe vers le ciel, appelé éclair positif vers le haut, une équipe dirigée par l’astrophysicien Toma Oregel-Chaumont de l’Ecole polytechnique fédérale (EPFL) a directement détecté et mesuré l’émission de rayons X.
Les éclairs positifs vers le haut sont un type d’éclair qui commence par des leaders chargés négativement à un point de haute altitude et monte progressivement dans le ciel pour se connecter à un nuage d’orage avant de transférer une charge positive au sol. Et la détection des rayons X pourrait contribuer à atténuer les dégâts causés par la foudre dans le monde.
« Au niveau de la mer, les éclairs ascendants sont rares, mais pourraient devenir le type dominant à haute altitude », Oregel-Chaumont dit. « Ils peuvent également être plus dommageables, car lors d’un éclair vers le haut, la foudre reste en contact avec une structure plus longtemps que lors d’un éclair vers le bas, ce qui lui donne plus de temps pour transférer la charge électrique. »
Les rayons X sont un accompagnement connu de la foudre. Nous les avons détectés dans des éclairs descendants, nuage-sol, et dans des éclairs déclenchés par des fusées, dans les deux cas pendant la phase descendante négative du dard-leader. Et cela a été détecté dans la phase de pointe de la foudre négative vers le haut.
Mais selon Oregel-Chaumont et leur équipe, la détection des rayons X dans la phase de pointe de quatre éclairs positifs vers le haut provenant de la tour Säntis en Suisse est un nouvel outil pour comprendre la foudre.
« Le mécanisme réel par lequel la foudre s’initie et se propage reste un mystère », ils expliquent. « L’observation des éclairs vers le haut depuis de grandes structures comme la tour Säntis permet de corréler les mesures de rayons X avec d’autres quantités mesurées simultanément, comme les observations vidéo à grande vitesse et les courants électriques. »
La tour Säntis est remarquablement située pour l’étude de la foudre. Conçue et utilisée comme tour de télécommunications et station de surveillance météorologique, la structure de 124 mètres de haut (407 pieds) se trouve au sommet du mont Säntis de 2 502 mètres (8 209 pieds) dans les Alpes appenzelloises.
S’avançant comme un doigt dans le ciel, c’est une cible privilégiée pour la foudre ; en effet, des éclairs d’électricité le frappent environ 100 fois par an.
Parce qu’il est si haut et qu’il y a une vue dégagée depuis les montagnes voisines, c’est un excellent endroit pour enregistrer et analyser le comportement de la foudre. Les chercheurs ont capturé leurs quatre éclairs vers le haut à l’aide de caméras à grande vitesse ; un flash a même été enregistré à une vitesse époustouflante de 24 000 images par seconde.
Ces caméras ont permis aux chercheurs de faire la différence entre les flashs positifs vers le haut qui émettent des rayons X et ceux qui n’en émettent pas. L’émission de rayons X est très brève, disparaissant dans la première milliseconde suivant la formation du leader et étant en corrélation avec des changements très rapides du champ électrique, ainsi qu’avec la vitesse à laquelle le courant change.
Selon les chercheurs, cela a des implications pour atténuer l’ampleur des destructions provoquées par la foudre sur les structures humaines.
« En tant que physicien, j’aime pouvoir comprendre la théorie derrière les observations, mais ces informations sont également importantes pour comprendre la foudre d’un point de vue technique » Oregel-Chaumont dit.
« De plus en plus de structures à haute altitude, comme les éoliennes et les avions, sont construites à partir de matériaux composites. Ceux-ci sont moins conducteurs que les métaux comme l’aluminium, ils chauffent donc davantage, les rendant vulnérables aux dommages causés par la foudre dirigée vers le haut. »
Les recherches de l’équipe ont été publiées dans Rapports scientifiques.
