Éclairs et volcans : des chercheurs élucident le mystère de la foudre volcanique

Lorsque des particules similaires du panache de cendres d’un volcan entrent en contact, certaines se chargent positivement et d’autres négativement. Des physiciens ont enfin élucidé les raisons de ce phénomène.

Charges électriques et contaminants

L’effet triboélectrique correspond à un échange de charges électriques lors de contacts répétés entre matériaux, générant de l’électricité statique. Dans un nuage de cendres volcaniques, les particules en mouvement, riches en dioxyde de silicium, se chargent électriquement en entrant en collision. La séparation progressive des charges positives et négatives crée un déséquilibre qui peut conduire à une décharge ou éclair : la fameuse foudre volcanique.

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Bien que ce phénomène soit étudié depuis longtemps, le mécanisme exact à l’origine de la rupture de symétrie entre deux particules d’un même matériau restait discuté. « Les pistes étaient nombreuses », explique Galien Grosjean, de l’université autonome de Barcelone. « On pensait que l’humidité, la rugosité ou encore la structure cristalline pouvait jouer un rôle important. »

Le scientifique a spécifiquement exploré l’influence des « contaminants » présents à la surface des particules : des molécules contenant du carbone. À l’aide d’ultrasons, son équipe a fait léviter une petite particule de dioxyde de silicium, l’a laissée rebondir sur une plaque cible faite du même matériau, puis a mesuré sa charge.

« Elle pouvait se charger positivement ou négativement. Si elle était positive, nous la cuisions ou la nettoyions et réitérions l’expérience, et elle se chargeait alors négativement », détaille Grosjean.

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Nouvelles preuves

L’analyse des échantillons a confirmé que l’élimination des molécules contenant du carbone était bien le facteur déterminant. « Cet effet l’emportait sur tout le reste », expliquent les auteurs de la nouvelle étude, publiée dans la revue Nature.

Autre preuve déterminante : les échantillons préalablement « nettoyés » se rechargeaient positivement au bout d’une journée environ, soit le temps nécessaire pour qu’une nouvelle couche de molécules de carbone provenant de l’air ambiant se forme à leur surface.

« Nous savions que toutes les surfaces étaient recouvertes de ce type d’impuretés, mais ignorions que leur présence déterminait le signe de la charge triboélectrique », commente Daniel Lacks, de l’université Case Western Reserve à Cleveland.

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Précédemment, des chercheurs avaient résolu le mystère des motifs en zigzag des éclairs volcaniques.