Le 22 octobre 2017, les nuages de tempête qui se sont rassemblés au-dessus du centre des États-Unis ont libéré un éclair si énorme qu'il a illuminé le ciel au-dessus du Texas, de l'Oklahoma et du Kansas. S'étendant horizontalement sur plus de 500 kilomètres à travers ces trois États, la secousse était si sans précédent qu'un groupe de chercheurs a écrit une étude à ce sujet, la décrivant comme un "mégaflash": c'était l'un des plus longs éclairs jamais enregistrés.
En règle générale, les éclairs de foudre réguliers mesurent entre seulement 0,6 miles et 20 miles (1 et 20 km) de longueur. Mais comme des techniques de cartographie de plus en plus sophistiquées l'ont révélé, certains boulons vraiment colossaux craquent au-dessus de nos têtes. Ces découvertes récentes soulèvent une question intéressante: quelle taille la foudre peut-elle réellement atteindre? Et devrions-nous nous inquiéter de ces poids lourds atmosphériques?
La foudre apparaît dans les nuages d'orage lorsqu'une forte charge positive se développe dans une région du nuage et qu'une forte charge négative se développe dans une autre, créant des forces électriques entre elles. "Un éclair est déclenché dans une région où les forces électriques sont extrêmement fortes. Elles deviennent suffisamment fortes pour que l'air ne puisse plus supporter la force électrique et tombe en panne", a déclaré Don MacGorman, physicien et chercheur principal à l'Océan national. and Atmospheric Administration (NOAA), et auteur de l'article sur le mégaflash de 2017.
Cela signifie qu'à mesure que la force électrique augmente, elle décompose le pouvoir isolant de l'air, ce qui maintient généralement les zones de charge différentes séparées les unes des autres. Les chercheurs pensent que cela se produit parce que l'accumulation d'une force électrique excessive commence à accélérer les électrons libres dans l'air - ceux qui ne sont pas attachés à un atome ou à une molécule - qui, à leur tour, détruisent d'autres électrons de leurs atomes et molécules, a expliqué MacGorman. Cela continue, accélérant de plus en plus d'électrons: "Les scientifiques appellent ce processus une avalanche d'électrons, et c'est ce que nous voulons dire lorsque nous disons que l'air se décompose", a déclaré MacGorman à Live Science.
Cela crée finalement un canal très chaud dans l'air qui agit comme un fil, dont les extrémités se développent vers l'extérieur vers les charges positives et négatives qui ont causé la panne. Le canal en croissance relie finalement les charges positives et négatives, et lorsqu'il le fait, il déclenche l'immense courant électrique que nous connaissons comme un éclair.
"Considérez-le comme une étincelle géante qui s'est développée à travers le cloud", a déclaré MacGorman.
Parfois, la région inférieure d'un nuage, qui contient généralement une charge positive, n'a pas suffisamment de charge pour arrêter le canal. Ainsi, l'éclair continue de croître, s'étirant vers le bas vers le sol. Ce faisant, il tire une étincelle vers le haut du sol pour le rencontrer - déclenchant un éclair avec d'énormes courants électriques qui transportent une partie de la charge de la tempête vers le sol. Ces canaux du nuage au sol sont ce que la plupart d'entre nous imaginons généralement quand nous pensons à la foudre; ces fourches vives qui frappent la Terre.
Mais quels facteurs limitent la taille de ces boulons massifs?
Les chercheurs tentent de répondre à cette question depuis des décennies. Verticalement, l'étendue d'un éclair est limitée par la hauteur d'un nuage d'orage ou par la distance du sol à son sommet - qui est d'environ 20 km (12 miles) à son plus haut. Mais horizontalement, un système cloud étendu offre beaucoup plus d'espace pour jouer avec.
En 1956, un météorologue du nom de Myron Ligda l'a démontré en utilisant le radar pour détecter le plus long éclair que quelqu'un ait jamais enregistré à ce moment-là: un boulon qui s'étend sur 60 miles (100 km).
Puis, en 2007, les chercheurs ont battu le record en identifiant un flash sur l'état de l'Oklahoma qui mesurait 200 miles (321 km) de long. La récente étude de MacGorman et de ses collègues a fait sortir ce nombre du parc. La lumière émise par ce flash était si forte qu'elle éclairait une surface au sol de 26 000 miles carrés (67 845 kilomètres carrés), ont calculé les chercheurs. Mais même ce flash a maintenant été dépassé: une autre étude récente dans la revue JGR Atmospheres a décrit un flash s'étendant sur 678 km (418 miles).
