La foudre est-elle chaude ?

La foudre est l’une des forces les plus destructrices de la nature. Mais malgré tout le folklore et les légendes accumulés au cours de l’histoire humaine sur la foudre, nous en savons étonnamment peu sur le fonctionnement interne de ce phénomène puissant, y compris quelque chose d’aussi simple que la façon dont le courant qui traverse un éclair provoquant le tonnerre est lié à la température de la la grève.

« La physique de base de la foudre, telle que l’initiation et la propagation de la foudre, n’est pas entièrement comprise à ce stade », a déclaré Robert Moore, chercheur sur la foudre à l’Université de Floride à Gainesville.

« Nous connaissons les bases, mais pas les détails. Donc, quand quelqu’un fait des progrès, c’est une nouvelle majeure. »

La foudre cause plus de 5 milliards de dollars de dégâts chaque année aux États-Unis, ainsi que plus de décès que les ouragans.

« Un coup de foudre direct peut faire fondre un câble électrique ou déclencher un incendie de forêt, où la quantité de chaleur de la foudre joue un rôle majeur », a déclaré Xiangchao Li, un scientifique chinois spécialisé dans la recherche sur la foudre. Li et son équipe ont découvert une relation mathématique entre l’intensité du courant et la température à l’intérieur de la foudre. Leur résultat a été publié le mois dernier dans la revue Rapports scientifiques.

Bien qu’il y ait environ 100 000 coups de foudre sur Terre chaque jour, le caractère aléatoire des occurrences rend difficile pour les scientifiques de les étudier de manière efficace ou systématique. Ainsi, jusqu’à ce que Thor, le dieu nordique de la foudre ainsi que d’autres événements météorologiques, rejoigne une équipe de recherche sur la foudre, les scientifiques sont livrés à eux-mêmes.

Heureusement, un tel dispositif existe. Connu sous le nom de système générateur de courant impulsionnel, l’appareil peut créer un éclair artificiel avec des courants allant jusqu’à des dizaines de milliers d’ampères. Pour la perspective, un fusible domestique ou automobile est généralement évalué bien en dessous de cent ampères, et un courant électrique de quelques ampères seulement peut facilement vous tuer. Un coup de foudre naturel transporte généralement environ 20 à 30 000 ampères de courant. Certes, il existe d’autres facteurs tels que la taille et le réglage de la foudre naturelle qui ne peuvent pas être reproduits dans un laboratoire, mais juste en termes de sortie de courant pur, la foudre générée par l’appareil peut vraiment donner à Thor une course pour son argent.

En utilisant leur système d’éclairage artificiel, Li et son équipe ont pu composer des coups de foudre à volonté, avec des courants compris entre 5 000 et 50 000 ampères. Cela a entraîné des éclairs artificiels avec des températures aussi élevées que 17 000 F, deux fois plus chaudes que la surface du Soleil.

Cela crée un nouveau problème – à des températures aussi élevées, un thermomètre normal exploserait. Et même s’il ne le faisait pas, il ne réagirait pas assez rapidement pour enregistrer la température de la foudre. Heureusement, il y a de la « lumière » dans « l’éclair ». Li et son équipe ont pu enregistrer la température de la foudre en une milliseconde en mesurant l’intensité de la lumière à différentes longueurs d’onde.

Après avoir frappé la foudre au même endroit encore et encore, ils ont conclu que la relation entre le courant et la température de la foudre est hautement logarithmique, ce qui signifie que la différence de température entre les coups de foudre de 1 000 et 10 000 ampères est similaire à ceux de 10 000 et 100 000 ampères. Ce résultat fournit des preuves solides pour les prédictions théoriques précédentes qui n’étaient pas étayées par des données.

« La prochaine étape serait de comparer avec les mesures de la foudre déclenchée par une fusée, ou de la foudre naturelle, qui peuvent être effectuées aux États-Unis ou en Chine », a suggéré Moore.

C’est vrai, la foudre déclenchée par une fusée. Essentiellement une version glorifiée du cerf-volant filaire de Benjamin Franklin, les scientifiques ont aujourd’hui des moyens de siphonner la foudre naturelle du ciel en lançant une fusée électriquement mise à la terre, comme le montre la vidéo ci-dessous.

Avec une meilleure compréhension de la physique de la foudre, les scientifiques peuvent aider les ingénieurs à améliorer les protocoles et les infrastructures actuels pour mieux faire face à la foudre, des systèmes d’alerte météo à la conception des réseaux électriques. Peut-être pourrons-nous un jour limiter le pouvoir de Thor à ne frapper que Loki sur le grand écran.