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Les "TLE" ou la face cachée des orages

Orage depuis la Station Spatiale Internationale (ISS) - 2015 [Andreas Mogensen - ESA]
Orage depuis la Station Spatiale Internationale (ISS) - 2015 [Andreas Mogensen - ESA]
De récentes observations, faites depuis la Station Spatiale Internationale (ISS) permettent aujourd'hui de mieux saisir la portée de phénomènes spectaculaires au-dessus des nuages d’orages, appelés phénomènes lumineux transitoires (TLE). Fréquents mais assez méconnus, ces derniers se manifestent sous différentes formes et ont une durée de vie extrêmement brève.

L’existence des phénomènes lumineux transitoires, appelés TLE en anglais (transient luminus event) a été envisagée vers 1920 par le Prix Nobel de Physique Charles Thomson Ress Wilson. Elle a été visualisée pour la première fois en 1989 par une équipe de chercheur de l’Université du Minnesota, pendant le lancement d’une fusée dans l’espace.

Depuis 2009, le nombre total d’événements enregistrés est estimé à plusieurs dizaines de milliers. Le taux global d’occurrence des TLE a été estimé, à partir des observations satellite, à plusieurs millions d’événements par année.

Différents types de phénomènes lumineux

Les premiers TLE à avoir été observés sont les Sprites, ou Farfadets en français. Ils se produisent entre 40 et 90 km d’altitude et présentent une structure filamentaire complexe et peuvent être accompagnés ou non d’un halo. Ils ont une durée de quelques millisecondes.

Elfes ou Sprites photographiés depuis un aéronef le 4 juillet 1994 [University if Alaska Faibanks]Elfes ou Sprites photographiés depuis un aéronef le 4 juillet 1994 [University if Alaska Faibanks]

Les Elfes sont les plus hauts, les plus fréquents et aussi les plus brefs des TLE (voir ci-dessous). Leur durée est de l’ordre de la milliseconde. Ils se produisent à une centaine de kilomètres d’altitude et se présentent sous la forme d’un anneau lumineux en expansion rapide. Ils génèrent également des sons particuliers.

Les différentes catégories de phénomènes lumineux transitoires [Wikipedia]Les différentes catégories de phénomènes lumineux transitoires [Wikipedia]

Les TLE les plus rares sont les Jets, appelés également Jets bleus (voir ci-dessous). Ils durent quelques centaines de millisecondes. Initiés juste au-dessus des nuages, ils se propagent jusqu’à 40-50 km d’altitude, exceptionnellement jusqu’à 80-90 km. On parle alors de Jet géant.

Jet bleu, photographié depuis le Maunakea - Hawaï, le 24 juillet 2017 [Gemini Observatory - Wikicomons]Jet bleu, photographié depuis le Maunakea - Hawaï, le 24 juillet 2017 [Gemini Observatory - Wikicomons]

Découverte importante depuis la Station Spatiale Internationale

Depuis 2018, l’ISS héberge l’Atmosphere-Space Interactions Monitor (ASIM), qui regroupe un ensemble d’instruments scientifiques dédiés à l’étude des phénomènes lumineux transitoires et des flashs de rayonnement gamma terrestres, associés aux orages.

Instruments ASIM, embarqués à bord de la Station Spatiale Internationale [ESA]Instruments ASIM, embarqués à bord de la Station Spatiale Internationale [ESA]

Ce laboratoire spatial de l’Agence spatiale européenne compte notamment une variété de caméras optiques, de photomètres et de détecteurs de rayons X et gamma. La position idéale de l’ASIM, dans l’espace, permet également aux scientifiques de récolter davantage de données sur les différents types de foudre.

Torsten Neubert, physicien de l'atmosphère à l'Université technique du Danemark à Kongens Lyngby, et son équipe ont fait une découverte importante, en captant cinq flashs bleus, d’environ 10 microsecondes chacun, au sommet d’un nuage d’orage. Leurs conclusions ont été publiées la semaine passée dans la revue américaine Nature.

Pendant l’événement, l’un des ces flash a généré un jet bleu, qui a atteint la stratopause (qui marque la transition entre la stratosphère et la mésosphère, située au-dessus). Ce flash a également généré des elfes, sous forme d’anneaux en expansion rapide.

Représentation virtuelle d'un Jet bleu et d'un Elfe entre la stratosphère et la ionosphère [Daniel Schmelling - RTS]Représentation virtuelle d'un Jet bleu et d'un Elfe entre la stratosphère et la ionosphère [Daniel Schmelling - RTS]

« L’étincelle qui a généré le jet bleu pourrait être un type spécial de décharge électrique, à courte portée, à l’intérieur du nuage d’orage » explique le physicien. « Les elfes pourraient être ainsi générés par une impulsion électromagnétique au bas de l’ionosphère, causée par une décharge de foudre » ajoute-t-il.

Le phénomène apparaît toutefois relativement faible et très localisé, comparativement aux éclairs qui se développent entre le sol et les nuages.

Cette expérience a confirmé que la Station spatiale était une plateforme idéale pour l'observation des phénomènes lumineux transitoires.

Philippe Jeanneret, avec la revue Nature

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