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Découverte d’une nouvelle connexion entre activité orageuse et émission de rayons gamma

Crédits : Creative Commons Zero - CC0.

Le fait que les orages s’accompagnent d’une activité électromagnétique à très haute énergie – gamma – est connu depuis une trentaine d’années maintenant. Toutefois, la compréhension des mécanismes physiques en jeu ainsi que la connaissance des détails phénoménologiques associés restent encore rudimentaires. Récemment, des chercheurs japonais ont pu observer de façon univoque le lien entre rayonnement gamma et décharge de foudre. Une première. 

Orages et rayonnement gamma

Via des avalanches d’électrons relativistes, les orages sont en mesure de produire deux types de rayonnement gamma. Un rayonnement faible et continu pouvant persister jusqu’à plusieurs minutes. Et un rayonnement présentant les caractéristiques d’un flash, d’une intensité très élevée et d’une durée de l’ordre du millième de seconde.

Si le second se produit au moment d’une décharge de foudre, le premier tend au contraire à la précéder. Cependant, jusqu’à présent le manque de preuves observationnelles ne permettait pas de comprendre et démontrer clairement la relation entre les deux types d’émission gamma.

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Représentation schématique d’un rayonnement gamma diffus précédant la décharge de foudre à gauche et d’un flash gamma au même de l’éclair à droite. Crédits : Yuuki Wada and Hayanon’s Science Manga Studio, 2019.

Première détection simultanée des deux types de rayonnement

Une étude parue le 25 juin 2019 dans la revue Communications Physics livre de nouveaux éléments de réponse. Il s’agit du premier papier rapportant la détection simultanée et sans équivoque des deux types de rayonnement. Pour ce faire, les chercheurs japonais ont installé des capteurs près de Kanazawa, au centre du Japon.

Ce réseau de mesure a permis d’analyser en détail les rayons de haute énergie arrivant au sol lors des orages d’hiver. Ces derniers sont en effet plus aptes à dévoiler leur activité gamma du fait de leur altitude moins élevée par rapport aux orages estivaux.

« Les gens ont toujours vu les éclairs et entendu le tonnerre. C’est ainsi que nous avons pu faire l’expérience de cette puissance de la nature. Avec la découverte de l’électromagnétisme, les scientifiques ont appris à voir la foudre avec des récepteurs radio. Mais à présent, nous pouvons observer la foudre via les rayons gamma, des rayonnements ionisants. C’est comme avoir quatre yeux pour étudier le phénomène », explique Yuuki Wada, auteur principal de l’étude.

orage éclair gamma
Crédits : CC0 Public Domain.

« Au cours d’un orage à Kanazawa, nos capteurs ont simultanément détecté un flash gamma et un coup de foudre. C’est assez courant, mais curieusement, nous avons également vu un rayonnement gamma plus faible dans la même zone au même moment », explique Yuuki Wada. « En outre, ce dernier a brusquement disparu lorsque la foudre a frappé. Nous pouvons dire de manière concluante que les événements sont intimement liés et que c’est la première fois que ce lien est observé ».

Vers une prévision des décharges de foudre ?

Si cette découverte semble obscure et très spécifique, des perspectives très intéressantes pourraient s’ouvrir. Dont celle de prédire l’occurrence d’une décharge de foudre. En effet, les émissions gamma de faible énergie – en plus de précéder l’éclair – pourraient se révéler en être l’intime déclencheur.

« C’est difficile à dire pour le moment. Mais avec suffisamment de données, nous serons peut-être en mesure de prévoir les coups de foudre dans les 10 minutes qui précèdent, et dans les deux kilomètres du point d’impact environ. Je suis ravi de participer à cette recherche », s’exclame l’auteur principal.

Toutefois, gardons-nous des conclusions hâtives, car il reste du chemin à faire avant d’en arriver là. Une réelle enquête sur une physique des plus mystérieuses qui se déploie chaque jour au sein des cumulonimbus.

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