Peter Tucker
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Lorsque Benjamin Franklin a attaché une clé à un cerf-volant et l'a fait voler dans un orage, il est brièvement devenu un appareil branché sur le générateur d'électricité le plus puissant du monde..
Franklin savait, comme la plupart des gens, que les orages sont incroyablement puissants. Les chercheurs ont tenté d'estimer avec précision Comment puissants depuis plus d'un siècle, mais ont toujours échoué - même les capteurs aéroportés les plus sophistiqués sont inadéquats car les nuages d'orage sont tout simplement trop gros et imprévisibles pour être mesurés.
Maintenant, dans un article publié le 15 mars dans la revue Physical Review Letters, des chercheurs d'Ooty, en Inde, ont trouvé une nouvelle réponse choquante - grâce à un peu d'aide de certains rayons cosmiques. [Terre électrique: images époustouflantes de la foudre]
À l'aide d'une gamme de capteurs conçus pour mesurer les champs électriques et l'intensité des muons - des particules lourdes qui pleuvent constamment de la haute atmosphère terrestre, se décomposant en traversant la matière - l'équipe a mesuré la tension d'un grand nuage d'orage qui a roulé sur Ooty pendant 18 minutes. le 1er décembre 2014. Les chercheurs ont constaté qu'en moyenne, le cloud était chargé avec environ 1,3 gigavolts d'électricité, soit 1,3 fois 10 ^ 9 volts - environ 10 millions de fois plus de tension que celle fournie par une prise de courant typique en Amérique du Nord.
"Cela explique pourquoi les nuages d'orage sont si destructeurs", a déclaré le co-auteur de l'étude Sunil Gupta, chercheur en rayons cosmiques à l'Institut indien de recherche fondamentale Tata. "Si vous dissipez cette énorme quantité d'énergie à travers quoi que ce soit, cela va causer de graves dévastations."
Il pleut des muons
Gupta et ses collègues étudient principalement les muons - des particules de type électron qui sont créées lorsque les rayons cosmiques se transforment en divers atomes de l'atmosphère terrestre. Ces particules ont environ la moitié du spin des électrons mais 200 fois le poids, et sont très bonnes pour pénétrer la matière. Un muon qui pleut de l'atmosphère peut pénétrer profondément dans l'océan ou des kilomètres sous terre en seulement une fraction de seconde, tant qu'il a suffisamment d'énergie.
Les muons perdent leur énergie quand quelque chose se met en travers de leur chemin - disons, une pyramide, par exemple. Début 2018, des scientifiques ont découvert deux chambres jusque-là inconnues à l'intérieur de la Grande Pyramide de Gizeh en installant des détecteurs de muons autour de la structure et en mesurant où les particules perdaient (et ne perdaient pas) d'énergie. Les muons traversant les murs de pierre de la pyramide ont perdu plus d'énergie que les muons traversant les grandes chambres vides. Les résultats ont permis aux chercheurs de créer une nouvelle carte de l'intérieur de la pyramide sans y mettre les pieds..
Gupta et ses collègues ont utilisé une méthode similaire pour cartographier l'énergie à l'intérieur du nuage d'orage d'Ooty. Au lieu de lutter contre la pierre, les muons tombant à travers le nuage ont fait face à un champ électrique turbulent.
"Les orages ont une couche chargée positivement sur le dessus et une couche chargée négativement sur le dessous", a déclaré Gupta. «Si un muon chargé positivement frappe le nuage alors qu'il pleut de la haute atmosphère, il sera repoussé et perdra de l'énergie. [Infographie: Fonctionnement de Lightning]
À l'aide d'un réseau de capteurs de détection de muons et de quatre moniteurs de champ électrique répartis sur plusieurs kilomètres, les chercheurs ont mesuré la baisse d'énergie moyenne entre les muons qui ont traversé le nuage d'orage et ceux qui ne l'ont pas traversé. À partir de cette perte d'énergie, l'équipe a pu calculer le potentiel électrique que les particules avaient traversé dans le nuage d'orage..
C'était énorme.
"Les scientifiques ont estimé que les nuages d'orage pourraient avoir un potentiel de gigavolt dans les années 1920", a déclaré Gupta, "mais cela n'a jamais été prouvé - jusqu'à présent."
Cartographie du tonnerre
Une fois que les chercheurs ont connu le potentiel électrique du nuage, ils ont voulu aller plus loin et mesurer avec précision la quantité d'énergie transportée par le nuage d'orage alors qu'il rugissait sur Ooty..
En utilisant les données de leurs moniteurs de champ électrique largement dispersés, l'équipe a fourni des détails importants sur le nuage - qui se déplaçait à environ 60 km / h à une altitude de 11,4 km au-dessus du niveau de la mer, avait une superficie estimée à 380 km2 (146 miles carrés, une superficie environ six fois la taille de Manhattan) et a atteint son potentiel électrique maximal à peine 6 minutes après son apparition..
Forts de ces connaissances, les chercheurs ont finalement pu calculer que l'orage transportait environ 2 gigawatts de puissance, rendant ce nuage unique plus puissant que les centrales nucléaires les plus puissantes du monde, a déclaré Gupta..
"La quantité d'énergie stockée ici est suffisante pour répondre à tous les besoins en électricité d'une ville comme New York pendant 26 minutes", a déclaré Gupta. "Si vous pourriez l'exploiter. "
Avec la technologie actuelle, c'est une perspective improbable, a noté Gupta: la quantité d'énergie dissipée par une telle tempête est si élevée qu'elle ferait probablement fondre n'importe quel conducteur..
Pourtant, le potentiel violemment puissant des orages pourrait aider à résoudre un mystère cosmique que des scientifiques comme Gupta et ses collègues ont demandé pendant des décennies: pourquoi les satellites détectent-ils parfois des rayons gamma de haute énergie sortant de l'atmosphère terrestre, alors qu'ils devraient pleuvoir de l'espace??
Selon Gupta, si les orages peuvent effectivement créer un potentiel électrique supérieur à un gigavolt, ils pourraient également accélérer les électrons assez rapidement pour briser les autres atomes de l'atmosphère, produisant des éclairs de rayons gamma..
Cette explication nécessite plus de recherches pour vérifier son exactitude, a déclaré Gupta. En attendant, assurez-vous de vous émerveiller devant le prochain nuage d'orage que vous voyez, car c'est une force de la nature incroyablement puissante - et, s'il vous plaît, réfléchissez à deux fois avant de faire voler un cerf-volant..
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Publié à l'origine le .