Dossier Laser
Le Téramobile II: sur les pas de Zeus
Le laser «Téramobile» analyse depuis plus de dix ans la composition de l’atmosphère et provoque des éclairs en laboratoire. Son successeur, le Téramobile II, pourrait faire pleuvoir, tomber la foudre et arrêter les tornades. S’il est construit
Déclencher la pluie, guider la foudre, calmer les tornades: ne s’agit-il pas là des pouvoirs dignes d’un puissant dieu antique? Jean-Pierre Wolf, professeur au Groupe de physique appliquée, n’en est pas un. Mais c’est bien en ces termes qu’il décrit les objectifs de son dernier projet de recherche, le Center of Weather Modulation, imaginé en collaboration avec Martin Beniston, directeur de l’Institut des sciences de l’environnement. Pour le concrétiser, il lui manque encore un laser mobile capable de générer et d’envoyer dans l’atmosphère des impulsions lumineuses très courtes et très puissantes (de plusieurs dizaines de térawatts, ou milliers de milliards de watts). Un tel appareil n’existe pas encore. Il pourrait cependant prochainement voir le jour grâce à un partenariat que le physicien genevois entretient depuis longtemps avec des équipes allemandes de Berlin et de Dresde.
Détection de polluants
Un rayon laser de cette puissance, lorsqu’il traverse un milieu transparent comme l’atmosphère, provoque une série d’effets non linéaires dont les physiciens tirent parti. L’un de ces effets est l’élargissement du spectre de l’impulsion. Possédant au départ une couleur quasi monochromatique, le spectre s’étale progressivement sur tout le domaine du visible. A la limite de l’infrarouge au départ, le rayon devient blanc. Cette particularité rend le Téramobile très intéressant pour la détection de composés polluants dans l’atmosphère (gaz nocifs, particules organiques, bactéries).
En envoyant dans l’air des impulsions lumineuses qui couvrent tout le spectre de l’ultra-violet à l’infrarouge, les chercheurs peuvent en effet détecter la présence de nombreux composés simultanément en analysant la lumière qui leur revient par diffusion et en identifiant les raies d’absorption.
«C’est un progrès notable par rapport à la technique plus ancienne du Lidar (télédétection par laser), souligne Jean-Pierre Wolf . Le Lidar utilise des lasers monochromatiques dont la longueur d’onde est choisie en fonction du pouvoir d’absorption du polluant que l’on souhaite étudier. Cela fonctionne très bien quand on sait à l’avance ce que l’on cherche. J’ai moi-même traqué de cette manière l’ozone dans le cercle arctique ou encore les importations de soufre entre Berlin-Est et Berlin-Ouest avant que le mur ne tombe. En revanche, si l’on veut analyser le contenu d’un panache produit par une explosion d’une usine chimique par exemple, un Lidar traditionnel n’est plus très utile. Le Téramobile si.»
Paratonnerre laser
Un autre effet non linéaire – et spectaculaire – dû à la puissance élevée du laser est la filamentation: les impulsions laser ionisent les molécules d’air sur leur passage. Résultat, le long de leur trajectoire, la conduction électrique augmente. En d’autres termes, en tirant avec le laser du Téramobile, les physiciens créent un fil électrique immatériel qu’ils peuvent pointer dans n’importe quelle direction.
Les cibles les plus intéressantes sont les nuages orageux, électriquement chargés. Le laser et son filament d’air ionisé pourraient théoriquement déclencher la foudre et guider l’éclair vers le sol. A défaut d’une épée laser, le monde pourrait bien se doter d’un paratonnerre laser.
«Nous nous sommes rapidement aperçus que les éclairs ne peuvent en aucun cas représenter une source d’énergie intéressante, note Jean-Pierre Wolf. Le nombre d’impacts sur un territoire est très dispersé dans le temps et dans l’espace. Et même si on parvenait à exploiter tous ceux qui tombent sur la France en une année par exemple, cela permettrait, au plus, de fournir de l’électricité pour une petite ville de 10 000 habitants. Comme le Téramobile, les éclairs sont puissants, mais ne véhiculent pas beaucoup d’énergie. Une application plus réaliste est plutôt celle de protection d’infrastructures sensibles comme les aéroports ou les centrales électriques contre les colères venues du ciel.»
