La foudre est un phénomène encore mal compris par les scientifiques qui étudient l'atmosphère. © Ivan Kurmyshov, fotolia
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Les origines de la foudre enfin dévoilées

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Une équipe de scientifiques a utilisé un télescope spatial pour tenter de comprendre les origines de la foudre à l'intérieur même des nuages d'orage.

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La foudre recèle encore beaucoup de secrets malgré les progrès en sciences de l'atmosphère. Il s'agit d'une décharge électrique qui se produit dans l'atmosphère, soit à l'intérieur d'un nuage, entre deux nuages, ou bien entre un nuage et le sol. Cet arc électrique est généré par les nuages d'orage, les cumulonimbus : au sommet aplati de ce nuage, qui culmine de 12 à 18 kilomètres, des charges positives s'accumulent dans les petits cristaux de glace en altitude. Au centre du nuage, on trouve par contre des charges négatives. À la base du nuage, circulent à nouveau des charges positives, plutôt faibles. Cette répartition des charges électrise le nuage, mais jusqu'à maintenant, les scientifiques n'ont jamais vraiment pu comprendre où et comment se formait exactement la foudre.

Dans le passé, plusieurs tentatives ont déjà tenté de « regarder » à travers le nuage d'orage, cependant, ces essais se sont heurtés à plusieurs problèmes : le cumulonimbus est si sombre et mouvementé que les instruments de mesure n'ont pas vraiment réussi à capter avec précision le point de départ de la foudre. Et surtout, en envoyant des sondes et ballons météo directement à travers le nuage, ces instruments ont carrément interféré avec l'électricité à l'intérieur du nuage et généré de nouvelles décharges électriques, lesquelles n'étaient donc pas totalement naturelles !

L’hypothèse des cristaux de glace confirmée

Cependant, en 2018, un télescope, le Lofar, a pu capturer les premiers instants du déclenchement de la foudre à travers un nuage aux Pays-Bas (les données n'ont pu être traitées que fin 2021). Lofar (Low Frequency Array) est en fait un réseau de petits radiotélescopes implantés aux Pays-Bas, utilisés à l'origine pour étudier les galaxies lointaines et les explosions d'étoiles. L'équipe responsable de l'étude sur les origines de la foudre a compris que ces télescopes réussissaient très bien à capturer les pulsations radio émises par les décharges électriques des nuages d'orage. L'originalité de Lofar est ensuite de pouvoir cartographier les décharges électriques à l'intérieur du nuage, mètre par mètre, en trois dimensions et avec une fréquence d'images 200 fois plus élevée que les précédents instruments. Un arc de foudre génère des millions de pulsations radio, à partir desquelles les scientifiques ont pu reconstruire une image 3D précise, en utilisant un algorithme similaire à celui utilisé pour l'atterrissage de la mission Apollo sur la Lune.

La base des radiotélescopes Lofar aux Pays-Bas, mise en scène avec de la foudre ici. © astron.nl

Pour expliquer le déclenchement initial de la foudre, deux principales théories s'opposaient jusqu'à maintenant. Dans la première hypothèse, des particules de l'espace rencontraient les électrons dans le nuage d'orage et déclenchaient alors la décharge, alors que dans la deuxième hypothèse son déclenchement est uniquement dû à la collision de différents cristaux de glace. Mais les premières conclusions des captures de Lofar s'orientent vers une formation essentiellement liée aux cristaux de glace à l'intérieur du nuage : le frottement de ces particules de glace en forme d'aiguilles, aux charges positives et négatives, finit par former un canal conducteur dans laquelle l'arc électrique peut circuler. L'étude du rôle des particules de glace dans le déclenchement de la foudre a d'ailleurs mené à des conclusions étonnantes : les satellites ont démontré que lors des trois premiers mois de la pandémie de Covid-19 en 2020, le nombre d'éclairs enregistrés a chuté de 10 %. Les scientifiques du projet Lofar pensent que la baisse des polluants dans l'atmosphère, liée aux nombreux confinements à travers le monde, a laissé moins de possibilités de nucléation aux cristaux de glace.

Même si elles présentent une avancée certaine dans la compréhension des premières étapes de développement de la foudre, les mesures de Lofar n'ont par contre pas permis de cerner le moment initial du déclenchement, celui où les particules de glace ionisent l'air juste au moment de la décharge électrique. Le déroulement exact du processus, de son déclenchement jusqu'à son point d'impact sur terre, reste encore à préciser.

La modélisation de la foudre à l'intérieur du nuage grâce aux données de Lofar. ©astron.nl

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