2007-2008

Coup de foudre à l’UNIGE - Une équipe européenne de physiciens franchit un pas décisif vers le déclenchement de la foudre par laser

Un laser qui peut provoquer la foudre? C’est l’exploit que des physiciens de l’Université de Genève (UNIGE), en collaboration avec leurs collègues européens, sont sur le point de concrétiser. En effet, cette équipe de scientifiques publie ces jours, dans la revue Optics Express, les résultats d’une campagne d’expériences de terrain, menée au Nouveau-Mexique, qui montrent pour la première fois qu’un laser peut effectivement déclencher des micro-décharges dans un nuage d’orage. Outre l’intérêt scientifique fondamental qu’il comporte, le contrôle de la foudre par laser pourrait, à terme, permettre d’optimiser les performances des lignes électriques et contribuer à protéger des installations sensibles en déviant les éclairs vers un point d’impact ne représentant pas de danger.

Etats-Unis, été 2004: une équipe de scientifiques européens, dont des physiciens de l’UNIGE, installent leur laser sur la crête des Montages Rocheuses, au laboratoire Langmuir du New Mexico Tech, à 3200m d’altitude. Equipée d’un réseau d’antennes à même de détecter et de localiser en trois dimensions l’activité électrique des nuages, cette station permanente d’étude de la foudre a été choisie pour la fréquence des orages qui l’atteignent.

Canaliser la foudre
De fait, c’est au cours de deux orages successifs que les scientifiques parviennent à projeter des flashes de lumière de laser dans les nuages. Ces flashes produisent alors des filaments de plasma susceptibles de conduire l'électricité de la même façon que la corde en soie du cerf-volant de Benjamin Franklin.

Si, en raison de la brièveté de ces filaments, aucun éclair n’a été déclenché, les flashs de laser ont cependant réussi à produire des micro-décharges électriques au sein des nuages. «C'est la première fois que nous sommes parvenus à générer des précurseurs de la foudre dans un nuage d’orage» explique Jérôme Kasparian, du Groupe de physique appliquée de l’UNIGE.

En un temps éclair
Pour leurs expériences, les chercheurs se sont appuyés sur les performances du laser Téramobile, le laser mobile le plus puissant au monde. Amené aux États-Unis pour la première fois à cette occasion, ce laser produit des flashes d’une puissance extrême: 4 térawatts, c’est-à-dire 4000 milliards de Watts, l’équivalent de la puissance de 1000 centrales électriques pendant un très bref instant (100 femtoseconde, soit un dix-millième de milliardième de seconde). Avec une telle puissance, le laser parvient à ioniser l’air, qui devient conducteur de l’électricité sur une distance de plus de 100m, bien plus longue que celle d’un paratonnerre classique.

Le filament conducteur généré par le laser, pointé vers les nuages de l’orage, se comporte comme une pointe métallique dirigée vers une électrode chargée. Il initie des «décharges couronnes», effluves bleutées que l’on observe parfois, par temps d’orage, à l’extrémité des piolets d’alpiniste ou des mâts des bateaux.

Afin de dépasser le stade de la décharge couronne et de provoquer de véritables éclairs, il est nécessaire d’allonger la durée de l’ionisation générée par le laser, qui est actuellement limitée à une microseconde. En effet, pour qu’un éclair ait le temps de s’engouffrer efficacement dans le canal de plasma, une durée dix à cent fois plus longue est nécessaire. Les chercheurs travaillent donc à mettre au point un laser dix fois plus puissant, qui pourrait voir le jour d’ici deux ans.

La foudre à portée de main
Bien qu’elle fasse l’objet d’investigations scientifiques depuis l’époque de Benjamin Franklin, la foudre demeure un phénomène aléatoire, dont certains aspects nous échappent. Le fait de pouvoir la déclencher par laser constitue une avancée importante pour la recherche appliquée comme fondamentale, dans le sens où il permet aux chercheurs de mieux appréhender ses mécanismes.

Outre la possibilité de produire des éclairs au moment voulu pour les étudier ou pour tester des techniques de protection, le contrôle de la foudre par laser pourrait, à terme, permettre à des ingénieurs d’éprouver les performances de lignes électriques ou de fuselages d’avions, mais aussi contribuer à protéger des installations sensibles en déviant les éclairs vers un point d’impact dépourvu de danger.

Contacts: Jérôme Kasparian au 022 379 68 44

14 avril 2008
  2007-2008