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Une étude sans précédent révèle l’influence des éclairs sur le champ magnétique de la Terre

Crédits : capture vidéo / ScienceAtNASA.

Grâce à une coïncidence observationnelle inattendue, l’influence de certains éclairs particulièrement puissants sur le champ magnétique terrestre a pu être démontrée de façon directe. Les résultats sont récemment parus dans la revue Geophysical Research Letters.

Les progrès scientifiques sont parfois le fruit d’un étonnant concours de circonstances. C’est ainsi qu’en orientant son objectif vers une zone orageuse distante située en Pologne, un photographe de l’Institute of Atmospheric Physics CAS (République tchèque) a capturé un étonnant phénomène lumineux en août 2017, connu sous le nom de sprites en anglais et de sylphes rouges ou farfadets en français.

Il s’agit d’une décharge électrique située dans la haute atmosphère, entre la partie supérieure de la stratosphère et la partie inférieure de la thermosphère. Trop diffuse et éphémère pour transparaître à l’œil nu, elle survient à la suite d’un impact de foudre particulièrement puissant en surface. Toutefois, si l’histoire s’était arrêtée là, le cliché n’aurait rien eu d’exceptionnel. En effet, ces gigantesques gerbes de lumière rougeoyante sont désormais photographiées de façon presque routinière par les professionnels.

Une heureuse coïncidence

Ce qui rend ledit cliché unique tient au fait qu’il a été pris alors qu’un satellite de la constellation SWARM survolait directement la région au même moment. Destiné à l’étude du champ magnétique terrestre, le satellite a également enregistré le sprite. Enfin, des mesures effectuées depuis la surface par le réseau WERA (World ELF Radiolocation Array) sont venues compléter le tableau. Ainsi, l’évènement est apparu sous 3 facettes différentes. Une opportunité d’étude sans précédent pour les chercheurs.

phénomène éclairs capture
Ce superbe sprite émerge au-dessus d’un orage en fin de soirée du 6 août 2019 à Montsevelier, une localité suisse située dans le Jura. Crédits : Roger Spinner.

Dans un récent papier, des scientifiques ont tiré parti de ces heureuses données pour mieux comprendre l’influence des impacts de foudre sur le champ magnétique de la Terre. L’existence même d’une telle connexion n’ayant jamais fait l’objet d’une observation directe. Et les résultats sont à la mesure des espérances puisqu’ils montrent que les fluctuations électromagnétiques émises par les éclairs de forte amplitude diffusent vers la haute ionosphère. Aussi, le phénomène de sprites concrétise le déplacement de l’impulsion électromagnétique en direction de cette dernière.

L’intérêt de la mesure des ULFs émis par les éclairs

« Bien que l’objectif principal de SWARM soit de mesurer les changements lents dans le champ magnétique, il est évident que la mission peut également détecter des fluctuations rapides » précise Ewa Slominska, coauteure du papier. « Cependant, SWARM ne peut le faire que si l’un des satellites est à proximité immédiate de l’orage et si l’impact de foudre est suffisamment puissant ».

Durant le processus de transfert d’énergie depuis la basse vers la haute atmosphère, l’onde électromagnétique initiale évolue en onde de plasma ionosphérique. Ces fluctuations à ultra-basse fréquence (ULF) se propagent sur des distances si grandes qu’elles peuvent faire plusieurs fois le tour de la Terre. Par triangulation, le réseau WERA peut ainsi localiser la position de chaque impact assez puissant pour en générer. En outre, la faible atténuation des ULFs permet de remonter aux propriétés physiques de la décharge qui les a émises.

« Bien que nous sachions que chaque coup de foudre transporte beaucoup d’énergie, il est clair que cette catégorie d’éclairs est beaucoup plus puissante » précise Janusz Mlynarczyk coauteur de l’étude. « Un seul éclair ordinaire, invisible pour les instruments de SWARM, transporte suffisamment d’énergie pour charger 20 voitures électriques, mais l’énergie produite par un événement lumineux transitoire suffirait à charger plus de 800 véhicules ».

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