Un laser puissant peut rediriger les coups de foudre

Au sommet de la montagne Säntis en Suisse, des chercheurs ont installé un puissant laser infrarouge à côté d'une tour de télécommunication avec un paratonnerre (photo) dans l'espoir d'accrocher la foudre. Le laser vert sur cette photo a été utilisé pour marquer le chemin du laser infrarouge.

TRUMPF, Martin Stollberg

Par Maria Temming

16 janvier 2023 à 11h00

Comme un marteau high-tech de Thor, un puissant laser peut saisir un éclair et rediriger son chemin dans le ciel.

Dans une expérience au sommet d'une montagne, un tel laser a dirigé la foudre vers un paratonnerre, rapportent les chercheurs en ligne le 16 janvier dans Nature Photonics. Les scientifiques ont déjà utilisé des lasers pour contrôler l'électricité en laboratoire, mais il s'agit de la première démonstration que la technique fonctionne dans des tempêtes réelles et pourrait un jour conduire à une meilleure protection contre la foudre.

La technologie anti-foudre la plus courante d'aujourd'hui est le paratonnerre classique, un poteau métallique de plusieurs mètres de long ancré au sol. La conductivité du métal attire la foudre qui pourrait autrement frapper des bâtiments ou des personnes à proximité, alimentant cette électricité en toute sécurité dans la terre. Mais la zone protégée par un paratonnerre est limitée par la hauteur du paratonnerre.

"Si vous voulez protéger une grande infrastructure, comme un aéroport ou une rampe de lancement de fusées ou un parc éolien... alors vous auriez besoin, pour une bonne protection, d'un paratonnerre d'un kilomètre ou de plusieurs centaines de mètres", explique Aurélien Houard, physicien à l'Institut Polytechnique de Paris à Palaiseau, France. Un poteau métallique aussi haut serait peu pratique. Mais un laser pourrait atteindre cette distance, interceptant des éclairs distants et les faisant descendre vers des tiges métalliques au sol.

Houard et ses collègues ont testé cette idée au sommet du Säntis, dans le nord-est de la Suisse. Ils ont installé un laser à haute puissance près d'une tour de télécommunications munie d'un paratonnerre qui est frappé par la foudre environ 100 fois par an. Le laser a été rayonné vers le ciel pendant environ six heures au total pendant les orages de juillet à septembre 2021.

Le laser a projeté de courtes et intenses rafales de lumière infrarouge sur les nuages ​​environ 1 000 fois par seconde. Ce train d'impulsions lumineuses a arraché des électrons des molécules d'air et a fait tomber certaines molécules d'air hors de son chemin, creusant un canal de plasma chargé à faible densité. Un peu comme le dégagement d'un chemin à travers les bois et la pose d'un trottoir, cette combinaison d'effets a facilité la circulation du courant électrique le long de cette route (SN : 05/03/14). Cela a créé un chemin de moindre résistance pour que la foudre suive le ciel.

L'équipe de Houard a réglé son laser de sorte qu'il forme cette voie électriquement conductrice juste au-dessus de la pointe de la tour. Cela a permis au paratonnerre de la tour d'intercepter un boulon accroché par le laser avant qu'il ne descende jusqu'à l'équipement laser.

La tour a été frappée quatre fois par la foudre alors que le laser était allumé. L'une de ces frappes s'est produite dans un ciel assez clair, permettant à deux caméras à haute vitesse de capturer le moment. Ces images montraient des éclairs zigzaguant depuis les nuages ​​et suivant la lumière laser sur environ 50 mètres vers le paratonnerre de la tour.

Pour suivre les trajectoires des trois boulons qu'ils ne pouvaient pas voir, les chercheurs ont examiné les ondes radio émises par la foudre. Ces ondes radio ont montré que les trois frappes suivaient la trajectoire du laser de beaucoup plus près que les autres frappes qui se sont produites lorsque le laser était éteint. Cela a laissé entendre que le laser a également guidé ces trois frappes vers le paratonnerre.

"C'est un véritable exploit", déclare Howard Milchberg, un physicien de l'université du Maryland à College Park qui n'est pas impliqué dans les travaux. "Les gens essaient de le faire depuis de nombreuses années." Le principal objectif des scientifiques en faisant plier la foudre à leur volonté est d'accroître la sécurité, dit-il. Mais "si jamais cette chose devenait vraiment, vraiment efficace, et que la probabilité de guider une décharge augmentait bien au-delà de ce qu'elle est maintenant, cela pourrait même être utile pour recharger les choses."

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Le scientifique atmosphérique et spatial Robert Holzworth est plus prudent quant à l'imagination des applications. "Ils n'ont montré que 50 mètres de longueur [de guidage], et la plupart des canaux de foudre font des kilomètres de long", explique Holzworth, de l'Université de Washington à Seattle. Ainsi, la mise à l'échelle du système laser pour avoir une portée utile peut prendre beaucoup de travail.

L'utilisation d'un laser à plus haute fréquence et à plus haute énergie pourrait étendre sa portée, dit Houard. "C'est un premier pas vers un paratonnerre à portée kilométrique."

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Une version de cet article paraît dans le numéro du 11 février 2023 de Science News.

A. Houard et al. Foudre guidée par laser. Photonique naturelle. Publié en ligne le 16 janvier 2023. doi : 10.1038/s41566-022-01139-z.

Auparavant rédactrice pour les sciences physiques chez Science News, Maria Temming est rédactrice en chef adjointe chez Science News Explores. Elle est titulaire d'un baccalauréat en physique et en anglais et d'une maîtrise en rédaction scientifique.

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