Les scientifiques décryptent le mystère de la formation de la foudre à partir des nuages

Une découverte révolutionnaire en physique atmosphérique suggère que la foudre n'est pas simplement le résultat d'un simple orage. Au contraire, une puissante réaction en chaîne, semblable à un effet « flipper », pourrait être à l'œuvre dans l'atmosphère, ce qui pourrait être la clé du déclenchement de la foudre.

Bien que la foudre soit un phénomène familier, capable de chauffer l'air jusqu'à 27 000 degrés Celsius, soit cinq fois la température de la surface du Soleil, les scientifiques n'ont pas encore pleinement compris son processus d'initiation à partir des nuages.

Dans une nouvelle publication de l'American Geophysical Union , une équipe de recherche internationale dirigée par le professeur Victor Pasko et le doctorant Zaid Pervez (Penn State University, USA) a fourni pour la première fois une explication précise et quantitative de ce phénomène.

« Notre découverte fournit la première explication claire et mesurable de la formation de la foudre dans la nature », a déclaré Pasko. « Elle relie les rayons X et les champs électriques à la physique des “avalanches d’électrons”. »

Selon l'équipe de recherche, le processus d'initiation de la foudre s'apparente à celui d'un flipper invisible à l'intérieur d'un nuage d'orage. Plus précisément, les champs électriques extrêmement puissants du nuage accélèrent les électrons libres, provoquant de violentes collisions avec des molécules de gaz comme l'azote et l'oxygène.

Ces collisions produisent des rayons X et des photons de haute énergie, composants fondamentaux de la lumière. Ces photons libèrent ensuite de nouveaux électrons par effet photoélectrique, créant une réaction en chaîne appelée « avalanche d'électrons relativistes ».

Lorsque ce processus atteint un certain niveau, la foudre se forme.

Ne s'arrêtant pas à l'explication de la foudre ordinaire, l'équipe de recherche a également élargi sa compréhension d'un phénomène plus insaisissable : la « foudre noire » ou flash gamma terrestre.

Il s'agit d'éclats de rayons X à haute énergie, mais ils ne sont pas accompagnés de lumière ou d'ondes radio, ce qui les rend presque « invisibles » à l'œil nu et au radar météorologique.

Sur la base de simulations physiques détaillées, l'équipe suggère que, dans des conditions favorables, les rayons X de haute énergie produits par l'avalanche d'électrons peuvent continuer à créer de nouveaux électrons grâce à l'effet photoélectrique de l'air. Ce processus se produit très rapidement, formant une puissante réaction en chaîne auto-amplificatrice, mais n'émet pas de lumière visible ni de signal radio distinct.

Cela explique un phénomène qui a intrigué les scientifiques pendant des années : pourquoi certaines régions nuageuses, même si elles semblent très sombres et calmes, peuvent produire des rayons gamma de haute énergie.

Cette découverte résout non seulement l’un des plus anciens mystères de la météorologie, mais ouvre également la voie à des applications importantes : des alertes de foudre plus précises à l’avenir, une meilleure compréhension des effets de la foudre sur les avions et les satellites, et pourrait encore améliorer les modèles de prévision des conditions météorologiques extrêmes face au changement climatique.