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Une nouvelle filamentation laser pour faire tomber la foudre

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Des impulsions laser ultracourtes peuvent servir à provoquer la formation de gouttes de pluie, mais aussi à déclencher des éclairs. Des travaux dans ce sens, faisant intervenir ce qu'on appelle la filamentation laser, sont conduits depuis des années, notamment par des chercheurs français. Un groupe de physiciens états-uniens vient d'apporter une nouvelle contribution à ce domaine dans un article de Nature Photonics.

Image d'un orage avec des éclairs, que l'on peut trouver sur le site de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Ce phénomène garde encore probablement quelques surprises en réserve pour les géophysiciens. On se demande s'il n'est pas possible de le provoquer à la demande à l'occasion d'un orage avec des lasers ultracourts. © NOAA

Dans S.O.S. Météores d'Edgar P. Jacobs, les célèbres personnages Blake et Mortimer sont confrontés à une technologie permettant de contrôler le climat, en déclenchant à volonté orages et tempêtes de toutes sortes. L'une des explications données dans l'album de bande dessinée fait intervenir des faisceaux d'ondes capables de chauffer des masses d'air ou de changer leur état. Selon des chercheurs états-uniens, la réalité pourrait bien être sur le point de rejoindre en partie la fiction, comme ils l'expliquent dans un article publié dans Nature Photonics.

Dans celui-ci, comme d'autres physiciens avant eux, ils explorent la possibilité de faire pleuvoir ou de provoquer des éclairs en braquant des faisceaux laser en direction des nuages. On sait que la condensation des gouttes d'eau et l'apparition des éclairs sont étroitement liées à la présence de particules chargées dans les nuages. Le passage d'impulsions laser adéquates pourrait en théorie être aussi efficace pour entraîner la pluie ou la foudre que le déclenchement d'une avalanche à la suite d'une légère perturbation. Mais avant d'en arriver là, il faut disposer d'impulsions laser de haute intensité capables de voyager sur de longues distances.

Filament autoguidé de lumière blanche produite par un laser femtoseconde. Certains de ces filaments sont capables de se déplacer sur de longue distance, mais ne peuvent servir à provoquer la foudre. On peut aussi utiliser de telles impulsions laser pour déclencher la formation de gouttes de pluie. © J. Kasparian (Lasim, Lyon)

La filamentation laser pour déclencher des précipitations

En effet, des impulsions laser ultracourtes vont ioniser les atomes d'oxygène et d'azote sur leur passage, provoquant la formation d'un plasma. Une fois formé, il aura tendance à disperser un faisceau d'impulsions laser et à dissiper l'énergie qu'il contient. Il se forme alors un « filament de lumière » (on parle de filamentation laser) qui disparaît assez rapidement. Dans ces conditions, il n'est pas facile d'atteindre des nuages à plus d'un kilomètre du sol, et si l'opération est menée à partir d'un avion, les risques d'être frappé par l'éclair suivant le tube de plasma formé ne sont pas négligeables.

Afin de contourner ces obstacles, les chercheurs proposent d'utiliser un second faisceau laser de moindre intensité entourant le filament de lumière. Ce second faisceau non seulement limite la dissipation d'énergie du premier, mais il lui en injecte continuellement, permettant ainsi au filament de lumière de se propager sur de plus longues distances. Les expériences déjà réalisées dans ce sens sont encourageantes.

À défaut de vraiment pouvoir déclencher des précipitations ou faire tomber la foudre, ce genre de faisceau laser peut aussi être utilisé pour réaliser des analyses chimiques à distance, par exemple pour faire de la télédétection de la pollution atmosphérique.