La recherche révèle que les superéclairs, des éclairs extrêmement puissants, sont plus probables lorsque les zones de charge des nuages orageux se trouvent à proximité de surfaces terrestres ou aquatiques. Cette découverte met en lumière les raisons pour lesquelles certaines régions connaissent davantage de superbolts et pourrait aider à anticiper les effets du changement climatique sur ces phénomènes.
Lorsque la zone de charge d’une tempête se situe près de la surface de la Terre, les « superéclairs » qui en résultent peuvent être 1 000 fois plus puissants que les éclairs ordinaires.
Selon une nouvelle étude, les superbolts sont d’autant plus susceptibles de frapper que la zone de charge électrique d’un nuage d’orage est proche de la surface de la terre ou de l’océan. Ces conditions sont responsables de « points chauds » de superéclairs au-dessus de certains océans et de hautes montagnes.
Les superéclairs représentent moins de 1 % de la foudre totale, mais lorsqu’ils frappent, ils sont puissants. Alors que la foudre moyenne contient environ 300 millions de volts, les superéclairs sont 1 000 fois plus puissants et peuvent causer des dommages importants aux infrastructures et aux navires, affirment les auteurs.
« Les superéclairs, même s’ils ne représentent qu’un très, très petit pourcentage de tous les éclairs, constituent un phénomène magnifique », a déclaré Avichay Efraim, physicien à l’Université hébraïque de Jérusalem et auteur principal de cette étude.
Études antérieures et nouvelles découvertes
Un rapport de 2019 a révélé que les superbolts ont tendance à se regrouper au-dessus de l’océan Atlantique Nord-Est, de la mer Méditerranée et de l’Altiplano au Pérou et en Bolivie, qui est l’un des plateaux les plus hauts de la Terre. « Nous voulions savoir ce qui rend ces puissants superéclairs plus susceptibles de se former à certains endroits plutôt qu’à d’autres », a déclaré Efraim.
La nouvelle étude fournit la première explication de la formation et de la répartition des superbolts sur terre et sur mer dans le monde entier. La recherche a été publiée dans le Journal de recherche géophysique : Atmosphèresla revue de l’AGU dédiée à l’avancement de la compréhension de l’atmosphère terrestre et de son interaction avec d’autres composants du système terrestre.
Répartition mondiale de tous les superéclairs de 2010 à 2018, avec des points rouges indiquant les coups de foudre les plus puissants. Les trois régions des polygones ont la plus forte concentration d’éclairs surchargés, ce qui en fait des points chauds super-éclairs. Les frappes de Superbolt ont tendance à se regrouper dans les zones où les zones de charge électrique des tempêtes sont les plus proches de la surface de la Terre, selon une nouvelle étude publiée dans le Journal of Geophysical Research : Atmospheres. Crédit : Efraim et al (2023), adapté de Holzworth et al. (2019)
Les nuages orageux atteignent souvent 12 à 18 kilomètres (7,5 à 11 miles) de hauteur, couvrant une large plage de températures. Mais pour que la foudre se forme, un nuage doit chevaucher la ligne où la température de l’air atteint 0 degré. Celsius (32 degrés Fahrenheit). Au-dessus de la ligne de congélation, dans les parties supérieures du nuage, l’électrification a lieu et génère la « zone de charge » de la foudre. Efraim s’est demandé si les changements dans l’altitude de la ligne de congélation, et par conséquent dans la hauteur de la zone de chargement, pourraient influencer la capacité d’une tempête à former des superéclairs.
Analyser les facteurs clés
Des études antérieures ont cherché à savoir si la force des superbolts pouvait être affectée par les embruns marins, les émissions des voies de navigation, la salinité des océans ou même la poussière du désert, mais ces études se limitaient aux plans d’eau régionaux et ne pouvaient expliquer au plus qu’une partie de la répartition régionale des superbolts. Une explication globale des points chauds Superbolt reste insaisissable.
Pour déterminer ce qui provoque le regroupement des superéclairs sur certaines zones, Efraim et ses co-auteurs avaient besoin de connaître l’heure, l’emplacement et l’énergie de certains éclairs, qu’ils ont obtenus à partir d’un ensemble de détecteurs d’ondes radio. Ils ont utilisé ces données sur la foudre pour extraire les propriétés clés des environnements des tempêtes, notamment la hauteur de la surface des terres et de l’eau, la hauteur de la zone de chargement, les températures au sommet et à la base des nuages et les concentrations d’aérosols. Ils ont ensuite recherché des corrélations entre chacun de ces facteurs et la force des superéclairs, obtenant ainsi un aperçu de ce qui provoque des éclairs plus forts – et de ce qui ne le fait pas.
Les chercheurs ont découvert que contrairement aux études précédentes, les aérosols n’avaient pas d’effet significatif sur la force du Superbolt. Au lieu de cela, une distance plus petite entre la zone de chargement et la surface de la terre ou de l’eau a conduit à des éclairs beaucoup plus énergiques. Les tempêtes proches de la surface permettent la formation d’éclairs à énergie plus élevée car, généralement, une distance plus courte signifie moins de résistance électrique et donc un courant plus élevé. Et un courant plus élevé signifie des éclairs plus puissants.
Les trois régions qui connaissent le plus de superbolts – l’océan Atlantique Nord-Est, la mer Méditerranée et l’Altiplano – ont toutes une chose en commun : de courts écarts entre les zones de charge de foudre et les surfaces.
« La corrélation que nous avons constatée était très claire et significative, et c’était très passionnant de voir qu’elle se produit dans les trois régions », a déclaré Efraim. « C’est une avancée majeure pour nous. »
Implications et recherches futures
Savoir qu’une courte distance entre une surface et la zone de charge d’un nuage conduit à davantage de superéclairs aidera les scientifiques à déterminer comment les changements climatiques pourraient affecter l’apparition d’éclairs de superéclairs à l’avenir. Des températures plus chaudes pourraient provoquer une augmentation des éclairs plus faibles, mais une plus grande humidité dans l’atmosphère pourrait contrecarrer cela, a déclaré Efraim. Il n’y a pas encore de réponse définitive.
À l’avenir, l’équipe prévoit d’explorer d’autres facteurs susceptibles de contribuer à la formation de superéclairs, tels que le champ magnétique ou les changements dans le cycle solaire.
« Il y a beaucoup plus d’inconnues, mais ce que nous avons découvert ici est une grande pièce du puzzle », a déclaré Efraim. « Et nous n’avons pas encore fini. Il y a encore beaucoup à faire.
