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Si l’on estime que la foudre frappe la Terre près de 50 fois par seconde, les éclairs sont encore loin de nous avoir livré tous leurs secrets. Des scientifiques australiens affirment avoir résolu celui de leurs étranges motifs en zigzag, semblant résulter de la collision d’électrons et de molécules d’oxygène.

Un mystère tenace

Au fil des années, les chercheurs ont acquis des connaissances fascinantes au sujet des éclairs, pouvant atteindre des altitudes et tailles phénoménales et contribuant notamment à purifier l’atmosphère. Cependant, les mécanismes et l’étrange physique les sous-tendant restent relativement flous. De nouveaux travaux publiés dans le Journal of Physics D : Applied Physics pourraient toutefois résoudre l’un des mystères les plus tenaces à leur sujet : la formation de marches, ou zigzags.

Lorsque la foudre surgit d’un nuage d’orage, elle le fait sous la forme de segments successifs d’environ 50 mètres de long, s’éclairant et s’éteignant pendant une infime fraction jusqu’à ce que l’éclair atteigne finalement le sol. Bien que ce phénomène soit largement invisible à l’œil nu, la photographie à haute vitesse a permis aux scientifiques de documenter cette spectaculaire chaîne de décharges électriques.

« Personne n’était jusqu’à présent parvenu à expliquer comment se formaient ces marches, ni pourquoi la colonne conductrice d’électricité les reliant au nuage restait sombre », souligne John Lowke, physicien à l’université d’Australie du Sud et auteur principal de l’étude. « Nous avons découvert que ces motifs étaient dus aux particules à haute énergie générées par la collision des électrons et des molécules d’oxygène, entraînant la redistribution du champ électrique. »

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États métastables

Selon les auteurs de l’étude, la colonne conductrice permet de maintenir une connexion avec le nuage alors que l’éclair se fraye un chemin vers le sol. Un phénomène facilité par l’excitation des molécules d’oxygène qui les contraint à un état « métastable » permettant à l’air de conduire l’électricité.

« Ces motifs en zigzag se forment lorsque suffisamment d’états métastables sont créés pour détacher un nombre important d’électrons », détaille Lowke. « Lorsqu’un segment de l’éclair s’éteint, la densité des états métastables et des électrons augmente. Après 50 millionièmes de seconde, la marche peut conduire l’électricité, et le potentiel électrique à son extrémité augmente jusqu’à approximativement celui du nuage, ce qui entraîne la formation d’une nouvelle marche. »

Une meilleure compréhension des mécanismes régissant la foudre pourrait permettre d’identifier de nouveaux moyens de protéger les bâtiments, appareils et êtres vivants de ce type d’événement. À l’heure actuelle, les paratonnerres constituent notre principal rempart. Inventés en 1752 par Benjamin Franklin, ces dispositifs consistent à attirer la foudre et la conduire directement à la terre.

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