Imaginez-vous allongé sur une colline verdoyante en regardant les nuages ​​passer par une belle journée. Les nuages ​​auxquels vous pensez probablement sont des nuages ​​cumulés, ceux qui ressemblent à des boules de coton moelleuses. Ils semblent assez innocents. Mais ils peuvent devenir des cumulonimbus plus redoutables, le nuage d'orage. Ce sont les monstres qui produisent le tonnerre et les éclairs. Ils sont puissants, destructeur et intensément mystérieux. Ils peuvent aussi devenir beaucoup plus fréquents, ce qui rend la compréhension de leur fonctionnement - et de leurs effets sur le monde humain, y compris la façon dont nous construisons des bâtiments ou des lignes électriques, plus important que jamais.

De nombreux nuages ​​se forment lorsque l'air chaud et humide monte à haute altitude où il se refroidit et se condense en gouttelettes d'eau. Les orages se produisent lorsqu'un nuage qui se forme de cette manière devient rapidement très gros, aspirer de plus en plus de vapeur d'eau. Il s'ensuit presque toujours des précipitations et de fortes rafales de vent. Et bien sûr, éclair. La foudre peut sembler assez rare, mais cela s'est produit environ 700 fois — nous recevons environ 100 frappes par seconde — quelque part dans le monde pendant le temps qu'il vous a fallu pour lire cette phrase.

Les éclairs et les orages semblent devenir de plus en plus fréquents et certains suggèrent que cela se poursuivra en raison du réchauffement climatique. En 2014, Le professeur David Romps de l'Université de Californie, Berkeley, NOUS, développé un modèle atmosphérique qui prédit que la foudre augmentera de 12% pour chaque degré de réchauffement de la Terre. Il y a des indications que cela pourrait déjà se produire. Des chercheurs néerlandais ont examiné le nombre d'incendies déclenchés par la foudre dans les forêts de l'Alaska et du Canada et ont constaté qu'ils avaient augmenté de 2 à 4 % par an au cours des 40 dernières années.

Nous ne comprenons pas bien la foudre. Si, par exemple, vous deviez filmer un coup de foudre et le rejouer au super ralenti, vous remarquerez que la grève procède par étapes. Il fait une pause pendant un certain temps à intervalles avant de continuer, dit le Dr Alejandro Luque de l'Institut d'Astrophysique d'Andalousie à Grenade, Espagne. Mais nous ne savons pas pourquoi cela se produit. Il dit qu'il existe quelques articles à ce sujet, mais essentiellement aucune théorie acceptée.

Lutins

Le Dr Luque pense qu'il pourrait avoir une idée du problème, cependant, à travers son travail étudiant un phénomène électrique encore plus incroyable mais mieux compris :les sprites.

Les sprites sont énormes, des jets de lumière colorés qui se produisent entre 50 et 90 kilomètres au-dessus du sol, bien plus haut que les orages. Leur existence a été mise en doute pendant des années car ils sont difficiles à voir depuis le sol. Le Dr Luque les a étudiés principalement en regardant des photos prises par des avions de recherche.

Bien qu'ils soient moins familiers que la foudre, la physique des sprites est plus facile à étudier car, à une telle altitude, il y a peu d'air et donc les décharges électriques se produisent plus lentement et à des températures plus froides. La foudre crée des températures plus chaudes que la surface du soleil. Mais le Dr Luque dit que les canaux de décharge des sprites sont « à peu près à la même température que l'air ambiant ».

Les canaux des sprites sont constitués de nombreux filaments minuscules appelés streamers. Et comme les banderoles se propagent, certaines taches en leur sein brillent plus intensément et de manière persistante. Dans les sprites, l'éclat brillant est dû au comportement des électrons, dit le Dr Luque. Dans certaines zones de la banderole, les électrons se fixent aux molécules d'air et cela augmente la force du champ électrique, produisant une lumière plus vive.

Pas

Cette explication n'est pas controversée, dit le Dr Luque, mais ce que nous ne savons pas, c'est si, comme il le soupçonne, un processus analogue pourrait expliquer pourquoi la foudre elle-même procède par étapes. Dans le contexte de la foudre, à basse altitude, il y a plus de molécules d'air et l'attachement d'électrons à celles-ci pourrait se dérouler d'une manière légèrement différente pour produire le motif de pas. Le Dr Luque veut savoir si c'est bien grâce à son projet eLightning.

Lui et son étudiant Alejandro Malagón‐Romero ont formulé cette hypothèse en 2019. Son équipe travaille actuellement à la construction d'un modèle informatique de la foudre pour tester si le processus auquel ils s'attendent peut expliquer le comportement de progression.