Concrètement, en laboratoire, le Téramobile a démontré qu’il est capable de déclencher et de guider des décharges électriques de plusieurs millions de volts. En revanche, sur le terrain, les résultats sont plus nuancés. L’appareil a été capable de générer des décharges électriques dans des nuages, comme le rapporte un article paru dans la revue Optics Express du 14 avril 2008. Mais il n’a pas encore réussi à faire tomber la foudre sur le sol, malgré une campagne pleine d’espoir menée en été 2004 dans les Montagnes Rocheuses du Nouveau-Mexique, dans une région qui compte statistiquement le plus d’éclairs au monde.
«On doit pouvoir y arriver si l’on dispose d’un laser encore plus puissant, avance Jean-Pierre Wolf. C’est l’objectif du Téramobile II que nous avons en tête et qui devrait générer des impulsions d’au moins 50 térawatts.» Le projet doit encore recevoir l’aval des bailleurs de fonds publics suisses et allemands, les pays dont font partie les équipes de physiciens concernés.
L’objectif avoué des physiciens est d’exercer une influence macroscopique sur la météorologie. Faire tomber la foudre à volonté en est une. Mais faire pleuvoir ou freiner les tornades en sont deux autres, tout aussi réalistes aux yeux de Jean-Pierre Wolf.
«Le Téramobile I peut provoquer la condensation de gouttelettes d’eau dans un nuage sursaturé, explique-t-il. Nous sommes sur le point de publier un article sur ce phénomène dans la revue Nature Photonics. Si l’on parvient à déclencher la condensation en gouttelettes de l’humidité contenue dans un nuage, cela peut non seulement faire pleuvoir, mais aussi alourdir l’air et donc diminuer la vitesse du vent.»
Un appareil comme le Téramobile II pourrait être assez puissant pour réaliser cette prouesse dans des conditions naturelles. En pointant un laser vers un nuage ou une tornade en formation durant plusieurs heures, le nombre de gouttelettes formées devient tel qu’un effet devrait se faire sentir. Pour obtenir les meilleurs résultats, il faut néanmoins maîtriser au mieux la physique de l’atmosphère. D’où la collaboration qui se dessine avec Martin Beniston, spécialisé dans ce domaine.
Les apprentis Zeus ne craignent-ils cependant pas d’être eux-mêmes arrosés par les effets de leur machine ou, pire, de recevoir la foudre sur leur propre tête? «Pour éviter que notre rayon laser ne guide l’éclair directement sur nous, nous disposons d’une botte secrète, rassure-t-il. Grâce à des astuces d’optique, nous pouvons générer la filamentation à partir d’une certaine altitude, par exemple à 1000 mètres, et sur des portions de longueur déterminée. Le dispositif peut donc déclencher le départ de la foudre dans le nuage, guider l’éclair sur une certaine distance, puis, à partir de l’altitude de 1000 mètres, lui laisser trouver son chemin tout seul vers le sol, comme d’habitude.»
Comme quoi, on peut jouer au Dieu antique sans pour autant être fou.
http://www.teramobile.org/
La Lune à portée de photonUne des façons de se convaincre que les astronautes américains sont bel et bien allés sur la Lune est de réaliser une expérience à l’aide d’un laser. L’équipage de la mission Apollo 11 en 1969, puis ceux d’Apollo 14 et 15 suivis par la sonde automatique soviétique Lunokhod 2 en 1973 ont tous installé sur la surface de notre satellite des réflecteurs orientés vers la Terre. Aujourd’hui encore, il est possible de diriger un laser dans leur direction et de mesurer la lumière réfléchie sur Terre. Les photons ne sont pas nombreux à revenir à leur point de départ, mais ils sont suffisants pour mesurer la distance Genève-Lune au centimètre près. |