À l’échelle mondiale, la foudre est responsable de plus de 4 000 morts et de milliards de dollars de dégâts chaque année; La Suisse elle-même subit jusqu'à 150 000 grèves par an. Comprendre exactement comment se forme la foudre est essentiel pour réduire les risques, mais comme les phénomènes de foudre se produisent à des échelles de temps inférieures à la milliseconde, des mesures directes sont extrêmement difficiles à obtenir.
Aujourd'hui, des chercheurs du Laboratoire de compatibilité électromagnétique, dirigé par Farhad Rachidi, de la Faculté d'ingénierie de l'EPFL, ont pour la première fois mesuré directement un phénomène insaisissable qui explique beaucoup de choses sur la naissance d'un éclair :le rayonnement X.
Dans une étude collaborative avec l'Université des sciences appliquées de Suisse occidentale et l'Université d'Uppsala en Suède, ils ont enregistré des éclairs sur la tour du Säntis, dans le nord-est de la Suisse, identifiant les rayons X associés au début d'éclairs positifs vers le haut. Ces éclairs commencent par des vrilles chargées négativement (leaders) qui montent progressivement à partir d'un objet à haute altitude, avant de se connecter à un nuage d'orage, transférant une charge positive au sol.
"Au niveau de la mer, les éclairs ascendants sont rares, mais pourraient devenir le type dominant à haute altitude. Ils peuvent également être plus dommageables, car lors d'un éclair ascendant, la foudre reste en contact avec une structure plus longtemps que lors d'un éclair ascendant. flash vers le bas, ce qui lui donne plus de temps pour transférer la charge électrique », explique le doctorat du laboratoire de compatibilité électromagnétique. la candidate Toma Oregel-Chaumont.
Bien que des émissions de rayons X aient déjà été observées à partir d’autres types d’éclairs, c’est la première fois qu’elles sont capturées à partir d’éclairs positifs vers le haut. Oregel-Chaumont, premier auteur d'un Rapports scientifiques Un article décrivant les observations indique qu'elles offrent des informations précieuses sur la façon dont se forment les éclairs, et les éclairs vers le haut en particulier.
"Le mécanisme réel par lequel la foudre se déclenche et se propage reste un mystère. L'observation de la foudre vers le haut depuis de hautes structures comme la tour du Säntis permet de corréler les mesures de rayons X avec d'autres quantités mesurées simultanément, comme les observations vidéo à grande vitesse et les phénomènes électriques. courants."
Il n'est peut-être pas surprenant que ces nouvelles observations aient été réalisées en Suisse, car la tour du Säntis offre des conditions de mesure uniques et idéales. La tour de 124 mètres est perchée au sommet d’un haut sommet des Alpes appenzelloises, ce qui en fait une cible privilégiée pour la foudre. Il y a une ligne de vue dégagée depuis les sommets voisins, et les vastes installations de recherche regorgent de caméras à grande vitesse, de détecteurs de rayons X, de capteurs de champ électrique et d'appareils de mesure de courant.
Surtout, la vitesse et la sensibilité de cet équipement ont permis à l’équipe de voir une différence entre les étapes dirigeantes négatives qui émettaient des rayons X et celles qui n’en émettaient pas, soutenant une théorie de la formation de la foudre connue sous le nom de modèle électronique d’emballement froid. En un mot, l'association des rayons X avec des changements très rapides du champ électrique conforte la théorie selon laquelle des augmentations soudaines du champ électrique de l'air provoquent la « fuite » des électrons ambiants et se transforment en plasma :la foudre.
« 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 :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, ce qui les rend vulnérables aux dommages causés par la foudre", explique Oregel-Chaumont.
Les observations au Säntis, qui reçoit plus de 100 coups de foudre chaque année, se poursuivent. Ensuite, les scientifiques prévoient d'ajouter un capteur micro-ondes à l'arsenal d'équipements de la tour; cela pourrait aider à déterminer si le modèle d'emballement à froid s'applique également aux éclairs descendants, car contrairement aux rayons X, les micro-ondes peuvent être mesurées à partir des nuages.
Plus d'informations : Toma Oregel-Chaumont et al, Observations directes des rayons X produits par un éclair positif vers le haut, Rapports scientifiques (2024). DOI :10.1038/s41598-024-58520-x
Informations sur le journal : Rapports scientifiques
Fourni par l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
