Les scientifiques peuvent désormais cartographier la foudre en 3D

Étudier la foudre est aussi difficile qu’on pourrait s’y attendre.

Une technique prometteuse pour étudier les surtensions éphémères consiste à mesurer les ondes radio générées par un éclair à l’aide d’un réseau d’antennes. Cette technique, appelée interférométrie radiofréquence, existe depuis la fin du XXe siècle. Dans des travaux antérieurs, par exemple, des chercheurs ont intégré cette méthode à des antennes polarisées pour déterminer la position angulaire d’un impact et détecter l’état de polarisation des ondes radio entrantes.

Pourtant, cette méthode ne peut que localiser un coup de foudre et détecter sa polarisation en deux dimensions. Cette limitation empêche les scientifiques de répondre à des questions fondamentales, telles que où et comment la foudre commence dans un nuage et à quelle vitesse les différents processus de décharge se produisent.

Dans une nouvelle étude, Shao et al. interférométrie radiofréquence étendue et détection de polarisation en trois dimensions. L’ajout d’une troisième dimension pourrait résoudre ces problèmes de longue date de la physique de la foudre.

Leur système BIMAP-3D (Broadband Interferometric Mapping and Polarization in 3D) de deuxième génération utilise deux stations d’observation. Ces stations, qui sont séparées de 11,5 kilomètres, se composent chacune de quatre ensembles d’antennes à large bande et polarisées disposées en forme de Y. En utilisant les deux stations simultanément, les scientifiques peuvent cartographier la foudre et détecter la polarisation en trois dimensions.

Les auteurs décrivent deux techniques pour trianguler la trajectoire d’un coup de foudre en combinant les données des deux stations : l’une basée sur la géométrie et l’autre basée sur l’heure d’arrivée. Ils peuvent intégrer ces deux analyses pour une triangulation précise.

Dans des conditions favorables, les chercheurs ont pu localiser l’emplacement de la source d’un coup de foudre à plusieurs mètres près à une altitude de plusieurs kilomètres au-dessus du sol. De plus, ils pouvaient suivre le développement de la foudre en quelques fractions de microseconde.

L’équipe a ensuite appliqué ses nouvelles techniques d’instrumentation et d’analyse à plusieurs coups de foudre observés. Ils ont calculé des cartes 3D montrant la forme et le développement de chaque éclair, y compris les événements nuage-nuage et nuage-sol. Ils ont même démontré que pour des événements à polarisation linéaire, BIMAP-3D peut déduire l’orientation de la polarisation radio en trois dimensions.

Ces nouvelles capacités, selon les auteurs, élargissent l’horizon de ce qui est possible dans l’étude de la physique de la foudre.

L’étude est publiée dans le Journal of Geophysical Research: Atmosphères.

Cette histoire est republiée avec l’aimable autorisation d’Eos, hébergée par l’American Geophysical Union. Lire l’histoire originaleici.