Les chances d’être frappé par la foudre sont inférieures à une sur un million, mais ces chances ont considérablement diminué ce mois-ci lorsque plus de 4,2 millions de coups de foudre ont été enregistrés dans chaque État et territoire australien au cours du week-end du 12 au 13 novembre.
Si l’on considère que chaque coup de foudre se déplace à plus de 320 000 kilomètres à l’heure, cela représente une énorme quantité d’électricité.
Vous êtes-vous déjà interrogé sur la foudre ? Au cours des 50 dernières années, les scientifiques du monde entier ont débattu de la raison pour laquelle la foudre zigzague et de la manière dont elle est liée au nuage de tonnerre au-dessus.
Il n’y a pas eu d’explication définitive jusqu’à présent, un physicien des plasmas de l’Université d’Australie du Sud publiant un article historique qui résout les deux mystères.
Le Dr John Lowke, ancien scientifique du CSIRO et maintenant professeur de recherche adjoint à l’UniSA, affirme que la physique de la foudre a déconcerté les meilleurs esprits scientifiques pendant des décennies.
« Il existe quelques manuels sur la foudre, mais aucun n’a expliqué comment les zig-zags (appelés marches) se forment, pourquoi la colonne électriquement conductrice reliant les marches au nuage reste sombre et comment la foudre peut parcourir des kilomètres », a déclaré le Dr Lowke. dit.
La réponse? Molécules d’oxygène métastables singulet-delta.
Fondamentalement, la foudre se produit lorsque les électrons frappent les molécules d’oxygène avec suffisamment d’énergie pour créer des molécules d’oxygène delta singulet à haute énergie. Après collision avec les molécules, les électrons « décollés » forment une marche très conductrice – initialement lumineuse – qui redistribue le champ électrique en provoquant des marches successives.
La colonne conductrice reliant la marche au nuage reste sombre lorsque les électrons se fixent aux molécules d’oxygène neutre, suivi d’un détachement immédiat des électrons par les molécules delta singulet.
Pourquoi est-ce important?
« Nous devons comprendre comment la foudre est déclenchée afin de pouvoir mieux protéger les bâtiments, les avions, les gratte-ciel, les églises de valeur et les personnes », déclare le Dr Lowke.
Bien qu’il soit rare que les humains soient touchés par la foudre, les bâtiments sont touchés à plusieurs reprises, en particulier les grands et isolés (l’Empire State Building est touché environ 25 fois par an).
La solution pour protéger les structures contre la foudre est restée la même depuis des centaines d’années.
Un paratonnerre inventé par Benjamin Franklin en 1752 est essentiellement un fil de clôture épais qui est attaché au sommet d’un bâtiment et relié au sol. Il est conçu pour attirer la foudre et mettre à la terre la charge électrique, évitant ainsi au bâtiment d’être endommagé.
« Ces tiges Franklin sont nécessaires pour tous les bâtiments et églises aujourd’hui, mais le facteur incertain est le nombre nécessaire sur chaque structure », explique le Dr Lowke.
Il existe également des centaines de structures qui ne sont actuellement pas protégées, y compris des abris dans les parcs, souvent en fer galvanisé et soutenus par des poteaux en bois.
Cela pourrait changer avec les nouvelles normes australiennes de protection contre la foudre recommandant que ces toits soient mis à la terre. Le Dr Lowke était membre du comité de Standards Australia recommandant ce changement.
« L’amélioration de la protection contre la foudre est si importante aujourd’hui en raison des événements météorologiques plus extrêmes dus au changement climatique. De plus, alors que le développement de matériaux composites respectueux de l’environnement dans les avions améliore l’efficacité énergétique, ces matériaux augmentent considérablement le risque de dommages causés par la foudre, nous avons donc besoin envisager des mesures de protection supplémentaires.
« Plus nous en savons sur la façon dont la foudre se produit, mieux nous serons informés dans la conception de notre environnement bâti », explique le Dr Lowke.
L’article, « Vers une théorie des leaders étagés dans la foudre » est publié dans le Journal of Physics D: Physique Appliquée. Il est rédigé par le Dr John Lowke et le Dr Endre Szili du Future Industries Institute de l’Université d’Australie du Sud.
Plus d’information:
John J Lowke et al, Toward a theory of « stepped-leaders » of lightning, Journal of Physics D: Physique Appliquée (2022). DOI : 10.1088/1361-6463/aca103