Pourquoi la foudre frappe-t-elle deux fois au même endroit?

Pourquoi la foudre frappe deux fois ?

La foudre frappe souvent deux fois dans les mêmes zones, une étude suggère une explication de ce phénomène.

  

Une équipe de recherche internationale dirigée par l’Université de Groningue a utilisé le radiotélescope LOFAR pour étudier le développement des éclairs avec des détails sans précédent.

Leur travail révèle que les charges négatives à l’intérieur d’un nuage d’orage ne sont pas déchargées en une seule fois, mais sont en partie stockées le long du canal principal lors des interruptions. Cela se produit à l’intérieur de structures que les chercheurs ont appelées aiguilles. À travers ces aiguilles, une charge négative peut provoquer un déversement répété au sol. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature.

Les aiguilles de la foudre

Cette découverte contraste nettement avec la situation actuelle, selon laquelle la charge circule le long des canaux plasmatiques directement d’une partie du nuage à une autre ou vers le sol selon Olaf Scholten, professeur de physique à l’institut KVI-CART de l’Université de Groningue.

La raison pour laquelle on n’a jamais vu d’aiguilles réside dans les capacités du LOFAR, ajoute son collègue, le Dr Brian Hare, premier auteur de l’article. Ces aiguilles peuvent avoir une longueur de 100 mètres et un diamètre inférieur à cinq mètres et elles sont trop petites et trop brèves pour d’autres systèmes de détection de la foudre.

LOFAR (Low Frequency Array) est un radiotélescope hollandais composé de milliers d’antennes assez simples réparties dans le nord de l’Europe. Ces antennes sont connectées à un ordinateur central via des câbles à fibres optiques, ce qui signifie qu’elles peuvent fonctionner comme une seule entité.

LOFAR est principalement conçu pour les observations de radioastronomie, mais la gamme de fréquences des antennes le rend également adapté à la recherche sur la foudre, car les décharges produisent des sursauts dans la bande radio VHF (très haute fréquence).

 
Pour les observations actuelles de la foudre, les scientifiques ont utilisé uniquement les stations néerlandaises LOFAR, qui couvrent une superficie de 3 200 kilomètres carrés. Cette nouvelle étude a analysé les traces temporelles brutes (précises à la nanoseconde) mesurées dans la bande 30-80 MHz.

  La foudre se produit lorsque de forts courants ascendants génèrent une sorte d’électricité statique dans les gros cumulonimbus. Des parties du nuage deviennent chargées positivement et d’autres négativement. Lorsque cette séparation de charge est suffisamment importante, il se produit une décharge violente, connue sous le nom de foudre.

Une telle décharge commence par un plasma, une petite zone d’air ionisé suffisamment chaude pour être électriquement conductrice. Cette petite zone se développe en un canal plasmatique en fourche pouvant atteindre plusieurs kilomètres. Les extrémités positives du canal plasma recueillent les charges négatives du nuage, qui passent à travers le canal jusqu’à l’extrémité négative, où la charge est déchargée.

On savait déjà qu’une grande quantité d’émissions VHF était produite aux extrémités croissantes des canaux négatifs alors que les chaînes positives ne montraient que les émissions le long de la chaîne, et non à la pointe. 
Les scientifiques ont développé un nouvel algorithme pour les données LOFAR, leur permettant de visualiser les émissions radio VHF de deux éclairs. Le réseau d’antennes et l’horodatage très précis de toutes les données leur ont permis de localiser les sources d’émission avec une résolution sans précédent.

Les résultats montrent clairement l’apparition d’une rupture dans le canal de décharge, à un endroit où des aiguilles sont formées. Celles-ci semblent décharger des charges négatives du canal principal, qui réintègre ensuite le nuage.

La réduction des charges dans le canal provoque la rupture. Cependant, une fois que la charge dans le nuage redevient suffisamment élevée, le flux à travers le canal est restauré, ce qui provoque une seconde décharge de foudre. Par ce mécanisme, la foudre frappera le même secteur à plusieurs reprises.

Scholten: Les émissions VHF le long du canal positif sont dues à des rejets répétés assez réguliers le long des canaux latéraux précédemment formés qui sont les aiguilles. Ces aiguilles semblent drainer les charges de manière pulsée.

Le professeur Joe Dwyer de l’Université du New Hampshire (États-Unis), troisième auteur du document, ajoute: Nos nouvelles techniques d’observation montrent des quantités abondantes d’aiguilles dans l’éclair, ce qui n’a jamais été vu auparavant.

Et Brian Hare conclut: À partir de ces observations, nous voyons qu’une partie du nuage est rechargée et nous pouvons comprendre pourquoi une décharge de foudre sur le sol peut se répéter plusieurs fois.