Le faisceau laser détourne la trajectoire des coups de foudre

Tirer un faisceau laser dans le ciel peut détourner la trajectoire d'un coup de foudre, a découvert une équipe internationale de scientifiques. Les chercheurs affirment que leurs travaux pourraient conduire à une meilleure protection contre la foudre pour les aéroports et autres infrastructures critiques, ainsi qu'à ouvrir la voie à de nouvelles applications atmosphériques des lasers ultracourts.

Les données satellitaires suggèrent qu'à travers le monde, il y a entre 40 et 120 éclairs - y compris des éclairs nuage-sol et des nuages ​​- chaque seconde. Ces décharges électrostatiques entre les nuages ​​et la surface de la Terre sont responsables de milliers de morts et de milliards de dollars de dégâts chaque année.

La protection la plus courante contre la foudre est le paratonnerre, également connu sous le nom de tige de Franklin. Ce mât métallique électriquement conducteur offre un point d'impact privilégié pour la foudre et guide la décharge électrique en toute sécurité vers le sol.

Mais les tiges Franklin ne fonctionnent pas toujours parfaitement et offrent une couverture limitée. La zone qu'ils protègent a un rayon à peu près équivalent à leur hauteur : une perche de 10 m protégera une zone de 10 m de rayon. Cela signifie qu'une protection fiable de vastes zones d'infrastructure nécessite des tiges multiples ou trop hautes.

Comme alternative, les scientifiques ont proposé que des impulsions laser intenses puissent être utilisées pour guider les coups de foudre. L'idée, qui n'a été explorée auparavant que dans des conditions de laboratoire, est que le faisceau laser agirait comme une grande tige mobile.

La théorie de base derrière un paratonnerre à base de laser est que des impulsions laser intenses et courtes sont tirées dans l'air, où elles deviennent suffisamment intenses pour ioniser les molécules d'air. Le long de ces longs canaux étroits d'impulsions laser ionisantes, les molécules d'air sont rapidement chauffées et expulsées à des vitesses supersoniques. Cela laisse des canaux d'air à longue durée de vie avec une densité réduite qui sont plus conducteurs d'électricité que les régions environnantes, offrant un chemin plus facile pour les décharges électriques de la foudre.

"Lorsque des impulsions laser de très haute puissance sont émises dans l'atmosphère, des filaments de lumière très intense se forment à l'intérieur du faisceau", explique Jean-Pierre Loup, physicien à l'Université de Genève. « Ces filaments ionisent les molécules d'azote et d'oxygène dans l'air, qui libèrent alors des électrons libres de se déplacer. Cet air ionisé, appelé plasma, devient un conducteur électrique.

Pour tester cette idée, Wolf et une équipe de chercheurs d'Europe et des États-Unis se sont rendus dans l'un des points chauds de la foudre en Europe : le mont Säntis, dans le nord-est de la Suisse. Au sommet de cette montagne de 2500 m se trouve une tour de télécommunication de 124 m de haut qui est frappée par la foudre environ 100 fois par an.

L'équipe a installé un laser spécialement développé près de la tour de communication. De la taille d'une grosse voiture et pesant plus de trois tonnes, le laser émettait des impulsions d'une durée de picoseconde et d'une énergie de 500 mJ à un rythme d'environ mille impulsions par seconde. Entre juillet et septembre 2021, les chercheurs ont fait fonctionner le laser pendant un total de 6.3 h d'activité orageuse se produisant à moins de 3 km de la tour.

Les lasers pourraient-ils guider et contrôler la trajectoire de la foudre ?

Au cours de la période expérimentale de deux mois, la tour a été frappée par au moins 16 éclairs, dont quatre se sont produits pendant l'activité laser. Ces quatre coups de foudre vers le haut ont été détournés par le laser. Les scientifiques ont utilisé des mesures de courant de foudre sur la tour, des antennes de champ électromagnétique et des capteurs de rayons X pour capturer les détails des ondes électromagnétiques et des sursauts de rayons X générés par les décharges de foudre pour confirmer l'emplacement des impacts.

La trajectoire de l'une des frappes a également été enregistrée par deux caméras à haute vitesse. Les images montrent que le coup de foudre a initialement suivi la trajectoire du laser sur environ 50 m.

« Dès le premier coup de foudre utilisant le laser, nous avons constaté que la décharge pouvait suivre le faisceau sur près de 60 m avant d'atteindre la tour, ce qui signifiait qu'elle augmentait le rayon de la surface de protection de 120 m à 180 m », explique Wolf.

Les chercheurs rapportent leurs résultats dans Nature Photonics.

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• La source: https://physicsworld.com/a/laser-beam-diverts-the-path-of-lightning-strikes/