Comprendre pourquoi la foudre procède par étapes ne va pas nous aider à la rendre moins dangereuse. Mais le Dr Luque dit qu'une meilleure compréhension du phénomène pourrait être utile dans toutes sortes d'autres domaines. Par exemple, des décharges peuvent se former autour des lignes électriques et elles doivent donc être conçues pour minimiser cela. De telles décharges sont également utilisées dans l'industrie, par exemple, dans la désinfection des gaz industriels résiduels et même dans les photocopieurs. Une meilleure compréhension de leur fonctionnement pourrait conduire à des conceptions améliorées.

Les éclairs peuvent sembler être l'arme la plus dangereuse de l'arsenal d'un orage, mais ces tempêtes créent également des vents inhabituellement forts.

Le temps en Europe est dominé par des systèmes aériens appelés cyclones extratropicaux, courants d'air en spirale qui entraînent le vent et la pluie avec eux lorsqu'ils balayent une région. La ville européenne moyenne en voit entre 70 et 90 par an et les scientifiques ont une bonne compréhension de leur fonctionnement. Ces tempêtes peuvent être fortes, bien qu'ils ne le soient pas toujours.

Chaque fois qu'un bâtiment est construit en Europe, les concepteurs doivent s'assurer qu'il résiste aux vents forts et les modèles qu'ils utilisent pour cela sont basés sur des cyclones extra-tropicaux. Le problème, c'est qu'il ne tient pas compte des vents que l'on croit rares, comme ceux des orages.

Des orages

Pour comprendre pourquoi cela est important, vous devez comprendre la différence entre les cyclones et les orages. D'abord, les orages sont plus intenses que les cyclones. Alors qu'un cyclone peut durer trois jours, un orage peut se terminer en 20 minutes. Alors au lieu d'être modéré, vent soutenu, vous obtenez un accès de très fortes rafales. Seconde, et plus important, C'est ainsi que la force des vents varie en fonction de l'altitude. Les cyclones deviennent de plus en plus forts plus haut. Des orages, d'autre part, ont tendance à produire des vents commençant à environ 100 m de haut et soufflent vers le bas, avec le vent de plus en plus fort en descendant. 'Un vent normal souffle parallèlement au sol, mais un orage souffle vers le bas. C'est complètement différent, " a déclaré le professeur Giovanni Solari de l'Université de Gênes en Italie.

Mettez tout cela ensemble et le résultat, dit le professeur Solari, c'est que nous sur-concevons nos bâtiments les plus hauts, surtout les gratte-ciel, et les bâtiments et les structures de faible hauteur de sous-ingénierie tels que les grues de chantier naval. Les 200 mètres supérieurs d'un gratte-ciel de 300 mètres ne sont probablement pas touchés par un orage, mais nous les concevons comme s'ils le feraient parce que nos modèles supposent que les vents deviennent plus forts plus haut. « Nous rendons les bâtiments trop sûrs, ' il a dit. D'autre part, les petites grues peuvent être renversées par les orages, qui produisent leur vent le plus fort au niveau du sol.

L'objectif du professeur Solari, à travers le projet THUNDERR, est de corriger cela, qui pourrait rendre la construction plus efficace et moins coûteuse, en produisant un modèle de vent d'orage qui peut être utilisé pour aider à concevoir des bâtiments. La première étape consistait à prendre un orage synthétique créé dans une soufflerie de classe mondiale à l'Université de l'Ontario au Canada et à en faire un modèle. C'est désormais chose faite, dit le professeur Solari, et ses modèles capturent bien ce que font ces tempêtes synthétiques. Mais c'était la partie facile.

Maintenant, il passe à la modélisation de vrais orages, dans lequel il y a d'énormes variations. Aider, Le professeur Solari et son équipe ont construit un réseau de 45 tours météorologiques réparties autour de la côte méditerranéenne, conçues pour capturer des données sur les vents créés par les orages.

« Les gens pensaient que les orages étaient rares, " a déclaré le professeur Solari. — C'est parce que nous ne pouvions pas les voir. Le réseau a maintenant enregistré une base de données de 250 enregistrements d'orages. Le plan est maintenant de peaufiner le modèle initial pour tenir compte de tous ces différents orages et être vraiment représentatif.

Les recherches présentées dans cet article ont été financées par le Conseil européen de la recherche de l'UE. Si vous avez aimé cet article, pensez à le partager sur les réseaux sociaux.