Ces mégaflashs sont rares. Mais maintenant que nous avons la technologie pour les détecter, nous les trouvons plus fréquemment. Au lieu de s'appuyer uniquement sur des systèmes au sol qui utilisent des antennes et un radar pour détecter la foudre, les experts ont commencé à l'observer à partir d'un point de vue très différent: les satellites. Les deux éclairs récents ont été mesurés à l'aide d'une technologie appelée Geostationary Lightning Mapper, un capteur présent sur deux satellites en orbite autour de la Terre, qui fournit une image détaillée des systèmes de tempête ci-dessous.
"Ce système réagit à la lumière émise par le sommet d'un nuage, nous voyons donc la lumière des éclairs et pouvons ensuite la cartographier, à peu près partout dans cet hémisphère", a déclaré MacGorman.
Combinées aux données d'un système au sol appelé Lightning Mapping Array, ces données satellitaires visuelles haute résolution ont brossé un tableau de l'énorme étendue du flash de foudre en octobre 2017.
Cependant, nous ne savons toujours pas exactement comment ces énormes illuminations électriques se développent si longtemps. Les chercheurs pensent que la taille des nuages est un facteur, car plus le système de nuages est grand, plus il y a de potentiel pour que des éclairs se produisent à l'intérieur. MacGorman ajoute également que certains «processus à méso-échelle - des flux de vent à grande échelle qui permettent à ce système d'être lié entre eux pour durer longtemps».
Donc, avec le décor de ces nuages de monstres, que se passe-t-il réellement en eux? "Ces mégaflashs semblent être comme une séquence continue de décharges en très étroite succession", a déclaré Christopher Emersic, chercheur qui étudie l'électrification des orages à l'Université de Manchester, au Royaume-Uni…
Il émet l'hypothèse que si un système de nuages est fortement chargé sur une grande surface, une série de décharges peut se propager à travers lui comme une ligne de dominos qui tombent. "Si les dominos sont tous configurés sans trop grand espace, l'un en déclenche un autre dans une grande série de renversements. Sinon, il" échoue "et, dans ce cas, vous n'obtiendrez qu'un événement de foudre spatial plus petit plutôt qu'un mégaflash," Emersic a déclaré à Live Science.
Plus le nuage parent est grand, plus il y a de chances que la décharge continue de se propager. "D'où la raison pour laquelle les mégaflashs pourraient, en principe, être aussi grands que le nuage parent, si la structure de charge était propice", a déclaré Emersic.
Cela signifie également qu'il existe probablement des flashs beaucoup plus importants que ce que nous avons déjà vu. "Les tempêtes peuvent devenir plus importantes", a déclaré MacGorman.
En d'autres termes, nous ne savons toujours pas exactement la taille du plus gros éclair.
Malgré l'image apocalyptique qu'ils brossent, les mégaflashs ne sont pas nécessairement plus dangereux que la foudre ordinaire: "Un flash spatialement étendu ne signifie pas nécessairement qu'il transporte plus d'énergie", a expliqué Emersic.
Cela dit, parce que les systèmes de cloud dont ils sont issus sont si vastes, les attaques de mégaflash peuvent être difficiles à prévoir.
"De tels événements peuvent souvent conduire à des frappes au sol loin de l'activité principale de la foudre dans le noyau convectif", a déclaré Emersic. "Quelqu'un sur le terrain pourrait penser que la tempête est passée, mais être surpris par l'une de ces décharges spatialement étendues, apparemment de nulle part."
Il est également possible que dans un monde en réchauffement, il y ait une légère augmentation des types de tempêtes qui donnent lieu à des mégaflashs, a déclaré Emersic. "Et donc indirectement, cela peut rendre les conditions plus probables, augmentant ainsi leur fréquence."
Pour l'instant, cependant, les mégaflashs ne sont pas si courants: MacGorman estime qu'ils ne représentent qu'environ 1% des éclairs dans l'ensemble. Néanmoins, des chercheurs comme lui continueront de chasser - et découvriront sans aucun doute - des monstres encore plus grands pour nous émerveiller.
