De temps à autre, la Terre nous rappelle qu’elle est capable de libérer une énergie furieuse.
Ainsi, des scientifiques viennent de détecter une nouvelle forme extrême d’activité de foudre appelée “superbolts” : des éclairs intenses qui brillent jusqu’à 1 000 fois plus que les éclairs habituels.
Ces observations ont été faites par des chercheurs du laboratoire national américain de Los Alamos, qui ont utilisé des satellites pour mesurer ces éclairs extrêmes. Ces résultats obligent à repenser ce qui constitue un super éclair et jettent un nouvel éclairage sur la manière dont les super éclairs se forment et sur leur origine.
“Nous voulions voir quelles étaient réellement les limites [des superbolts]”, a déclaré l’ expert en sciences atmosphériques Michael Peterson au Washington Post. “Il s’agit de savoir quelle taille et quel éclat ils peuvent avoir”
Les super-bolts ont été détectés pour la première fois à partir de données satellitaires dans les années 1970, étant décrits comme des éclairs qui dépassent les éclairs moyens par un facteur de 100 ou plus.
Depuis lors, les scientifiques de l’atmosphère débattent de ce qui constitue réellement un super éclair, car les mesures prises par différents instruments peuvent varier.
“Lorsque vous voyez un éclair depuis l’espace, il est beaucoup plus faible que si vous le voyez depuis le sol, car les nuages bloquent une partie de la lumière”, a déclaré M. Peterson, expliquant comment les mesures par satellite peuvent différer de celles des détecteurs au sol.
La question se pose également de savoir si les super éclairs sont suralimentés par un phénomène unique ou s’il s’agit simplement de coups de foudre plus gros et plus brillants que d’habitude.
“Il est important de comprendre ces événements extrêmes, car ils nous indiquent ce dont la foudre est capable”, a déclaré M. Peterson, qui a détecté quelques foudroiements records ces dernières années, dont un mégaflash (éclair de longue durée) de 2018 qui s’est étendu sur 700 kilomètres dans le ciel et a duré près de 17 secondes.
Dans une nouvelle étude, Peterson et sa collègue Erin Lay ont analysé les données recueillies par le Geostationary Lightning Mapper de la NASA, un détecteur attaché à des satellites météorologiques et envoyé en orbite pour enregistrer les éclairs, de jour comme de nuit, au-dessus des Amériques et des océans adjacents toutes les deux millisecondes.
Contrairement aux systèmes de surveillance au sol, qui détectent les ondes radio, le GLM mesure la luminosité totale (énergie optique) des éclairs dans les nuages, entre les nuages, ainsi que les éclairs qui frappent le sol.
Ci-dessus : un super éclair de près de 7 secondes capturé par le Geostationary Lightning Mapper au-dessus du sud-est des États-Unis en février 2019.
Les chercheurs ont passé au peigne fin deux années de données pour trouver des éclairs qui brillaient 100 fois plus qu’un éclair typique détecté depuis l’espace, et ont trouvé environ 2 millions d’événements suffisamment intenses pour être qualifiés de superbolt – soit environ un éclair sur 300.
Il est toutefois possible que certains éclairs superbes soient plus brillants que d’autres, s’ils se trouvaient en bordure d’un nuage d’orage et que le détecteur satellitaire avait une vue sans nuage.
En élevant la barre à des éclairs au moins 1 000 fois plus brillants qu’un coup de foudre ordinaire, les chercheurs ont identifié des points névralgiques de l’activité énergétique des super-éclairs.
Les cas les plus radieux étaient concentrés dans le centre des États-Unis et dans le bassin du Rió de La Plata, qui s’étend sur l’Uruguay, le Paraguay et certaines parties de l’Argentine et du Brésil.
Cependant, il est possible que le détecteur GLM n’ait pas capturé tous les superbolts. Bien que les satellites soient fixés sur le continent américain, de l’Alaska au nord à la pointe sud de l’Argentine, GLM mesure les éclairs les plus énergétiques, mais pas nécessairement les éclairs les plus puissants, s’ils sont plus courts que 2 millisecondes.
“Si l’on utilise l’énergie totale pour détecter les éclairs les plus brillants, on passe à côté d’impulsions optiques de courte durée mais extrêmement puissantes”, écrivent les auteurs de l’étude dans leur article.
Il y avait toutefois un chevauchement important avec les superbolts identifiés par les chercheurs de Los Alamos dans une deuxième étude, qui a classé les superbolts en fonction de leur puissance de crête – de la même manière que ces événements extrêmes avaient d’abord été définis.
Dans la deuxième étude, les chercheurs ont analysé 12 années de données provenant d’un autre satellite et ont compté les éclairs comme des superbolts s’ils produisaient 100 gigawatts de puissance. À titre de comparaison, cela représente plus de puissance en un seul éclair que tous les panneaux solaires des États-Unis réunis.
“Un coup de foudre a même dépassé 3 térawatts de puissance, soit des milliers de fois plus fort que les éclairs ordinaires détectés depuis l’espace”, a précisé M. Peterson.
En combinant les données satellitaires et les mesures au sol, les chercheurs ont également constaté que les super-éclairs sont effectivement un type différent de foudre.
Les superbolts les plus puissants (produisant plus de 350 gigawatts de puissance) résultent de rares événements nuage-sol chargés positivement, plutôt que des événements nuage-sol chargés négativement, qui caractérisent la plupart des foudroiements.
Les résultats ont également montré que les superbolts se produisent souvent au-dessus de l’océan et ont tendance à produire des étincelles à partir de mégaflashes, qui s’étendent sur des centaines de kilomètres horizontalement de la pointe à la queue.
“Les systèmes de tempêtes océaniques, en particulier pendant l’hiver, et notamment ceux situés autour du Japon, produisent ces super éclairs intenses”, expliquent les chercheurs dans le second article.
Ces résultats s’alignent quelque peu sur ceux d’une étude de 2019, selon laquelle les superbolts se forment principalement au-dessus des océans et des mers, bien que cette recherche ait détecté la plupart des superbolts dans l’Atlantique Nord, à l’ouest de l’Europe.
La question est donc loin d’être réglée. Les spécialistes de l’atmosphère doivent continuer à comparer les mesures effectuées par différents instruments terrestres et orbitaux pour comprendre les différences entre eux et mieux caractériser les phénomènes de foudre extrêmes.
“La communauté des spécialistes de l’électricité atmosphérique devra s’atteler à réconcilier les événements de pointe enregistrés par les divers instruments optiques et [terrestres à radiofréquence], puis parvenir à un consensus sur ce qui est – et ce qui n’est pas – un superbolt”, écrivent les chercheurs.
Les deux articles ont été publiés ici et ici dans le Journal of Geophysical Research : Atmospheres.